Известия Русского географического общества, 2021, T. 153, № 1, стр. 3-18

ВВЕДЕНИЕ

Изменения климата стали заметными на обширных территориях Евразии и других материков в последние десятилетия. Не обсуждая здесь причины столь масштабных климатических сдвигов, отметим, что проявления их в различных регионах, даже достаточно близких между собой, различаются как по амплитуде, так и по знаку изменений отдельных показателей. Сказанное в полной мере относится к таежной зоне Восточной Европы. Здесь, по крайней мере с середины XX в., происходит потепление, наиболее выраженное в зимний период. При этом величины приращений температур воздуха за последние десятилетия по сравнению с предыдущим периодом осреднения сильно различаются как для разных месяцев года, так и в различных районах таежной зоны. Еще меньше сходства проявляют тренды изменения количества атмосферных осадков, которое в одних районах стабильно повышается, в других – понижается.

На обзорном уровне изменения климата Севера Европейской России рассматривались в работах по изменениям климата СССР и России во второй половине XX в. [2, 4, 5, 6 и др.], изменениям климатических условий Европейской части России [3 и др.]. Более детально изменения климатических характеристик в пределах тайги Восточной Европы (в том числе по данным наблюдений первых десятилетий XXI в.) рассматриваются в работах по Северо-Западному региону России [9], Карелии [8, 10, 11, 14], Финляндии [16], водосбору Белого моря [12], отдельным городам региона [1]. В большинстве указанных источников анализируются в основном показатели температуры воздуха (среднегодовые, январские, июльские) и атмосферных осадков (годовые, теплого и холодного периодов), а также их аномалии – отклонения от средних значений, рассчитанных за определенные (базовые) периоды. В некоторых работах анализируются “сдвиги” среднемноголетних дат перехода температуры воздуха через пороговые значения 0, 5, 10°C. Однако в цитируемых работах почти не рассматриваются многолетние изменения таких интегральных климатических показателей, как сумма средних суточных температур воздуха за период со средней суточной температурой выше +10°C и число дней за год со среднесуточной температурой выше +10°С. Эти параметры отражают теплообеспеченность вегетационного периода, и их направленные изменения могут служить индикаторами сдвигов границ ландшафтных зон и подзон.

Цель настоящей статьи – рассмотреть изменения основных климатических показателей западной части тайги Европейской территории России (ЕТР) за период с 1991 г. по настоящее время, сравнивая их с аналогичными показателями за период 1960–1990 гг. Западная часть тайги ЕТР отличается наиболее выраженными процессами потепления, связанными с потоками тепла со стороны Северной Атлантики. Изменения климатических показателей в период потепления рассматриваются в разрезе трех основных подзон тайги Восточной Европы – северной, средней и южной.

МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ

В работе использовались данные гидрометеорологических станций (ГМС), доступ к которым обеспечивает ВНИИГМИ-МЦД [17]. Первоначально рассматривались все содержащиеся в указанной базе данных гидрометеостанции, находящиеся в пределах исследуемого региона – западной части тайги ЕТР (примерно до 47° в.д.): их общее число составило 35. Затем данные ГМС отбирались в зависимости от их полноты, как пояснено ниже. Для сравнения рассматривались также данные нескольких ГМС в северной части зоны подтайги (хвойно-широколиственных лесов) (Псков, Старая Русса).

В качестве основных климатических показателей рассчитаны: среднемесячные температуры воздуха января (t_I) и июля (t_VII), годовые суммы атмосферных осадков (r), годовые суммы среднесуточных температур воздуха, превышающих +10°С (S₁₀), количество дней за год со среднесуточной температурой выше +10°С (N₁₀). В качестве базового периода для сравнения было выбрано тридцатилетие 1961–1990 гг., а в качестве актуальных значений климатических показателей – данные периода с 1991 г. до того года, за который в указанном источнике имеются полные значения рассматриваемого параметра. Для сумм среднесуточных температур это 2019 г., для среднемесячных температур – 2018 г. Для месячных данных по атмосферным осадкам использовались значения с устраненными систематическими погрешностями; в этом массиве на декабрь 2020 г. имелись данные только до 2015 г. Для всех рассматриваемых показателей были вычислены изменения значений за период с 1991 г. по сравнению с базовым периодом (соответственно, dt_I, dt_VII, dr, dS₁₀, dN₁₀).

