CC BY
81
УДК 502.33(571.16)
О.Г. Невидимова ИМКЭС СО РАН, Томск Е.П. Янкович ТПУ, Томск
ГИС-ТЕХНОЛОГИИ В ИССЛЕДОВАНИИ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ УЯЗВИМОСТИ ТЕРРИТОРИИ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
В докладе на основе понятия природно-климатической уязвимости с использованием ГИС оценены наиболее опасные природные процессы на территории Томской области и представлено их пространственное распределение.
O.G. Nevidimova
Institute of monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS (IMCES)
10/3 Academichesky Ave., Tomsk, 634055, Russian Federation E.P. Yankovich
The Institute of Geology and Oil & Gas Industries, Tomsk Polytechnic University 30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation
NATURE-CLIMATIC VULNERABILITY ANALYSIS OF TOMSK REGION BY GIS-TECHNOLOGY
In the article was made analysis climatic conditions of territory of Tomsk oblast, based on definition of nature-climatic vulnerability. Initial data were processed with use of GIS Technology.
Задачи анализа, оценки и прогнозирования природных опасностей никогда не теряли своей актуальности. Наибольшую остроту они приобрели в последнее время, когда увеличивающаяся вариабельность гидрометеорологических характеристик на различных уровнях пространственной локализации все чаще генерирует опасные для человека ситуации. Сложность комплексного изучения природных опасностей обуславливается, прежде всего, их разнообразием, которое определяется множественностью географических, экологических обстановок и природноклиматических взаимосвязей в отдельно взятом регионе. При этом появляется необходимость в конкретной и территориально распределенной информации о явлениях или процессах, позволяющих сформировать детальный образ территории. На этапе региональной детализации общих закономерностей пространственного распределения различных природных опасностей практически безальтернативны геоинформационные технологии, дающие возможность визуального отображения совокупной картины природно-
климатической ситуации с одновременным анализом гидрометеорологических факторов и характера их взаимосвязей. Основной целью настоящего исследования является выявление, классификация, территориальная дифференциация опасных природных процессов на основе анализа природноклиматической уязвимости территории регионального уровня. Региональный анализ позволяет учесть специфику природных условий, дает более детальную картину, которая на федеральном уровне, как правило, обобщается. Анализ природных опасностей на территории Западной Сибири проводился на примере Томской области с учетом возможных изменений геосистем в условиях потепления климата. В основу исследования положены статистические данные за последний 30-летний период по 21 метеостанции Томской области.
Томская область - классический пример региона с высоким сырьевым потенциалом и суровых климатических условий. И если сырьевая независимость области дает ей стратегические преимущества по сравнению с другими территориями, то суровость климата является существенным ограничителем эффективности хозяйственной деятельности. По многим климатическим показателям (резкие колебания суточного и годового хода температур, сложная гидрологическая ситуация, длительный зимний период и т.д.) Томскую область относят к крайне некомфортным для жизнедеятельности территориям. Таежная зона Томской области характеризуется избыточным увлажнением - это одна из самых переувлажненных зон в России. В условиях изменения климата ситуация приобрела еще более острое и неоднозначное звучание.
Согласно полученным оценкам, на всей территории отмечался рост температуры со средней скоростью 0.34°С за 10 лет. Для обширной равнинной территорий области фактически полученные значения повышения средней температуры за исследуемый период колеблются от 0.92°С до 0.68°С. Наиболее интенсивным потепление было в северных районах Томской области и на юго-востоке, наименее - в западных районах. Субмеридианально ориентированная зона, тяготеющая к Оби и ее крупным притокам, характеризуется относительно высокими значениями повышения средней температуры (до 0.85 °С). Кроме этого, на территории Томской области существенно изменились даты начала и конца всех сезонов на более поздние сроки, за исключением весны. Так, зима стала короче в среднем на 10 дней в пользу увеличения весеннего периода.
