Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Климат Якутии и его влияние на растительность

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Климат Якутии и его влияние на растительность"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

Географический факультет

РГб од

" ^ ЩРЬ, На пРавах РУкописи

СОКОЛИХИНА НАТАЛЬЯ НИКОЛАЕВНА

УДК 551.581 (571.56)

КЛИМАТ ЯКУТИИ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ

Специальность 11.00.09 — метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Л * ----- л пп л

Работа выполнена на кафедре метеорологии и климатологии географического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Научный руководитель — доктор географических наук,

профессор

М. А. ПЕТРОСЯНЦ Официальные оппоненты — доктор географических

наук, профессор А. Н. КРЕНКЕ кандидат географических наук, старший научный сотрудник Н. А. ЗАВЕЛЬСКАЯ Ведущая организация — Арктический и

Антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ) Росгидромета

Защита диссертации состоится 19 мая 1994 г. в 15 часов на заседании специализированного гидрометеорологического совета Д-053.05.30 в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ГСП-3, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 18 этаж, аудитория 18-01.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан 18 апреля 1994 года.

Ученый секретарь специализированного гидрометеорологического совета в МГУ кандидат географических наук С. Ф. АЛЕКСЕЕВА

4

•^МуЪиХХ'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Работа посвящена решению весьма актуальной задачи - установлению зависимости растительности от климатических условий территории со сложенным рельефом, расположенной внутри континента Азии.

Актуальность таких исследований вызвана необходтмостью научного обоснования системы ведения лесного хозяйства в условиях переходной зоны тайга-тундра, где любые , даже незначительные , воздействия могут вызвать необратимые изменения вплоть до ландшафтных.

Значение климата, как фактора, обусловливающего географическую зональность, известно достаточно хорошо . Однако, проблемы взаимодействия климата и растительности для горных территорий и вертикальной поясности горных ландшафтов до настоящего времени остаются недостаточно изученными, а работы, которые проводились ранее, посвящены отдельным горным системам.

Все выше сказанное обусловливает актуальность данной диссертационной работы. "

Цель и задачи работы. Основной целью работы является исследование роли климатических факторов в широтном и высотном распределении растительных поясов на территории Якутии, отличительной чертой которой является ее значительная пространсвенная протяженность и наличие крупных горных систем и вечной мерзлоты.

Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих задач:

1. Создание базы метеорологических данных и выбор методов для их обработки и анализа.

2. Создание программных средств, расширяющих возможности использования геоинформационной системы .

3. Воссоздание полной климатической картины региона и оценки пространственного распределения климатических характеристик.

4. Исследование взаимодействия климатических условий и растительности.

5. Проведение современными объективными методами пространственного сопоставления растительности и климатических параметров.

Научная новизна. Для решения поставленных задач потребовались новые нетрадиционные подходы. Одним из таких подходов является использование геоинформационных систем (ГИС). Преимущество ГИС-подхода заключается в том, что он позволяет увидеть плавные переходы от одной зоны к другой и не пропустить локальное разнообразие распределения растительности,связанное с климатическими особенностями территории.

Новыми положениями являются следующие результаты работы:

- Впервые установлены коэффициенты, учитывающие влияние облачности на суммарную радиацию, для различных сезонов года - теплого и холодного.

-Впервые получены коэффициенты пересчета радиационного баланса с горизонтальной поверхности на различно ориентированные поверхности с углами наклона 10 и 20 градусав для высоких широт.

- Впервые для Якутии построены карты пространственных распреде-

хений по сезонам года следующих климатических характеристик: )садков, облачности, альбедо, суш суммарной радиации, эффектного излучения, радиационного баланса. ■ Впервые проведен совместный анализ пространственного распре-1еления климатических характеристик и их взаимосвязи с распре-1елением растительности и построены карты. -Создана биоклимати-геская модель для Якутии.

Практическая ценность работы. Практическая ценность работы включается в получении научно-обоснованных климатических кри-■ериев для выделения границ между типами растительности в перегодной зоне тайга-тундра, где фитоценозы слабоустойчивы в силу [еблагоприятных условий произрастания. Результаты исследования югут быть использованы для планирования рационального ведения юсного хозяйства данной территории.

Основные методы и средства решения. Для выполнения работы юпользовалась информационная система КРИС (климат-раститель-гасть информационная система) , позволяющая исследовать распре-[еление растительности в зависимости от климатических факторов.

КРИС включает в себя базу данных климатических параметров в формате ¿ВАБЕ) , собранную по данным "Справочника по климату ¡ССР" по сети метеорологических станций Якутии(140 станций), юординаты станций и высоту их местополозкения над уровнем моря.

