160

Институт природопользования НАН Беларуси

Коэффициенты биосферной значимости природных образований

Доля хозяйственных нагрузок

Район

(левый столбец) и их доли в значении ИПЭП (правый)

ИПЭП

в значении ИХО

ИХО

промы-

сельско-

транс-

демо-

Клес+охр

Ксен+пас

Кв.о.

Кбол

Кобщ

шлен-

хозяйст-

порт-

графи-

ная

венная

ная

ческая

Брестский

0,76

0,59

0,73

0,05

0,80

0,04

0,29

0,02

0,79

0,42

0,044

0,547

0,304

0,105

0,513

Каменецкий

0,76

0,59

0,76

0,33

0,62

0,03

0,33

0,05

0,62

0,39

0,037

0,752

0,071

0,139

0,483

Пружанский

0,76

0,62

0,85

0,26

0,63

0,02

0,42

0,10

0,72

0,54

0,053

0,719

0,096

0,130

0,357

Городокский

0,69

0,72

0,57

0,08

0,47

0,03

0,85

0,17

0,72

0,55

0,066

0,574

0,185

0,143

0,221

Верхнедвинский

0,58

0,69

0,61

0,14

0,60

0,09

0,48

0,09

0,56

0,37

0,053

0,659

0,168

0,118

0,244

Полоцкий

0,58

0,72

0,87

0,08

0,40

0,06

0,84

0,17

0,54

0,44

0,659

0,173

0,108

0,060

0,546

Логойский

0,70

0,79

0,62

0,12

0,76

0,01

0,39

0,07

0,69

0,48

0,046

0,580

0,230

0,143

0,302

ститутИн

Вилейский

0,70

0,59

0,91

0,17

0,87

0,08

0,59

0,16

0,72

0,50

0,089

0,609

0,191

0,113

0,357

Молодечненский

0,71

0,59

0,81

0,24

0,68

0,02

0,43

0,15

0,66

0,40

0,099

0,620

0,130

0,150

0,587

Беларуси НАН природопользования

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ. ВЫП. 16. 2009

161

1

2

3

4

5

6

7

8

9

162

Институт природопользования НАН Беларуси

Результаты расчета предложенных показа-

Раскроем множество по первой из оценок:

телей для исследуемых (оцениваемых) админист-

ративных районов, приведенные в обобщенном

О1, при l1 < f1(i) £ l2;

виде в табл.

2. Они характеризуют,

как это пока-

Оi (l) =

О2, при l2 < f2(i) £ l3;

зано выше

экологическое

состояние

по

отдель-

О3, при l3 < f3(i) £ l4;

ным сторонам оценки. Для выполнения совмест-

О4, при l4 £ f4(i) £ l5,

ной оценки территориальных единиц по всем

предлагаемым

показателям

используем

четыре

здесь l1, l2…l5

– пределы

оценок, разбитые на

качественных ранга экологического состояния:

интервалы l1–l2, l2–l3,… l4–l5 (табл. 3).

напряженное

(неудовлетворительное),

ниже

В качестве

обобщенного

критерия

оценки

нормы, нормальное,

благоприятное (хорошее),

используем

линейную

взвешенную

функцию

которые, по нашему мнению, на первом этапе

меры:

могут характеризовать это состояние.

В связи с этим полученные в каждом из

Н = aК jК (Оi), (К Î 1,5),

рассчитанных

показателей

пределы

изменения

разнесем по

выбранным

рангам

качественной

– весовой коэффициент показателя сис-

оценки, применив линейный принцип для границ

где aК

темы оценки, определяющий его значимость в

каждого уровня (табл. 3).

построении всей системы оценки.

Обобщенная

оценка i-го

исследуемого

Из всего набора альтернатив множества

объекта

будет

представлена

множеством

для получения обобщенной оценки введем коли-

Оi = {Oi (fк, ln), (при f Î

1,4

; l Î

1,5

)}, где fk

– оценка

чественную логическую функцию меры (jk):

по рангам экологического состояния, принятым

-3, если Оi = О1

выше; ln – оценка по показателям системы оце-

jК (Оi) =

нок.

