Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Агроэкология. Учебное пособие
.pdf
Наиболее надежными данными о климатическом режиме
отдельных регионов и планеты в целом человечество стало
располагать с началом массовых метеорологических инструментальных наблюдений, насчитывающих немногим более
150 лет. Хотя отдельные инструментальные наблюдения начали производить около 200 лет назад.
Исследования климата прошлых эпох показали, что на протяжении нескольких миллионов лет климатические условия
значительно отличались от современных. Существующие в
настоящее время большие контрасты температур на экваторе и
полюсах Земли сформировались около 70 млн лет назад, в начале третичного периода.
Процесс шел довольно медленно, и к началу четвертичного
периода (около 1 млн лет назад) разность температур в высоких и низких широтах была гораздо меньше существующей
в
настоящее время.
В четвертичном периоде температура на полюсах снизилась, в результате чего произошло оледенение полярных областей планеты. Масштабы оледенения менялись несколько раз;
в периоды максимального снижения температуры оледенение
достигало в северном полушарии умеренных широт (в современном понимании), затем льды отступали в высокие широты,
оставляя на своем
пути следы разрушения древних ландшаф-
тов, изменяя поверхность Земли.
Последнее наступление ледников на территории Евразии
закончилось oколо 10 тыс. лет назад, после чего постоянный
ледяной покров в северном полушарии сохранился только в
Северном Ледовитом океане и на островах в высоких широтах.
В последние 10 тыс. лет термические условия в высоких и
умеренных широтах
продолжали изменяться в связи со значи-
тельными колебаниями площади ледяного полярного покрова.
В последние полтора столетия, xapaктеризующиеся инструментальными наблюдениями за метеорологическими условиями, колебания климата продолжались. В первой половине
XX в. было отмечено потепление, наиболее заметное в 20–
30-е гг. В 40-х гг. потепление сменилось похолоданием, затем
снова произошло потепление,
особенно заметное в умеренных
и высоких широтах северного полушария.
Естественная климатическая изменчивость связана с внешними и внутренними факторами.
К внешним естественным факторам, влияющим на изменение климата планеты, относятся те, которые связаны с про-
291
цессами теплообмена в системе океан – атмосфера. Это – вулканическая деятельность и изменения метеорологической солнечной постоянной. Последняя соответствует значению прямой солнечной радиации на верхней границе атмосферы при
среднем расстоянии между Землей и Солнцем. Международная комиссия по радиации в 1982 г. определила значение солнечной постоянной, равной 1,367 кВт/м
2
. Вариации данной
величины составляют от ± 0,1 до 0,4 %.
При крупных вулканических извержениях в атмосферу выбрасывается большое количество газообразного диоксида
серы, который, попадая в стратосферу, превращается в сернокислый аэрозоль. Время жизни аэрозольных частиц в стратосфере составляет около 1 года, что вполне достаточно для существенного воздействия на радиационный баланс Земли. За
последние 100 лет было отмечено 5 крупных вулканических
извержений, последствием каждого из них стало снижение
средней глобальной температуры воздуха в течение 1–2 лет на
несколько десятых градуса Цельсия.
К внутренним факторам, вызывающим климатические изменения, относятся в первую очередь динамичные особенности взаимодействия атмосферы и океана, влияние которых может иметь последействие на 10–100 лет
. Одна из форм естественного изменения климата – теплое океаническое течение,
получившее название Эль-Ниньо – южное колебание, центр
которого находится в экваториальной части Тихого океана. Нерегулярно, примерно каждые 3–7 лет, аномально теплые воды
этого течения распространяются из экваториальных районов
Тихого океана, удаляясь от западного побережья Южной Америки. Продолжительность данного явления
обычно 1–2 года.
В результате изменения температуры обширных поверхностей океана происходит изменение атмосферной и океанической циркуляции во многих регионах земного шара.
При этом в одних регионах возникают жестокие засухи, с
характерными для них тяжелыми последствиями: гибель посевов и естественной растительности, используемой при выпасе скотом. В других регионах, наоборот
, наблюдаются
длительные обильные осадки, следствием которых становятся наводнения, активизация процессов водной эрозии,
гибель посевов сельскохозяйственных культур, смыв плодородных слоев почвы и т.п.
