Влияние урбанизации на увеличение термических ресурсов юга Беларуси

Республика Беларусь характеризуется раз­витым сельскохозяйственным производством, которое в значительной степени базируется на использовании климатических ресурсов. Поэтому в условиях современного глобального потепле­ния в стране большое внимание уделяется сель­скохозяйственной оценке изменяющегося клима­та, в первую очередь изменению его термических ресурсов [2-9].

В качестве наиболее значимого следствия глобального потепления для Беларуси рассмат­риваются изменения агроклиматических рубежей. Такой вывод был сделан путем сопоставления границ агроклиматических областей с изолиниями сумм активных температур, рассчитанными за период 1989-1999 гг. [7]. Как известно, согласно схеме районирования А. X. Шкляра, на террито­рии Беларуси выделяются три агроклиматические области: Северная — умеренно теплая, влажная, Центральная — теплая, умеренно влажная и Юж­ная — теплая, неустойчиво влажная. Они имеют субширотное простирание и характеризуются средними значениями сумм активных температур выше 10 °С в пределах от 2000 до 2600 °С [11]. Утверждается, что потепление привело к сдвигу границ агроклиматических областей на 60-150 км к северу, вызвав распад Северной области и по­явление фрагментарно выраженной на юго-западе и юго-востоке Белорусского Полесья но­вой, четвертой области c суммами активных тем­ператур свыше 2600 °С [7].

Однако результаты проведенного в Белгидрометцентре обобщения метеорологических данных за 1986-2005 гг., показали, что средние значения сумм активных температур выше 10 °С за этот период превышают 2600 °С только на трех станциях (Пинск, Гомель и Брест), соответ­ственно на 28, 41 и 83 °С. Таким образом, выде­ленная в работе [7] четвертая агроклиматическая область базируется исключительно на данных метеостанций, приуроченных к крупным городам, в то время как ближайшие к ним сельские метео­станции, в том числе расположенные гораздо южнее, вписываются в третью область. При вы­делении новой агроклиматической области гори­зонтали проводились вручную.

Картографирование сумм температур за 1986-2005 гг. с применением ГИС-технологий по четырем градациям (< 2200, 2200-2400, 2400­2600 и > 2600 °С), соответствующим предельным значениям агроклиматических областей, вос­произвело региональные структуры, образован­ные лишь тремя первыми из них; четвертая гра­дация оказалась представленной локальными вкраплениями в область третьей. На этом осно­вании было выдвинуто предположение, что в данном случае скорее имеет место не явление регионального масштаба, а локальный эффект, обусловленный процессами урбанизации и инду­стриализации городов [5].

Необходимость вычленения вклада урба­низации при оценках современного потепления подчеркивается и российскими исследователя­ми, согласно которым его величина для террито­рии России составляет как минимум 0,3 °С [10]. Для территории Беларуси близкие значения, по­лученные путем расчета средних температур воздуха по группам метеостанций, выделенным с учетом численности их населения, приведены в табл.1.

Данные табл. 1 показывают, что во все се­зоны года температура воздуха в крупных горо­дах Беларуси (с населением свыше 100 тыс. че­ловек) в среднем заметно выше, чем в малых городах и селах. При этом следует иметь в виду формальный характер таких группировок, кото­рые игнорируют реальное положение метеостан­ций относительно города, а также условность отнесения населенного пункта к категории «круп­ный город» при анализе динамики его населения за столь продолжительный период.

Таблица 1. Средние значения температур воздуха по сезонам года по категориям метеостанций Беларуси за 1946-2007 гг.

Избежать этого недостатка при выявлении эффекта урбанизации позволяет подход, осно­ванный на анализе многолетней динамики раз­ности средних температур воздуха для конкрет­ной пары метеостанций, включающей городскую и ближайшую к ней сельскую (фоновую). Эффект влияния города обнаруживается при построении графика разностей температур за весь послево­енный период. Он проявляется в виде восходя­щего тренда, возникающего одновременно с ин­тенсивным ростом городов Беларуси приблизи­тельно с начала 70-х гг. XX в. Количественная оценка эффекта влияния города представляет собой разность между осредненными значения­ми уровней ряда температурных показателей за современный и предшествующий этапу урбани­зации периоды наблюдений [4].