Данные за пропущенные периоды не восстанавливались; вместо этого, при отсутствии среднемесячных данных за январь и/или июль, соответствующий год полностью отбрасывался. Для подсчетов сумм среднесуточных температур допускался пропуск не более 5 сут (для ГМС, расположенных в подзоне северной тайги) или 10 сут (для остальных территорий) за те периоды, в которые на данной метеостанции когда-либо наблюдались температуры свыше 10°С. В противном случае данные за соответствующий год полностью не учитывались в расчетах.

Для дальнейшей обработки принимались те метеостанции, по которым имелись полные (в указанном выше смысле) данные не менее, чем за 20 лет в каждом из двух периодов (базовом и актуальном). При построении карт сумм среднесуточных температур дополнительно были отброшены также данные нескольких ГМС по причинам, обсуждаемым ниже.

С учетом такого отбора, состав анализируемых метеостанций различался для разных климатических показателей; их количество составляло, в зависимости от показателя, от 29 до 34 (табл. 1).

Изолинии на картах соответствующих показателей строились методом линейного кригинга в программе Surfer v.12.6, карты оформлялись в ГИС Mapinfo v.15.0.

Границы ландшафтных зон и подзон на картах приведены в соответствии с ландшафтной картой из Национального атласа России [13].

РЕЗУЛЬТАТЫ

В табл. 2−4 приведены значения климатических показателей и их изменений по сравнению с базовым периодом, сгруппированные по подзонам тайги. В каждой из таблиц ГМС приведены в порядке убывания широты (с севера на юг).

Рассмотрим тенденции изменения отдельных климатических параметров.

Средние температуры января (рис. 1) и июля (рис. 2) демонстрируют тенденцию к существенному повышению на всей рассматриваемой территории, причем увеличение зимних температур по сравнению с базовым периодом существенно больше, чем летних (1.8–3.1°С против 0.6–1.5°С соответственно). При этом в районах, прилегающих к Белому морю, повышение зимних температур несколько меньше, а влияние Ладожского и Онежского озер на динамику этих температур не проявляется. Увеличение летних температур в целом растет с северо-востока на юго-запад рассматриваемой территории.

Рис. 1.

Изменение средних температур воздуха в январе (°С) за период 1991–2018 гг. по сравнению с аналогичным показателем за период 1961–1990 гг. в западной части тайги Европейской России. Условные обозначения: 1 – ГМС, по которым вычислялись значения; 2 – границы ландшафтных зон и подзон. Индексами на карте обозначены: Лт + Тн – лесотундра и тундра; Т1, Т2, Т3 – северная, средняя и южная тайга соответственно; Пт – подтайга. Fig. 1. Change in average air temperatures in January (°C) for the period 1991–2018 compared to the same indicator for the period 1961–1990 in the western part of the taiga of European Russia. Symbols: 1 – meteorological stations, which were used to calculate values; 2 – boundaries of landscape zones and subzones. Indexes on the map indicate: Лт + Tн – forest tundra and tundra; Т1, Т2, Т3 – northern, middle and southern taiga, respectively; Пт – subtaiga (boreonemoral zone).

Рис. 2.

Изменение средних температур воздуха в июле (°С) за период 1991–2018 гг. по сравнению с аналогичным показателем за период 1961–1990 гг. в западной части тайги Европейской России. Обозначения см. на рис. 1. Fig. 2. Change in average air temperatures in July (°C) for the period 1991–2018 compared to the same indicator for the period 1961–1990 in the western part of the taiga of European Russia. See Fig. 1 for the explanations.

