Динамика климата и изменение фенологических сезонов года заповедника «Столбы»

В последние десятилетия в масштабах всей планеты отмечается существенное изменение глобального климата с повышением приземной температуры воздуха. Многие авторы отмечают, что среднегодовая температура возросла на 0,6–0,7°С за период инструментальных наблюдений с 1850 до 2000 гг. Аналогичны результаты расчетов на глобальных климатических моделях, участвующих в программе сравнения сценариев глобального климатического потепления, осуществляемой межправительственной группой экспертов по изменению климата (iPCC), и в международной программе сравнения результатов модельных реконструкций палеоклимата.

Анализ среднегодовой и среднемноголетней температуры воздуха, по данным метеостанции заповедника «Столбы», отчетливо показывает тенденцию роста температуры, что свидетельствует о потеплении климата. В исследованиях рассматривались данные метеонаблюдений заповедника, включающие средние, максимальные и минимальные температуры, количество осадков и высоту снежного покрова, их изменение за последние 75 лет. Минималь- ные значения среднегодовой температуры воздуха, по данным метеостанции «Столбы» за 75 лет, наблюдались в 1937 г. и соответствовали – 2,7°С, а максимальные – в 1997 г. – до + 2,8° С. Самое большое потепление за данный период зафиксировано с 1993 по 2003 гг., когда среднегодовая температура изменилась от 0,3 до 0,9° С. Безморозный период составляет в среднем 145 дней и колеблется от 114 в 1970 г. до 183 в 1990 г. Наблюдается тенденция увеличения числа безморозных дней.

Выявлены особенности реакции фенологических явлений на метеорологический компонент в заповеднике «Столбы». Это проявляется в смещении сроков наступления фенофаз по сезонам года и особенно хорошо прослеживается в зимние и весенние периоды года. Между фенологическими и климатическими явлениями существует коррелятивная связь, динамика природных процессов очевидна и требует дальнейших исследований. Одним из наиболее важных источников данных об изменении природных условий является созданная в России уникальная сеть заповедников, где в рамках «Летописи природы» проводятся комплексные наблюдения за окру- жающей средой. Одним из них является заповедник «Столбы». Вполне закономерно, что фенология в нашей стране получила и получает все более широкое развитие [Терентьева, 2008]. Однако исследований для Сибири пока немного, а для горной – тайги отсутствуют. Поэтому работа, выполняемая в заповеднике «Столбы» в условиях, типичных для среднего пояса гор Восточного Са-яна, является актуальной.

Многолетнее изучение сезонных явлений в заповеднике «Столбы» позволило Т.Н. Буториной и Е.А. Крутовской сформулировать теоретические основы фенологической периодизации года. Ими прослежена корреляционная связь между некоторыми параметрами температурного режима и узловыми моментами в сезонных явлениях. Выявлены ряды феноиндикаторов, на базе которых дана характеристика ритмов природы Средней Сибири [Буторина, 1972; 1979]. Важной стороной организации работ является тесное «увязывание» изучения фенологических явлений с метеорологическими. Это обеспечивается наличием в заповеднике «Столбы» метеостанции с 4-кратными суточными наблюдениями погоды.

В 2005 г. в заповеднике «Столбы» создана электронная база по метеорологическим данным за 75 лет наблюдений. Это позволяет проследить связь температурного режима и любого этапа развития сезонных явлений в природе за весь период. Анализ среднегодовой и среднемноголетней температуры воздуха за 75 лет наблюдений отчетливо показывает тенденцию роста температуры, что свидетельствует о потеплении климата, наиболее показательным является период с 1995 по 2005 г.

На рис. 1–3 показаны границы наступления каждого из фенопериодов, соответствующих зимнему сезону года. На графиках: ось Х – период с 1995 по 2005 г., ось Y – даты наступления фенопериода, прямая линия – среднегодовое значение наступления фенопериода.

Сравнивая начало каждого из фенопериодов по годам со средним многолетним, мы можем отметить отклонения от среднего многолетнего наступления периодов по всему ряду годов (ф/а). Если наступление периода за какой-либо год превышает дату среднего многолетнего зна- чения, ставим знак «+», а если меньше средней многолетней даты – знак «-».

