Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование влияния изменений климата на агроклиматические ресурсы Китая

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Исследование влияния изменений климата на агроклиматические ресурсы Китая"

Российская Академия Сельскохозяйственных Наук (РАСХН)

Ордена Трудового Красного Знамени Агрофизический научно-исследовательский институт

РГб од

- 9 АВГ 1993 *,а пРавах рукописи

Лп Юньфэнь

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ШМАТА НА АГРОКЛИМАТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ КИТАЯ

Специальность 11.00.09 - Метеорология, климатология,

агрометеорология

Автореферат ' на соискание ученой степени, кандидата Технических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Комиссии по комплексному исследованию природных ресурсов Китая.

Научный руководитель - доктор физико-математических

наук, профессор Е.Е.Жуковский Официальные оппоненты: доктор технических наук •

Г.В.Ыенжулин кандидат географических наук 'В.Д.Петрушенко Ведущая организация: Главная геофизическая обсервагорш ии. А.И.Воейкова

Защита состоится " " _ 1993 г. в

_ часов на заседании специализированного совета

в /агрофизическом научно-исследовательском институте по адресу: 195220,.С.-Петербург, ГравданскиЙ пр., д.14. ■

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АФЛ.

Автореферат разослан " "__ 1993 г.

Отзывы в 2-х экз., заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу: 195220, С.-Петербург, Гражданский пр., д.14, АФИ.

Ученый секретарь __ „

специализированного совета, ОтР^Г

канд. физ.-ыат. наук ' (Т.М.Брунова)

I. Общая характеристика работы

Актуальность темы. В 1579 г. I Всемирная Климатическая конференция призвала международное сообщество "предвидеть и препятствовать потенциальным изменениям современного климата, которые могут быть неблагоприятны для человечества".Стоящие в этом плане перед наукой проблемы чрезвычайно сложны. Помимо необходимости ответа на вопрос: "Каковы будут антропогенные изменения климата при дальнейшем росте концентрации СО^ и других парниковых газов в атмосфере планеты?" существует также проблема объективной оценка хозяйственных последствий предполагаемых климатических изменений и необходимость выбора наиболее эффективных путей приспособления различных производственных процессов к новым климатическим условиям.

Как показывает опыт, иг всех отраслей экономики наиболее чувствительно к изменениям климата сельское хозяйство, в особенности земледелие. Человечество уже сегодня испытывает острую нехватку продовольствия и дальнейшее ухудшение ситуации, вызванное неблагоприятными климатическими изменениями, грозит современному миру катастрофическими последствиями. Именно поэтому важно заранее предвидеть основные тенденции изменения комплекса природных факторов, объединяемых понятием "агроклиматические ресурсы", и всесторонне исследовать отклик сельскохозяйственного производства на ожидаемые изменения характеристик природной среды.

Актуальность темы диссертации определяется необходимостью разработки многих еще не решенных методических вопросов, связанных с рассматриваемой проблемой, и отсутствием сколько-нибудь надежных данных об ожидаемых изменениях агроклиматических ресурсов на территории Китая при потеплении современного климата. -■

Цели и задачи. Целями диссертационной рабтгн.являлись:

- разработка методов количественной оценки влияния изменений • климата на г.ррак-етры агроклимата. и потенциал биологической,

продуктивности сельскохозяйственных территорий;

- конкретные исследования злинния предполагазмых климатических изменений не агроклиматические ресурсы Кчтая.

- г -

Реализация данной программы предусматривала решение оледую-щях ооновных задач:

- дальнейшее развитие предложенного 9 Агрофизической институте вероятноотного подхода к анализу последствий хлииатичеоких изменений путем оовмеотного исполгэозания вероятноояых теоре -мчеогах моделей, рогресоионаого анализа и отатиотичеокого мо -долирования;

- прогнозирование ожидаемых изменений жрактериоит распределения (главный образом, климатических норы и повторяемоотей экстремально низких значений) важнейших агрогслим'ахичео^х показателей, характеризующих тепловые реоуроы территории страны;

- иоолэдоганиз влияния олидаемых изменений климата на уоло-вия влагообеопечениооти и заоушливост» основных сельскохозяйственных регионов;

- разработка методики расчетов и оценка влияния предполагаемых юишатичеоких изменений на потенциал растительной продух -тивностя территории Китая.

Для обеопячения кооледований предусматривалось ооздание архива многолетней метеорологической информации, опиоывающого современный климат рассматриваемого региона.

Научная новизна. В результате проведенных исследований впервые :

- дано расширенное толкование понятия "агроюшмвтические реоуроы" как комплексной информационной системы, определяющей влияние климата и его изыеноний на земледелие;

~ разработаны усовершенствованные методики анализа, получены статистические оценки и поатроены карты ожидаемых изменений важнейших показателей тепловых ресурсов и условий влагообеопе -чонноотп территории Китая при различных сценариях изменения современного климата;

- разработана оригинальная методика оценки реоуроов продуктивности путем расчета теоретического показателя чистого первичного потенциала (ЧПП); для воей территории страны, реесчитав ожидаемые изменения потенциала продуктивности (ЧПП) при предполагаемых климатических изменениях.