Так же в базу данных входят и расчетные климатические характеристики: суммы активных температур (выше 0 ,5 и 10 гра-;усов С), суммы осадков за эти же периоды, продолжительность егетационного периода, гидротермический коэффициент Селянино-

ва, радиационный баланс и его составляющие (суммарная радиация и эффективное излучение) и индекс сухости М. И. Будыко.

Программы, по которым производились расчеты перечисленных выше климатических характеристик, входят в систему КРИС. Помимо этого в нее входят программы статистической обработки данных и программы их интерполяций. Таким образом система КРИС предоставляет средства ввода, редактирования, просмотра и управления данными, включая возможности построения различных выборок для использования в статистических пакетах и для моделирования.

Картографическая база данных содержит физическую карту, карту растительности Якутии в масштабе 1:5000000 , карту метеорологических станций Якутии, а также построенные на их основе карты пространственного распределения климатических характеристик и их прогностических значений для территории Якутии.

Внедрение работы. Биоклиматическая модель и программные продукты используются в работах Центра по экологии и продуктивности лесов РАН для исследовании распределения растительноет* при решении задач изменения растительности в условиях глобального изменения климата.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены не научных семинарах в Центре по экологии и продуктивности лесо! РАН и на кафедре метеорологии и климатологии географической факультета МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы. Перечень публикаций приведен в конце работы.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертаци:

юстоит из введения , 3 глав, заключения и списка литературы. )на изложена на 133 страницах, включает 41 рисунок и 14 таблиц. Список используемой литературы содержит 100 наименований на русском и иностранном языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность темы, излагаются хели и задачи работы.

В первой главе диссертации излагаются методы исследования, {спользуя базу метеорологических данных, были оставлены прог-эаммы для расчета климатических характеристик вегетационного хериода,радиационного баланса и его составляющих с учетом влия-|ия облачности и рельефа подстилающей поверхности.

Радиационный баланс подстилающей поверхности является важ-юй энергетической характеристикой и представляет собой раз-гость между поглощенной солнечной радиацией (Оа) и эффективным *злучением поверхности (Е): В = Оа - Е.

В связи с тем, что сеть актинометрических станций, на которых проводятся наблюдения за составляющими радиационного ба-1анса ограничена, определение составляющих радиационного ба-1анса на 140 станциях проводится расчетными методами.

Месячные суммы суммарной радиации в реальных условиях яв-гаются функцией от облачности. Т. Г. Берлянд получила следующую Еюрмулу: 0(1 = 0Ь*( 1 - а*п - Ь*гГ2). Такая зависимость позволяет гчесиъ не только количество облаков, но и их формы. В этой форму-ие коэффициент а .учитывающий влияние облачности, зависит от географического положения и времени года.

Оценка влияния облачности на приход суммарной радиации проводилась на основе исследования изменчивости коэффициента а по территориии Якутии для теплого (с апреля по сентябрь) и холодного*; с октября по март) сезонов года по данным 10 станций,на которых ведутся актинометрические наблюдения. Выделение теплого и холодного периодов производилось на основании анализа режима распределения облачности над территорией Якутии . Коэффициент Ь не меняется в зависимости от местоположения станции и равен 0.38. Коэффициент а находился по формуле:

а - (1 -СМ/ОЬ -0,38*гГ2)/п .

Используя пакет статистических программ ЗТАТБ1?АР, были найдены зависимости а от широты и от периода. Для холодного периода:

а = -1,58 + 0,03*Ь , и для теплого периода:

а - 0,54 - 0,005*Ь , где Ь - широта в градусах.

Как известно,величины радиационного баланса не изменяются с высотой вплоть до 2-2,5 км, а горные образования Якутии не превышают 2,5 км, поэтому рассматривалось влияние не высоты,а только особенности экспозиции склонов по отношению к направлению солнечных лучей.

Расчет радиационного баланса на склонах производился по формуле: Впов. - Вгор. *КЬ , где Вгор. и Впов. - соответственно радиационный баланс на горизонтальной поверхности и на склонах, КЬ - коэффициенты перечета с горизонтальной поверхности на нак-

- 7 -

лонные для разных ориентация и углов наклона.

Коэффициенты КЬ были получены расчетным способом через пересчет суммарной радиации и эффективного излучения на наклонные поверхности разных ориентации.

В работе получены составляющие радиационного баланса как для северных и южных склонов, так и для западных и восточных склонов крутизной 10 и 20 градусов. Эти расчеты производились для высоких широт (до 74°с. ш.), тогда как ранее Т. А. Голубовой были получены результаты только до 64°с. ш. Полученные нами результаты для тех же самых широт хорошо сходятся с вычислениями Т. А. Голубовой (таблица 1).

