Биоклиматическая комфортность территории проживания финно-угорских народов (на примере Приволжского федерального округа)

ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарёва»

(г. Саранск, РФ)

В настоящее время взаимодействие человека и погодных условий все еще недостаточно изучено и является одним из наиболее активно разрабатываемых направлений биоклиматологии, которому посвящено множество работ в области физической географии, экологии, климатологии, биометеорологии, экологической климатологии, медицинской географии.

Биоклимат территории – важный природный ресурс, от состояния которого зависят комфортность ощущений и самочувствие человека, работоспособность, производительность труда и здоровье организма в целом. Исследуя влияние изменений метеорологических условий на адаптационные механизмы, можно решить проблему сохранения здоровья человека в условиях ухудшения среды обитания [1].

Особую важность приобретают исследования, в задачу которых входят био-климатическая оценка и территориальная дифференциация биоклиматических условий на региональном уровне. Биоклима-тическая оценка – определение положительных и отрицательных воздействий различных климатических факторов и их комплексов на организм – выявляет медико-климатический потенциал территории для рационального использования ландшафтно-климатических условий в здравоохранении и рекреации [2; 5; 8; 9].

Климатические условия часто предопределяют хозяйственное многообразие человеческой деятельности, отраслевую специализацию регионов, темпы экономического и социального развития.

Актуальность данной работы вызвана необходимостью оценки комфортности климатических условий для проживания населения и ведения хозяйственной деятельности в регионах Приволжского федерального округа, где доля финно-угорского населения составляет 5,3 %. В титульных республиках она колеблется от 28,0 (Удмуртия) до 43,9 % (Марий Эл). Для Мордовии характерен показатель 40,0 %.

Численность населения федерального округа (ФО) в 2013 г. составила около 30 млн чел., или почти 21,0 % населения России. По этому показателю округ занимает второе место после Центрального ФО. С 2002 г. число жителей Приволжского ФО уменьшилось на 1,2 млн чел., или на 4,0 % (население РФ – на 1,6 %). Население сократилось во всех регионах округа, за исключением Рес-

публики Татарстан, где отмечен его рост на 0,2 % за счет превышения миграционного прироста над естественной убылью. Наибольшее сокращение населения произошло в Кировской обл. (на 12,2 %),

Республике Мордовия (7,9 %) и Оренбургской обл. (7,5 %); наименьшее – в Самарской обл. (на 0,8 %) [13] (рис. 1). В результате в субъектах округа плотность населения уменьшилась (табл. 1).

Условные обозначения о столицы субъектов ПФО /\/ граница России /\/ граница Приволжского ФО / \ / границы субъектов ПФО /\/ Pe™

Столбчатые лиагоаммы: Численность населения Приволжского ФО, тыс. чел.: |     ] 2002 г.

I 2010 Г. _

Фон картограммы:

Изменение численности населения регионов Приволжского ФО в 2010 г., % к 2002 г.

|      | 85 – 95

□ 95 –100

Р и с. 1. Изменение численности населения в регионах Приволжского ФО в 2002–2010 гг.

Таблица 1

Динамика плотности населения регионов Приволжского ФО в 2002–2010 гг., чел./км²

Регион	Плотность населения		Изменение плотности (2010 г. – 2002 г.)
	2002 г.	2010 г.
Приволжский ФО	29,8	28,8	-1,0
Республика Башкортостан	28,6	28,3	-0,3
Республика Марий Эл	31,4	30,0	-1,4
Республика Мордовия	33,9	31,8	-2,1
Республика Татарстан	55,6	55,7	+0,1
Удмуртская Республика	37,3	36,2	-1,1
Чувашская Республика	71,8	68,4	-3,4
Пермский край	17,6	16,4	-1,2
Кировская обл.	12,4	11,1	-1,3
Нижегородская обл.	47,1	43,0	-4,1
Оренбургская обл.	17,6	16,4	-1,2
Пензенская обл.	33,6	32,1	-1,5
Самарская обл.	60,4	57,9	-2,5
Саратовская обл.	26,6	25,2	-1,4
Ульяновская обл.	37,0	34,6	-2,4

Для размещения населения по субъектам Приволжского ФО характерно большое разнообразие: наименьшая плотность отмечается в Оренбургской обл. (16,4 чел./ км2), наибольшая – в Чувашской Республике (68,4 чел./ км2) [10].

