Изучение городской экосистемы и разработка моделей ее функционирования предполагает комплексный подход к исследованию основных факторов урбанизации. К главным показателям качества жизни в городе относят природно-климатические условия [1].
Решение проблемы изменения климата и его влияния на преобразования ландшафтов во многом определяется знанием закономерностей трансформации природной среды в различных природных условиях. Эти закономерности рассматриваются для региона Верхнего Приангарья – репрезентативного в природном плане района Восточной Сибири, который является географическим узлом контрастных природных условий и типичным урбанизированным районом, центром индустриального освоения со значительной антропогенной нагрузкой на природу и человека.
Цель работы – исследование изменения климата городских экосистем Верхнего Прианагарья. Функционирование городов приводит к изменению климатических характеристик, главным образом, температуры воздуха. Основой для анализа многолетней динамики температур воздуха послужили 50-летние ряды наблюдений (1936–1985 гг.) по 5 станциям, расположенным на территории Иркутско-Черемховской равнины. Для станции Иркутск (обсерватория) проанализирован ряд наблюдений за период в более чем 100 лет (1891–1995 гг.). В качестве главного показателя временной структуры термического режима изучаемой территории нами использованы основные параметры многолетнего распределения средней суточной и месячной температуры воздуха, их экстремальные значения и вероятности. В среднем за год температура воздуха в пределах изучаемого района отрицательная. Годовые амплитуды температуры воздуха на большей части Иркутско-Черемховской равнины составляют 35–39 °С. Повторяемость дней с положительной и отрицательной средней суточной температурой воздуха примерно одинакова. В годовом ходе температуры воздуха отмечается, как правило, один максимум в июле и минимум – в январе. Сходство закономерностей изменения температуры в зимние месяцы позволяет ограничиваться анализом лишь для января. В пределах Иркутско-Черемховской равнины температурный режим в январе определяется влиянием двух главных факторов: адвекции и радиационного охлаждения. В результате в это время формируются самые низкие температуры воздуха. Средние многолетние температуры января составляют от –19 °С до –25 °С. Известно, что самая теплая зима на юге Восточной Сибири наблюдается в котловине озера Байкал. На Прибайкальских станциях, в отличие от континентальных, температура в январе на 2–3 °С выше. Средние многолетние температуры самого теплого месяца лета –июля для большей части равнины составляют 15–18 °С. Согласно опубликованным данным [2, 3] можно утверждать, что средняя месячная температура воздуха в июле более устойчива. Так, среднее квадратическое отклонение в это время составляет ± 1 °С, а в январе оно равно ± 3 °С. Такие отклонения, как следует из правила «трех сигм», будут наблюдаться на изучаемой территории в 68 % всех случаев наблюдений. За пределы ± 3 °С распределение температуры воздуха выходит очень редко. Например, для Иркутска (обсерватория) такие случаи наблюдаются один раз в 200 лет. Итак, приведенные нами данные подтверждают известный вывод о том, что распределение температуры воздуха на изучаемой территории близко к норме.
Теперь перейдем к детальной характеристике многолетнего хода температуры воздуха. Общепринято анализировать возможные изменения климата на основании многолетнего хода 10-летних скользящих средних температуры воздуха. Используя данный метод [5], многие авторы в своих исследованиях [6, 7] показали, что после интенсивного глобального понижения температуры воздуха, которое закончилось в середине 40–60-х гг., начался ее рост. Существование низких температур во многих районах в течение длительного времени свидетельствует об общности причины их изменения. С физической точки зрения вполне закономерно связывать многолетние изменения в температурном режиме с преобладанием одной из форм циркуляции. Как видно из рис. 1, для многолетнего изменения термического режима изучаемого нами района характерны следующие особенности. Так, на построенных нами графиках многолетнего изменения температуры воздуха в Иркутске на фоне общей тенденции к повышению среднегодовой температуры воздуха наблюдалось несколько периодов с резкими понижениями температуры относительно среднего значения.