Характеристика зимнего сезона

Этапы: Начальная зима; Глубокая зима; Предвесенье.

Фенологические границы – от залегания снега на зиму до начала постоянных оттепелей – перехода максимальных температур воздуха выше 0 градусов. Температурные границы от перехода максимальных температур воздуха ниже 0°С до перехода их выше этого предела.

Начальная зима

Первый этап холодно-снежного времени. Основной процесс – это формирование устойчивого снежного покрова. Фенологические границы – от образования устойчивого снежного покрова до ледостава на водоемах. Температурные границы – от перехода максимальных температур воздуха ниже 0°С до перехода их ниже 15°С.

Таблица 1

Отклонение наступления

Начальной зимы от среднего многолетнего

КРАСНОЯРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО

ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМ. В.П. АСТАФЬЕВА

	Начало	Среднее многолетнее	Ф/а
1995–1996	27.10	29.10	-3
1996–1997	19.10	29.10	-10
1997–1998	21.10	29.10	-8
1998–1999	28.10	29.10	-1
1999–2000	23.10	29.10	-6
2000–2001	18.10	29.10	-11
2001–2002	29.10	29.10	0
2002–2003	14.10	29.10	-14
2003–2004	23.10	29.10	-6
2004–2005	20.10	29.10	-9

Рис. 1. Тренд дат наступления Начальной зимы

Глубокая зима

Основной, второй этап зимы. Основные процессы – интенсивное охлаждение воздуха и почвы, годовой минимум температур. Возрастание мощности устойчивого снежного и ледового покровов. Глубокий покой растений и впадающих в спячку животных. Фенологические границы – от ледостава на водоемах до начала радиационных оттепелей – притаев. Температурные границы – от устойчивого перехода максимальных температур воздуха ниже 15°С до начала радиационных оттепелей – притаев.

Таблица 3

Отклонение начала

Предвесенья от среднего многолетнего

	Начало	Среднее многолетнее	Ф/а
1995–1996	3.02	13.02	-10
1996–1997	18.02	13.02	+5
1997–1998	23.01	13.02	-21
1998–1999	5.02	13.02	-8
1999–2000	4.02	13.02	-9
2000–2001	17.02	13.02	+4
2001–2002	16.02	13.02	+3
2002–2003	14.02	13.02	+1
2003–2004	12.02	13.02	-1
2004–2005	19.02	13.02	+6

Таблица 2

Отклонение начала Глубокой зимы от среднего многолетнего

	Начало	Среднее многолетнее	Ф/а
1995–1996	7.12	22.11	+15
1996–1997	8.11	22.11	-14
1997–1998	21.11	22.11	-1
1998–1999	25.11	22.11	+3
1999–2000	21.11	22.11	-1
2000–2001	9.11	22.11	-13
2001–2002	2.12	22.11	+11
2002–2003	12.11	22.11	-10
2003–2004	28.11	22.11	+6
2004–2005	12.12	22.11	+20

Рис. 3. Тренд дат наступления Предвесенья

Рис. 2. Тренд дат наступления Глубокой зимы

Предвесенье

Последний, третий этап зимы, переходный к весне. Основные процессы – резкое возрастание радиации, радиационные оттепели (притаи) и вызванное ими весеннее оживление птиц как сигнал близости весны. Фенологические границы – от первого притая до начала оттепелей. Температурные границы – в ходе температур предвесенье не выражено.

Аналогично проведены исследования весеннего, летнего и осеннего периодов. Анализируя данные наступления каждого из фенопериодов по годам и сравнивая их со средним многолетним значением, можно сделать следующие выводы.

• 1.    Зима. Наступление «начальной зимы» в течение десятилетия по сравнению со средним многолетним показателем наблюдается раньше. Наибольшие отклонения составляют годы: 1996 г. (-10 дней), 2000 г. (-11 дней), 2002 г. (-14 дней). В наступлении «глубокой зимы» четкой корреляции не наблюдается. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока – 1995 г. (+15 дней), 2001 г. (+11 дней), 2004 г. (+20 дней); раньше среднего срока – 1996 г. (-14 дней), 2000 г. (-13 дней), 2002 г. (-10 дней). В начале периода отмечается более раннее наступление «предвесенья», а с 2000 года – позднее или соответствующее среднему многолетнему показателю. Наибольшие отклонения со-

  ставляют годы: позже среднего срока – 2004 г. (+6 дней); раньше среднего срока – 1995 г.(-10 дней), 1997 г. (-21 день), 1998 г. (-8 дней), 1999 г. (-9 дней).