Климатические условия и плотность населения наибольшее значение имеют для развития сельского хозяйства, рекреации, организации городского коммунального хозяйства и пр. Стоимость отопления, водоснабжения, канализации, освещения жилищ, их строительства находится в зависимости от климатических условий.

Изучив влияние изменений метеорологических условий на адаптационные механизмы, можно решить проблему сохранения здоровья человека на фоне ухудшения среды обитания, а следовательно, увеличить продолжительность жизни.

Для характеристики погодных условий с медико-метеорологической точки зрения используются различные биоме-теорологические индексы (параметры), полученные исследователями разных стран. Разнообразие этих индексов свидетельствует о сложности их разработки [12].

В настоящее время известны и применяются для расчетов около 30 био-метеорологических показателей (индексов). Биоклиматические показатели и ресурсы разработаны применительно к человеку и характеризуют связь климата с его тепловым состоянием, здоровьем, особенностями рекреации и санитарногигиенической оценкой в естественных условиях [14].

Для оценки теплового состояния человека предложен ряд биоклиматических показателей, которые позволяют определить уровень его тепловой или холодовой нагрузки в летнее и зимнее время года [11]. В результате анализа многочисленных публикаций, тщательного их изучения и сопоставления нами для определения био-климатической комфортности Приволжского ФО были отобраны следующие показатели:

• •    эффективная температура неподвижного воздуха ( ЭТ ):

ЭТ = t – 0,4(t – 10)(1 – f/100), где t – температура воздуха, 0С; f – относительная влажность воздуха, %;

• •    эквивалентно-эффективная температура ( ЭЭТ ) – показатель тепловой чувствительности с учетом влияния ветра:

37-Z

ЭЭ T = 37-- 37—--------

0,68 — 0,0014 f +---------

1,76 + 1,4 v ^0,75

—

0,29 t (1 — f ), 100

где t – температура воздуха, ⁰С; f – относительная влажность воздуха, %; v – скорость ветра, м/с;

• •    индекс суровости по Бодману ( S ):

S = (1 – 0,04t)(1 + 0,27v), где S – индекс суровости (баллы); t – температура воздуха, 0С; v – скорость ветра, м/с;

• •    приведенная температура по Адаменко и Хайруллину ( t_прив ):

tприв = tв – 8,2√V, где tприв – приведенная температура, 0С; tв – фактическая температура воздуха, 0С ; V – скорость ветра, м/с;

• •    индекс ветрового охлаждения по Хиллу ( H w ):

H_w = H_d + (0,085 + 0,102 v ^0,3)(61,1 – e )^0,75, где H_d = (0,13 + 0,47 v ^0,5)(36,6 – t ); v – скорость ветра, м/с; t – температура воздуха, ⁰С; e – упругость водяного пара, гПа;

• •    радиационно-эквивалентно-эффективная температура ( РЭЭТ ):

РЭЭТ = 125lg[1 + 0,02 T + 0,001( T – 8) ˟ ˟ ( f – 60) – 0,45(33 – T )√ V + 185 B ], где Т – температура воздуха, ⁰С; f – относительная влажность воздуха, %; V – скорость ветра, м/с; В – поглощенная поверхностью тела солнечная радиация, кВт/м².