-1, если Оi = О2

+1, если Оi = О3

+3, если Оi = О4.

Таблица 2. Показатели комплексной оценки экологического состояния

представительных административных районов

Район

Показатель системы комплексной оценки

ИПЭП

ИХО

Краздприр

Краздзагр

mЭС

Нi

Брестский

0,417

0,513

4,1

3,2

8,8

–0,7

Каменецкий

0,387

0,483

2,3

2,8

5,9

–0,7

Пружанский

0,571

0,275

4,2

2,9

7,8

1,4

Городокский

0,551

0,221

1,8

0,7

9,7

1,7

Верхнедвинский

0,365

0,244

3,1

2,1

11,2

1,0

Полоцкий

0,439

0,546

1,7

1,2

10,8

–0,8

Логойский

0,478

0,302

3,8

1,0

7,4

0,8

Вилейский

0,497

0,357

2,3

1,2

10,2

0,7

Молодечненский

0,398

0,587

3,9

3,2

7,5

–1,1

Таблица 3. Распределение количественных оценок экологического состояния

представительных административных районов по рангам качественной оценки

Показатель системы

Уровни качественного определения состояния

Весовой

количественной

неудовлетворитель-

хорошее

коэффи-

ниже нормы

нормальное

(благоприят-

оценки

циент

ное (напряженное)

ное)

ИПЭП

< 0,3

0,3–0,4

0,4–0,5

> 0,5

0,3

ИХО

< 0,5

0,4–0,5

0,3–0,4

< 0,3

0,3

Краздрненар

< 2

2–3

3–5

> 5

0,15

Краздрзагр

> 5

3–5

1–3

< 1

0,15

mЭС

< 5

5–10

10–15

> 15

0,10

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ. ВЫП. 16. 2009

163

Согласно обоснованным ранее методиче-

для О1 – экологическое состояние неудов-

ским принципам формирования показателей эко-

летворительное (напряженное): –3 £ Н1 < – 1;

логического состояния [4] основному звену – ин-

для О2

– экологическое

состояние

ниже

дексам ИПЭП и ИХО

придаем

весовой

коэффици-

нормы: -1 £ Н2 < 0;

ент

по 0,3,

дополнительным

показателям

для О3

– экологическое

состояние

нор-

( Краздпр ,

Краздзагр , mЭС )

–

соответственно 0,15;

0,15 и

мальное: 0 < Н3 £ +1;

0,10

(использован

принцип

нормирования–

для О4 – экологическое состояние хорошее

(благоприятное): +1 < Н4 £ + 3.

5

åaк = 1).

На таких принципах произведен расчет

к =1

После выполнения нормирования весовых

обобщенного

критерия

оценки

экологического

состояния для ключевых административных рай-

коэффициентов обобщенный критерий Нi оцени-

онов РБ, результаты

которого

приводятся в

вания

примет

значения

введенной

логической

табл. 2 и наглядно представлены на рис. 3.

Анализ полученных результатов позволяет

«ниже

нормы» Молодечненский

район

имеет

сделать общий вывод, что экологическое состоя-

низкое значение природно-экологического потен-

ние

основной

массы

районов располагаетсяциала и достаточно высокие показатели хозяйст-

в

пределах

значений

обобщенного

критериявенной освоенности по всем видам нагрузки. Та-

+1 ¸ –1, т. е. в пределах оценок «нормальное –

кое положение обосновывает необходимость пе-

ниже нормы». В качестве экстремальных значе-

рехода в экономической деятельности на ресур-

ний выделяются пять из обследованных районов:

сосберегающие и биосферно-совместимые тех-

в сторону благоприятного состояния– Пружан-

нологии.

ский, Городокский и Верхнедвинский, в сторону

Предложенная

система

количественной

напряженного – Молодечненский и Полоцкий.

