Классификация почвенной влаги

147

использования критерия «наименьшей полевой влагоемкости» для оценки почвенной засухи и избыточного увлажнения.

Взаимосвязь критериев атмосферной и почвенной засух представлена в таблице 6.3.

Таблица 6.3. Сопряженность атмосферной и почвенной засух для

умеренных широт северного полушария

Во время засухи при антициклональном режиме погоды холодные и сухие воздушные массы спиралью по часовой стрелке опускаются с больших высот и растекаются у земной поверхности. Скорости суховеев зависят от интенсивности турбулентного обмена между высокими и низкими слоями воздуха. Классификация суховейных дней со скоростями ветра представлена в таблице 6.4.

Таблица 6.4. Классификация суховеев по скорости ветров

148

Во время сильных суховеев и пыльных бурь гибнут не только растения, но и возникают очаги пожаров. Огнем уничтожается все, что может гореть: лесная подстилка, сухостой, молодые деревца, крупные деревья и весь животный мир.

Скорость распространения огня зависит от скорости суховеев во время засухи. Суховей является стимулятором распространения лесных пожаров. Сухие массы воздуха усиливают транспирацию растений и высыхание горючих материалов. Большая скорость суховеев способствует проникновению сухих воздушных масс в глубину леса и иссушению лесного материала.

Под пологом древостоя скорость ветра в 6 раз меньше, чем на открытом пространстве. Ветер со скоростью 4 м/с проникает в сосновый древостой до 250 м. При скорости ветра 3-5 м/с скорость распространения огня в древостое при высоте пламени 0,6 м составляет 0,1 км/ч, а при скорости ветра свыше 32 м/с и высоте пламени 3,6 м скорость движения огня может достигать 3 км/ч. Искры могут разлетаться на расстояние до 400 м и вызывать новые очаги пожаров.

Взасушливый период огонь от источника распространяется

всторону преобладающего направления суховеев. В горах очаги пожаров распространяются вдоль склонов. В случае расположения хребтов поперек преобладающего направления суховеев пожар перемещается от подножья к вершине с перехлестыванием на противоположную сторону хребта.

Внижних слоях атмосферы при установившимся режиме погоды отчетливо проявляется характерный ход скорости ветра. Над сушей в самых нижних слоях воздуха (обычно до высот порядка нескольких метров) максимальное значение ветра наблюдается в дневные часы, а минимальное – в ночное время.

Ввышележащих слоях (до высот порядка 1 км) наоборот, максимальное значение скорости ветров наблюдается ночью, а минимальные – днем. Амплитуда суточного хода ветров в умеренных широтах составляет 3-5 м/с.

Вночные часы, при увеличении относительной влажности воздуха и уменьшении скорости ветра пожар обычно ослабевает. Ослабление огня начинается после 17-00 и наблюдается до 4-00 утра, а затем усиливается в утренние часы.

149

6.4. Характеристика засушливости территории России и ближнего Зарубежья

Засушливость, как аномальное атмосферное явление погоды

вусловиях умеренно влажного климата можно рассматривать как

впространственном, так и во временном аспектах. Засушливаость наиболее исследованна на территории Украины, Ставрополья России, Северного Казахстана, а на территории Восточной Сибири и Дальнего Востока вопрос о появлении засух и суховеев практически не изучался.

Долгое время ставилось под сомнение наличие засухи в условиях муссонного климата. Впервые, кто обратил внимание на наличие большой сухости воздуха в зонах достаточного и избыточного увлажнения Дальнего Востока, был И.Ф.Соколов

(1954 г.).

Взоне достаточного и избыточного увлажнения появление засушливых и суховейных дней в начале оказывают положительное влияние на формирование вегетативных и репродуктивных органов растений.

Они активно освобождают растения от избытка влаги, улучшают их дыхание, нормализуют биологические процессы. Но, когда их количество превышает 40% от общей длительности периода вегетации, то пахотные слои почвы настолько иссушаются, что оказываются не в состоянии обеспечивать растения почвенной влагой. Здесь то и возникает нарушение водного баланса растений, приводящего к снижению биологической продуктивности.

