CC BY
35
УДК 551.50 (470.56)
ИЗМЕНЧИВОСТЬ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ОРЕНБУРГСКОМ ПРИУРАЛЬЕ
© В.В. Федосеев
Ключевые слова: лесостепь; урожайность; погода; тренд.
Статья посвящена мониторингу процессов пространственно-временного распределения и изменчивости гидротермических ресурсов и урожайности яровой пшеницы в степной и лесостепной зонах Оренбургского Приура-лья. Можно констатировать, что в Оренбургском Приуралье наблюдается единая динамика среднегодового температурного фона к потеплению, а по осадкам просматривается общая тенденция к их увеличению, хотя в данном процессе не было стабильности. Данные результаты характеризуют локальные изменения климатических процессов.
В настоящее время общепризнано глобальное потепление климата. Однако региональные и локальные характеристики этого явления значительно различаются. Ранее некоторые аспекты этой проблемы для степной зоны Урала изложены в публикациях В.Е. Тихонова [1, 2]. В данной работе проведен более детальный поиск с целью установления доли влияния на указанный процесс отдельных временных внутригодовых периодов с целью дальнейшего их прогнозирования.
Для решения вопроса использовалось построение трендов среднегодовой температуры и трендов средней температуры воздуха двух и трех смежных месяцев, а также всего холодного (октябрь- -март) и теплого (апрель- -сентябрь) периодов года.
Тренд (от английского trend - общее направление, тенденция) - некоторая неслучайная функция времени или пространства. Форма и параметры тренда определялись в результате подбора наилучшей (по какому-либо из статистических критериев) функции из числа имеющихся.
Октябрь, ноябрь и декабрь определены как месяцы предшествующего года. Такой же поиск проведен относительно многолетнего хода осадков и их роли в формировании тренда урожайности яровой пшеницы. Тренды рассчитывались методом гармонических весов [3]. Природно-растительные зоны и провинции приводятся в соответствии с работой «Природно-сельскохозяйственное районирование и использование земельного фонда СССР» [4]. Для анализа использованы данные наблюдений соответствующих метеостанций (МС).
По результатам проведенного анализа связей между изучавшимися переменными видно, что уровень значимости (уровень доверия) этих связей очень высок, а коэффициент детерминации (R2) приближается к единице (табл. 1).
Основной вывод, который можно сделать, состоит в том, что наибольшая доля влияния на процесс потепления климата в изучаемом регионе принадлежит январю, февралю и марту. Особенно это проявляется в восточной части лесостепной зоны Оренбургского Пред-уралья (Пономаревский район, МС Фадеевский). Эта
часть области характеризуется более холодным (примерно на один градус) климатом.
Полученные результаты показывают, что в Поно-маревском районе за 69 лет наблюдений в 93,18 % случаев (т. е. 64 года) варьирование линии тренда среднегодовой температуры воздуха обусловлено варьированием линии тренда средней температуры воздуха за период январь-март.
Такой же подход применен к анализу многолетнего хода осадков в лесостепи Оренбургского Предуралья. Динамика изменений по тренду выпавших осадков характеризует общее направление изменчивости количества выпавших осадков в сторону повышения.
Так, за изученные годы в восточной части лесостепи Оренбургского Предуралья (МС Фадеевский) самая низкая точка на тренде отмечена в середине сороковых
Таблица 1
Влияние многолетнего потепления зимнего периода на среднегодовую температуру воздуха в лесостепи Оренбургского Предуралья, 1940-2008 гг.
Источник Коэффи- Уровень Доля
варьирования циент значи- влияния
ы р ратур пера тем ды енд (тре регрессии мости фактора, %
Восточная часть зоны (МС Фадеевский, Пономаревский район)
У-пересечение 8,103 0,00 -
Тренд января-марта 0,309 0,00 93,18
Тренд октября-декабря 0,339 0,00 6,05
Для полной регрессии: R-квадрат = 0,992; ________уровень значимости = 0,000__________
Западная часть зоны (МС Бугуруслан, Бугурусланский район)
У-пересечение 8,408 0,00 -
Тренд января-марта 0,295 0,00 79,33
Тренд октября-декабря 0,469 0,00 16,80
Для полной регрессии: R-квадрат = 0,961; ________уровень значимости = 0,000__________
1599
Таблица 2
Влияние многолетнего хода осадков различных периодов года на тенденцию годовых сумм осадков в лесостепи Оренбуржья, 1940-2008 гг.
