CC BY
239
УДК - 631. 4: 551. 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОЧВЕННО-ЭРОЗИОННЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ ОТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КЛИМАТА
(Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект №13-05-97521)
В. Т. Демихов, М. В. Долганова, Д. И. Чучин, Е. В. Хорина
В статье проанализированы климатические показатели региона, оказывающие влияние на интенсивность эрозии почв, рассматриваются особенности этого процесса в современных климатических условиях Брянской области. Ключевые слова: климат, эрозия почв, эрозионный потенциал осадков, интенсивность смыва, слой активного стока.
При всей, на первый взгляд, ясности вопроса о месте и роли климатического фактора в развитии эрозии, многие проблемы, особенно касающиеся выявления взаимосвязей интенсивности процесса с режимом отдельных метеорологических состояний или региональными особенностями мезо-и микроклимата, до сих пор остаются не решёнными.
Обычно роль климата в развитии эрозионных процессов рассматривается и соответствующим образом картографируется на уровне макроклимата. Значительно сложнее обнаружить «след» гидрометеорологического фактора эрозии на мезоклиматическом уровне, который определяется, главным образом, не глобальными атмосферными циркуляционными механизмами, а особенностями рельефа и местными циркуляциями воздушных масс. Поскольку интенсивность эрозии зависит не только от климатического фактора, но и множества других, вычленить влияние последнего при средне- и крупномасштабных исследованиях бывает затруднительно. В этом случае эрозионноформирующая роль климата обычно оценивается через климатические показатели, тесно связанные с активностью отдельных эрозионных процессов [2, с. 37].
Так как не все климатические показатели в равной степени оказывают влияние на интенсивность эрозионных процессов, анализируя климат Брянской области, мы изучали только те показатели, которые такое влияние оказывают.
Территория области расположена в центре Восточно-Европейской равнины. Относительно малые размеры территории при равнинной поверхности не вносят заметных изменений в макрокли-матические особенности ее отдельных частей, но заметно выражены в микро- и мезоклимате севера и юга области, возвышенностей и низменностей.
По количеству осадков область относится к зоне умеренного увлажнения, среднегодовое количество которых колеблется от 530 до 655 мм, в т.ч. в западной части области 470-750 мм, в восточной - 530-890 мм. Наибольшее количество их выпадает на северо-западе (655 мм), а наименьшее - в районе узкой полосы Трубчевск - Новозыбков - Клинцы (530-540 мм). Ежегодно наблюдаются 2-3 периода по 10-15 дней без осадков, а 3-4 года в столетие осадки не выпадают на протяжении 1,0-1,5 месяцев.
При среднем многолетнем достаточном количестве осадков и нормальном или слабо избыточном увлажнении, реальный ход увлажнения территории следует считать неустойчивым, от резко избыточного до сильно недостаточного. Аналогичная неустойчивость увлажнения наблюдается и в течение года. Только при выпадении большого количества осадков летом увлажнение будет слабо избыточным или близким к норме. Слабые засухи повторяются почти ежегодно. За последние 100 лет в области в разные летние месяцы отмечались 22 засухи, но строгой последовательности в их повторяемости не обнаруживается [4, с. 92].
Интенсивность эрозионных процессов на территории Брянской области зависит от многих факторов, но главные из них - ливневые дожди и запасы воды в снеге на период снеготаяния, так как они в первую очередь определяют возможность стока. Ливневый сток на территории области превышает сток, образующийся в результате снеготаяния.
В большинстве работ посвящённых оценке эрозионных процессов на территории региона использовались метеорологические данные, полученные до 1965 года. При оценке современных эрозионных процессов на территории области следует предусмотреть климатические изменения, произошедшие в последние десятилетия.