В соответствии с рекомендациями Е. Г. Головиной [10] РЭЭТ может быть рассчитана по формулам:

РЭЭТ = НЭЭТ + 6,2 ⁰С или

РЭЭТ = 0,83 ЭЭТ + 12 ⁰С, где НЭЭТ – нормальная эквивалентно-эффективная температура; ЭЭТ – эквивалентноэффективная температура по Миссенарду;

• •    нормальная эквивалентно-эффективная температура ( НЭЭТ ) – показатель тепловой чувствительности с учетом влияния ветра для одетого человека:

НЭЭТ = 0,8 ЭЭТ + 7 ⁰С, где ЭЭТ – эквивалентно-эффективная температура по Миссенарду;

• •    биологически активная температура ( БАТ ):

БАТ = 0,8 НЭЭТ + 9 ⁰С, где НЭЭТ – нормальная эквивалентноэффективная температура;

• • индекс патогенности метеорологической ситуации по Бокше ( I ):

I = I_t + I_h + I_v + I_n + I _{Δ p} + I _{Δ t} , где I_t – индекс патогенности температуры воздуха, I_t = 0,02(18 – t )² при t ≤ 18 ⁰С и I_t = 0,02( t – 18)² при t > 18 ⁰С, t – среднесуточная температура, ⁰С; I_h – индекс патогенности влажности воздуха, h – среднесуточная относительная влажность, %; I_v – индекс патогенности ветра, v – среднесуточная скорость ветра, м/с; I_n – индекс патогенности продолжительности солнечного сияния, n = 10 – 10 S_ф / S_max , S_ф и S_max – соответственно фактическая и максимально возможная продолжительность солнечного сияния по гелиографу; I _{Δ p} – индекс патогенности межсуточного изменения атмосферного давления Δ р ; I _{Δ t} – патогенность межсуточного изменения температуры Δ t .

В качестве исходных использованы статистические данные Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации – Мирового центра данных г. Обнинска сети метеостанций Приволжского ФО (всего 28). Биоклиматические показатели рассчитывались по среднемноголетним метеорологическим показателям за 30-летний интервал – 1978–2008 гг. Моделирование проводилось с целью построения аналитических карт распределения биоклиматических показателей, которые в дальнейшем послужили основой для составления оценочных карт по биоклиматической комфортности территории Приволжского ФО [7].

Погода и климат на территории Приволжского ФО в основном определяются атмосферной циркуляцией, особенно преобладанием западных потоков воздуха, что обусловливает существенное влияние на местный климат атлантических воздушных течений, которые смягчают и увлажняют его. Вместе с тем сюда поступают и воздушные массы, сформировавшиеся в других, в том числе арктических и резко континентальных районах Сибири, Казахстана и Средней Азии. В случае ослабления внешних воздействий пришедшие воздушные массы под влиянием местных трансформационных факторов приобретают свойства данного географического района. Влияние местных условий (мезо-и микрорельефа, растительности, почвы, непосредственной близости водоемов, застройки территории) порождает климатические вариации различной интенсивности на фоне устойчивых атмосферных процессов.

Особенностью зимы служит интенсивная циклоническая деятельность, сопровождаемая усилением западного переноса, что наиболее четко проявляется в распределении температуры воздуха. Изотермы зимних месяцев имеют почти меридиональное направление. Средняя температура января меняется с юго-запада на северо-восток и восток от -8,8 до -18,0 0С. Зима на исследуемой территории длится от 3,5 до 5 и более месяцев.

Продолжительность лета уменьшается с юга на север и северо-восток от 4–4,5 до 3–3,5 месяцев. Летом погода формируется за счет трансформации воздушных масс, чему способствует большой приток солнечной энергии. Циклоническая деятельность уменьшается, особенно в восточной части территории. Поэтому летом преобладает жаркая сухая погода, прежде всего это касается юга Заволжья и востока Оренбургской обл. [12].

В связи с довольно большой протяженностью территории Приволжского ФО с севера на юг (около 1 200 км) и с запада на восток (1 000 км) радиационный режим здесь варьируется в значительных пределах.