292
18.3. Влияние хозяйственной деятельности человека
на изменения климата
В течение многих тысячелетий хозяйственная деятельность
людей приспосабливалась к естественным климатическим
условиям. Когда население земного шара было относительно
небольшим, а уровень энергетической и технической вооруженности людей – низким, влияние всей хозяйственной деятельности на окружающую природу было незначительным.
Однако объемы изъятия природных ресурсов для нужд быстрорастущего населения Земли неуклонно возрастают
зультате научно-технического прогресса, создания мощных
технологий и стремительного роста промышленного производства в XX в. гигантские масштабы антропогенного загрязнения земель, водных объектов и воздуха достигли глобальных
размеров. Еще в 1944 г. академик В.И. Вернадский писал, что
человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Воздействие техники,
разумом, стало соизмеримым с разрушительными силами природы. Все это ведет к нарушению процессов саморегулирования и равновесия, свойственных природе.
В «Повестке дня на XXI век», принятой в 1992 г. Конференцией ООН по окружающей среде и развитию, отмечалось, что
повсеместный и неупорядоченный рост масштабов использования природных ресурсов реально угрожает
их дефицита во многих странах мира; для содействия устойчивому развитию необходимы более обширные знания о потенциальной емкости экосистемы Земли.
Суммарное антропогенное воздействие обусловлено различными формами хозяйственной деятельности, например
следующими:
распахивание миллионов гектаров земли под посевы
сельскохозяйственных культур и улучшение естественных
пастбищ вызывает изменение альбедо земной
быструю потерю влаги, подъем пыли в атмосферу;
уничтожение лесов, называемых «легкими планеты», особен-
но тропических, на больших площадях сокращает воспроизводство
кислорода, изменяет альбедо, усиливает испарение с «оголенной»
поверхности земли, ухудшает водный режим территории;
чрезмерная численность выпасаемого поголовья скота на
единице пастбищной площади (перевыпас) превращает степи
и саванны в
пустыни; при этом происходит резкое снижение
созданной человеческим
возникновению
. В ре-
поверхности,
293
численности и разнообразия биологических видов экосистем,
ухудшаются водно-физические свойства почвы, развиваются
процессы водной и ветровой эрозии, увеличивается альбедо;
возрастание объемов сжигаемого ископаемого органиче-
ского топлива (уголь, нефть, газ) усиливает загрязнение атмосферы его продуктами;
значительный рост объемов промышленных и автотран-
спортных отходов, выбрасываемых в атмосферу, приводит к
изменению
состава атмосферы, увеличению содержания в ней
радиационно-активных газов и аэрозолей, создающих так называемый парниковый эффект, загрязняет водные объекты, губительно сказывается на состоянии растительных, животных
организмов и здоровье человека.
Парниковый эффект – это свойство атмосферы пропускать
солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и тем
самым способствовать аккумуляции землей тепла.
Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновую
солнечную радиацию, которая почти полностью поглощается
земной поверхностью, поскольку ее альбедо мало. Нагреваясь
за счет поглощения солнечной радиации, земная поверхность
становится источником земного, в основном длинноволнового
теплового излучения; прозрачность атмосферы для этих волн
мала, и они почти полностью поглощаются в атмосфере, преимущественно водяным
паром. Только около 10–20 % земного
излучения, проникая сквозь атмосферу, уходит в космическое
пространство. Таким образом, парниковый, или тепличный,
эффект атмосферы аналогичен действию стекол теплицы при
их нагревании солнечными лучами.
Накопление в атмосфере углекислого газа, метана, фторхлоруглеродов, оксида азота (II), тропосферного озона, других газов
и аэрозолей, пропускающих коротковолновые солнечные лучи,
препятствует, подобно
покрытиям теплицы, длинноволновому
излучению, в результате происходит постепенное потепление
климата.
В последние годы учеными разработано большое количество моделей изменения климата – от самых простых до сложных. Практически все они прогнозируют постепенный рост
средней глобальной температуры в основном благодаря увеличению концентрации газов, связанных с хозяйственной деятельностью человека. Оценки
уровня повышения температуры
воздуха, полученные по расчетам разных моделей на различную временную перспективу, варьируют от 1,5 до 5,5 °С. Такое потепление, безусловно, будет влиять на ускорение таяния
294
ледников планеты. Расчеты показывают, что в данных условиях уровень Мирового океана может повыситься на 25–165 см,
вследствие чего произойдет частичное затопление многих
прибрежных регионов материков (части Северной Европы,
Индостана, островных государств и др.).