Анализ временной изменчивости количества осадков показал, что в целом в регионе основной тенденцией является увеличение количества осадков. Тенденция роста сумм осадков наблюдается в центральных и южных районах области. Следует отметить, что для большинства этих территорий в последнее время отмечаются зональные активизации опасных экзогенных процессов: береговая, овражная эрозии, оползни и т.д. Другим важным результатом анализа изменчивости количества осадков является выявление факта снижения этого показателя для западных и северных районов Томской области.
Указанные тенденции создают предпосылки для развития опасных природных процессов. Так, при наблюдаемой тенденции повышения температуры воздуха возможно увеличение как суммарного, так и подземного
стока рек за счет роста интенсивности таяния снежного покрова и связанного с этим изменением соотношения составляющих водного баланса. С учетом данного процесса в большинстве случаев прогнозируется размыв берегов, затопление и подтопление речных долин и прилегающих территорий [1]. Методика оценки уязвимости включает 4 этапа. На первом этапе из комплекса природных факторов отбираются те, которые могут быть опасными для жизнедеятельности. Сформированная база данных по опасным метеорологическим и гидрологическим явлениям Томской области позволила провести классификацию основных опасностей природного характера. Основной вклад в природно-климатическую напряженность вносят ливневые осадки (30,4%), гидрологические явления (27.5%) и лесные пожары, обусловленные природными факторами (25,5%). Это объясняется, прежде всего, тем, что регион большей частью находится в лесоболотной зоне, где выпадение осадков значительно превышает испарение. Наличие больших лесных массивов на данной территории усугубляет пожароопасность. Такая ситуация характерна как в целом для области, так и для отдельных ее районов. По частоте проявления опасных природно-климатических событий область характеризуется как территория с умеренной опасностью - в различных районах области происходит от 110 до 165 опасных явлений в год.
Следующие этапы исследования предполагали бальную оценку степени опасности выделенных процессов, определение комплексного коэффициента напряженности, характеризующего природно-климатическую уязвимость территории в зависимости от видов опасных процессов, ранжирование территории по степени опасности и уязвимости. Чем выше уровень напряженности, тем более уязвима территория [2]. В коэффициенте напряженности увязываются несколько климатообусловленных факторов. Комплексный показатель напряженности выражается в процентах от максимально возможной напряженности и рассчитывается следующим образом:
коэффициент, соответствующий оценке степени
опасности семи климатических факторов (табл. 1).
Таблица 1. Параметры климатических факторов
Климатические и метеорологические процессы Оцениваемый параметр Оценивемое воздействие
1 Сила ветра Число дней в году со скорость ветра 15 м/с и более Угнетение биоты, опасность ветровой эрозии.
2 Воздействие ливней Число дней в году с ливнями Ливневая эрозия (оврагообразование)
3 Резкость колебания температур на поверхности почвы Максимальная амплитуда на поверхности почвы за апрель Разрушение структуры почв, вымерзание культурных растений
4 Грозы Максимальное количество гроз в год Пирогенная опасность
5 Снеготаяние Интенсивность снеготаяния Ливневая эрозия (оврагообразование), плоскостной смыв, подтопление хоз. объектов талыми водами
6 Дефицит влаги Количество дней в году с влажностью воздуха ниже 30 % Опасность засух, угнетение биоты, пожаров
7 Воздействие низких температур Количество дней в году с температурой ниже - 35° Вымерзание культурных растений, угнетение биоты
Результирующие показатели привязывались к местоположению метеостанций. Для получения региональной оценки вариабельности того или иного показателя его значения интерполировались с использованием инструментов дополнительного модуля ArcGIS Spatial Analyst. Выполнение пространственной интерполяции проводилось без учета геоморфологических факторов, то есть результирующие данные использовались «как есть». Полученные результаты позволили выявить ряд особенностей климатических условий Томской области и дать пространственную оценку степени опасности явления и уязвимости территории.