Таблица 1

Значения коэффициента КЬ для пересчета радиационного баланса с горизонтальной поверхности на наклонную для различных ориентации и углов наклона для 64 и 58 с. ш. для июля

1 ------------------- — 1— ............................. 1 1 1 (Ориентация и угол наклона в градусах |широта|

1 1 Север(20) Юг(20) Север(10) №(10) 1 1

¡КЬ (по Голубовой)| 0,85 1,10 0,92 1,05 | 64° |

|КЬ (рассчитанный)| 1 1 0,83 1,10 0,90 1,04 | | 1 |

1 1 |КЬ (по Голубовой)| 0,87 1,09 0,92 1 1 1,04 | 58° |

IКЬ (рассчитанный)| | 1 0,88 1,04 0,95 1,02 | | | |

В этой же главе представлены методы расчетов климатических индексов: гидротермического коэффициента Селянинова

(Gtk=SP*10/ST, где SP - суммы осадков за период с температурами больше 10 градусов Цельсия,ST - суммы температур за этот же период) и индекса сухости Будыко(I-B/R, где В - радиационный баланс за год, R - суммы осадков за год).

Так же рассмотрены и автоматизированы методы пространственного представления климатических параметров . Для восстановления полей облачности, альбедо, температуры воздуха использовалась интерполяция по шести точкам. При такой интерполяции погрешность пропорциональна h~3 (h - шаг по сетке ). Известно, что при восстановлении элементов с незначительной временной и пространственной изменчивостью в качестве критерия репрезентативности принимается точность интерполяции .

При восстановлении полей альбедо,кроме наблюденных данных, учитывались карты альбедо, созданные В. В. Мухенберг для территории СССР, распределение растительности и даты установления и схода снежного покрова

Точность интерполяции при восстановлении полей осадков зависит от числа равномерно расположенных станций. С увеличением количества станций точность увеличивается. В нашем случае средняя квадратическая погрешность составляет примерно 12%, что достаточно для рассматриваемого масштаба территории.

При картировании осадков учитывались особенности форм и экспозиции рельефа (производилась группировка станций по формам рельефа: 1. вершины и верхние части склонов; 2. середина склонов; 3. горные долины).

При построении интервал изолиний определялся с таким

расчетом, чтобы колебания картируемого элемента по отдельным станциям укладывались между изолиниями, не превышая двойной вредней квадратической ошибки средних .

При пространсвенном представлении индекса сухости I и гидротермического коэффициента йЬк точность представления параметра учитывалась так же, как и в случае с осадками, т. к. осадки входят и в тот и в другой коэффициент (коэффициент корреляции уюжду йЬк и сушами осадков для вегетационного периода равен 3,76 и коэффициент корреляции между I и годовыми суммами осадков равен -0,83). Таким образом для каждой станции рассчитывались индекс сухости и гидротермический коэффициент, а затем троизводилось их осреднение по плошади, как и для осадков.

Климатическое районирование Якутии проведено методом ге-эинформационной технологии, который включает совместный анализ -сарт климатических параметров не только средствами визуального тросмотра, но и попиксельным сравнением, т. е. для каждого набора значений климатических параметров указана плошадь области, характеризуемая этими параметрами.

Выделение однородных климатических зон, связанных с определенным типом растительности, производилось методами кластер-гого анализа. Для решения данной задачи был выбран метод иерархической классификации.т. к. он детерминирован в вычислительном отношении и ,как следствие, не требователен к машинному време-га, при котором группы рассматриваются попарно как возможные кандидаты для объединения .

Выбор климатических параметров, обусловливающих распреде-

ление растительности, был проведен методом информационно-статистического анализа . Каждый элемент системы обладает некоторым разнообразием состояний. Проявление каждого сотояния неопределенно в некоторый момент времени. Неопределенность Н(А) может быть оценена как функция от вероятности нахождения системы в любом из возможных состояний в пространстве или во времени р(А1): Н(А) = рШ)*Ьп(рШ))

Количество информации, передаваемое в системе, определяется как Т( А,В) - НС А) Н( В) - НС А, В), где ТС А, В) - количество информации, Н(А) - неопределенность параметра А, НС В) - неопределенность параметра В, НС А,В) - их совместная неопределенность.

Для сопоставления мер сопряженности С количества информации) определяется коэффициент информации:

КС А, В) - ТС А, В)/НС А, В).

Область его изменений лежит в пределах от 0 (при полной независимости А и В) до 1 (при однозначном соответствии состояний А и В). Этот коэффициент можно рассматривать как параметр системы, определяющий эффективность ее функционирования, и можно трактовать как меру чувствительности А к В. Чем больше значение К(А,В) , тем более надежно и устойчиво она функционирует в изменяющихся условиях среды.