На территории Брянской области, так же как и в большинстве регионов России, повышение среднемесячной температуры воздуха наиболее отчетливо проявляется в зимнее время года. Тенденция повышения среднемесячной температуры воздуха в зимний период обнаружена на всех
станциях Брянской области и составляет примерно 0,2оС за год. О потеплении зим в нашем регионе свидетельствует и тот факт, что за последнее двадцатилетие на всех станциях области возросло число дней с оттепелями [4, с. 100].
Пространственное и временное распределение осадков отличается значительной неравномерностью. Однако для всех станций характерны общие закономерности в изменении режима осадков в последние десятилетия. Сравнение средних многолетних месячных сумм осадков, полученных за весь период наблюдений и за период с 1976 по 2010 г., указывает на повышение количества осадков в начале лета (в июне), осенью и зимой на всех метеостанциях области. Анализ имеющихся временных рядов суточных сумм атмосферных осадков показал, что в летние месяцы возрастает число дней с интенсивными осадками. Происходит некоторое перераспределение в выпадении осадков: общая сумма осадков за теплый период изменяется сравнительно мало, но большая их часть приходится на кратковременные ливни.
На территории области межгодовые изменения количества атмосферных осадков не обнаруживают однонаправленной тенденции. В западной части региона прослеживается рост годовой суммы осадков, а в восточной половине - их снижение.
Для всестороннего рассмотрения особенностей режима увлажнения анализируемого региона большое значение имеет исследование экстремальных климатических характеристик. Из показателей экстремальности атмосферных осадков используются 3 индекса:
- количество дней с интенсивными осадками (дни с осадками > 10 мм);
- суточный максимум осадков (наибольшая сумма осадков, выпавших за одни сутки в течение каждого месяца);
- максимальная продолжительность «сухого периода» (количество последовательных дней за конкретный период с осадками менее 1 мм).
Тренд-анализ (1976-2010 гг.) показал, что в межгодовых изменениях индексов экстремальности осадков на территории Брянской области не обнаруживается чёткой закономерности. Слабый рост экстремальности в режиме увлажнения в одних районах сопутствует столь же слабому её снижению в других. Но в ряде пунктов диагностированы статистически значимые тенденции. Оценка изменений индексов экстремальности осадков по месяцам выявила уменьшение максимальной продолжительности «сухого периода» в феврале и мае, а также её рост в сентябре (табл. 1). В остальные месяцы тенденции в максимальной продолжительности «сухого периода» разнонаправлены или статистически незначимы. Такая же ситуация наблюдается во все месяцы в изменениях числа дней с интенсивными осадками и суточным максимумом осадков (табл. 2).
Таблица 1
Максимальная продолжительность «сухого периода» на территории Брянской области (1976-
2010 гг.), дни / 10 лет [6, с. 13]
Метеостанции Февраль Май Сентябрь
Жуковка -2,32 -0,52 0,42
Брянск, оп. лес. -2,08 -1,38 1,17
Карачев -1,42 -0,96 1,51
Красная Гора -2,46 -0,88 0,90
Унеча -3,16 -0,41 0,29
Навля -1,54 -0,83 0,68
Трубчевск -2,19 -0,08 0,77
Примечание: полужирным шрифтом выделены статистически значимые изменения. Значительная часть жидких осадков выпадает в виде ливней. Около 13 дней в году бывает с осадками более 10 мм, 4 дня - более 20 мм и 1 день - более 30 мм [5, с. 560].
Таблица 2
Месяцы I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год
Жуковка 8 8 7 10 13 21 23 22 17 14 12 8 14
Трубчевск 8 9 9 11 14 20 26 20 16 14 12 9 14
Большое значение имеет интенсивность и количество осадков за один ливень. В Брянской области вероятность выпадения суточного максимума 28-30 мм составляет 63 %, т. е. осадки с таким слоем выпадают почти ежегодно с мая по сентябрь [3, с. 10]. Особо сильные ливни со слоем более 40 мм здесь бывают один раз в два-три года. Наибольший наблюдаемый суточный максимум осадков в г. Брянске - 71,4 мм осадков выпал 22 июня 2004 года за 2 часа 55 минут. Приведённые данные свидетельствуют о том, что в области в отдельные годы осадки выпадают со значительной интенсивностью и вызывают поверхностный сток и смыв почв.