Источник Коэффи- Уровень Доля
варьирования циент значи- влияния
(тренды осадков) регрессии мости фактора,
%
МС Фадеевский, Пономаревский район
У-пересечение 33,21 0,00 -
Тренд октября-марта 0,944 0,00 73,02
Тренд мая-августа 1,226 0,00 24,03
Для полной регрессии: і -квадрат = 0,971; ________уровень значимости = 0,000__________
МС Бугуруслан, Бугурусланский район
У-пересечение 120,03 0,00 -
Тренд апреля-июня 1,609 0,00 60,05
Тренд ноября-декабря 1,387 0,00 34,16
Тренд августа-сентября 0,579 0,00 4,79
Для полной регрессии: і -квадрат = 0,990; ________уровень значимости = 0,000__________
Таблица З
Влияние многолетнего хода выпавших осадков на тенденцию урожайности яровой пшеницы в лесостепи Оренбургского Предуралья, 1940-2008 гг.
Источник Коэффи- Уровень Доля влия-
варьирования циент рег- значимо- ния факто-
(тренды осадков) рессии сти ра, %
Пономаревский район, урожайность госсортоучастка (ГСУ)
У-пересечение 20,9 0,00 -
Тренд июня 0,56 0,00 80,91
Тренд мая-июня -0,209 0,00 12,04
Тренд июня-июля -0,119 0,00 5,40
Для полной регрессии: і-квадрат = 0,973; _______уровень значимости = 0,000;__________
Бугурусланский район, урожайность ГСУ
У-пересечение 14,74 0,00 -
Тренд марта-мая -0,223 0,00 70,86
Тренд мая-июня 0,095 0,00 18,34
Тренд мая-июля 0,057 0,00 8,47
Для полной регрессии: і-квадрат = 0,977; ________уровень значимости = 0,000__________
годов прошлого века, а самая высокая - в середине восьмидесятых годов того же столетия. Разница между ними составила в пределах 100 мм. Для западной части региона такая же разница в количестве выпавших осадков отмечена от начала пятидесятых годов прошлого века до начала нашего столетия. Однако эти повышения обусловлены динамикой выпавших осадков различных внутригодовых периодов.
Для Пономаревского района наибольший вклад в дисперсию линии тренда годовых осадков вносит весь холодный период (октябрь-март). Доля влияния летних месяцев в три раза меньше. Для Бугурусланского района установлено гораздо большее влияние на этот про-
цесс осадков летнего периода, чем периода с отрицательными температурами (табл. 2).
К концу 70-х и началу 80-х годов прошлого века началась резкая смена положительных трендов летних осадков на отрицательные. Многолетняя тенденция урожайности яровой пшеницы последовала за ними. Особенно повлияли на течение этого процесса засухи 1981, 1995, 1996, 1998, 2003, 2005 гг. Описание этих зависимостей в рамках многомерного анализа дано в табл. 3.
В восточной половине зоны (Пономаревский район) влияние на динамику тенденции урожайности яровой пшеницы оказывают в основном тренды осадков летних месяцев. В западной части лесостепной зоны Оренбургского Предуралья основная доля влияния на дисперсию линии тренда урожайности яровой пшеницы обусловлена многолетним ходом осадков весеннелетнего периода.
В степной и лесостепной зоне как Оренбургского Предуралья, так и Зауралья за период с 1936 по 2002 гг. стало теплее, средняя годовая температура воздуха повысилась более чем на 2,5 °С.
Основная роль в этом процессе принадлежит температуре воздуха холодного периода года. То есть зимний период стал теплее, а коэффициент детерминации (і2), определяющий адекватность полученных зависимостей изучаемой реальности, составил 92...99 %.
Установлена устойчивая тенденция повышения количества выпадающих зимних осадков в степной зоне Оренбургского Приуралья. Здесь основной причиной довольно устойчивого повышения тренда годовых сумм выпавших осадков являются зимние осадки, т. е. осадки в виде снега за ноябрь-март. Варьирование значений линии тренда годовых сумм осадков примерно на 94-95 % обусловлено варьированием значений линии тренда сумм осадков, выпавших в холодный период года.
Таблица 4
Зависимость тренда урожайности яровой пшеницы от многолетнего хода осадков в степном Оренбургском Приуралье, 1940-2004 гг.
Источник варьиро- Коэффи- Уровень Доля
вания (тренды сумм циент значимо- влияния
осадков) регрессии сти фактора, %
Степное Предуралье (ОПХ «Урожайное»)
У-пересечение -29,61 0,000 -
Тренд осадков июня-августа 0,238 0,000 81,45
Тренд осадков 0,133 0,000 13,28
октября-декабря
Для полной регрессии: R-квадрат = 0,947; ________уровень значимости = 0,00___________
Степное Зауралье (ОПХ «Советская Россия»)
У-пересечение 4,93 0,04 -
Тренд осадков 0,119 0,00 83,35
октября-апреля
Тренд осадков -0,161 0,00 4,63
июля-августа
Для полной регрессии: і-квадрат = 0,880; ________уровень значимости = 0,00___________
1600
То есть за изученные годы произошло постепенное увеличение выпадающих снежных осадков. Например, в зоне обслуживания Чебеньковской метеостанции в конце срока наблюдения количество выпавшего снега в среднем по тренду составило 220 мм, что примерно на 130 мм больше, чем в начале срока. Для Зауралья это увеличение составило около 120 мм.