Во второй главе исследуется климатический режим Якутии. На территории республики достаточно обширная сеть метеорологических станций ( 140 станций). Создан климатический атлас, который включает карты среднемесячной температуры воздуха за июль

л январь, среднегодовых осадков. Опубликованные ранее по центральным районам Якутии работы не позволяют дать полную климати-íecкyю характеристику региона и оценить пространственные распределения климатических характеристик , обусловливающих произрастание и распределение растительных зон. С этой целью в работе впервые для отдельных сезонов года были постоены и проанализированы карты пространственного распределения основных климатических характеристик: облачности (общей и нижней), осадков, :умм суммарной радиации, эффективного излучения, альбедо дея-'ельной поверхности, радиационного баланса,среднесезонных тем-гератур, сумм температур и сумм осадков за период с температу->ами, превышающими 10 градусов Цельсия, гидротермического коэффициента и индекса сухости.

Известно, что облачность является индикатором атмосферной [иркуляции. От нее зависят приход солнечной радиации к поверх-:ости Земли и в целом радиационный баланс подстилающей поверх-:ости. Режим облачности, зависящий от характера атмосферной цир-уляции,обусловливающей перенос воздушных масс и их влагосодер-ание, отражает и особенности рельефа подстилающей поверхности, ©следование пространственно-временного распределения облачных олей над территорией Якутии для прикладных задач расчета оставляющих радиационного баланса является важным,учитывая неостаточную изученность процесса облакообразования над рассмат-иваемым регионом .

Зимой над Якутией располагается мощный сибирский антицик-эн, поэтому общая облачность составляет 4-5 баллов. При этом

она состоит из облаков среднего и верхнего яруса (нижняя облачность составляет всего 25 % и не превышает ,как правило 1 балл). Наличие общей облачности 4-5 баллов объясняется преобладанием в зимнее время антициклонических инверсий оседания з средней тропосфере и не связано с фронтальными явлениями. Лето* активизируется циклоническая деятельность. Резко возрастает доле нижних облаков в общей облачности ( до 47%). Максимальный бал: нижней (до 7 баллов) и общей (до 8 баллов) облачности наблюдается на арктическом побережье Якутии,что объясняется как активизацией циклонической деятельности на арктическом фронте, таг и образованием нижней облачности в условиях внутримассовой погоды, когда на побережье велика повторяемость слоистой (Би I слоисто-кучевой (Бс) облачности в районе открытой воды и тающего льда.

В летнее время можно проследить влияние рельефа на распределение облачных полей - уменьшение облачности в центе Якутии (Приленское плато), связаное с действием фенового эффекта на подветренных (западных) склонах Верхоянского хребта по отношению к влагонесущим потокам с Охотского моря. Напротив, на восточных наветренных склонах хребта Черского отмечается максимальный балл облачности . Весна на территорию Якутии приходит с большим запаздыванием. Поэтому характер распределения облачности в весенние месяцы напоминает зимний. Осенью картина распределения полей облачности напоминает летнюю .

Помимо анализа распределения общей и нижней облачности ш сезонам были проанализированы ежемесячные распределения кш

нижней , так и общей облачности. Сезонные и ежемесячные разли-шя в распределении облачности позволили выделить два периода в эежиме облачности - теплый с (апреля по сентябрь) и холодный (с жтября по март).

На распределение осадков в Якутии прежде всего оказывают злияние условия атмосферной циркуляции и особенности рельефа местности.

В зимнее время в связи с преобладанием антициклонической циркуляции и отсутствием устойчивых переносов воздушных масс в ¿алоградиентных барических полях распределение осадков по территории достаточно равномерное. Влияние рельефа на распределе-ше осадков существенно ослаблено по сравнению с другими сезонами.

В летнее время в связи с разрушением антициклонической циркуляции возрастает интенсивность переноса воздушных масс над Якутией. Благодаря этому в картине распределения осадков проявится влияние западного переноса на увеличение осадков в за-1адных районах Якутии. Вторым районом с максимальным количест-юм осадков является южная часть Якутии, которая в летний период наиболее подвержена влиянию циклонической деятельности на монгольской ветви полярного фронта Минимальное количество осад-сов наблюдается вдоль Арктического побережья Якутии, особенно в северо-восточной части (Колымская низменность), где несмотря на достаточно активную циклоническую деятельность на Арктическом фронте из-за низкого вдагосодержания воздушных масс суммы осад-сов невелики.

Весной в картине распределения осадков над Якутией проявляется Тенденция в сохранении зимнего распределения как по количеству, так и по характеру, что связано с преобладанием антициклонического режима циркуляции атомосферы. В осеннии месяцы . в отличие от весны, проявляется влияние западного переноса ш возрастание осадков в крайних западных районах Якутии.

Изучение радиационного режима территории представляет интерес, так как существует тесная связь географических зон с радиационным балансом.

Зимой северная часть Якутии находится в условиях полярно! ночи, поэтому прослеживается резкое понижение сумм суммарно! радиации от низких широт к высоким. Как указывалось выше,в зимнее время над территорией Якутии находится область высокой давления и преобладает малооблачная погода , характерная дл5 антициклонической циркуляции, поэтому распределение суммарно! радиации по территории имеет четкий широтный характер,которьп подчиняется только астрономическому фактору ( высоте солнца).