Наиболее детальные исследования засух и суховеев на Дальнем Востоке и в целом на территории СССР были проведены

в1973-1993 годах отделом агрометеорологических исследований Гидрометцентра СССР под руководством доктора географических наук Л.И. Сверловой. Исследования проводились на основе анализа материалов наблюдений за 40 летний период (1946-1986) 850 гидрометеостанций равномерно расположенных на территории СССР. Выборку информации по атмосферной засухи и суховеям по ГМС осуществлял Новосибирский счетновычислительный центр Госкомгидромета СССР.

150

Статистическая обработка материалов наблюдений ГМС позволила по каждой станции установить средние многолетние сроки появления и прекращения засушливых явлений на территории СССР и составить Л.И. Сверловой карту поясов сезонной засушливости на рассматриваемой территории. (рис.6.5).

На карте представлены семь поясов засушливости: весеннелетний северный, летний северный, весенне-летний, весеннеосенний умеренных широт, летний южный, зимний и годовой. Построение этой карты (автор Л.И.Сверлова) продиктовано необходимостью решения задач в сельском и лесном хозяйстве по разработке мероприятий, направленных на смягчение негативных последствий засухи и суховеев.

В процессе исследований впервые доказано существование зимней засухи в умеренных широтах – на побережье Охотского моря (Охотск, Энкан, Аян) и на севере Амурской области (Сковородино, Зея).

Явление зимней засухи на побережье Охотского моря связано с формированием зимой Сибирского антициклона. Холодный слабо насыщенный влагой воздух из Верхоянского и Оймяконского нагорьев стекает к Охотскому побережью в зону более высоких температур и становится еще суше. Засушливые явления на побережье Охотского моря возникают в октябре. Число дней с засухой и суховеями возрастают к январю-февралю, а затем убывают к марту-апрелю. В отдельные годы засуха продолжается до июля.

Вероятность появления засух в Якутии представлена на рис. 6.6. и 6.7. по ряду ГМС Якутск, Вилюйск, Олекминск – на Средне-Сибирском плоскогорье и ГМС Алдан, Верхоянск, Ояймякон – Алдано-Верхоянского нагорьев.

Исследования показали, что в Якутии как на плоскогорьях, так и в горах засушливые и суховейные дни с определенной вероятностью их появления отмечаются только в летний период (май-сентябрь), а в октябре они исчезают. Таким образом, Сибирский антициклон зимой (ноябрь-февраль) не несет в себе элементов очень сухого холодного воздуха. Иссушение воздушных масс происходит при «сползании» их к Охотскому морю и на равнинную территорию севера Амурской области.

151

Рис. 6.5. Пояса сезонной засушливости (Л.И.Сверлова, 1986)

153

Рис. 6.7. Вероятность (в %) появления засушливых и суховейных дней. (Л.И.Сверлова) (по ГМС Алдан, Верхоянск, Оймякон (Алдано-Верхоянское нагорье. Оймякон – полюс холода Сибири и Дальнего Востока).

На побережье Охотского моря снежный покров зимой невелик 3-5-см, южные склоны гор часто свободны от снега, что приводит к быстрому иссушению лесного горючего материала и, при появлении источника огня, к лесным пожарам.

154

Годовой пояс засушливости расположен на высокогорьях Памира, Тянь-Шаня и Алтая. Пояс весенне-осенней засушливости проявляет себя в условиях муссонного климата средних широт северного полушария. Его «контролирует» Тихий океан. Под влиянием Ледовитого и Атлантического океанов находятся пояса весенне-летней засушливости.

В связи с тем, что в пределах Российского Федерации температуры воздуха во время снижения относительной влажности воздуха до 30% и менее, изменяются от -29°С до +44°С, составлена классификация температурного режима сухого воздуха (табл.6.5).

На юге Иркутской, Читинской, Амурской областей, в Хабаровском и Приморском краях, Камчатке, Курилах и Сахалине, в весенне-осенний пояс засушливости, в период засухи преобладают температуры от -5,0 до +20,3°С.