В зональном разрезе изменение как зимних, так и летних температур увеличивается к югу. Этот вывод совпадает с установленным Л.Е. Назаровой возрастанием интенсивности повышения средней годовой температуры воздуха от более высоких широт к более низким в бассейне Белого моря [12]. Однако интересно отметить, что для большинства ГМС (кроме самых северных) тренды (средние скорости изменения) роста зимних температур были выше в базовом периоде (1961–1990 гг., особенно в конце этого периода), а затем эти скорости снизились, местами демонстрируя обратную тенденцию к понижению температуры. Этот “перелом” трендов наиболее заметен на юге территории. Летние же температуры, наоборот, в последнее тридцатилетие росли, в целом, быстрее, чем в предыдущее. Средние данные по скоростям изменения температур по подзонам тайги и подтайге приведены в табл. 5, а типичный для южной части рассматриваемой территории график изменения температур – на рис. 3.

Рис. 3.

Изменение среднемесячных температур воздуха января (I) и июля (VII) и их линейные тренды (соответственно, тренд I и тренд VII) за периоды 1961–1990 и 1991–2018 гг. по ГМС Белогорка (Ленинградская обл.). Fig. 3. Changes in the average monthly air temperatures of January (I) and July (VII) and their linear trends (trend I and trend VII, respectively) for the periods 1961–1990 and 1991–2018 according to Belogorka meteorological station (Leningrad region).

Среднегодовые суммы атмосферных осадков (рис. 4) на рассматриваемой территории изменялись разнонаправленно; амплитуда изменений в актуальном периоде по сравнению с базовым достигает почти 150 мм, причем примерно поровну как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.

Рис. 4.

Изменение среднегодовых сумм атмосферных осадков, мм (с устраненными систематическими погрешностями) за период 1991–2015 гг. по сравнению с аналогичным показателем за период 1961–1990 гг. в западной части тайги Европейской России. Обозначения см. на рис. 1. Fig. 4. Change in average annual precipitation sums, mm (with eliminated systematic errors) for the period 1991–2015 compared to the same indicator for the period 1961−1990 yr in the western part of the taiga of European Russia. See Fig. 1 for the explanations.

В целом, в северной и западной части рассматриваемой территории осадки за последние 25 лет преимущественно увеличились, а в юго-восточной части – преимущественно уменьшились. В среднем по всем рассматриваемым ГМС преобладает небольшое увеличение осадков (на 9 мм/год). Число ГМС, на которых в 1991–2015 гг. наблюдалось увеличение осадков по сравнению с 1961–1990 гг., существенно превышает число ГМС с противоположной тенденцией (17 против 11).

Анализ трендов изменения осадков показывает, что в два рассматриваемых периода эти тренды как бы сменяли друг друга в пространстве (табл. 6, рис. 5). Если в базовый период тренды возрастали с севера на юг от отрицательных значений к выраженно положительным, то в актуальный период наблюдается прямо противоположная картина. Можно предположить, что такие изменения являются проявлением какого-то длительновременного колебательного процесса, однако для прояснения его характера требуются дополнительные исследования.

Рис. 5.

Средние линейные тренды (скорости изменения) среднегодовых сумм атмосферных осадков в западной части тайги Европейской России по подзонам по периодам наблюдений. Fig. 5. Average linear trends (rates of change) of average annual precipitation sums in the western part of the taiga of European Russia by subzones, differentiated by the periods of observations.

Среднегодовые суммы среднесуточных температур, превышающих +10°С (S₁₀) (рис. 6, 7) существенно выросли по сравнению с базовым периодом на всей рассматриваемой территории. Вырос также и тесно связанный с этой величиной показатель числа дней со среднесуточными температурами выше +10°С (N₁₀). Как видно из табл. 2–4 и рис. 6, значения S₁₀ распределяются в целом широтно: наибольший градиент увеличения в направлении север-северо-восток–юг-юго-запад. Данные двух ГМС существенно отклоняются от этой закономерности (табл. 2, 4). По ГМС Жижгин значение S₁₀ существенно ниже среднеширотного за счет островного положения в относительно холодном Белом море, а по ГМС Санкт-Петербург это значение существенно выше среднеширотного за счет техногенного изменения теплового баланса в мегаполисе, вблизи центра которого и находится данная ГМС. Поэтому данные этих ГМС не учитывались при построении карт и анализе трендов.