оценки территорий локального уровня, реализо-

Результаты выполненного анализа позво-

ванная для конкретных территориальных объек-

ляют наметить определенные практические ре-

тов, предоставляет в распоряжение органов ис-

шения по нормализации уровней отдельных со-

полнительной власти информацию для обосно-

ставляющих техногенных нагрузок.

ванного принятия определенных управленческих

Брестский и Каменецкий районы по обоб-

решений. Общие оценки состояния и анализ

щенному показателю находятся близко к порогу

предметных составляющих показателей основ-

состояния «ниже нормы», что свидетельствует о

ного звена формируют представления о состоя-

необходимости очень взвешенных решений при

нии природной среды территориальных единиц,

дальнейшем развитии их экономической сферы.

о практических уровнях негативного воздействия

Это

особенно

касается

сельскохозяйственногоопределенных хозяйственных нагрузок,

об имею-

производства и транспортной нагрузки. К этой

щихся резервах в решении задач охраны окру-

группе примыкает Полоцкий район, отличающий-

жающей среды. С помощью такой информации

ся аномально высокой промышленной нагрузкой

могут быть решены задачи по стабилизации оп-

при сравнительно низких значениях сохранности

ределенных уровней состояния, по планирова-

природного потенциала. Перешагнувший

порог

нию

природоохранных

мероприятий

и

оценке

164

Институт природопользования НАН Беларуси

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ. ВЫП. 16. 2009

165

До недавнего времени изучение изменений

определена по результатам спектрального ана-

климата и их причин осуществлялось в основном

лиза рядов и выбрана равной 49 дням.

с использованием температур, осадков, давления

Периодограмма и спектрограмма величин

и других характеристик месячного и годового раз-

суточных трендов температуры представлена на

решения. Между тем, уже первые работы с ис-

рис. 2.

пользованием метеорологических характеристик с

Действительно, периодограммы отмечают

суточным разрешением, максимальных и мини-

наличие существенных периодических компонент

мальных температур, амплитуд суточного хода

~35–50 суток (рис. 2 а). Соответствующий спектр,

позволили выявить некоторые «тонкие» свойства

полученный из периодограммы с помощью сгла-

изменений климата и продвинуться в понимании

живающего окна Хемминга, рис. 2 б.

причин изменений климата [4, 5, 15–17].

Сглаженные (отфильтрованные) по 49 точ-

В статье использован новый подход к изу-

кам значения величин трендов температуры при-

чению трендов температуры, а именно, проведен

ведены на рис. 3.

анализ величины трендов суточной, ночной и

Рис. 3 подтверждает наличие в изменении

дневной температур за период с1966 по 2008 г.

величин трендов температуры в годовом ходе

Использованы 8-срочные данные наблюдений на

двух разных по величине максимумов, приходя-

станции Минск, расположенной в центре Белару-

щихся на вторую половину января – начало фев-

си. Ночную и дневную температуру определяли

раля и конец июля – начало августа, а также двух

как результат осреднения в0, 3, 6 часов и, соот-

минимумов: в конце мая и конце октября– пер-

ветственно, в 12, 15 и 18 часов.

вой половине ноября.

Значения

линейных

трендов

суточной,

Двугорбая кривая в годовом ходе заметна

ночной и дневной температуры для

каждых изв изменении разностей величин трендов ночных

365 суток за период с 1966 по 2008 г. приведены

и дневных температур: ночью величины трендов

на рис. 1.

температуры больше, чем днем в зимние и лет-

Из рис. 1 следует, что величина линейного

ние сезоны, а днем – наоборот, величины трен-

тренда температуры для каждых суток года -ис

дов температуры выше в весенние и осенние се-

пытывает в течение года существенные измене-

зоны.

Установленный характер изменения вели-

ния. Даже визуально в течение года просматри-

вается наличие двух максимумов величины ли-

чин трендов температуры в годовом ходе свиде-

нейных трендов:

главный

максимум,

особенно

тельствует о том, что объяснение повышения

выраженный в

середине

января, и

вторичный

температуры за счет роста содержания парнико-

августа.

Минимумы

величин

трендов особенно сложный характер и требует дальнейшего обос-

заметны в первой половине мая и в ноябре. Это

нования.