Величина эффекта в значительной мере определяется расположением городской метео­станции. Например, из-за значительной удален­ности метеостанции от города для Гродно эф­фект урбанизации не обнаруживается.

Существенным препятствием для оценки эффекта является неоднородность рядов наблю­дений, вызываемая переносом метеостанции. Эти переносы и специфическое местоположение пло­щадки единственно возможной фоновой метео­станции Полесская (на освоенном торфянике), за­труднили такую оценку для Пинска.

Для Могилева (после устранения систем­ного сдвига в данных вследствие переноса го­родской метеостанции в 1972 г.) величина эф­фекта урбанизации по метеостанции Березино оценена в 0,4 °С.

Максимальное значение разностей темпе­ратур было получено для Гомеля и двух близ­лежащих станций (Василевичи и Брагин). Оно составило 0,6 °С. Близкое значение разностей температур установлено для Витебска и станции Езерище, вдвое меньшее (0,3 °С) — для Бреста и станции Высокое.

С целью оценить величину эффекта урба­низации в динамике термических ресурсов для метеостанций юга Беларуси нами сопоставля­лись данные агроклиматических справочников по суммам активных температур выше 10 °С за раз­личные периоды осреднения (табл. 2).

Как следует из табл. 2, разности сумм ак­тивных температур выше 10 °С по периодам для всех рассматриваемых метеостанций демонст­рируют положительную динамику, свидетельст­вуя тем самым о потеплении за последние 20 лет (1986-2005 гг.). Однако на городских станциях оно выражено гораздо сильнее и составляет от­носительно различных базисных периодов (1881-1980 гг. и 1881-1990 гг.) соответственно 185 и 212 °С, в то время как на сельских — лишь 104 и 110 °С. Это связано с тем, что процесс по­тепления в городах заметно усиливается урбани­зацией территории, о чем свидетельствует поло­жительная динамика разностей сумм температур между городскими и сельскими станциями (15, 40 и 121 °С). В чистом виде эффект урбанизации оценивается как разность разностей сумм тем­ператур по категориям станций и различным пе­риодам и составляет в среднем 81 и 103 °С (табл. 2).

Результаты сопоставлений свидетельст­вуют о том, что если исключить эффект урбани­зации в приростах сумм температур для город­ских метеостанций юга Беларуси, то основания для выделения четвертой агроклиматической области исчезают.

Рассмотрим этот вопрос с использованием иных подходов. Вклад урбанизации в увеличение термических ресурсов на юге Беларуси оценен путем расчета сумм температур за различные месяцы теплого периода года без учета точных дат перехода через 10 °С (табл.3).

В целом они дают аналогичные результа­ты, хотя и при заметно меньших средних значе­ниях разностей по периодам, категориям станций и, соответственно, меньших значениях разности разностей, характеризующих эффект урбаниза­ции. Впрочем, для Гомеля они соизмеримы с расчетами, полученными по агроклиматическим справочникам, и составляют за май — сентябрь более 60 °С, а за весь теплый период (апрель — октябрь) — около 80 °С. При этом совпадение оценок, полученных с использованием данных различных фоновых станций (Василевичи и Бра­гин), можно считать лучшим подтверждением их объективности (табл.3).

Таблица 2. Динамика сумм активных температур выше 10 °С по метеостанциям южной Беларуси (данные справочников)

Таблица 3. Динамика сумм активных температур выше 10 °С по метеостанциям южной Беларуси за месяцы теплого периода (данные расчетов)

Заметим, что использованные при сравне­ниях городские и сельские метеостанции харак­теризуются близкими средними значениями гео­графических координат. Для трех городских ме­теостанций они составляют 52,21° с.ш. и 26,92° в.д., а с использованием станции Мозырь — 52,15° с.ш. и 27,48° в.д. Координаты пяти сель­ских метеостанций равны 52,09° с.ш. и 27,94° в.д., а вместе со станцией Полесская — 52,12° с.ш. и 27,73° в.д. Это позволяет считать, что вклад географического положения в разностях сумм температур по этим категориям метеостан­ций ничтожно мал.