При потеплении климата улучшатся условия для полярной
навигации и хозяйственной деятельности людей в полярных
областях, снизится уровень затрат
на отопление помещений
и т.п. В районах с относительно холодным и влажным климатом произойдет смягчение агроклиматических условий для
возделывания сельскохозяйственных и плодовых культур, продуктивность которых станет более высокой и стабильной благодаря увеличению продолжительности вегетационного периода и росту сумм активных температур в условиях достаточной влагообеспеченности
посевов. Такое изменение агроклиматических условий позволит значительно продвинуть к
северу интенсивные технологии земледелия, произвести смену сортов сельскохозяйственных культур на более теплолюбивые и урожайные. Произойдет изменение и смещение границ
почвенно-климатических (географических) зон к северу.
Наряду с такими положительными изменениями в цен-
тральных и северных сельскохозяйственных регионах России,
более южных регионах, с режимом неустойчивого увлажне-
в
ния, в результате потепления произойдут отрицательные изменения климатических условий.
Уменьшение количества осадков будет проявляться через
снижение влагообеспеченности посевов, учащение повторяемости засух, засушливых явлений и суховеев, произойдет понижение уровня внутренних водоемов и грунтовых вод, ухудшится общий баланс пресной воды. Все
это будет отрицательно сказываться на продуктивности не только сельскохозяйственного производства, но и других отраслей экономики.
Например, изменятся гидрологические условия на реках и водохранилищах, от которых зависит возможность и продолжительность речной навигации, работа гидроэлектростанций
и т.п. Кроме того, в связи с ростом уровня теплообеспеченности растений в
центральных и южных регионах станет возможным возделывание теплолюбивых сельскохозяйственных
культур в условиях искусственного орошения. В последние
10–15 лет появилось много исследований российских и зарубежных ученых, доказывающих, что социальные последствия
потепления климата будут значительны и не однозначны для
различных регионов мира и государств.
295
18.4. Сценарии возможного изменения климата
Проблема изменения глобального климата настолько сложна и значима для человеческого сообщества, что ее исследованием занимаются крупные научные коллективы во многих
странах, международные организации и специально созданные творческие группы. Так, в 1988 г. Всемирной метеорологической организацией (ВМО) и Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП) была учреждена Межправительственная
группа экспертов по изменениям климата (МГЭИК). Учеными мира разработаны десятки различных сценариев
возможных изменений климата Земли под влиянием антропогенных факторов – возрастающей хозяйственной деятельности
человека, а также военных конфликтов различного масштаба.
Как уже отмечалось, климат геологических эпох Земли неоднократно менялся под влиянием естественных природных
причин. При изучении палеоклиматов
прошлых эпох российские ученые показали возможность формирования на Земле в
обозримом будущем климатических условий, аналогичных
климату некоторых прошедших эпох. В основу этой гипотезы
положены оценки газового состояния атмосферы отдельных
геологических эпох и ожидаемых изменений концентрации
СО
, метана и других газов в ближайшие 100 лет. Сценарии
2
такого подхода стали называть палеоклиматическими.
В основе большинства других сценариев теории климата
лежат расчеты, выполненные по математическим моделям,
учитывающие различные допуски временных изменений количества выбросов в атмосферу СО
, метана, инертных газов,
2
фреона и др., изменения содержания в тропосфере метана и
других парниковых газов. Общим для данных сценариев эволюции будущего климата является его потепление, однако
уровни потепления и изменения количества осадков различны.
Наиболее достоверно изменения климата оценивают по
данным массовой сети инструментальных метеорологических
наблюдений. В результате научного обобщения
данных за последние 150 лет учеными было установлено реальное потепление среднего глобального климата; в течение XX в. средняя
глобальная температура поверхности Земли увеличилась на
0,6 ± 0,2
°С. Такое повышение температуры в XX в. оказалось
наибольшим за последнее тысячелетие. В период с 1950 по
1993 г. ночные минимальные температуры воздуха над сушей
за десятилетие повышались на 0,2
°С, а дневные максималь-
296
ные температуры – на 0,1 °С. Это привело к увеличению продолжительности безморозного периода. По данным снимков,
полученных с помощью спутников, с конца 1960-х гг. площадь
снежного покрова Земли уменьшилась на 10 %, наблюдалось
сокращение площади горных ледников в неполярных районах.