Таблица 6.5. Классификация дней атмосферной засухи и суховеев по

термическому режиму (Л.И.Сверлова)

Для классификации засухи и суховеев по термическому режиму для России и сопредельных территорий использованы данные по засухе и суховеям ГМС Кемерово, Целинограда, Байрам-Али, Ленинабада, Термеза, Целины, Аскания-Нова, Харькова и Куйбышева за I946-I987 годы.

Самые высокие температуры сухого воздуха отмечены на юге Туркменистана +44 С (ГМС Байрам-Али), а самые низкие – -29 С на севере Амурской области (ГМС Сковородино).

155

Таблица 6.6. Вероятность (в %) появления дней с относительной влажностью

воздуха 30% и менее в климатических поясах засушливости России при различных диапазонах температур (Л.И.Сверлова)

156

Продолжение таблицы 6.6.

Только в отдельные дни, при уменьшении относительной влажности до 30% и менее, температура воздуха достигает +32 С +35,2°С. Наиболее высокие температуры отмечаются в

157

Забайкалье (Чита – +35,2°С, Хабаровск – +32,4°С, Средний Ургал

– +26.8°С).

По мере приближения к побережью фон высоких температур во время засухи снижается. На Камчатке абсолютный максимум в засушливые дни составляет 21,З°С (Ключи).

Вероятность появления температур в сухие и суховейные дни в диапазоне от -29° до +40°С по поясам сезонной засушливости приведены в таблице 6.6, из которой следует, что засуха и суховеи в поясах весенне-летне-осенней засушливости засушливые и суховейные дни преобладает температура от +15 С до +35 С. В весенне-осеннем поясе сезонной засушливости преобладают температуры от +10 С до +25 С, а в поясе зимней засушливости от -15 С до +0,1 С.

Из таблицы 6.6 следует, что в арктическом и умеренном климатических поясах при короткой продолжительности засушливого периода появление дней с очень холодной и холодной засухой (температурой воздуха от – 30 С до -5°С) явление чрезвычайно редкое (0,1-0,7%).

Как часто в течение года появляются засушливые и суховейные дни на рассматриваемой территории видно из рисунков 6.8, 6.9, 6.10, 6.11, на которых представлены дни с засухами и суховеями по пунктам: Москва, Акмола, Красноярск, Якутск и Благовещенск за 1946-1988 годы.

Для территории Союза ССР (Л.И. Сверлова, 1986)

составлена карта засушливости территории за период активной вегетации сельскохозяйственных культур (рис.6.12). В

умеренном климатическом поясе период с температурами >10 С считается периодом активной вегетации сельскохозяйственных культур. Отношение растений к засухе не адекватно. В периоды засух отмечаются аномалии (отклонения от средних многолетних значений количества дней с засухами и суховеями.

Для оценки аномалий во время засухи строят карты отклонений от нормативного показателя засушливости. В качестве примера приводим карту отклонений показателя засушливости за период активной вегетации за 1975г. В 1975 году отмечалась сильнейшая засуха за последние 100 лет.

158

Рис. 6.8. Изменение во времени сроков появления и прекращения засушливых периодов в Москве весенне-летний пояс сезонной засушливости (умеренный климатический пояс)

Последствия засухи для сельского хозяйства достаточно подробно описаны Е.С.Улановой (1976). По её описанию зима в 1976-1975 годах была на Европейской территории СССР, Казахстане, Западной Сибири многоснежной, весна – ранней и очень теплой.

160

Рис 6.10. Изменение во времени сроков появления и прекращения засушливых периодов в Благовещенске а) весной б) осенью.

161

Рис. 6.11. Изменение во времени сроков появления и прекращения засушливых периодов в г. Якутск в течение летнего периода – засушливые и суховейные дни.

