Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 493, № 1, стр. 94-97

ВВЕДЕНИЕ

Таежный клещ Ixodes persulcatus Schulze, 1930 представляет собой кровососущего эктопаразита широкого круга видов позвоночных. Важность его изучения обусловлена тем, что он является переносчиком возбудителей ряда опасных заболеваний человека и животных: клещевого вирусного энцефалита, клещевых боррелиозов (болезнь Лайма), туляремии, бабезиоза и др. [1] Ареал таежного клеща очень обширен. Основная его часть находится на территории Российской Федерации. Также имеются зоны распространения на юге Финляндии, на северо-востоке Китая, в Монголии, Северной Корее, на северных склонах Тянь-Шаня. Отдельные очаги обнаруживаются в Закарпатье, Белоруссии и странах Балтии [1–4].

Климатические изменения, которые происходят в настоящее время и, очевидно, будут происходить в ближайшем будущем, влияют на территории распространения различных организмов, в том числе и иксодовых клещей. В связи с этим актуальной становится проблема модельной оценки происшедших и будущих климатогенных изменений ареалов. К сегодняшнему дню разработано множество самых разных, в том числе сложных и изощренных, методов моделирования распространения видов [5, 6]. Тем не менее, нередко продолжают использовать и простые алгоритмы. Одним из таких простых методов является обнаружение предельных значений климатических факторов – предикторов, ограничивающих возможность устойчивого существования популяций исследуемого вида. Полученную таким способом модель можно рассматривать как простое бинарное дерево решений, каждый узел которого содержит одно условие, а одна из ветвей каждого узла, соответствующая невыполнению условия, дальше не ветвится и оканчивается листом дерева, идентифицирующем отрицательный класс (“вне ареала”).

В настоящей работе был применен именно такой подход к идентификации климатических условий, определяющих распространение таежного клеща I. persulcatus на территории России и соседних стран.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для моделирования климатических условий распространения таежного клеща была произведена оцифровка карты его ареала, соответствующая ситуации 50–70-х годов ХХ века [1]. Поверхность северного полушария была разбита на регулярные пространственные ячейки размером 1° × 1°. Каждой ячейке были присвоены метки 0 или 1, обозначающие нахождение центров этих ячеек вне или внутри ареала. В результате была создана матрица бинарных значений, содержащая информацию о фактическом ареале таежного клеща.

В качестве источника климатических данных использовалась база результатов метеорологических наблюдений суточного разрешения, созданная во Всероссийском научно-исследовательском институте гидрометеорологической информации – Мировом центре данных (ВНИИГМИ-МЦД, http://www.meteo.ru) и содержащая результаты метеонаблюдений 499 метеостанций. Эти данные были интерполированы на пространственную сетку с шагом 1° по методике, описанной в [7]. Для целей данной работы были использованы осредненные значения для периода 1951–1980 гг., соответствующего оцифрованному ареалу клеща. Обработка использованной базы метеоданных производилась с помощью программ, написанных на языке Fortran77.

Согласно литературным данным, I. persulcatus образует устойчивые популяции при приблизительных значениях суммы активных температур не менее 1400°С (при пороге 10°С) и среднемесячной температуре января не более –5°С. Кроме того, таежный клещ очень чувствителен к пересыханию. В нашей работе было проанализировано влияние двух основных факторов, определяющих влажностной режим: годовая сумма осадков и среднегодовая температура. Таким образом, были отобраны четыре климатические критерия, влияющие на распространение таежного клеща: нижняя граница среднегодовой температуры воздуха, верхняя граница средней температуры января, нижняя граница годовой суммы осадков и нижняя граница суммы активных температур (САТ) при пороге 10° С. (Нижняя и верхняя границы соответствуют значениям климатических параметров, выше или ниже которых популяции вида могут устойчиво существовать.)

Для уточнения значений этих границ был проведен сетчатый поиск среди всех возможных их комбинаций в пределах, соответствующих климатическим характеристикам фактического ареала, и шагом, соответствующим разрешающей способности использованной базы метеоданных. Для каждой комбинации вычислялась матрица расчетного климатического ареала и определялась точность его совпадения с фактическим ареалом. В качестве метрики для оценки точности совпадения использовалась каппа Коэна. На основе этих расчетных данных была отобрана комбинация значений, соответствующая лучшему совпадению (т.е. максимальному значению каппы Коэна). Расчеты проводились с помощью программ, написанных на языке программирования Python 3.

Результаты оценки условий распространения I. persulcatus визуализировались с помощью карты-схемы, отражающей сходство и различие фактического и расчетного ареалов. На данной карте-схеме каждая пространственная ячейка закрашена одним из четырех способов, отражающих, находится ли эта ячейка в пределах обоих ареалов, только в одном из них или вне обоих. Построение карты-схемы было осуществлено с помощью пакета электронной картографии Basemap для языка Python [8].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В табл. 1 представлены уточненные значения климатических условий распространения таежного клеща, установленные в результате проведенных исследований. Использование этих условий для моделирования климатического ареала дает наилучшее совпадение расчетного и фактического ареалов (каппа Коэна равна 0.75, что согласно общепринятой градации соответствует хорошей степени совпадения) [9].

На рис. 1 представлена карта-схема, отображающая отличия и сходства расчетного и фактического ареалов.

Рис. 1.

Фактический и расчетный ареалы I. persulcatus. Обозначения: 1 – только фактический ареал, 2 – только расчетный ареал, 3 – совпадение ареалов.

Как видно из рис. 1, расчетный ареал I. persulcatus имеет ряд отличий от фактического. В частности, в него не вошли Карпаты, Тянь-Шань и горные системы Забайкалья, что можно объяснить трудностью интерполяции данных метеостанций в горных регионах и других территориях со сложным рельефом [10, 11]. Кроме того, клещ на этих территориях, как правило, имеет сложную структуру ареала, зависящую от высотного градиента температур и иных климатических факторов. При переходе на более мелкий масштаб эти локальные особенности ландшафта могут быть усреднены и потеряны. Несмотря на указанные различия, совпадение фактических и расчетных ареалов можно признать удовлетворительным.

Таким образом, в результате проведенных исследований были идентифицированы климатические условия распространения таежного клеща I. persulcatus на территории России и соседних стран и проведена их верификация путем сравнения фактического и расчетного ареалов.