• 2.    Весна. Наступление «снежной весны» (1995–2005) более раннее по сравнению со средним многолетним показателем, кроме 1996 г. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока – 1996 г. (+23); раньше среднего срока – 1998 г. (-19), 2000 г. (-20), 2002 г. (-17), 2004 г. (-13), 2005 г.(-16). В наступлении «пестрой весны» четкой корреляции не выявлено. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока – 1996 г. (+17), 1999 г.(+9), 2005 г. (+11); раньше среднего срока – 1997 г. (-10), 2000 г. (-8). С 1998 г. наблюдается более позднее наступление «голой весны». Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока – 1996 г. (+14), 1998 г. (+7), 1999 г. (+11), 2002 г. (+7), 2003 г. (+14), 2004 г. (+16); раньше среднего срока – 1995 г. (-9), 1997 г. (-11). За исключением 1997 г., наступление «зеленой весны» отмечалось с небольшим запозданием на несколько дней. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока – 1996 г. (+8), 2004 г. (+8); раньше среднего срока – 1997 г. (-23). За исключением 1996 и 1998 гг., наступление «предлетья» наблюдается раньше среднего многолетнего показателя. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока – 1996 и 1998 гг. (+4); раньше среднего срока – 1997 г.(-24), 1999 г. (-13), 2001 г.(-8).

• 3.    Лето. За исключением 1995,1996 и 1998 гг., наступление лета наблюдается раньше среднего многолетнего показателя. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока – 1995 г. (+6), 1998 г. (+5); раньше среднего срока – 2001 г. (-15), 2002 г. (-9), 2004 г. (-8).

• 4.    Осень. В наступлении «золотой осени» до 1999 г. четкой корреляции не выявлено. Но после 1999 г., по всему ряду годов, наступление её более раннее. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока – 1995 и 1996 гг. ( +5), 1999 г. (+6); раньше среднего срока – 1997 г. (-11), 2001 г.(-7), 2004 и 2005 гг.(-7). За исключением 1997 и 2003 гг., наступление «глубокой осени» наблюдается позже среднего срока. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего

  срока – 1998 г. (+6), 2001 г. (+8), 2002 г. (+6); раньше среднего срока – 1997 г. (-4), 2003 г. (-3). В наступлении «послеосенья» четкой корреляции не выявлено. Наибольшие отклонения составляют годы: позже среднего срока – 1995 и 1996 гг. (+6); раньше среднего срока – 2000 г. (-11), 2005 г. (-13).

• 5.    Анализ продолжительности сезонов года. Продолжительность зимнего сезона в целом, за исключением 1995 и 2005 гг., сократилась на 10–14 дней. Продолжительность весеннего сезона за период с 1995 по 2005 г. была в основном выше или приблизительно соответствовала среднему многолетнему показателю. В целом, продолжительность летнего сезона увеличилась. Лишь в 1996 и 2005 гг. продолжительность лета была заметно ниже среднегодовой. Продолжительность осеннего сезона по всем годам была в основном ниже среднегодовой продолжительности. Исключение составляют 1997 г. (+23 дня), 2001 г. (+5 дней) и 2005 г. (+6 дней). Проанализировав все данные, можно сделать вывод о том, что за последнее десятилетие действительно наблюдается потепление климата. Об этом свидетельствуют сокращение продолжительности зимнего сезона, более раннее наступление весны. Также увеличивается продолжительность лета. Фенологические сроки его наступления более ранние.

Используя базу данных, годовые фенологические наблюдения и календарь развития растений, можно проследить развитие всех сезонных процессов за указанный выше период. Анализ таких материалов раскрывает пути к долгосрочному прогнозированию состояния природных комплексов.