В течение XX в. средний уровень Мирового океана повысился на 10–20 см в результате теплового расширения воды и
таяния материкового льда. В XX в. количество атмосферных
осадков возрастало за десятилетие в среднем на 0,5–1 %, в
основном в высоких и средних широтах северного полушария. Повторяемость сильных засух или периодов переувлажнения варьировало по десятилетиям, но в отдельных районах
Азии и Африки повторяемость и интенсивность засух заметно возросли. В северном
полушарии уменьшилась повторяемость экстремально низких температур и несколько увеличилась повторяемость экстремально высоких. В то же время в
некоторых районах южного полушария и в Антарктиде потепление климата не отмечено.
Климатические изменения ученые связывают с антропогенным изменением концентрации парниковых газов. Концентрация СО
кого высокого уровня она не достигала за последние 420 тыс.
в атмосфере с 1750 по 2000 г. увеличилась на 31 %. Та-
2
лет. За последние 20 лет около 3/4 поступления в атмосферу антропогенного СО
количества органического топлива (нефти, газа, угля), осталь-
ученые связывают со сжиганием огромного
2
ная часть приходится на изменения в системах землепользования, сокращение площади лесов. Только в 90-х гг. XX в. концентрация СО
метана СН
ящему времени на 151 % и продолжает возрастать.
увеличивалась на 0,2–0,8 % в год. Концентрация
2
в атмосфере, начиная с 1750 г. увеличилась к насто-
4
Основными источниками увеличения концентрации метана
в атмосфере являются: сжигание органического топлива и мусора, увеличение отходов животноводческих хозяйств и др. За
последние десятилетия в атмосфере значительно возрастает
концентрация оксида азота (II), что связано с сельскохозяйственной обработкой
почвы и развитием химической промышленности, а также поступлением ряда так называемых малых
примесей газов (хлористых, серных и др.). Все эти и другие
газы, непрерывно поступающие в атмосферу, образуют антропогенный аэрозоль, который изменяет радиационные условия.
Начиная с 1750 г. приток солнечной радиации увеличился примерно на 0,3 Вт/м
2
, причем большая часть этих изменений
произошла в первой половине XX в.
297
Как отмечалось ранее, сценарии изменения климата разрабатываются на основе математических моделей, учитывающих
основные физические законы природы. Наиболее сложные –
глобальные климатические модели – включают в себя в качестве основных компонентов взаимодействующие друг с другом модели атмосферы, океана, верхних слоев суши, крио- и
биосферы. Расчеты по таким моделям производят с помощью
мощной современной вычислительной техники в узлах регулярной (координатной) сетки или по различным регионам в
заданном масштабе. В глобальном или субконтинентальном
масштабе такие модели позволяют удовлетворительно воспроизводить наблюдаемые средние годовые значения и сезонный
ход основных гидрометеорологических величин.
В последние годы ученым удало с ь реалистично воспроизвести некоторые состояния климатической системы
ние 20 тыс. лет, в том числе и явление Эль-Ниньо – южное колебание. Однако для расчетов по регионам и областям требуется привлечение значительного количества дополнительных параметров и продолжительных однородных рядов наблюдений.
Таким образом, сельскохозяйственная деятельность в
XXI в. будет проходить в условиях достаточно быстрого изменения природной
требует разработки новых подходов и методов агроклиматического районирования и расчета показателей тепло- и влагообеспеченности сельскохозяйственных культур и общего биологического потенциала.
среды и климата. Это, в свою очередь, по-
за послед-
18.5. Изменения климата и их последствия в Беларуси
Текущие изменения климата. За период инструменталь-
ных наблюдений в Беларуси (1881–2002) зарегистрирован
рост среднегодовой температуры почти на 1 °С. Положительная флюктуация температуры с 1988 по 2010 г. была самой
мощной за всю историю инструментальных наблюдений.
Особенно сильный рост температуры (на несколько градусов)
отмечался в январе – апреле. Почти в 2 раза возросла средняя
повторяемость максимальных температур
Уменьшилась амплитуда суточного и годового хода температуры, а также континентальность климата Беларуси.