В мае-июне во многих районах установилась жаркая, сухая погода. Положительное отклонение температуры воздуха за апрель-июнь составило 3-5°С, а сумма осадков – 20-50% нормы. От засухи сильно пострадало Поволжье, Урал. В Поволжье урожайность зерновых культур по областям была катастрофически низкой 3,5-3,8 ц/га (Куйбышевская, Ульяновская

162

области). В Уральском районе средняя урожайность зерновых культур составила 5,2 ц/га. Низкие урожаи отмечались в областях Челябинской (1,9 ц/га), Оренбургской (2,7 ц/га), Курганской (5,1 ц/га). Это описание соответствует карте аномалий засухи за

1975 год, построенной по показателю засушливости КN

(рис. 6.13).

Случаи дней с горячим суховеем отмечались не только на Европейской территории России, но и Дальнем Востоке. На рис. 6.14 приведен случай засушливого дня с горячим суховеем в с.Екатерино-Никольское ЕАО 23, 24, 25 мая 1975 года, а на рис. 6.15 – в г.Зея Амурской области 25,26,27 мая 1975 г.

Случи дней с горячим суховеем в Амурской области не единичны. Их появление связано с преобладанием юго-западного выноса сухих и горячих воздушных масс из пустыни Гоби (Монголия). На территории Амурской области отмечены случаи как горячих суховеев (Зея), так и очень холодных (Сковородино).

Суховеи являются основным компонентом засухи. Каковы бы ни были масштабы воздушных течений, непосредственной причиной их возникновения является неоднородность распределения давления в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Источником возмущений скоростей ветра в нижних слоях атмосферы служат, прежде всего, вихри. В атмосфере содержатся вихри самых различных масштабах, находящихся на разных стадиях развития. Наиболее крупные вихри образуются за счет кинетической энергии общего переноса воздушных масс.

Вихри более мелких масштабов возникают за счет энергии крупных завихрений. Кинетическая энергия совсем мелких вихрей переходит непосредственно в тепловую энергию молекулярных движений. Направление ветра в течение суток испытывает регулярные изменения. В условиях установившегося режима погоды в нижнем, пограничном слое воздуха ветер с 7-00 до 13-14 часов одновременно с увеличением скорости поворачивает несколько вправо (по направлению видимого движения солнца), после полудня он начинает поворачивать в обратную сторону, возвращаясь к 19-00 к исходному направлению. В вышележащих слоях наблюдается обратная картина. Причина этих изменений направлений ветра кроется в изменении величины турбулентной вязкости.

163

Рис. 6.12. Засушливость теплого периода территории бывшей СССР ~14~ отношение (в%) числа дней с относительной влажностью 30% (в один из сроков наблюдений) за период с температурами >10 С к продолжительности периода с температурами выше 10 С.

164

Рис. 6.13. Отклонение от нормы показателя засушливости % (отношение числа дней с относительной влажностью воздуха 30% и менее за период с t > 10 С на продолжительность этого периода (1975).

165

Рис. 6.14. Случай горячего суховея в с.Екатерино-Никольское Еврейской автономной области 23, 24, 25 мая 1975 года.

166

Рис. 6.15. Случай горячего суховея в Зее Амурской области 26 мая 1975 года.

167

Направление и скорость суховеев на той, либо иной территории зависят от центров расположения антициклонов и циклонов и их мощности. В антициклонах максимум давления находится в центре. Как отмечалось ранее, суховеи вызываются нисходящими движениями воздушных масс антициклона, растеканием их в горизонтальном направлении по часовой стрелке. Это обусловливает направление суховеев, которое в приземных слоях видоизменяются под влиянием местной орографии.

Годовой ход скорости ветра и его направления во время засухи различны в разных пунктах и зависят от климатических особенностей района, рельефа местности и близости морских акваторий.

Суховеи на территории России имеют различные румбы, но на определенной территории всегда имеется преобладающее их направление.

Для установления преобладающего направления суховеев на территории СССР нами рассчитана повторяемость направлений суховеев по поясам сезонной засушливости (табл. 6.7).

