Тенденции в изменении климата, влияющие на сельское хозяйство степной зоны Кабардино-Балкарской Республики

Актуальность работы. Ключевыми проблемами человечества в начале ХХI века являются неуправляемые изменения климата. Происходящие в климатической системе процессы глобального потепления у поверхности земли оказывают существенное влияние на различные отрасли экономики и на многие сферы социальной жизни. Для правильного представления тенденции изменения климата необходимо комплексное исследование крупномасштабных изменений всех компонентов климатической системы атмосферы и поверхности земли. Техногенная нагрузка на компоненты биосферы приводит к заметным изменениям параметров, составляющих в совокупности климат.

Цель исследования. Изучение изменений климатообразующих метеопараметров разными методами и на его основе создание рекомендательных предложений технологических решений возделывания сельскохозяйственных культур хозяйствам степной зоны Кабардино-Балкарской Республики.

Задачи исследования. Проведение комплексного анализа динамики изменения основных климатообразующих метеопараметров по всем сезонам и за год по данным МС «Прохладный» за период 1956–2009 гг. и оценка влияния этих изменений на сельское хозяйство.

Методы работы и объекты исследования. В статье рассмотрены результаты анализа динамики изменения значений основных климатообразующих метеопараметров: суммарное количество осадков, средняя температура воздуха, относительная влажность воздуха и максимальная скорость ветра – по данным метеостанций степной зоны КБР (МС «Прохладный). Были использованы следующие научные методы: статистический, нормированного размаха, отклонения от климатической нормы, скользящих средних.

Статистический метод анализа проводится в два этапа по следующей схеме: в первом этапе весь период делится на три интервала и для них определяем такие характеристики, как среднее значение, среднеквадратическое отклонение, коэффициенты асимметрии и эксцесса, минимальное и максимальное значения и их разброс; во втором этапе деление производится на два интервала и для них также определяются характеристики. По характеру изменения этих характеристик делаются определенные выводы.

В таблице приведены результаты расчетов физико-статистических характеристик и коэффициента Хёрста частичных временных рядов годовых значений основных климатообразующих метеопараметров.

Статистические характеристики временных рядов годовых значений метеопараметров (по данным МС «Прохладный»)

Временной ряд, годы	Среднее значение	Средн. квадрат. отклон.	Коэффициент		Минимальное значение	Максимальное значение	Разброс	Показатель Хёрста
			асимметрии	эксцесса
Суммарное количество осадков (мм)
1956-1973	451,93	88,65	-0,15	-0,19	251,5	606,0	354,5	0,56
1974-1991	474,60	85,07	-0,52	-0,41	286,0	618,1	332,1	0,54
1992-2009	497,94	95,04	-0,39	-0,82	301,0	654,0	353,0	0,55
1955-1982	454,77	87,05	-0,03	-0,32	251,5	618,1	366,6	0,47
1983-2009	494,88	91,71	-0,62	-0,31	286,0	654,0	368,0	0,51
1955-2009	474,83	91,63	-0,30	-0,54	251,5	654,0	402,5	0,64
Средняя температура воздуха (0С)
1956-1973	9,85	0,88	0,34	-1,03	8,5	11,4	2,9	0,51
1974-1991	10,22	0,75	0,24	-0,59	8,8	11,8	3,0	0,54
1992-2009	10,88	0,87	-1,22	0,85	8,5	11,9	3,4	0,83
1956-1982	9,95	0,90	0,36	-0,91	8,5	11,8	3,3	0,50
1983-2009	10,69	0,83	-0,63	-0,20	8,5	11,9	3,4	0,86
1956-2009	10,32	0,94	-0,14	-1,06	8,5	11,9	3,4	0,80
Средняя относительная влажность воздуха (%)
1956-1973	78,28	1,92	-0,92	1,11	73	81,8	8,8	0,78
1974-1991	78,18	1,85	-0,81	-0,47	74,3	80,2	5,9	0,57
1992-2009	77,76	1,41	-0,21	0,73	74,4	80,8	6,4	0,60
1956-1982	78,25	1,92	-0,90	0,56	73	81,8	8,8	0,70
1983-2009	77,89	1,55	-0,40	0,07	74,4	80,8	6,4	0,61
1956-2009	78,07	1,76	-0,66	0,36	73	81,8	8,8	0,60
Максимальная скорость ветра (м/с)
1956-1973	21,61	5,57	1,14	0,16	16	34	18	0,77
1974-1991	21,50	4,35	1,11	1,45	15	34	19	0,81
1992-2009	19,06	3,52	1,27	1,08	15	28	13	0,47
1956-1982	22,00	5,50	0,98	-0,06	16	34	18	0,74
1983-2009	19,44	3,28	0,89	0,62	15	28	13	0,57