В летнее время к астрономическим факторам добавляются циркуляционные , которые нарушают широтное распределения суммарно! радиации на западе и востоке территории, что хорошо объясняете; усилением циклонической деятельности. Территория Якутии расположена на стыке двух крупномасштабных циркуляционных систем. ( запада она находится под влиянием западного переноса с Атлантического океана, а восточные районы под влиянием циклонов, движущихся с Тихого океана. Именно эти районы отличаются наибольшей облачностью, что приводит к формированию наиболее низки:

значений сумм суммарной радиации относительно центральной части Якутии.

Весной после дня весеннего равноденствия,когда увеличивается продолжительность солнечного сияния и возрастает высота солнца, начинается интенсивный приток суммарной радиации в полярные районы, поэтому весенние суммы суммарной радиации незначительно отличаются от летних. Осенью наблюдается обратное распределение сумм суммарной радиациии . Значения сумм суммарной радиации и картина их распределения напоминают зимние.

Поступающая к земной поверхности солнечная радиация частично отражается в зависимости от свойств самой поверхности. Пространственная неоднородность альбедо - одна из причин, определяющих различия в радиационном балансе при одинаковых величинах поступающей радиации.

Зимой вся территория Якутии покрыта устойчивым снежным покровом. Альбедо снежного покрова в это время года практически не меняется . В силу специфики растительного покрова Якутии -преобладание однопородного состава растительности (лиственничи-ники) в летнее время альбедо так же мало меняется (от 20% до 25%) по всей территории .

В переходные сезоны в связи с постепенным и неравномерным сходом и установлением снежного покрова значительно увеличиваются различия в отражательной способности поверхности. Весной альбедо изменяется от 40 % в центральной Якутии до 80% в районах хребта Черского и Верхоянского хребта , где в течение переходных сезонов наблюдается снежный покров. Осенью картина напо-

минает весеннюю с той лишь разницей, что абсолютные значения альбедо выше (50 % -80 %).

На распределение эффективного излучения значительное влияние оказывает облачность. В связи с этим отметим , что максимальные значения эффективного излучения в зимнее время прослеживаются на арктическом побережье Якутии, это объясняется тем, что этот район находится в условиях полярной ночи. Летом - обратная картина. Минимальные значения эффективного излучения наблюдаются на арктическом побережье,что связано с наличием полярного дня, а максимальные значения в центральной части и на юге Якутии , где ночные часы вносят большой вклад в суточные суммы эффективного излучения. Весной в связи с прекращением полярной ночи максимум эффективного излучения резко перемещается с арктического побережья на более южные районы,осенью в центральную часть Якутии, так как начинается перестройка циклонической циркуляции на антициклоничекую.

Отрицательный радиационный баланс в зимнее время объясняется, как пространственным распределением сумм суммарной радиации, так и пространственным распределением зффективоного излучения. В целом значения радиационного баланса мало меняются, несмотря на то , что территория Якутии простирается от 56°с. ш. до 76°с. ш. Летом минимальные значения радиационного баланса четко видны на крайнем юге и на юго-востоке Якутии. Как уже отмечалось выше, эти районы находятся под влиянием воздушных масс с Тихого океана , приносящих с собой влажный воздух и увеличение облачности. В следствие наличия полярного дня на арктическом

побережье Якутии значения радиационнго баланс превышают значения на юге и юго-востоке.

Весной наблюдается нарушение зональности в пространственном распределении радиационного баланса в отличие от осенней картины распределения , что объясняется влиянием рельефа . В центральной части Якутии хорошо видны минимальные значения радиационного баланса. Они расположены в высокогорьях Верхоянского хребта и Алданского нагорья, что так же связано с наличием снежного покрова и , в следствие этого,высоких значений альбедо.

Радиационнный баланс земной поверхности и циркуляция атмосферы определяют условия термического режима . Существенное влияние на температуру и влажность воздуха оказывает и характер подстилающей поверхности.

Якутия отличается значительным распространением инверсий температуры воздуха . здесь на общем фоне очень холодных межгорных долин и котловин на вершинах и верхних частях склонов гор оказывается значительно теплее. Большое разнообразие в распределение температуры вносят форма рельефа и высота места. Сопоставление средних месячных температур воздуха по станциям, расположенным в разных местах, показало, что в январе верхние части склонов высот 1000-1300 м могут быть теплее котловины на 13-15 градусов С. Наименьшие перепады температуры воздуха (до 4-5 градусов С) наблюдаются между станциями, расположенными на склонах (Н=1200-1500 м) и между широкими долинами (Н=500-600 м), где бывает приток и сток холодного воздуха .