Генеральной особенностью изменения осадков явилось
снижение их количества во второй половине XX в. по сравнению с его первой половиной, особенно в южной и централь-
298
.
ной частях Беларуси. В период с 1950 по 2010 г. оно составило
60–80 мм (около 10–15 %). Расширились территории, где сред-
негодовое количество осадков стало меньше 600 мм.
Произошли существенные изменения осадков внутри года
и за отдельные годы. Это особенно заметно в августе, когда
месячные значения осадков уменьшились на 1/5 часть. Стали
наблюдаться большие недоборы осадков в
апреле – мае.
Увеличилось число погодных и климатических экстремальных явлений. Число случаев засушливости на юге Беларуси во
второй половине лета возросло за последние 50 лет почти в
2 раза. Особенно сильная засушливость отмечалась в 1989–
2010 гг. В этот период на значительной площади страны часто
наблюдались засушливые условия в течение двух и более ме
сяцев вегетационного периода.
Прогнозируемые изменения климата. Изменения клима-
та Беларуси происходят на фоне его глобальных изменений,
связанных с естественными и антропогенными факторами.
К настоящему времени под эгидой ВМО и ЮНЕП разработано несколько возможных сценариев таких изменений. Все они
указывают на глобальное потепление климата в текущем столетии и различаются
между собой только величиной ожидае-
мого роста температуры (0,1–0,2 °С за десятилетие).
Подобные темпы явятся самыми высокими за последние
10 тыс. лет. Исходя из средних оценок, средняя глобальная
температура повысится по сравнению с современным состоянием примерно на 1 °С к 2025 г. и на 3 °С к концу столетия.
На фоне общего потепления резко
возрастут внутригодовые (межсезонные) и межгодовые колебания температуры и
осадков. Для северного полушария наиболее вероятные величины потепления к концу столетия составят 3,0–5,0 °С, что несколько превышает значения показателей глобального потепления. Континентальные поверхности будут нагреваться быстрее, нежели океанические, а температура высоких широт
повысится существенно больше, чем низких.
Основной механизм
, ответственный за долгопериодные
климатические аномалии, определяется взаимодействием системы океан – атмосфера. В этой системе возникают автоколебания. Последние могут модулироваться внешними периодическими или квазипериодическими источниками, такими, например, как солнечная активность, вулканическая деятельность и др.
-
299
В последние годы одним из основных предикторов принимается антропогенная деятельность, которая приводит к изменению газового и аэрозольного состава атмосферы, а также
свойств подстилающей поверхности. Она ответственна в первую очередь за формирование трендовых составляющих в изменении климата.
При выборе методов прогнозирования изменения климата
Беларуси проводилось сравнение результатов, полученных
с
использованием различных моделей, с экспериментальными
данными за период 1961–1990 гг. (базовый период). Выполненное сравнение показало, что наиболее адекватными базовому периоду оказались данные, полученные на модели Had-
CM2 (Великобритания).
Сценарные оценки изменения величины осадков и температуры воздуха для территории Беларуси, полученные с применением указанной модели на период середины
XXI столе-
тия, приведены в табл. 18.1.
Таблица 18.1. Сценарий возможного изменения средних годовых
показателей климата Беларуси в ХХI в., согласно модели HadCM2
(В.Ф. Логинов, 2004).
Параметр
Средняя температура воздуха, °СПГ 1,37 2,28
Максимальная температура
воздуха, °С
Осадки, мм/мес. ПГ 1,5 2,7
Минимальная температура воздуха, °С
Примечание. ПГ – воздействие только парниковых газов; ПС – совместное воздействие парниковых газов и сульфатных аэрозолей.
Воздей-
ствие
ПС 0,99 1,84
ПГ 1,31 2,17
ПС 0,90 1,75
ПС 1,5 2,1
ПГ 1,52 2,51
ПС 1,13 2,03
Временной срез
2010–2039 гг. 2040–2069 гг.
Из таблицы следует, что средняя годовая температура увеличится при наиболее реальном сценарии изменения парниковых газов и содержания аэрозолей в атмосфере приблизительно на 1 и 2 °С соответственно для временных срезов 2010–
2039 гг. и 2040–2069 гг. Величина роста минимальных температур (ночных и зимних) будет на 20–30 % выше.
300
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]