1956-2009     20,72      4,71         1,29         1,28         15          34         19       0,68

Результаты и их обсуждения. Результаты анализа используемых метеопараметров запишем в виде:

• -    для суммарного количества осадков среднее, минимальное и максимальное значения осадков увеличиваются от интервала к интервалу, а значения коэффициентов асимметрии и эксцесса указывают на правостороннюю плосковершинность в обоих вариантах; коэффициент Херста указывает на нестабильность в первой половине временного ряда и близость к белому шуму;

• -    средняя температура воздуха устойчиво возрастает во времени; изменения минимальных и максимальных значений, а также их разброса незначительны и при этом последние два из них увеличиваются; коэффициент Херста указывает, что до 1991 года ряд близок к гауссовскому белому шуму, хотя вторая половина ряда соответствует свойству персистентности (тенденция сохраняется);

• -    средняя относительная влажность воздуха уменьшается сначала на 0,1%, затем в случае трех интервалов на – 0,4% и на 0,36% – в случае двух интервалов; среднеквадратическое отклонение указывает на некоторое сужение рассеяния значения вокруг среднего значения; коэффициент Херста характеризует персистентность процесса, т.е. убывание и в дальнейшем будет продолжаться;

• -    на всем интервале максимальная скорость ветра уменьшается на 2,6 м/с; все характеристики, за исключением коэффициентов асимметрии и эксцесса, которые указывают на левостороннюю островершинность, убывают от интервала к интервалу; коэффициент Херста на интервале 1992-2009гг. характеризует антиперсистентность, т.е. убыванию в прошлом последует возрастание.

Для более детального анализа рассмотрим рис. 1, где приводится динамика изменения метеопараметров, линия тренда и значение климатической нормы по данным МС «Прохладный» за год.

Динамика изменения суммарного количества осадков из рисунка такова:

• -    климатическая норма равна 470,8 мм;

• -    наименьшее значение метеопараметра зарегистрировано в 1957 году и равно 251,5 мм, а наибольшее (654 мм) в 1992 году;

• -    на всем интервале происходят колебания относительно климатической нормы с частыми перепадами, почти на 250 мм в соседних годах;

• -    сумма отклонений от климатической нормы по интервалам составляет: для первого интервала -339,6; для второго – 68,4; а для третьего – 488,6;

линия тренда ( у = 1 , 5223 x + 429 , 43 ) указывает на увеличение среднего значения метеопараметра и пересекается с линией климатической нормы в 1983 году.

Анализируя характер изменения средней температуры воздуха по рис. 1, можно заключить следующее:

• -    наименьшая температура воздуха (8,5⁰С) зафиксирована в 1956 и 1993 годах, а наибольшее (11,9⁰С) в 2004 году;

• -    начиная с 1976 года, значения метеопараметра выше климатической нормы (10,1⁰С) и стабильно увеличиваются;

• -    линия тренда ( у = 0 , 0304 x + 9 , 4786 ) указывает на повышение температуры воздуха во времени;

• -    в первых двух интервалах происходит интенсивное колебание значения метеопараметра вокруг климатической нормы с поочередными всплесками и спадами, а третий интервал характеризуется устойчивым повышением температуры воздуха.