Для окончательного решения вопроса о природе аномально высоких значений термиче­ских ресурсов на ряде метеостанций юга Бела­руси потребовалось привлечение информации по сопредельным государствам. Такиеданные по среднемесячным температурам воздуха за по­слевоенный период были получены для четырех ближайших к южным рубежам страны метео­станций Украины (Ковель, Сарны, Овруч, Черни­гов). По этим данным при разных периодах ос­реднения были рассчитаны суммы температур, которые были сопоставлены с аналогичными данными по станциям южной Беларуси (их спи­сок представлен в табл.3). Результаты оценки отражены в табл. 4 и 5.

Сопоставление табл. 4 и 5 показывает, что даже небольшой сдвиг в интервалах осреднения приводит к заметному изменению величины раз­ности сумм температур по периодам: макси­мальные их оценки дает осреднение за более короткий период, поскольку современное потеп­ление на территории Беларуси проявилось наи­более ярко только с конца 80-х гг. XX в. Однако территориальные различия остаются практиче­ски неизменными.

Таблица 4. Динамика сумм температур по метеорологическим станциям южной Беларуси и северной Украины за различные месяцы теплого периода (20-летний период)

Таблица 5. Динамика сумм температур по метеорологическим станциям южной Беларуси и северной Украины за различные месяцы теплого периода (18-летний период)

Данные по обоим периодам осреднения демонстрируют более высокие суммы темпера­тур для северной Украины в сравнении с южной Беларусью, что находит естественное объясне­ние в более южном географическом положении Украины. Вместе с тем разности этих показате­лей по периодам во всех случаях для севера Ук­раины оказываются несколько меньшими, чем для юга Беларуси. Это обстоятельство можно объяснить, исходя из теории климата, согласно которой потепление, связанное с парниковыми газами, должно быть более значительным в вы­соких широтах.

Другая особенность полученных данных — более высокие, чем в Украине, суммы темпера­тур на городских станциях Беларуси, что, несо­мненно, является результатом существования на юге Беларуси мощных городских островов тепла. Дело в том, что все четыре городские метео­станции южной Беларуси приурочены к городам с численностью населения более 100 тыс. чело­век, а Брест и Гомель — более 300 тыс. Среди четырех украинских метеостанций к последней категории принадлежит лишь Чернигов, а ос­тальные станции северной Украины относятся к городам с численностью населения от 20 до 70 тыс. человек.

Оценки эффекта урбанизации были полу­чены также при помощи статистического моде­лирования, которое базировалось на установ­ленной нами близкой к функциональной зависи­мости термических показателей от широты (φ), долготы (λ) и абсолютной высоты местности (H). С использованием информации по 49 метео­станциям Беларуси были получены уравнения множественной линейной регрессии, опреде­ляющие связь с указанными параметрами сумм положительных температур выше 0, 5, 10 и 15 °С, осредненных за период 1986-2005 гг.:

∑T > 0 °C = 8905 -104,9 φ — 9,942 λ — 1,068 H; R = 0,921;

∑T > 5 °C = 8721 -104,8 φ — 7,630 λ — 1,051 H;

R = 0,917;

∑T > 10 °C = 8660 -113,4 φ — 2,546 λ — 0,990 H;

R = 0,909;

∑T > 15 °C = 9123 -140,0 φ + 6, 945 λ -1,339 H; R = 0,888.

Из уравнений следует, что при формиро­вании термического режима на территории Бе­ларуси в теплый период года максимальный вклад вносит широта, на порядок меньший — дол­гота, а минимальный — с учетом равнинного ха­рактера территории — абсолютная высота мест­ности. При общем однотипном характере урав­нений — имеются и различия. Роль географиче­ской широты, за которой скрывается важнейший климатический фактор — солнечная радиация, для более теплых периодов возрастает, в то время как роль географической долготы, отра­жающей континентальность климата, напротив, снижается. Для самого теплого периода с темпе­ратурой выше 15 °С коэффициент регрессии да­же меняет знак, поскольку рост термических ре­сурсов обеспечивает континентальность климата.