Так, главной особенностью ветрового режима Томской области является существенная пространственная однородность случаев с сильными порывистыми ветрами (рис. 1). Если учитывать, что пороговые эрозионные значения скорости ветра для почв Томской области составляют от 5 до 12 м/с, а наибольшая повторяемость случаев с эрозионно-опасными ветрами приходится на весну и осень, то степень опасности ветровой эрозии почти на всей территории Томской области характеризуется как повышенная. Следует также отметить, что весеннее увеличение количества случаев с бурными ветрами, вызывающее иссушение поверхностного слоя почвы, отрицательно сказывается и на растительность. Интенсивное высушивание опада хвои, листьев, травы, как и ветровалы и буреломы, способствующие распространению огня при низовых пожарах, резко повышают пирогенную опасность. Это является одной из причин большого количества пожаров на территории в весенние месяцы.
Рис. 1. Оценка уровня опасности ветрового режима 1 - слабый; 2- средний; 3 -
высокий
Существенным является фактор грозовой активности, когда увеличивается пирогенная опасность (32,4% от совокупного количества исследуемых опасностей). Особенно уязвим в этом отношении юг области, где проживает большая часть населения и хорошо развито сельское хозяйство (рис. 2).
Рис. 2. Оценка уровня опасности грозовой активности 1 - слабый; 2 - средний; 3 - высокий
Ливневая деятельность (30,5%) оказывает большое влияние на развитие процессов эрозии, оползания, на формирование промоин и поверхностного стока. Если до 1976 г. в Томской области выделяли один очаг интенсивной ливневой деятельности - с максимумом в районе села Бакчар, то в настоящее время такие очаги появились на севере и на юге области. Также увеличилось общее количество дней с ливнями; в разных районах этот показатель колеблется от 26% до 50%.
В настоящий период наблюдается увеличение снежного покрова в среднем на 5 мм, а запасов воды в снеге - на 40-55 мм; в то же время на 10 - 15 дней уменьшился период от начала снеготаяния до окончательного его схода.
Поскольку опасность стока талых вод возникает при интенсивном снеготаянии и большом запасе воды в снеге, то это создает условия для интенсивного развития процессов оврагообразования, плоскостного смыва, активизации гидрологических процессов (рис. 3).
Рис. 3. Оценка уровня опасности стока талых вод 1 - слабый; 2 - средний; 3 - высокий
Таким образом, пространственный анализ позволил охарактеризовать область как территорию с высоким уровнем уязвимости. Установлено, что к районам с высоким показателем уязвимости относятся не только север Томской области, но и юго-западная часть области. На севере основные опасности обусловлены температурным фоном. На юге основными лимитирующими факторами являются дефицит осадков в различные периоды вегетации, интенсивность снеготаяния, вызывающая ливневую эрозию, подтопление хозяйственных объектов талыми водами. Обращают на себя внимание довольно низкое значение коэффициента напряженности в центральной части области. Можно предположить, что такое относительное «смягчение» является результатом совокупного влияния крупных рек области (Обь, Кеть, Чулым) на данную территорию, оказывающих «отепляющий» эффект, в том числе отсутствие резких колебаний температур в вегетационный период и меньшую опасность ветровой эрозии. Проведенные исследования позволили уточнить общие оценки вариабельности климатических условий для Томской области и на фактическом материале с использованием ЛгсОК проранжировать территорию области. Покомпонентный анализ выявил наиболее значимые природно-климатические факторы в формировании опасных ситуаций.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Экзогенные геологические процессы на территории томской области в 2002 г.: Инф. бюллетень. Томск: Территориальный центр
«Томскгеомониторинг», 2003, Вып. 8. - 103 с.
2. Невидимова О.Г Анализ природно-климатических опасностей на территории Томской области для оценки рисков природопользования [Текст]: / Невидимова О.Г., М.А. Мельник, Волкова Е.С. // Экология урбанизированных территорий. - 2009. - №2. - С. 71-77.
© О.Г. Невидимова, Е.П. Янкович, 2011