Рис. 6.

Среднегодовые суммы среднесуточных температур, превышающих +10°С, за период 1991–2019 гг., °С, в западной части тайги Европейской России. Обозначения см. на рис. 1. Fig. 6. Average annual sums of average daily temperatures exceeding +10°C for the period 1991−2019 yr, °C, in the western part of the taiga of European Russia. See Fig. 1 for the explanations.

Рис. 7.

Изменение среднегодовых сумм среднесуточных температур, превышающих +10°С, за период 1991–2019 гг., по сравнению с аналогичным показателем за период 1961–1990 гг., °С, в западной части тайги Европейской России. Обозначения см. на рис. 1. Fig. 7. Change in the average annual sums of average daily temperatures exceeding +10°C for the period 1991–2019, compared with the same indicator for the period 1961–1990 yr, °C, in the western part of the taiga of European Russia. See Fig. 1 for the explanations.

Широтный характер распределения S₁₀ (рис. 6) определяет, в целом, увеличение к югу также и величины изменения этого показателя (рис. 7). Однако можно заметить, что наибольшие величины изменений приходятся на центральную часть рассматриваемой территории.

Анализ трендов показывает, что рост показателей теплообеспеченности резко усилился в период после 1990 г. по сравнению с предыдущим тридцатилетием, когда на севере территории наблюдалось даже некоторое их уменьшение (табл. 7, рис. 8). В базовый период отрицательные тренды показателей теплообеспеченности наблюдались более, чем на половине ГМС (17 из 33), а за период после 1990 г. отрицательный тренд этих показателей не наблюдался ни на одной ГМС. Типичный для северной части рассматриваемой территории график изменения показателей теплообеспеченности приведен на рис. 8.

Рис. 8.

Изменение показателей теплообеспеченности: среднегодовых сумм среднесуточных температур, превышающих +10°С (S₁₀), и числа дней со среднесуточными температурами выше +10°С (N₁₀) и их линейные тренды (соответственно, тренд S₁₀ и тренд N₁₀) за периоды 1961–1990 и 1991–2019 гг. по ГМС Кандалакша (Мурманская обл.). Fig. 8. Changes in heat supply indicators: average annual sums of average daily temperatures exceeding +10°C (S₁₀) and the number of days with average daily temperatures above +10°C (N₁₀) and their linear trends (trend S₁₀ and trend N₁₀, respectively) for the periods 1961–1990 and 1991–2019 yr according to the Kandalaksha meteorological station (Murmansk region).

ВЫВОДЫ

Проведенные исследования по данным 35 ГМС, расположенных в западной части таежной зоны Европейской России, показывают тенденцию к повышению температур воздуха на всей рассматриваемой территории за период после 1991 г. по сравнению с периодом 1960–1990 гг., причем увеличение зимних температур существенно больше, чем летних. Среднегодовые суммы атмосферных осадков на территории изменялись разнонаправленно: в северной и западной ее части за последние 25 лет они преимущественно увеличились, а в юго-восточной части – преимущественно уменьшились. На всей рассматриваемой территории существенно выросло по сравнению с базовым периодом суммы среднесуточных температур, превышающих +10°С, и количество дней со среднесуточными температурами выше +10°С.

Сопоставление диапазонов показателей теплообеспеченности, установленных для подзон западной части тайги ЕТР по гидрометеоданным, полученным до середины XX в. [7, 16], и рассчитанных нами для последних 25–29 лет (табл. 8), позволяет сделать выводы о существовании климатических предпосылок смещения границ зоны тайги и ее подзон в северном направлении. Территория, относимая в большинстве схем районирования к южной тайге, в настоящее время по теплообеспеченности соответствует подтайге, относимая к средней тайге – имеет близкие к южнотаежным показатели сумм температур выше +10°С и летние температуры воздуха. Южная часть подзоны северной тайги (примерно до широты 64.5°) по показателям теплообеспеченности в настоящее время соответствует средней тайге.

Исследования, положенные в основу настоящей статьи, проведены при поддержке гранта РФФИ № 19-05-01003.