- 3 -

Принципиальной особенностью выполненных исследований являет-я пооледовательная реализация вероятностной концепции, соглаоно ¡сторой последствия изменений климата оцениваются путей оопоота-"лния законов распределения изучаемых агроклиматических показателей для современных' и предполагаемых климатических уоловий. ¡лагодаря этому впервые для территории Китая удалооь иооладова» га только ожидаемые изменения нора различных агроклиматических jairropos, но и спрогнозировать возможные изменения повторяемо -ней экстремальных ообытий, которые общественно влияют на рюк s шмледэлпи.

Пракаичоокая значимость. Выполненные исследования позволяй:?:

- подробно проанализировать влияние антропогенных изменений юэраменн ого климата на важнейшие показатели тепло- и влагообеа-ючениооти территории страны;

- оценить ожидаемые изменения потенциала продуктивности ооно~ «шх о в льо кохо з яйо газ иных регионов Китая к 2030 r.j

- заблаговременно обосновать оистему рекомендаций по подгохой-я земледелия страны к устойчивому и эффективному функционировании j новых кжиаттватх уоловикх.

Результаты работы использованы з Академии сельскохозяйственных тук Китая при выполнении договора с Государственной Комиссией по 19лай науки и техники по теме "Влияние изменений глобального кла -lasa на общественные природные и хозяйственные реоурсы и приапосо-1язяи9 » шщ"на 1991-1994- rrV ; в Комиссии по коигоюкоиоцу иослз -?ованив природных peoypoos при выполнения задания по тема "Прооз,-занотвеннов^раопрэдол^ниэ тепловых раоурооз Кпкая" на 1993-94 гг|

Апробация работы. Основные резулзгагы выполненных иссладова шй докладывались и получили одобрение на научных семинарах в Ла « Jopa тории климатических рэоурсоз Комиссии по комплексному ко ела дошив природных рэоуроов АН Китая (1991) и Лаборатории'отатпоаича->кой агроклиматологии и анализа реиэний Агрофизичвокого научно-ио-(ледоэательокого института (1991); па научных конференциях Коицо -ша по комплзкоиому наследованию природных реоурсоа (I99I,I992)¡Ka ico китайской агрометеорологической симпозиума (1992).Отдельные posy ль та ты была предотавлены на Международной симпозиуме '-Изменения слимата,природные катастрофы и сельскохозяйственные отратэгии" [Пекин, 1993). ■ ..

Объем и структура работы. Диссертация ооотоиг из введчипл,четырех основных глаз, заключения и описка литература 113 КЗ наименований. Объем работа --'стррнац.

П. Основное содержание работы

Гласа I "Антропогенные изменения современного климата и их последствия в земледелии" носит обзорный характер. Основное внимание в ней сосредоточено на анализе современного состояния рассматриваемой проблемы по главным направлениям исследований и вытекающим отсюда целям, задача/л и методам диссертационной работы.

Как показывает опыт, сельское хозяйство, в частности земледелие, является наиболее чувствительной к погоде и климату отраслью экономики. Несмотря на быстрый научно-технический прс ресс урожаи продолжает в очень сильной степени зависеть от кли магических условий и изменение последних может иметь для земледелия исключительно серьезные, в ряде случаев катастрофические последствия. Важно заранее предвидеть развитие этих событи обеспечивая на всех этапах эффективное использование имеющихся агроклиматических ресурсов. Это особенно актуально для стран с быстро растущим населением, каковым является Китай, где в I99C проживало несколько более X млрд.человек, о к началу XXI века по прогнозам ученых-демографов население может почти удвоиться

Проблема "меняющийся климат - сельское хозяйство (земледе лие)" носит комплексный характер и в настоящее время к ней при влечено внимание многих специалистов (Менжулин Г.В., СавватееЕ С.П., Сиротенко О.Д., j/ewm&n j. Е. , Pa ii^jH.L. , Sako^ob С., Thompson L.M. и др.). Систематизируя тематику этих иссле дований, здесь, как показано на ряс. I, можно выделить два взаимосвязанных блока (Жуковский Е.Е., Бельченко Г.Г., Бруново Т.М., 1969):

- Работы по оценке влияния предполагаемых климатических изменений на различные стороны сельского хозяйства.

- Работы по обоснованию путей приспособления и адаптации современного земледелия к меняющимся климатическим условиям.