В летнее время картина распределения средней температуры резко контрастирует с зимней. Наблюдается зональность в распределении. Видно, что самыми холодными районами в летнее время являются побережья Ледовитого океана и северные области тундры, что связано, как с циркуляционной деятельностью (увеличением облачности), так и охлаждающим влиянием самого океана Самыми теплыми являются районы Приленского плато. Изменение температуры с высотой приобретает обычный характер, температура в горах с высотой понижается и низкие температуры наблюдаются в высокогорьях ( хребет Черского и Верхоянский хребет).

Зональность распределения температур характерна и для переходных сезонов. Весной картина распределения похожа на летнюю. Это связано с терморегулирующей ролью Северного Ледовитого океана. Осенью когда Центральная Якутия находится в условиях формирования антициклонического режима и начинается понижение температуры, побережье испытывает влияние относительно теплого океана, что приводит к повышению температур в этих районах осенью.

С наступлением теплого периода начинается функционирование растительного покрова. При переходе средних суточных температур воздуха через 10 градусов Цельсия, процессы роста и жизнедеятельности растительности достигают наибольшей интенсивности. Продолжительность этого периода сравнительно мала в Якутии, поэтому распределение сумм температур больше 10 градусов Цельсия (ТБЮ) особенно важно для данной территории.

Широтное изменение Т510 по территории, то есть увеличение сумм температур вегетационного периода с севера на юг, наруша-

ется. Нарушение зональности связано с наличием горных систем Якутии и отражает вертикальную изменчивость ТБЮ в районах Верхоянского хребта и Алданского нагорья.

Распределение сумм осадков за этот период (РБ10) в зависимости от широты имеет тот же характер, что и сумм температур. К северу происходит уменьшение осадков.

Анализ распределения климатических характеристик вегетационного периода показал, что основные изменения гидротермических условий происходят с севера на юг. Зональное изменение параметров нарушается в южной и восточной горных частях Якутии.

Гидротермический коэффициент (Би<) Селянинова отражает условия увлажнения вегетационного периода. Пространственное распределение 6Ьк хорошо соответствует рельефу и осадкам В горных районах наблюдается увеличение БЬк с высотой, что подтверждается регрессионным анализом зависимости 61к от высоты. В целом, можно сказать, что территория в вегетационный период находится в условиях достаточного увлажнения. Районы на севере Якутии определяются по бЬк как районы с недостаточным увлажнением.

Пространственное распределение индекса сухости (I) в основном соответствует распределению вЬк. Горные районы (например, Алданское нагорье) по значениям (ЗЬк относятся к режиму избыточного увлажнения, а по значениям I к режиму достаточного увлажнения. Приленское плато и по БТК, и по I относится к типу режима недостаточного увлажнения, что связано с положением При-ленекого плато относительно влагонесувдх воздушных течений, а именно , плато с востока и юго-востока окружено горами, поэтому

влага, приносимая воздушными массами с Охотского моря, выпадает прежде, чем достигнет плато ( с этим связано увеличение осадков в районе Алданского нагорья). Некоторые различия наблюдаются на арктическом побережье. Это объясняется тем, что в расчете индекса сухости учитываются осадки всего года, тогда как в 6Ьк за вегетационный период.

В третьей главе исследуются взаимосвязи климатических условий и растительности.

Основные черты растительного покрова Земли определяются климатическими факторами. В настоящее время существует много работ, в которых географическое распределение растительности увязывается с теми или иными климатическими харктеристиками. Как правило, эти методы имеют в основе координацию зон растительности в гидротермических координатах на основе выявления ста-тистичесих связей. Современные ГИС-технологии позволяют провести совместный пространственный анализ климатических характеристик и распределения растительности путем наложения различных карт, чтобы выявить наиболее информативные климатические параметры, которые и становятся ординатами растительных зон. Прие-мущество ГИС-подхода заключается в том, что он позволяет увидеть плавные переходы от одной зоны к другой и не пропустить локальное разнообразие растительного распределения, связанного с климатическими особенностями района.

Исследование влияния климата на растительность проводилось методом информационно-статистичекого анализа, с помощью которого выявлены наиболее информативные климатические параметры по

отношению к растительности.

Получены невысокие значения коэффициента информации - между индексом сухости и растительностью - 0,31, между радиационным балансом за год и растительностью - 0,48,что указывает на недостаточное количество информации, содержащееся в этих параметрах. Это связано с тем, что типы растительности в северных районах в основном определяются условиями в вегетационный период . Кроме того коэффициент корреляции между индексом сухости и радиационным балансом за год равен 0,64, что в свою очередь указывает на наличие избыточной информации в этих параметрах. По этим причинам использование индекса сухости и радиационного баланса за год в качестве критериев распределения растительных зон нецелесообразно.