Рис. 1. Скользящие десятилетние средние температуры воздуха г. Иркутска (от + 1 °С до –2 °С – годовые; от 18 °С до 16 °С – июльские; от –19 °С до –23 °С – январские).
В литературных источниках по климату [5–7] существуют противоречивые мнения о том, является ли это потепление последних лет кратковременным явлением на фоне более продолжительного похолодания или же это начало новой эпохи длительного потепления. Кроме указанных выше периодов, понижение наблюдалось и в 50-х и 70-х гг.
Повышение средней годовой температуры воздуха в Иркутске связано, главным образом, с ростом температуры в январе (рис. 1), а не в июле, как логичнее было бы предполагать. Подобные изменения могут быть обусловлены, как показали многочисленные исследования, преобладанием экстремального развития зональной формы циркуляции и интенсивного западно-восточного переноса воздушных масс, их существенной трансформацией и перераспределением. Все перечисленные факторы способствуют повышению температуры воздуха в зимнее время.
Эти выводы подтверждает также расчет степени близости статистической связи между температурой воздуха в январе и среднегодовой температурой. Связь неоднородна, коэффициент корреляции оказался равным за весь период исследования 0,66. Как видно из таблицы 1, существует неоднородность связи: до середины 30-х годов связь среднегодовой температуры воздуха средней месячной температуры в январе практически не выражена и имеет обратный знак (r = –0,23), а в последние годы (1937–1981) связь положительна и усилилась (r = 0,73). При сопоставлении многолетнего тренда средней годовой температуры воздуха с колебаниями температуры в июле обнаружена в целом слабая (r = 0,22), а в последние годы устойчивая обратная взаимосвязь (r = –0,68).
Следует обратить внимание на смену знаков при анализе зависимости среднегодовой температуры с температурой в январе и июле. Нами установлено, что цикличность в смене знаков линейной корреляции составляет около 45 лет. С физической точки зрения трудно дать объяснение обнаруженной цикличности в многолетне ходе среднегодовой температуры в Иркутске. Наличие 22-летнего цикла активных явлений на Солнце вполне закономерно определяет существование взаимосвязи среднегодовой температуры и солнечной активности. В действительности расчет коэффициента корреляции показал, что связь многолетних колебаний температуры воздуха в Иркутске и чисел Вольфа практически не выражена. Однако, совсем другое дело получается при сопоставлении трендов среднегодовой температуры и чисел Вольфа. Коэффициент корреляции оказался очень высокий и составляет (r = 1,0). наличие синхронности колебаний температуры и солнечной активности в течение пяти последних десятилетий нельзя считать случайным явлением.
Таким образом, тренды среднегодовой температуры воздуха обусловлены процессами глобального характера, а при сохранении тенденции нарастания солнечной активности в ближайшие годы следует ожидать и синхронные колебания среднегодовой температуры воздуха. Полученную информацию можно использовать при прогнозе изменения климата в г. Иркутске.
Теперь перейдем к анализу безморозного периода. Согласно исследованиям [1], среднее квадратическое отклонение продолжительности безморозного периода в пределах исследуемого региона равно ± 13,8 дней с ошибкой 1,6. Иначе говоря, продолжительность безморозного периода будет отличаться от средних его значений на 14 дней. Даты наступления последнего и первого мороза отклоняются относительно средних на 10 дней. Как показали наши исследования 104-летнего ряда наблюдений в Иркутске (1891–1995 гг.) вариации от средней продолжительности безморозного периода значительно меньше и составляют 10 дней.