Как и какие осадки повлияли на многолетнюю динамику урожайности яровой пшеницы? С этой целью исследовались зависимости трендов урожайности яровой пшеницы от многолетнего хода количества выпавших осадков в указанные выше периоды. Исследован многолетний ход сумм выпавших осадков за летние месяцы в Заволжской провинции (МС Чебеньки), а также урожайность яровой пшеницы в опытнопроизводственном хозяйстве (ОПХ) «Урожайное»
(Оренбургский район). Так, в ходе исследования установлено, что тренд урожайности яровой пшеницы в зоне деятельности МС Чебеньки обусловлен в значительной степени трендом суммы выпавших осадков за июнь-август.
Выявленные для степной зоны Оренбургского При-уралья зависимости тенденции урожайности от многолетнего хода осадков представлены в табл. 4.
В Предуралье основной вклад в объяснение дисперсии тенденции урожайности яровой пшеницы вносит тренд суммы садков за летние месяцы: июнь-июль-август в зоне деятельности МС Чебеньки. Влияние осадков в холодный период года менее значительно.
За эти же годы тренд урожайности яровой пшеницы в опытно-производственном хозяйстве «Советская Россия» (степное Зауралье) более чем на 83 % обусловлен многолетней тенденцией осадков длительного холодного периода.
Таким образом, можно констатировать, что в Оренбургском Приуралье наблюдается единая динамика среднегодового температурного фона к потеплению на 2,5...2,7 градуса за последние 65...70 лет в основном за счет того, что морозы в январе, феврале и марте становятся более мягкими.
По осадкам также просматривается общая тенденция к увеличению на 100.130 мм по тренду, хотя в данном процессе не было стабильности. Кроме того, структуры трендов осадков на западе и на востоке лесостепной зоны, а также разных провинций (Заволжской и Казахстанской) степной зоны не идентичны, что характеризует локальные изменения климатических процессов.
Указания о том, что многолетний тренд урожайности в сторону роста обусловлен агротехникой, можно встретить в литературе часто, и без оговорок. Естест-
венность и реальность положительного воздействия упомянутых мероприятий на урожайность не подлежит никакому сомнению. Однако относить целиком всю динамику урожайности за счет этих мероприятий было бы неправильно, поскольку климатическая система того или иного региона, как было показано, также имеет определенный вектор развития.
Изучая линии трендов урожайности, можно сделать вывод, что постоянно повышаемая культура земледелия служит средством оптимальной реализации не только средних агрометеорологических ресурсов урожайности сельскохозяйственных растений, но и особенно средством оптимальной реализации (наибольшей отдачи) положительных тенденций этих ресурсов.
Но далеко не всегда тренды урожайности имеют положительную тенденцию и часто копируют тенденцию основных погодных факторов, обусловливающих в значительном количестве случаев (лет) колебательный процесс в формировании продуктивности зерновых культур. Поэтому природа иногда еще в силах значительно погасить все усилия человека на получение высоких и устойчивых урожаев [5]. С другой стороны, не исключается, что положительный тренд урожайности в основном может определяться соответствующей тенденцией тех или иных погодных факторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Тихонов В.Е. Засуха в степной зоне Урала: монография. Оренбург, 2005.
2. Тихонов В.Е. Погода и урожай в Оренбургском Приуралье: монография. Оренбург, 2009.
3. Полевой А.Н. Прикладное моделирование и прогнозирование продуктивности посевов. Л., 1988.
4. Природно-сельскохозяйственное районирование и использование земельного фонда СССР / под ред. А.Н. Каштанова. М., 1983.
5. Макроциркуляционные факторы и прогноз засух в основных сельскохозяйственных районах СССР / Байдал М.Х. [и др.]. М., 1979.
Поступила в редакцию 15 сентября 2010 г.
Fedoseev V.V. Variability of the meteorological processes in Orenburg’s Transurals
The article is dedicated to the monitoring of the spatially -time distribution processes, variability of hydrothermal resources and spring wheat productivity in prairie and forest-prairie zones of Orenburg’s Transurals. It is possible to ascertain that identical dynamic of a mid-annual temperature background to warming is observed in Orenburg’s Transurals and according to the precipitations there is the general tendency to their increase though in the given process there was no stability. Given results characterize local changes of climatic processes.
Key words: forest steppe, yielding capacity, weather, trend.
1601