Кроме радиационных и циркуляционных факторов на температуру воздуха летом оказывают влияние подстилающая поверхность и условия рельефа. По этой причине распределение всех температурных характеристик имеет некоторое отклонение от зонального. На территории округа среднеиюльская температура воздуха изменяется от 15,9 (север Пермского края) до 21,4 0С (юго-восток Саратовской обл.). Распределение основных биоклиматических показателей на территории Приволжского ФО характеризуется сравнительно большой пространственной неоднородностью и временной изменчивостью в различные периоды года с формированием отдельных локальных очагов их значений, обусловленных процессами различного масштаба.

С помощью функции «Картографический калькулятор» модуля Spatial Analyst в ГИС ArcView был вычислен суммарный интегральный показатель биоклиматиче-ской комфортности, на основе которого была дифференцирована территория с выделением четырех типов уровня биокли-матической комфортности:

– остродискомфортные зоны биоклима-тической комфортности, представляющие собой территории с раздражающим тепловым воздействием;

– дискомфортные зоны биоклиматиче-ской комфортности – территории с жестким тепловым воздействием;

– субкомфортные зоны биоклиматиче-ской комфортности – территории с умеренным тепловым воздействием;

– комфортные зоны биоклиматической комфортности – территории с комфортным тепловым воздействием.

Результаты расчетов сезонного пространственного распределения биоклима-тических показателей с оценкой комфортности территории позволили выявить закономерности и построить карты их пространственного распределения на территории округа [9].

Анализ полученных данных показывает, что на территории Приволжского ФО за весенний период (с марта по май) категории климатической комфортности распределяются следующим образом. 58 % всей площади территории округа находится в зоне субкомфортных климатических условий. Комфортные условия (около 13 % территории) наблюдаются в Удмуртской Республике, на западе Нижегородской обл., в Самарской обл. и на юго-востоке Саратовской обл. Дискомфортные климатические условия охватывают 22 % территории округа – это центральная часть Оренбургской обл., юг Республики Башкортостан, Пензенская обл., запад Саратовской обл., Республика Мордовия, Республика Марий Эл, а также центральные части Кировской обл. и Пермского края. Остродискомфортные условия составляют 7 % от общей площади округа и охватывают северную часть Кировской обл. и Пермского края (рис. 2).

Расположение изолиний в летний период года на территории Приволжского ФО свидетельствует о том, что 60 % ее находится в зоне субкомфортных климатических условий. Комфортные условия, занимающие 11 % территории, наблюдаются в центральной части Пермского края, на северо-западе Нижегородской, в Самарской и на юго-востоке Саратовской обл. Дискомфортные климатические условия, характерные для 20 % территории, складываются в Пензенской обл., на западе Саратовской обл., в южной части Республики Мордовия, Республике Марий Эл, а также в центральных частях Кировской обл. и Пермского края. Остродискомфортные условия, занимающие почти 9 % территории, наблюдаются в северной части Кировской обл. и Пермского края (рис. 3).

В осенний период распределение климатической комфортности на территории Приволжского ФО характеризуется на значительной ее части (49 %) как субкомфорт. Комфортные условия – 7 % территории – отмечаются в Удмуртской Республике, на северо-западе Нижегородской обл., в Самарской обл. и на юго-востоке Саратовской обл. Дискомфортные климатические условия – 32 % – наблюдаются в республиках Мордовия, Марий Эл, Чувашия, Башкортостан, Оренбургской обл., а также в центральных частях

Р и с. 2. Оценка биоклиматических условий за весенний период в регионах Приволжского ФО

Р и с. 3. Оценка биоклиматических условий за летний период в регионах Приволжского ФО

Кировской обл. и Пермского края. Остродискомфортные условия – почти 12 % – складываются в Пензенской обл., на западе Саратовской обл., в северной части Кировской обл. и Пермском крае (рис. 4).

