Пространственно-временная изменчивость атмосферного увлажнения на территории Бурятии в вегетационный период

Исследование засушливости, являющейся естественной составляющей меняющегося климата, в последние годы приобрело особую значимость. Интерес обусловлен прежде всего последствиями засухи для окружающей среды, экономики и социального благополучия населения.

В статьях, посвященных данному вопросу [1–3; 7; 8], к факторам, способствующим формированию продолжительных засух, отнесены крупномасштабные атмосферные механизмы, где особое внимание уделяется концепции атмо- сферных блокирующих образований и аномалиям температуры поверхности океана. Согласно результатам ансамблевых расчетов будущих изменений климата, полученных с помощью региональной климатической модели ГГО (Климатический центр Росгидромета), на территории России ожидаются дальнейший рост температуры и межгодовой изменчивости климата, увеличение продолжительности и интенсивности волн тепла. Совместное влияние перечисленных факторов может привести к увеличению площади засушливых областей. В связи с этим требуются разработка адаптационных стратегий, изменения в аграрной специализации регионов, расширение площади орошаемых земель и пр. Насколько уязвимо отечественное сельское хозяйство к последствиям климатических изменений, показали засухи 2010 и 2012 гг.

Цели и задачи

Разработка программ, направленных на уменьшение рисков, вызываемых климатическими изменениями, и учитывающих региональные различия, должна опираться на материалы научных исследований. В этой связи целью статьи является рассмотрение изменения агроклиматических условий Республики Бурятия по степени засушливости.

Для достижения поставленной цели требовалось решить несколько задач, в том числе изучить специализированные индексы засушливости, применяемые в отечественной и зарубежной практике; рассмотреть особенности режима увлажнения Республики Бурятия; оценить многолетние изменения сумм осадков и температуры воздуха за вегетационный период, поскольку именно длительные бездождные периоды, сопровождающиеся высокой температурой воздуха, способствуют формированию засух.

Материалы и методы

Исходным материалом для выполнения исследования послужили данные наблюдений за температурой воздуха и атмосферными осадками суточного разрешения, размещенные на сайте ВНИИГМИ-МЦД (Всероссийский научноисследовательский институт гидрометеорологической информации — Мировой центр данных), метеорологических станций Бабушкин, Багдарин, Баргузин, Иволгинск, Орлик, Романовка, Сосново-Озерское, Таксимо, Тунка, Улан-Удэ за вегетационный период (май — сентябрь) с 1969 по 2019 г.

При классификации засух ключевой переменной является влажность почвы. Однако прямое использование этой величины для оценки происходящих климатических изменений засушливости невозможно из-за крайней ограниченности информации. Вследствие этого для характеристики засух используются специальные индексы, основанные на данных стандартных метеорологических наблюдениях. К их числу можно отнести индекс засушливости Кетча — Бирама (KBDI), индекс аридности (AI), индекс засухи (NDI), эффективный индекс засушливости (EDI), стандартизованный индекс осадков (SPI), гидродинамический индекс Селянинова и пр.1 Каждый из них имеет свои достоинства (простота расчета, доступность входных параметров, широкая практика применения) и недо- статки (невозможность использования в классификациях климата, не подвергался широкой апробации, для расчета требуются временные ряды без пропущенных значений). В большинстве случаев они представляют сочетание температуры воздуха и количества атмосферных осадков.

В статье для оценки интенсивности атмосферных засух использован гидротермический коэффициент Селянинова (ГТК), который часто находит применение в отечественной оперативной практике, полезен для мониторинга сельскохозяйственной засухи, а также используется в климатических классификациях. Для его расчета не требуется множество входных данных. Он широко применяется в системе агрометеорологического мониторинга Росгидромета.

Результаты и их обсуждение

Исследуемая территория согласно оценке агроклиматического потенциала относится к ареалу низкой продуктивности климата, отличающемуся дефицитом влаги, формирующего слабозаслушливые и засушливые зоны при значительной теплообеспеченности [4]. Годовое количество осадков на территории Бурятии колеблется от 200 до 400 мм во внутренних районах, закрытых горными хребтами от влажных воздушных масс, до 1000–1400 мм на наветренных северозападных и западных склонах хребтов Хамар-Дабан, Баргузинский, Байкальский. Территория характеризуется неравномерным распределением осадков. Большая часть годовой суммы осадков (80–90 %) выпадает в теплое время года [5]. Неравномерное внутригодовое распределение осадков весной приводит к резкому увеличению пожароопасных ситуаций в лесных массивах и существенному недостатку влаги в начале вегетационного периода, что снижает урожайность сельскохозяйственной продукции и т. д.

Формированию засух в Бурятии благоприятствуют не только длительные без-осадочные периоды, но и высокая температура воздуха, большие суммы солнечной радиации, низкая влажность воздуха и повышенная испаряемость. Небольшая высота снежного покрова и его ранний сход (50–60 дней после схода снега до начала вегетации) не обеспечивают почву значительными запасами влаги, поэтому засушливые условия могут наблюдаться уже весной. В среднем засушливые районы занимают около 40 % площади республики.

Степень засушливости согласно ГТК определяют по шести градациям1, но в статье детально рассмотрены три: «очень сильная засуха» (ГТК<0,4), «сильная засуха» (0,4≤ГТК<0,5) и «засуха средней засушливости» (0,5≤ГТК<0,7), поскольку именно они наносят значительный ущерб экономике республики.