Таблица 6.7 Повторяемость направлений суховеев в % (Л.И.Сверлова)

169

ЮЗ (теплых и горячих). Наибольшая повторяемость суховеев со скоростью более 10 м/сек на юге Украины (Аскания-Нова – 11,8%), на юге Читинской области (Борзя – 14,4%), на юге Еврейской автономной области (Екатерино-Никольское – 10,0%), в Приморском крае (Уссурийск – 12,3%), Владивосток – 18,7%) и Камчатке (Ключи – 20,0%).

Проведенные нами исследования атмосферной засухи позволяют отметить следующее:

1.Атмосферная засуха на территории России возникает при интенсивном вторжении арктического воздуха и смещении к югу Арктического фронта и формированием за его холодными участками антициклонов. Засуха усиливается вследствие переноса с юго-запада из Африканского континента и Средней Азии на Украину, Поволжье, Северный Казахстан и Западную Сибирь. Это перемещение сухих воздушных масс стимулирует юго-западный перенос горячих и сухих воздушных масс из Монголии, Северного Китая, на Забайкалье, Якутию и юг Дальнего Востока.

2.Метод оценки атмосферной засухи Л.И.Сверловой позволяет оценить территорию, охваченную засухой, установить преобладающее направление суховеев и дать температурную характеристику засухи (по преобладающему количеству дней с очень холодной, холодной, умеренно-холодной, прохладной, умеренно-теплой, теплой, горячей и очень горячей засухой, суховеем).

По этому методу можно выделить район экстремальной засушливости, наступления в нем почвенной засухи и дать оценку возможного снижения урожайности сельскохозяйственных культур.

3.При оценке территории, охваченной засухой, целесообразно использовать положительное отклонение показателя засушливости К от нормы, когда засушливость превышает среднюю многолетнюю норму.

4.Приведенные сведения о повторяемости направлений суховеев позволяет правильно решать вопросы об ориентации лесозащитных полос, весенней пахоты и сева сельскохозяйственных культур и дать прогноз направлений возможной горимости лесов.

170

Список литературы

1.Авакян А.Б., Истомина М.Н. Наводнения в мире в последние годы ХХ века // Водные ресурсы, 2002, т.27, -№5.- С.

517 - 523.

2.Алферов А.М., Бусаров В.Н., Менжулин Г.В. и др. Влияние глобальных изменений природной среды и климата на функционирование экономики России.- М.: УРСС, 1988.- 104с.

3.Вахмистров Д.Б., Воронцов В.А. Избирательная способность растений не направлена на обеспечение их максимального роста // Физиология растений, 1997.- № 3, С.404413.

4.Виноградов М.Е. Биопродуктивность Тихого океана / Биологические ресурсы Тихого океана.- М.: Наука, 1986. - С. 3748.

5.Горшков В.В., Ставрова Н.И. Возрастная структура популяций Pinus Sulvestris (сосны обыкновенной) в северотаежных сосновых лесах с различной давностью пожара // Растительные ресурсы .- Спб.:Наука, 2002.-Т.38.-вып.1. С.15-24.

6.Грингоф И.Г., Попова В.В., Страшный В.Н. Агрометеорология.- Л.:Гидрометеоиздат, 1987.- 305с.

7.Джамеев В.Ю., Жмурко В.В. Содержание крахмала в семядолях прорастающей сои в условиях холодового стресса // Физиология и биохимия культурных растений, 1997.-№ 5.- С.370377.

8.Израэль Ю.А., Груза Г.В., Катцов В.М., Мелешко В.П. Изменение глобального климата. Роль антропогенных воздействий // Метеорология и гидрология, 2001- № 5.- С. 5-22.

9.Израэль Ю.А., Сиротенко О.Д. Моделирование влияния изменений климата на продуктивность сельского хозяйства России // Метеорология и гидрология, 2003.- № 6.-С. 5-18.

10.Климат, почва, мерзлота: Комплексные исследования в районах Сибири и Дальнего Востока / Сб. науч. Тр.- под ред. М.К.Гавриловой. - Новосибирск: Наука, 1991.-186с.

11.Клименко В.В. Влияние климата и географические условия на уровень потребления энергии / Доклады АН, 1994.- т.339 № 3.- С.319-322.