В зимний период большая часть территории, а именно 62 % общей площади Приволжского ФО, находится в зоне субкомфорт. Комфортные условия расположены на северо-западе Нижегородской обл., в центральной и южной частях округа – это 32 % территории. Дискомфортные (5 %) и остродискомфортные климатические условия (1 %) наблюдаются в северной части территории округа (рис. 5).

Наблюдаемые на территории Приволжского ФО в последние десятилетия изменения климата в условиях глобального потепления характеризуются повышением температуры холодного сезона, уменьшением количества осадков в теплый период года, возрастанием числа засух, более частой повторяемостью опасных гидрометеорологических явлений. Последствия подобных эффектов существенным образом влияют на деятельность различных секторов экономики и на здоровье человека.

Таким образом, исследование пространственного распределения индексов по сезонам позволяет сделать следующие выводы:

– в целом в течение года на территории округа преобладают субкомфортные погодные условия (близкие к комфорту и слабо раздражающие);

– умеренно раздражающие – дискомфортные условия на северо-востоке округа объясняются наиболее активной циркуляцией в зимний период;

– оценка комфортности климатических условий (по результатам кластерного анализа) показала наличие в городах «островов тепла», которые смягчают погодные условия. В окрестностях городов наблюдаются более жесткие климатические условия. «Острова тепла» обычно сдвинуты от центра города в ту сторону, куда направлены преобладающие ветры [4].

Тенденция к повышению температуры имеется в каждом большом и маленьком городе на территории округа. Различия между урбанизированной территорией и сельским ландшафтом во многом зависят от синоптических условий. Значительный вклад в эти различия вносят своеобразные топоклиматы (местные климаты) и, следовательно, различия в радиационном и турбулентном теплообмене. Указанные контрасты наиболее ярко проявляются в ясную спокойную погоду и исчезают в условиях облачности и сильного ветра. Следовательно, своеобразие климата города определяется наиболее отчетливо при устойчивых антициклональных типах погоды. Именно при таких синоптических условиях различия температуры воздуха между городом и сельской местностью оказываются значительными.

Наблюдаемые на территории Приволжского ФО в последние десятилетия изменения климата в условиях глобального потепления характеризуются повышением температуры холодного сезона, уменьшением количества осадков в теплый период года, возрастанием числа засух, более частой повторяемостью опасных гидрометеорологических явлений. Последствия подобных эффектов существенным образом влияют на деятельность различных секторов экономики и на здоровье человека. Поэтому оценка современных климатических ресурсов и их возможных изменений в будущем служит основой для выработки долгосрочной стратегии планирования в различных отраслях производства, а также организации отдыха и туризма.

Стратегическими направлениями инновационной модели развития системы расселения Приволжского ФО, его регионов и муниципальных образований являются социально-экономическое обустройство и преобразование как городских, так и сельских муниципальных территорий, преодоление деструктивных социально-демографических тенденций

Р и с. 4. Оценка биоклиматических условий за осенний период в регионах Приволжского ФО

Р и с. 5. Оценка биоклиматических условий за зимний период в регионах Приволжского ФО

чУ) Финно – угорский мир. 2014. № 3 в регионах, оздоровление условий жизнеобеспечения, формирование высокой квалифицированности, доходности и престижности труда, совершенствование социальной и производственной инфраструктуры.

Некоторые выводы, сформулированные авторами данной статьи, могут быть использованы для биоклиматического обоснования выбора зон отдыха, туризма и проектирования оздоровительных учреждений; улучшения показателей демографического развития регионов

Приволжского ФО, прогнозирования и профилактики сезонных заболеваний; выбора наиболее продуктивного режима труда на открытом воздухе (продолжительности, частоты и длительности перерывов); проведения на открытом воздухе спортивных мероприятий регионального и международного уровней. Результаты исследования могут быть использованы в научной работе специалистами в области географии, демографии, социальной политики, метеорологии и климатологии.