свидетельствует о том, что в изменении величин

Основные причины более мощных положи-

трендов температуры, вычисленных для каждых

тельных трендов температуры зимой по сравне-

суток года, прослеживаются

квазиполугодовые

нию с трендами летом могут быть связаны с бо-

колебания, т. е. величина трендов температуры в

лее ярким проявлением парникового эффекта

годовом ходе модулируется внешним или внут-

зимой и ночью, когда термодинамические усло-

ренним

фактором,

имеющим

полугодовую со-

вия (частое инверсионное распределение темпе-

ставляющую.

ратуры по высоте) способствуют подавлению

Для более четкого выделения полугодово-

вертикальной конвекции и большему повышению

го цикла суточных трендов проведена фильтра-

температуры в нижней атмосфере(менее 1 км).

ция высокочастотных колебаний рядов суточных

Летом активная вертикальная конвекция «разма-

трендов среднесуточной, дневной и ночной тем-

зывает» потепление в более толстом слое и де-

ператур.

Ширина окна скользящего сглаживания

лает его менее заметным. Собственно поэтому

летний пик величины трендов меньше зимнего.

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ. ВЫП. 16. 2009

167

Вторым фактором, способным уменьшить

ждающий эффект облачности определяется око-

величину потепления летом, являются аэрозоли

ло

25 % общей изменчивости температуры. В

естественного (вулканического) и антропогенного

апреле и октябре доля объясненной вариации за

происхождения. Демпфирующее значение аэро-

счет облачности минимальна и составляет менее

золей, естественно, должно быть больше летом,

5 %. В апреле осуществляется переход от отеп-

когда радиационные факторы климата становят-

ляющего к охлаждающему эффекту, а в октябре,

ся доминирующими. В холодное время года роль

соответственно, – наоборот. Заметим, что вблизи

циркуляционных факторов климата существенно

указанных переходов и наблюдаются минималь-

увеличивается, а роль аэрозольной составляю-

ные значения величины трендов температуры в

щей изменения климата становится минималь-

Беларуси.

ной. Такой аэрозольный эффект в изменении

Парниковый эффект облачности так же, как

разности

температур «большой город – приго-

и эффект парниковых газов, больше в холодное

род» подробно рассмотрен нами в работах [4, 5].

время года в высоких широтах, т.е. при условиях,

Прямой и, особенно, косвенный (через об-

когда радиационный эффект слабый положи-

разование

дополнительной облачности) эффект

тельный или даже отрицательный.

аэрозолей

имеет значительную

неопределен-

При

большой

инсоляции

относительно

ность [7, 14]. Показано,

что в холодное время слабый парниковый

эффект

облачности в

теп-

отепляющий

эффект

облачности

определяетлый

период

перекрывается

отражательной

спо-

около 50 % общей изменчивости температуры на

собностью облачности, а это приводит к пониже-

станциях России [12]. В теплое время года охла-

нию температуры в нижней атмосфере.

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ. ВЫП. 16. 2009

169

Известно, что изменчивость температуры в

Атлантикой и Европой с Западной Сибирью. Это

холодное время года существенно выше, чем в

сопровождается увеличением меридиональных и

теплое. В этой связи представляется полезным

уменьшением зональных процессов.

провести нормировку величин трендов суточных

Однако тепловые различия между конти-

средних, ночной и дневной температур. С учетом

нентами и океанами Северного полушария, фор-

этого, нормировка температуры (среднесуточной,

мирующие горизонтальный перенос в атмосфе-

ночной или дневной) проводилась делением зна-

ре, не являются единственным фактором фор-

чений

суточного

тренда

на

среднеквадратиче-

мирования аномалий температуры. Не меньшее

ское отклонение температуры данных суток сле-

значение имеют притоки тепла за счет радиаци-

дующим образом:

онных процессов и конденсации водяного пара в

b × N

атмосфере.