Оценивая в целом влияние жидких осадков на развитие процессов смыва и размыва в регионе, следует отметить, что влияние их умеренное, так как особо сильные ливни, вызывающие сток вод и смыв почв, бывают не ежегодно, да и ливни слоем 30-40 мм на почвах покрытых растительностью не всегда вызывают смыв.
Важным фактором, влияющим на величину поверхностного стока на территории Брянской области, являются запасы воды в снеге. Запасы воды в снеге 70-85 мм (средние многолетние), по отдельным годам изменяются от 11 до 191 мм (табл. 3).
Таблица 3
Запас воды (мм) в снежном покрове по снегосъемкам на последний день декады [3, с. 3]
Участок X XI XII I II III IV Наибольший за зиму
3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 I 2 3 1 2 ср. макс. мин.
Жуковка
Поле * * * * 22 28 29 39 47 50 58 65 69 71 79 77 * * 86 182 38
В лесу
под кронами * * * * * 24 23 29 41 47 58 71 74 81 90 86 * * 96 174 36
деревьев
Брянск
Поле * * * * 24 32 33 41 44 52 56 66 68 73 75 71 * * 84 191 33
Трубчевск
Поле * * * * * 31 36 44 47 47 58 65 66 69 74 75 * * 80 168 11
Снегозапасы в разных районах области изменяются сравнительно мало, в большей степени на этот показатель влияют лесные массивы и пересечённость рельефа. Интересны показатели повторяемости зим с различной наибольшей декадной высотой снежного покрова [5, с. 750].
Известно, что при мощности снежного покрова до 20 см, снег нередко сходит до наступления положительных температур из-за «парникового эффекта» и стока не даёт, поэтому уже по количеству зим с мощностью снежного покрова больше или меньше 20 см можно говорить о стоке.
В районах с пересечённым рельефом во все годы высота снежного покрова бывает более 20 см. Это территории относящиеся к Среднерусской и Смоленской возвышенностям в пределах области. На плоско-волнистой равнине зим с высотой снежного покрова менее 20 см бывает от 10 до 50 %. К таким участкам относятся Ипутьская, Судостьская и Деснинская низменности. На территориях с пересечённым рельефом в среднем каждую вторую зиму высота снежного покрова бывает около 50 см и, таким образом, запасы воды в снеге как минимум будут равны 100 мм. При определённой температурной обстановке весной, при таких снегозапасах, бывает поверхностный сток, который вызывает смыв почв.
Снеготаяние на территории области обычно начинается в третьей декаде марта - первой декаде апреля и длится 5-20 дней. Однако основная масса снежного покрова тает за несколько (5-7) дней и создаёт значительный поверхностный сток.
Резюмируя анализ данных по снегозапасам в Брянской области, отмечаем, что во всех районах с пересечённым рельефом за исключением плоско-волнистого юго-запада во все годы накапливается достаточное для поверхностного стока количество снега. На плоско-волнистой равнине поверхностный сток вод возможен раз в пять лет.