Таблица 1
Даты заморозков, средние за 60 и 12 лет (г. Иркутск)
| Последний | Первый | |||
| дата | год | дата | год | |
| (1891–1930) – 60 лет | ||||
| Средние | 01 VI | 03 VII | ||
| Наиболее ранние | 13 V | 1924 | 19 VIII | 1945 |
| Наиболее поздние | 23 VI | 1900 | 29 V | 1918 |
| (1939–1950) – 12 лет | ||||
| Средние | 30 V | 05 IX | ||
| Наиболее ранние | 15 V | 1945 | 19 IX | 1945 |
| Наиболее поздние | 14 VI | 1948 | 21 IX | 1940 |
Как видно из таблицы, средняя дата последнего мороза за 60-летний период (1 июня) запаздывает на 1 день относительно даты 30 мая для последнего 12-летнего отрезка этого периода. Первый мороз в среднем наступает на 2 дня позже. Таким образом, средняя продолжительность безморозного периода за 1939–1950 гг. на 3 дня больше, чем для всего ряда (1891–1950). Анализируя периоды между наиболее ранними и поздними датами наступления заморозков, можно отметить, что они составляют 36–40 дней при рассмотрении 60-летнего ряда и в среднем 30 дней при 12-летнем периоде. Итак, какой бы разный по длительности период не рассматривался, в среднем отрезок времени между наиболее ранними и поздними датами наступления заморозков составляет в Иркутске около 33 дней.
Сопоставление десятилетних скользящих средних позволило сделать ряд интересных выводов. Так, общий ход кривой для июля (см. рис. 1) очень хорошо совпадает с ходом кривой для продолжительности безморозного периода. Коэффициент автокорреляции подтверждает этот факт (r = 0,49). Однако гораздо более высокая взаимосвязь продолжительности безморозного периода наблюдается с температурой годовых значений.
Таким образом, в теплые годы последний мороз весной наблюдается в Иркутске с вероятностью 67 % на 12 дней раньше, а даты первых морозов осенью наступают позже также в среднем на 12 дней (± 2 °С). Народная примета о существовании более теплого лета после холодной зимы оправдывается.
В последнее время все чаще долгосрочные изменения климата связывают с уровнем солнечной активности. Известно, что усиление солнечной активности приводит к увеличению барических контрастов, следовательно, к углублению циклонов и возрастанию мощности антициклонов.
Таким образом, многолетние колебания температуры воздуха определяются под воздействием не только глобальных факторов, но и все более возрастающего антропогенного влияния на них города. Город трансформирует проходящую над ним воздушную массу, прослеживается ярко выраженная тенденция к увеличению температуры воздуха и развитию острова тепла в крупном городе. В многолетнем ходе средней месячной температуры воздуха за последние 30 лет явно выражено преобладание теплых лет в январе и холодных в июле. Особенности формирования термического режима Иркутско-Черемховской равнины определяются зимой при преобладающей роли радиационных факторов, а летом – циркуляционных. В последние два 10-летия сохраняется устойчивая тенденция к увеличению общей продолжительности безморозного периода.
Т.А. Липатова
Литература
- Пивоваров Ю.Л. Основы геоурбанистики: Урбанизация и городские системы: Учебн. пособие для студентов. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1999. – 232 с.
- Справочник по климату СССР. – Л.: Гидрометеоиздат, 1966. – Вып. 22, Ч. 1.
- Справочник по климату СССР. Устойчивость и точность климатических характеристик. – Л.: Гидрометеиздат, 1976. – Ч. 1.
- Рубинштейн Е.С., Полозова Л.Г. Современное изменение климата. – Л.: Гидромстеоздат, 1966.
- Байдал М.Х., Неушкин А.И. Глобальные атмосферно-циркуляционные факторы климата и их тенденции на ближайшие десятилетия // Физические основы изменения современного климата. – М., 1987.
- Борисенков Е.П. Основные тенденции естественных и антропогенных изменений климата // Физические основы изменения современного климата. – М., 1978.
- Кондратьев К.Я. Радиационные факторы современных изменений глобального климата. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980.
- Ландсберг Г.Е. Климат города. – Л.: Гидромеоиздат, 1983.