Наиболее информативными оказались климатические параметры периода с температурами, превышающими 10 градусов Цельсия (коэффициенты информации между вЬк, суммами температур , суммами осадков и растительностью соответственно равны 0,94 , 0,98 и 0,72). 61к и суммы температур за вегетационный период не несут избыточной информации, так как коэффициент корреляции между ними равен 0,35.

Основываясь на таких выводах, в настоящей работе климатическое районирование территории осуществлялось методом совместного анализа климатических характеристик периода, для которого средняя суточная температура воздуха выше 10 градусов Цельсия. Климатические зоны были выделены по следующим градациям : а) по суммам среднесуточных температур воздуха (ТБЮ):

0-600° С (холодные зоны),600-800° С (умеренно холодные зоны) ,800-1ООО^ССумеренно теплые зоны ), 1000 -1600°С (теплые зоны );

б) по гидротермическому коэффициенту (йЬк): 0-0,7( засушливые зоны), 0,7-1,0 (зоны недостаточного увлажнения), 1-1,5 (зоны достаточного увлажнения), >1,5 (зоны избыточного увлажнения) •,

в) по суммам осадков (РБЮ): 0-40 мм, 40-120 мм, 120-200 мм, >200 мм.

Используя приведенные градации была построена карта (рис. 1 ) климатических зон методом наложения карт сумм среднесуточных температур,сумм суточных осадков и гидротермического коэффициента.

На карте четко выделяются 4 района, соответствующие различным термическим условиям: холодный, умеренно холодный, умеренно теплый и теплый. В пределах этих районов изменчивость осадков различная. Холодный характеризуется незначительными осадками, в остальных районах осадки могут изменяться в широких пределах (от 0 до 200 мм и выше). По соотношению тепла и влаги в каждом из термических районах выделяются районы с различными условиями увлажнения. Таким образом выделено 10 климатических зон.

Проведенный анализ пространственного распределения климатических параметров вегетационного периода подтвердил наличие широтной и высотной изменчивости гидротермических условий на территории Якутии.

Рис. 1. Карта мттяческнх зон Якутии: 1- холодная засушливая; 2-холодная с недост. увлажнением;3- холодная с достат. увлажнением; 4-умеренно холодная засушивая; 5- умеренно холодная с достат. увлажнением; б- умеренно теплая засушливая; 7- умеренно теплая с достат. увлажнением; 8- умеренно теплая с избыт, увлажнением; 9- теплая с недост. увлажнением; 10- теплая с избыточным увлажнением.

- 24 -

Растительность Якутии имеет ярковыраженное своеобразие, что связано с наличием вечной мерзлоты и находит отражение в интразональности растительности: преобладанием таежной зоны на всей территории,наличием степных ландшафтов в центре таежной зоны, сочетанием экологически разнообразных фаунистических группировок и т. д. все это преломляется в формировании и динамике специфичных, мало характерных для северо-восточных районов Азии, лесных биогеоцинозов. На карте растительности Якутии представлено все ее многообразие.

По карте растительности проводилась генерализация типов растительности и исходное их разнообразие было объединено в 10 классов: 1) арктическая тундра; 2) субарктическая тундра и тундровые болота; 3) каменистые пустыни и горные тундры; 4) при-тундровые редкостойные лиственничники; 5)северотаежные редкостойные лиственничники; 6) среднетаежные лиственничники; 7)среднетаежные лиственничники со степными участками; 8) горные притундровые лиственничники; 9) горные северотаежные лиственничники; 10) горные среднетаежные лиственничники.

Значения сумм активных температур , сумм осадков и гидротермического коэффициента использовались как координаты, в поле которых рассматривается широтная и высотная поясность растительности Якутии. В этих координатах построена схема (рис.2 и таблица 2), демонстрирующая смену растительных зон в зависимости от гидротермических условий.

В целом по Якутии выделяются две основные зоны: тундр и лесной растительности с преобладанием таежных типов. Выявление

ошки

- 0-40

а- #-120

- 120-200 □- > 200

15 20

Рис. 2. Схема растительных зон Якутии (названия растительных зон даны в таблице 2).

Таблица 2

Соответствие климатических зон растительным зонам в Якутии i-

ITS10 . СО GTK PS10 номер [МП) зоны Растительные зон j

широтные зоны 1

I 0-600 0. 3-0. 7 0-40 1 арктическая тундра |

1800-1000 0. 3-0. 7 0-40 2 субарктическая тундра и тунд- !

ровые болота 1

1800-1000 0. 7-1.0 40-120 3 притундровые редкостойные ли- 1

ственничники 1

1800-1000 1.0-1.5 120-200 4 северотаежные редкостойные |

лиственничники |

11000-1600 1.0-1.5 120-200 5 среднетаежные лиственничники !