Изучив временное распределение этих градаций, мы выявили, что наиболее часто засухи наблюдаются в июне и мае (рис. 1). Причем в эти месяцы очень еросильная засушливость наблюдается примерно в 50% числа случаев с засухами. В июле вероятность наблюдения данной градации уменьшается в 1,8 раза.

ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Рис. 1 . Распределение числа случаев с очень сильными, сильными и средними засухами за вегетационные периоды с 1969 по 2019 г.

Анализ динамики гидротермических условий на территории Бурятии в мае показал, что изменение ГТК носит разнонаправленный характер. Однако на большей территории засушливость увеличивается. Исключение составляют станции Бабушкин, Баргузин, Сосново-Озерское, где увлажнение растет. Довольно часто засухи в мае бывают в центральных районах республики, где начиная с 2009 г. наблюдаются почти ежегодно. В целом для Бурятии начало активной вегетации начиналось при засушливых погодных условиях в 1978, 1992 и 1996 гг.

В июне засушливость увеличивается на станциях Бабушкин, Иволгинск, Романовка, Сосново-Озерское и Улан-Удэ, а в Багдарине, Орлике и Тунке, наоборот, повторяемость засушливых периодов уменьшается. Почти повсеместно на территории Бурятии в июне засухи наблюдались в 1969, 1979, 1999 гг. и 2016 г. К примеру, с 2013 по 2017 г. организация сельского хозяйства проходила в сложнейших климатических условиях, из-за сильнейших засух в большинстве районов республики ежегодно вводился режим ЧС. Отсутствие эффективных осадков, высокие дневные температуры воздуха и почвы, низкая относительная влажность воздуха, суховеи способствовали интенсивному испарению влаги из почвы. Запасы продуктивной влаги в пахотном слое почвы в июне достигали критических значений. Согласно климатическим прогнозам эта тенденция сохранится в дальнейшем1.

Как правило, засушливые условия в начале вегетационного периода обусловлены высокими температурами (рис. 2). Так, при формировании сильных засух средняя месячная температура воздуха в 1,5–2 раза выше средних многолетних значений.

Повышение температуры определяет увеличение продолжительности вегетационного сезона. Рост сумм активных температур (выше 10 °С) характерен для всей рассматриваемой территории, но наибольшие изменения (на 7–8 °С в год) отмечаются на станциях Улан-Удэ, Иволгинск и Орлик (рис. 3). Полученный вывод согласуется со статьей [6], где указано, что за 60-летний период суммы активных температур на территории Забайкалья увеличились на 150–350 °С. Увеличение ресурсов тепла в вегетационный период приведет к изменению испарения, что усилит засушливость территории. Сумма активных температур за вегетационный период на территории Бурятии изменяется в пределах от 645 до 2 427 °С.

а)                                              б)

Те	mperature (К)
277,2        281,2        285 Data	1          289,1         293,0         296,9 in = 282,5, Мах = 298,9 в)
Те	mperature (К) _______________________

а)

Годы

б)

Рис. 3. Многолетняя динамика активных температур за вегетационный период на метеорологических станциях Улан-Удэ (а) и Иволгинск (б)

Проанализировав динамику коэффициента засушливости, можно заключить, что засушливость растет. Самыми засушливыми районами республики являются Иволгинск, Улан-Удэ и Баргузин. В целом за рассмотренный период наблюдалось 417 случаев с засухами, причем 68% наблюдались именно на этих трех станциях (табл. 1).

Таблица 1

Суммарное количество «очень сильных», «сильных» и «средней засушливости» погодных условий на метеорологических станциях Республики Бурятия (1969–2019 гг.)

Станции	Число случаев с ГТК<0,7
	май	июнь	июль	август	сентябрь
Бабушкин		4	2	2	1
Багдарин	3	5	4	2	1

Станции	Число случаев с ГТК<0,7
	май	июнь	июль	август	сентябрь
Баргузин	16	24	20	13	6
Иволгинск	31	32	17	17	12
Орлик	3	2		1	4
Романовка	5	12	15	3	2
Сосново-Озерское	5	13	8	5	2
Таксимо		10	10	2
Тунка	8	4	1	1	1
Улан-Удэ	29	29	15	14	13

Следует отметить, что начиная с 2002 г. засушливые периоды стали наблюдаться чаще. Даже в сентябре, когда засухи формируются крайне редко, на станциях Иволгинск и Улан-Удэ с 2011 по 2017 г. засухи наблюдались ежегодно.

Заключение

Полученные результаты позволяют сделать выводы о том, что засушливость климата Республики Бурятия растет в основном за счет повышения температуры воздуха, что, вероятно, приведет к снижению продуктивности сельскохозяйственных культур и животноводства в будущем. При анализе многолетних гидротермических условий Бурятии выявлено, что наступление атмосферной засухи возможно в любом месяце вегетационного периода. Однако наиболее интенсивные засухи наблюдаются в начале вегетационного периода. Повышенный риск возникновения засушливых условий характерен для территорий, расположенных вблизи метеорологических станций Улан-Удэ и Иволгинск. На эти станции приходится 68 % всех случаев с засухами.