Описанные количественные и качественные показатели осадков прямо влияют на величину стока талых и ливневых вод и смыв почв. Но есть факторы, которые косвенно снижают или увеличивают величину поверхностного стока и смыв почв, к числу которых относятся температура и глубина промерзания почв. Изменения температуры поверхности почвы, так же как и температуры воздуха, в основном связаны с повышением температуры в зимний период. Анализ многолетнего хода минимальных и максимальных за сутки значений температур почвы показывает, что в последние десятилетия зимой растут как минимальные, так и максимальные значения температуры почвы по всем станциям Брянской области. Летом рост менее заметен, при этом на большинстве станций минимальная температура почвы растет чуть быстрее, чем максимальная. Рассматривая данные о температуре поверхности почв в зимнее время, отмечаем, что по срокам температура во всех районах одинакова. Самая низкая температура поверхности почвы наблюдается в январе. В марте, когда начинается снеготаяние, она составляет -4 С. Такие низкие температуры способствуют проникновению холода вглубь почвы и их промерзанию. Уже в начале декабря глубина промерзания почв колеблется от 5 до 20 см. Максимальная глубина промерзания наблюдается в марте - апреле. Таким образом, проникновение сезонной мерзлоты вглубь продолжается и после относительного потепления верхних слоёв
почвы. На процессы эрозии влияет не столько глубина промерзания, сколько степень смерзания почв и запас холода.
Влияние региональных изменений климата на функционирование эрозионно-склоновых систем выразилось в первую очередь в снижении средних величин талого поверхностного склонового стока. Связано это со снижением предвесенних снегозапасов за счёт зимнего таяния снега при участившихся оттепелях. В центральных областях Нечернозёмной России за период 1980-2005 гг. средняя высота снежного покрова снизилась на 2 см, а запасы воды в нём сократились на 11 мм, притом, что общее количество зимних осадков за этот срок возросло на 25 мм [1, с. 3].
В то же время, повышение зимних температур снижает глубину промерзания почв, которая наряду с влажностью почвы, является определяющим фактором потерь талого стока. Анализ имеющихся результатов исследований позволяет сделать вывод о существенном уменьшении талого стока на территории Брянской области в последние десятилетия, преимущественно за счёт снижения глубины промерзания почвы.
В последние десятилетия в тёплый период изменилась доля ливневых осадков, их интенсивность, частота и сроки выпадения. Уменьшение талого стока в последние десятилетия компенсируется увеличением ливневого стока.
Climate data effecting intensity of the soil erosion are analyzed in the article; peculiarities of this process in modern climate conditions of the Bryansk region are considered.
The key words: climate, soil erosion, precipitation potential, depth of the destruction, active flow layer.
Список литературы
1. Булыгина О. Н., Коршунова Н. Н., Кузнецова В. Н., Разуваев В. Н., Трофименко Л. Т. Анализ изменчивости климата на территории России в последние десятилетия // Труды ВНИИГМИ-МЦД. 2000. Вып. 167. С. 3-15.
2. Ларионов Г. А. Эрозия и дефляция почв. М.: Изд-во МГУ, 1993. 200 с.
3. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Части 1-6. Выпуск 28. Л. Гидрометеоиздат 1990. 364 с.
4. Природа и природные ресурсы Брянской области. Монография /Под ред. Л. М. Ахромеева. Брянск: Изд-во «Курсив», 2012. 320 с.
5. Природные ресурсы и окружающая среда субъектов Российской Федерации Центральный федеральный округ: Брянская область / под ред. Н. Г. Рыбальского, Е. Д. Самотёсова и А. Г. Митюкова. М: НИА-Природа, 2007. 1144 с.
6. Селютин В. С. Многолетние изменения режима осадков на территории Брянской области // Научные труды Калужского государственного университета им. К. Э. Циолковского. Серия: Естественные науки. Калуга: Издательство КГУ им. К. Э. Циолковского, 2013. С. 13-15.
Об авторах
Демихов В. Т. - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры географии и землеустройства Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского. E-mail: fir-sasha@ yandex.ru
Долганова М. В. - кандидат биологических наук, доцент кафедры географии и землеустройства Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского. E-mail: [email protected]
Чучин Д. И. - кандидат географических наук, доцент кафедры географии и землеустройства Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского. E-mail: [email protected]
Хорина Е. В. - аспирант кафедры географии и землеустройства Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского.
Research of the soil-erosion dependence on the basic climate options on the Bryansk region territory
V.T. Demihov, M.V. Dolganova, D.I. Chuchin, E.V. Horina