11000-1200 0. 7-1.0 0-40 6 среднетаежные лиственничники |

со степными участками |

высотные зоны

0-600 0.7-1.0 0-120 7 каменистые пустыни и горные

тундры

600-1000 1.0-1.5 120-200 8 горные притундровые лиственничники

800-1000 >1.5 > 200 9 горные северотаежные лиственничники

1000-1600 >1.5 > 200 10 горные среднетаежные лиственничники

границ между основными древесными и недревесными зонами происходит по условиям увлажнения. Значения 61к=1 являются границей между лесной и тундровой зонами. Внутри крупных зон смена растительных типов, в первую очередь, обусловлена термическими условиями.

Из рисунка 2 видно, что изотерма суш температур около 1000 градусов Дельсия соответствует переходу зоны среднетаежных лесов в северную тайгу, а изотерма ТБЮ «= 600 градуса - к арктическим пустыням, а в горах к каменистым пустыням и горным тундрам. Основные различия, которые можно отметить на рисунке распределения растительных зон для равнинных и горных территорий, состоят в том, что равнинная территория, в основном, находится в зонах недостаточного и достаточного увлажнения.

В заключении сформулированы основные выводы исследования:

1. Разработаны программы автоматизированной обработки стандартной и специальной климатологической информации применительно к задачам исследования взаимосвязи климата и растительности. Создан пакет программ объективного построения карт основных климатических характеристик и их сопряжения с растительными зонами, что позволяет проводить вероятностные оценки связи растительного покрова и климатических условий.

2. На основе геоинформационной системы КРИС (климат-растительность информационная система) была создана база метеороло-гичеких и картографических данных, позволившая впервые для Якутии рассчитать важнейшие климатические параметры: характеристики вегетационного периода, гидротермический коэффициент Селя-

нинова, суммы суммарной радиации, эффективное излучение,радиационный баланс и индекс сухрсти М. И. Будыко.

3. Впервые установлены коэффициенты, учитывающие влияние облачности на суммарную радиацию, для различных сезонов года -теплого и холодного и получены коэффициенты пересчета радиационного баланса с горизонтальной поверхности на различно ориентированные поверхности с углами наклона 10 и 20 градусов для высоких широт.

4. Построены карты пространственных распределений по сезонам года следующих климатических характеристик: осадков, облачности, альбедо, сумм суммарной радиации, эффективного излучения, радиационного баланса, впервые учитывающие особенности влияния рельефа территории Якутии на распределение указанных параметров.

5. Впервые проведен совместный анализ пространственного распределения климатических характеристик и их взаимосвязи с распределением растительности и построены карты.

6. Выделены параметры (суммы температур и суммы осадков за период с температурами , превышающими 10 градусов Цельсия, и гидротермический коэффициент Селянинова) для выделения растительных зон горной страны Якутии.

7. На основе проведенного анализа можно сделать следующие выводы:

а), изменения сумм среднесуточных температур за период с температурами превышающими 10 градусов Цельсия с высотой происходят по разному для различных горных систем Якутии. Уменьше-

ние с высотой в районе Алданского нагорья происходит быстрее (дгас! ТБЮ =68°/100м), чем в горной восточной части Якутии (йгас! Т310=61°/100м). Распределение осадков в вегетационный период по территории более равномерное, чем сумм температур;

б). построенные схемы в виде координат растительных поясов по условиям тепла и влаги как для равнинных, так и горных районов показывают, что в целом по Якутии выделяются две зоны: тундр и лесной растительности с преобладанием таежных типов, выделение которых происходит по условиям увлажнения. Значения 6ТК=1 являются границей между лесным и тундровым поясами. Внутри крупных поясов смена растительных типов, в первую очередь, обусловлена термическими условиями.

На основании приведенных выводов получены научно-обоснованные климатические критерии для выделения границ между типами растительности в переходной зоне тайга-тундра, где фитоценозы слабоустойчивы в силу неблагоприятных условий произрастания. Результаты исследования могут быть использованы для планирования рационального ведения лесного хозяйства данной территории.

Полученные карты климатического районирования могут быть использованы в качестве пособия как для климатических исследований, так и для сельскохозяйственного и растительного районирования данной территории.

Предложенные методы и программные продукты могут быть применены для аналогичных исследований в различных географических районах.

Основные результаты работы изложены в следующих пебликаци-

ях:

1. Комплексные характеристики прозрачности городской атмосферы. В сб.: Проблемы организации световой среды в зданиях и городских пространствах. М. 1989г. (в соавторстве)

2. Расчет радиационного баланса на территории республики Саха (Якутия) . Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 5 , География. 1993.N5 (в соавторстве)

3. Распределение облачности и оценка ее влияния на приход суммарной радиации в Якутии. Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 5, География. 1994. N5 (в печати)

4. Гидротермический режим как фактор распределения растительности в Якутии. М. Лесоведение. РАК 1994. (в соавторстве) ,(в печати)