Высокие значения коэффициентов множе­ственной корреляции (R) позволяют получить для каждой метеостанции модельные значения сумм положительных температур и их отклоне­ния от расчетных значений (остатки регрессии). Величины остатков разного знака за пределами величин стандартных отклонений, могут рас­сматриваться в качестве оценок аномалий (по­ложительных либо отрицательных), возникаю­щих, прежде всего, под влиянием неучтенных местных факторов (табл.6). Такими факторами могут быть «острова тепла», приуроченные к крупным городам, или «острова холода» в рай­онах крупных водоемов, торфяников или лесных массивов.

Как следует из табл. 6, величины регрес­сионных остатков по метеостанциям для различ­ных сумм температур довольно сильно коррели­руют между собой. При этом из всей выборки (49 станций) выявляется примерно по 8 аномальных станций со знаками «+» и «-». В порядке убыва­ния наибольшие отрицательные аномалии фик­сируются на станциях Нарочь озерная, Полес­ская, Брагин, Кличев, Березинский заповедник, а положительные аномалии — на станциях Брест, Витебск, Гомель, Минск, Пинск. Таким образом, отрицательные аномалии, действительно, при­сущи крупным водоемам, массивам торфяников и лесов, а положительные аномалии — крупным городам. Абсолютные значения по показателю сумм температур выше 10 °С последних состав­ляют соответственно 135, 133, 127, 96 и 84 °С, что близко к оценкам, полученным нами другими методами.

Таким образом, вышеприведенные данные свидетельствуют о том, что аномально высокие значения сумм температур на метеостанциях юга Беларуси обусловлены дополнительным локаль­ным эффектом урбанизации, который сущест­венно сказывается на величине региональных оценок южных районов страны. В свете получен­ных результатов выделение новой, четвертой агроклиматической области в понимании А. X. Шкляра [11] на территории Беларуси в на­стоящее время на наш взгляд лишено достаточ­ных научных оснований.

Таблица 6. Величины регрессионных остатковдля сумм активныхтемператур по метеостанциям Беларуси за 1986-2005 гг.*

* Жирным шрифтом выделены величины остатков, превышающие значения стандартных отклонений (δ).

Литератуpa

1. Агроклиматические ресурсы Белорусской ССР / Под ред. Μ. А. Гольберга, В. И. Мельника. Минск, 1985.
2. Изменения климата Беларуси и их последствия / В. Ф. Логинов, Г. И. Сачок, В. С. Микуцкий и др. / Под общ. ред. В. Ф. Логинова. Минск, 2003.
3. Климат Беларуси / Под. ред. В. Ф. Логинова. Минск, 1996.
4. Коляда В. В., Шубская Ю. А. Оценки факторов изменения агротермических ресурсов Беларуси // Природопользование. Минск, 2010. Вып.17. С. 118-125.
5. Коляда В. В., Шубская Ю. А. Оценка изменения агроклиматических ресурсов Беларуси // При­родные ресурсы. 2010. № 1. С. 108-117.
6. Логинов В. Ф. Глобальные и региональные изменения климата: причины и следствия. Минск, 2008.
7. Мельник В. И. Влияние изменения климата на агроклиматические ресурсы и продуктивность ос­новных сельскохозяйственных культур Беларуси: Автореф. дис. … канд. геогр. наук. Минск, 2004.
8. Мельник В. И., Комаровская Е. В. Изменение климата на территории Беларуси: возможные ме­ры адаптации // Экалогія. 2010. № 3. С. 7-11.
9. Мельник В. И., Комаровская Е. В. Влияние изменений климата на ведение сельскохозяйствен­ного производства в Белорусском Полесье // Прыроднае асяроддзе Палесся: асаблівасці і перспектывы развіцця. Брэст, 2008. Вып.1. С. 51-53.
10. Хайруллин К. Ш., Пичугин Ю. А. Образцов Μ. 3. Климатические тренды и моделирование ре­гулирующей роли биосферы // Изв. РАН. Сер. геогр. 2009. № 2. С. 52-56.
11. Шкляр А. X. Климатические ресурсы Белоруссии и использование их в сельском хозяйстве. Минск, 1973.

Авторы: В.Ф. Логинов, В.В. Коляда
Источник: Журнал “Природопользование”, вып. 18, 2010 г. С. 9-14.