172

прогнозировании урожайности сельскохозяйственных культур Хабаровск: ГМЦ СССР Хабаровский филиал, 1990. -110с.

25.Сверлова Л.И. Климат и качество сельскохозяйственных культур на Востоке России: ГМЦ СССР Хабаровский филиал,

1993. -180с.

26.Сверлова Л.И. Климат и продуктивность лесных растений. Хабаровск: ДВНИЦ УГМС ДВ, 1994. -42с.

27.Сверлова Л.И. Экология и биосинтез растений. Хабаровск: ДальНИЦ УГМС ДВ, 1994. -53с.

28.Сверлова Л.И. Метод оценки пожарной опасности в лесах по условиям погоды. – Хабаровск: ДальНИЦ УГМС ДВ, 1998.- 34с.

29.Сверлова Л.И. Метод оценки пожарной опасности в лесах по условиям погоды с учетом поясов атмосферной засушливости

исезонов года.- Хабаровск: ДальНИЦ УГМС ДВ, 2000.- 42с.

30.Сверлова Л.И., Воронина Н.В. Загрязнение природной среды и экологическая патология человека. -Хабаровск: ОПП КГС, 2001.- 215с.

31.Сверлова Л.И. Ритмы и циклы природной среды: концепции современного естествознания. -Хабаровск: РИЦ ДВГМУ, 2002.- 234с.

32.Сверлова Л.И. Концепции современного естествознания. -Хабаровск: РИЦ ДВГМУ, 2002.- 226с.

33.Сверлова Л.И. Концепции современного естествознания.

–Хабаровск/ учебное пособие для заочной и дистанционной формы обучения: РИЦ ДВГМУ, 2003.- 290с.

34.Сверлова Л.И. Системный анализ ритмики природных процессов.- М.: Мегалион, 2004.- 248с.

35.Свинухов Г.В. Синоптико-статистические методы долгосрочных прогнозов погоды на Дальнем Востоке.- Л.:Гидрометеоиздат, 1977.-158с.

36.Свинухов Г.В., Свинухов В.Г. Температурный и ветровой режим г.Спасска–Дальнего и сопредельных районов.- Владивосток, ДВГУ. Деп. в ВНИГМИ.-МД, № 1086-рм-91, 08.07.91.

37.Сиротенко О.Д., Абашина Е.В. Влияние глобального потепления на агроклиматические ресурсы и продуктивность

173

сельского хозяйства России // Метеорология и гидрология, 1994.-

№4.- С.101-112.

38.Сиротенко О.Д., Абашина Е.В., Павлова В.Н. Чувствительность сельского хозяйства России к изменениям климата, химического состава атмосферы и плодородия почв // Метеорология и гидрология, 1995.-№ 4.-С.107-114.

39.Сиротенко О.Д., Абашина Е.В. Агроклиматические ресурсы и физико-географическая зональность территории России при глобальном потеплении // Метеорология и гидрология, 1998.-№ 3.-С.92-103.

40.Соколовская О.Г., Стасик О.О., Гуляев Б.И. Реакция

фотосинтетического аппарата двух различающихся засухоустойчивостью сортов озимой пшеницы на действие почвенной засухи // Физиология и биохимия культурных растений, 1998.-№ 4.- С.241-247.

41.Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания.- М.: ГИЦ Владос, 1998.- 232с.

42.Стоянова Ю.С. Рост, фиксация азота и транспирация растений сои. Влияние температуры корней // Физиология растений, 1997.- № 3, С.404-413.

43.Стоянова Ю.С. Рост, фиксация азота и транспирация растений сои. Влияние относительной влажности воздуха // Физиология растений, 1997.- № 3, С.413-420.

44.Ткачук Е.С. Адаптация растений к изменению условий азотного питания // Физиология и биохимия культурных растений, 1997.-№ 1.- С.3-15.

45.Ушаков С.А., Тихомиров А.А., Волкова Э.К., Алехина Е.Б., Заворуева Е.Н. Фотосинтез и дыхание растений на красном и белом свету // Физиология растений, 1997.- № 3, С.367-373.