Так, повышение температуры при-

b =

земного слоя среди зимы в восточных регионах

где b

–

тренд

st

данных

Европейской

территории

России

вызывается

в

температуры

суток

(град/год), σt – среднее квадратическое отклоне-

основном образованием облачного покрова, а не

притоком более теплого воздуха.

ние температуры данных суток(град), N – длина

В Северной Атлантике формируется - ог

ряда, равная 43 (год). Таким образом получены

ромный «клин» теплых океанических и воздуш-

безразмерные

нормализованные

величины

трендов, представленные на рис. 4, а на рис. 5

ных масс, внедряющихся далеко на север в хо-

лодную арктическую область. Этот «клин» нару-

представлены сглаженные (отфильтрованные)

шает термическую зональность и приводит к на-

величины трендов температуры.

нормализован-

рушению

западного

переноса. Такого

рода

Из

рис. 4 и 5 следует,

что

«клин» обнаруживается в изгибе изотерм у -по

ные значения величины трендов становятся со-

верхности моря и в образованном гребне в тер-

измеримыми зимой и летом. Полугодовое коле-

мическом поле тропосферы [2].

бание в изменении нормализованных величин

Маловозмущенный

западный

перенос

тренда еще более выражено, а разность ночных

имеет место при отрицательной аномалии тем-

и дневных величин трендов температуры стано-

пературы поверхности океана в Северной - Ан

вится положительной в мае–сентябре, т.е. в теп-

тарктике (φ > 60о с.ш.) и

положительной

анома-

лый период года. Этот результат можно объяс-

лии температуры в южных районах. Такое рас-

нить

более

ярким

проявлением

аэрозольного

демпфирования потепления климата, связанного

пределение температуры обеспечивает ее уве-

личение вдоль меридиана. В эти годы происхо-

с ростом содержания парниковых газов, именно

дит интенсивный перенос теплого атлантическо-

днем, когда ослабление радиации за счет аэро-

го воздуха на восток, что обусловливает положи-

и

золей естественного и антропогенного происхож-

тельную

аномалию температуры

в

высоких

дения

максимально. Ранее

подобный

эффект умеренных широтах Европы и Западной Сибири.

обнаружен

нами

при

исследовании

разностей

температуры «большой

город – пригород (сель-

Собственно, при таких условиях большую интен-

сивность имеет Североатлантическое колебание.

ская местность)» [4, 5].

результатом

- на

Когда температура выше нормы, в север-

Наиболее

интересным

стоящего

исследования

является

обнаружение

ных районах Атлантики над океаном сильно раз-

вит гребень. По его восточной периферии проис-

полугодового

колебания

в

изменении

величин

трендов

температуры

для

каждых суток

ходит заток холодных масс воздуха на террито-

,года

ночной и дневной температур. Следует отметить,

рию Европы и Европейскую часть России. Опи-

санные

выше условия

циркуляции атмосферы

что многие авторы неоднократно указывали наформируются в результате крупномасштабного

существование полугодовой вариации в измене-

взаимодействия

атмосферы и

Атлантического

нии атмосферных и океанических процессов[1,

океана, главной особенностью которого является

2, 8, 10, 11]. Природу полугодовой вариации свя-

наличие теплого течения Гольфстрим, влияние

зывали с полугодовым приливом в океане, гео-

же последнего на климат Европы весьма значи-

магнитной

активностью, полугодовыми

вариа-

тельно [3, 9, 13]. Полугодовые

составляющие

циями прямой солнечной радиации, приходящей

значительны в изменении полей давления над

на верхнюю границу атмосферы, тепловыми

Северной Атлантикой, а также в изменении ши-

различиями

между континентами

и океанами вроты, долготы и интенсивности Исландского цен-

различные сезоны года. Известно, что в пере-

тра действия. По материалам наблюдений -ко

ходный сезон, когда

температурные

различия

раблей погоды в Северной Атлантике получено,

между материками и океанами сглаживаются, что отношение

амплитуды полугодовой волны к

значения меридиональной составляющей цирку-

годовой

составляет 0,23, причем

минимальное

ляции значительно уменьшаются, а летом вновь

значение этого отношения (0,15) наблюдается в

возрастают.