В отличие от предыдущих метеопараметров средняя относительная влажность воздуха уменьшается во времени. Как видно на рис. 1, линия тренда ( у = - 0 , 0169 x + 78 , 534 ) с самого начала опускается, пересекая линию климатической нормы (78,2%) в 1974 году. Анализ изменения метеопараметра по трем вышеприведенным интервалам запишем в виде

1956-1	973 гг.	1974-1	991 гг.	1992-2009 гг.
min	max	min	max	min	max
1957	1960	1975	1982	2007	1992
73	81,75	74.3	80.25	74.4	80.8

Отсюда видно, что минимальные значения во всех интервалах близки, как и максимальные, хотя наименьшее и наибольшее значения достигаются на первом интервале, а тренд указывает на уменьшение во времени на 1%.

Суммарное количество осадков

y = 1.5223x + 429.43

Средняя температура воздуха

y = 0.0304x + 9.4786

Рис. 1. Динамика годовых изменений метеопараметров, тренд и значение климатической нормы по данным МС «Прохладный»

Максимальная скорость ветра так же, как суммарное количество осадков и средняя температура воздуха, увеличивается во времени, на что указывает и линия тренда ( у = 0 , 0755 x + 22 , 799 ). Максимальная скорость ветра во все года, кроме 1991, 1992 и 1994, выше 15 м/с, причем наибольшее значение (34 м/с) зафиксировано в 1964, 1965 и 1989 годах и соответствует 12 баллам Бофорты.

Метод скользящих средних для анализа может дополнить полученные выводы. На рис. 2 приведены сглаженные значения основных климатообразующих метеоданных и их многолетние средние за период

Рис. 2. Изменение годовых значений метеопараметров и их многолетних средних (метод скользящей средней, N=10) (МС «Прохладный»)

Сглаженное суммарное количество осадков на всем промежутке возрастает, за исключением интервала 1967-1990 гг.; с 1984 года все точки выше многолетней средней (472,1 мм).

Средняя температура воздуха возрастает на всем интервале, за исключением некоторых перепадов, а с 1993 года возрастание идет более быстрыми темпами. До 1998 года значения средней температуры воздуха ниже многолетней средней (10,30С).

Средняя относительная влажность воздуха убывает в интервалах 1967-1979 гг. и 1989-2007 гг. примерно на 2%, а в остальном происходят незначительные увеличения.

Максимальная скорость ветра последние 23 года убывает, самые сильные ветры отмечаются в 1969 и 1986 годах – соответственно 24,6 и 23,7 м/с; многолетняя средняя составляет 20,7 м/с.

Выводы. Проведенный анализ среднегодовых значений основных климатообразующих метеопапа-метров за последние 54 года свидетельствует о потеплении климата, повышении осадков и температуры воздуха, уменьшении средней относительной влажности воздуха и некоторой стабилизации максимальной скорости ветра.

Полученные результаты анализа свидетельствуют о необходимости изменений технологий возделывания сельскохозяйственных культур, возможности использования сортов с коротким периодом вегетации.

Реализация технологических решений с 1995 года осуществляется в хозяйствах степной зоны КБР. Так, получено обоснование для расширения площадей под культурами короткого цикла выращивания, что позволило перейти на режим диверсификации растениеводства. В колхозе им. Петровых широко используются как основные, так и повторные посевы таких ценных культур с периодом вегетации до 70 дней, как лен-кудряш, яровой рапс, редька масличная, горчица сарептская и другие. Внедрение этих культур позволило поднять уровень продуктивности полей севооборотов в последние 7 лет на 12–14% по сравнению с периодом до начала пересмотра их структуры.

Важно, что в сложившихся условиях хозяйствования, когда решающую роль в экономической эффективности играет наличие и объем спроса на ту или иную продукцию, возделывание культур короткого цикла вегетации способствует расширению объемов заготовки наиболее востребованных видов продукции растениеводства. Так, высокий спрос на семена масличных культур вызвал необходимость расширения площадей за период с 2004 года под ранними крестоцветными в 1,8, а льна-кудряша в 6 раз. При этом доходность отрасли растениеводства возросла на 45–49 %.