Годовой

максимум

повторяемости

районе

корабля

погоды К(φ = 53о с.ш., λ = 41о

зональных процессов наблюдается зимой, по-

з.д.). Фазы полугодовых колебаний одинаковы во

скольку в это время наблюдаются большие кон-

всех районах: максимумы – в феврале и августе,

трасты температуры между холодной Арктикой и

минимумы – в мае и ноябре[10]. Для скорости

теплым югом Европы и Средней Азии. После ап-

течений системы Гольфстрим обнаружена доста-

реля, в связи с быстрым нагреванием материка,

точно четкая полугодовая цикличность макси-

происходит

выравнивание температуры между мальных скоростей в январе и июле [11].

172

Институт природопользования НАН Беларуси

В другой работе показано, что в Гольфст-

лантическое течение. С использованием данных

риме прослеживаются

полугодовые

колебанияпо изменению адвекции тепла течениями на раз-

расходов воды и тепла. Максимальные значения

резе «Кольский меридиан» (λ

= 33о в.д.) на се-

расходов воды и тепла в годовом ходе приходятся

верных широтах 72,5о ,73,5о и 74,5о [10] нами по-

на январь, апрель и август, а минимальные – на

лучен средний годовой ход адвекции тепла тече-

март, май и октябрь [10]. Максимальные значения

ниями через указанные широтные круги на Коль-

расходов воды и тепла в годовом ходе занимают

ском меридиане. Годовой ход адвекции тепла

больший временной период в декабре–январе и

течениями [1] и средние сглаженные величины

июле–августе. В апреле положительный пик рас-

трендов температуры для разных месяцев года

ходов воды и тепла занимает около одного меся-

представлен на рис. 6. На этом же рисунке при-

ца. Если сравнить особенности изменения вели-

ведены значения величин трендов температуры

чины трендов температуры в годовом ходе

сокаждые сутки, ночью и днем.

значениями расходов воды и тепла Гольфстри-

Из рис. 6 следует определенное согласие

мом, то можно увидеть, что величина трендов

приведенных кривых. Это означает, что крупно-

температуры

модулируется

величиной

расходов

масштабное взаимодействие с атмосферой - Ат

воды и тепла Гольфстримом. При 49-дневной

лантического океана и его наиболее яркого фено-

фильтрации

апрельский

максимум

величинымена – течения

Гольфстрим

модулирует полуго-

трендов температуры в силу его малой продолжи-

довое колебание в изменении величин тренда

тельности существенно

уменьшается и

заметен температуры в

различные

периоды года. Наи-

лишь как небольшая по величине флюктуация на

большая величина адвекции тепла течениями,

ветви спада величины трендов температуры

отнаблюдаемая в январе–феврале, а также в июле–

января к маю.

сентябре обеспечивает больший по величине по-

Е. И. Серяковым выявлены аналогичные

ложительный тренд температуры(потепление) в

колебания в адвекции тепла течениями для не-

указанные месяцы года и, наоборот, самая низкая

замерзающей части Баренцева моря. Адвекция

адвекция тепла течениями в мае и ноябре отве-

тепла на Кольском меридиане может служить по-

чает самым малым положительным или отрица-

казателем теплового и динамического состояния

тельным трендам температуры в эти месяцы.

водных масс в системе Гольфстрим– Североат-

Роль Атлантического океана в формирова-

газового и аэрозольного состава атмосферы и

нии климата Европы многократно установлена и

другими внешними и внутренними факторами.

не вызывает

сомнений, а следовательно, его

Однако, приведенные результаты показывают,

можно считать модулятором полугодовых вариа-

что только ростом содержания парниковых газов

ций величин трендов в изменении климата Евро-

в атмосфере нельзя объяснить современное по-

пы. Многолетние изменения величины трендов

тепление климата в Беларуси в различные -пе

температуры за период с1966 по 2008 г. могут

риоды года.

быть, в свою

очередь, связаны с колебаниями

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ. ВЫП. 16. 2009

173