В первом блоке в связи с изменением климата исследуются:

- агроклиматические ресурсы (тепло, влага, повторяемость. экстремальных погодш>к явлений, динамика почвенного плодородия и т.д.);

- биологический потенциал продуктивности посевов в различ

Рис. I. Основные направления и структура исследований в

проблеме "изменения климата сельское хозяйство (земледелие)"

сельскохозяйственных регионах;

- эффективность зональных агротехнологий, отдельных агро-нических приемов и мелиоративных мероприятий;

- многолетняя динамика, величина и устойчивость урожаев овных"сельскохозяйственных культур;

- обобщенные хозяйственно-экономические показатели и ус~ чивость системы продовольственного обеспечения.

Во втором блоке решаются вопросы приспособления земледелия енящимся климатическим условиям. В качестве основных путей ого приспособления могут выступать мелиорация и управление ментами агроклимата, селекция сортов, адаптивных к экстремаль-погодным условиям, рациональное климатически обоснованное, онирование и размещение культур и т.д.

Вопроси, которые рассматриваются в диссертации, относятся ервому блоку и в основном касаются оценки влияния предпола-мых изменений климата на важнейшие показатели тепло-ыагообес-енности, а также на потенциал биологической продуктивности

территории Китая. В ходе этих исследований использовались методы статистического моделирования, регрессионный анализ, картографический метод, а также различные комбинации этих методов. Все расчеты, включая методику автоматизированного картирования, программно реализованы и осуществлялись на ХВМ-совместимом персональном компьютере.

Глава О "Исследование влияния изменений климата на тепловые ресурсы Китая" посвящена разработке методики и непосредственной количественной оценке вероятных последствий происходящего климатического потепления с точки зрения кзкенешя различных термических характеристик агроклимата. В качестве последних рассматривались, суммы активных температур вше 0,5,10,15 и 20°С, продолжительности периодов с указанными температурами, а также суммы температур и продолжительность периода с температурой ниже 0°С.

Выполненные расчеты и полученные на этой основе прогностические оценки вне зависимости от применяемого метода их определения базируются на наличии достаточно тесных статистических связей между средней за определенный период температурой воздуха, которая выступает в качестве предиктора, и интересующиш)нас термическими характеристиками агроклимата,являющимися предиктан-тами. Для повышения достоверности конечных результатов в исследованиях параллельно использовались два метода г статистическое моделирование (метод Монте-Карло) и регрессионный анализ. При этом, как было установлено в прежних исследованиях МИ (Бель-ченко Г.Г.,1930; Жуковский Ё.Е., Насонова, 19Ш) и подтверждено ' данной работой, применительно к задаче оценки ожидаемых изменений средних многолетних значений (климатических норм) изучаемых агроклиматических показателей оба подхода в большинстве случаев дам близкие результаты.

В качестве исходного материала в указанных статистических исследованиях использовались 41-летние (с 1951 по 1991 гг.) ряды месячных значений температуры воздуха по 160 метеорологическим станциям, относительно равномерно распределенных по терри- • тории страны.

Для иллюстрации для нескольких пунктов Китая в табл. X при-

едены значения коэффициентов регрессии, которые связывают ли-¡ейной зависимостью Ь:к- прогнозируемые изменения норм суммы .стивных температур (л. и продолжительности периода с тем-

иратурой выше Ю°С ( л ) с ожидаемым изменением средней ыно-'олетней температуры воздуха за период с апреля по октябрь

Здесь же приведены значения коэффициента корреляции t , определяющего тесноту связи предиктора с предиктан-

'вми л ^ ^ю и 1о . -

Таблица I

Статистическая связь между изменением температуры воздуха ( л Т1у_х) и адекватными изменениями суммы активных температур ( д2 Тэд) и продолжительности периода с температурами выше Ю°С ( дЦо )

1ункт А21Т10=Й А 110 = !>• дТ^-х

6,°с/°с 1 6, дки/°С Ъ

1илинь-Хото 212 0,94 8,6 0,68

[екин 282 0,98* 7,4 0,72 .

1анхай 227 0,93 16,1 0,60

[уйли 343 0,75 7,2 0,58

)иань 245 0,85 8,6 • 0,61

Среднее по 160 пунктам, значение коэ<р|>ициента корреляции 11 (¿хИ Т^; д составляет 0,78, причем в ста случаях £ > 0,60. Для продолжительности периода с температурами выше [0°С среднее значение % составило 0,84. Столь же высокие и. статистически значимые уровни корреляции характерны для уравнения :вязи температуры воздуха с прочими изучаемыми в работе терми-гескими параметрами агроклимата. Это справедливо как для теплого, гак и для холодного периода года. В последнем случае в качестве федиктора была выбрана температура воздухь за период ноябрь-«арт С Тх1_щ).

По результатам проведенных расчетов было осуществлено картирование ожидаемых изменений тепловых ресурсов территории Ки-гая. Одна из таких карт - предполагаемые изменения средних многолетних суш температур выше Ю°С при прогнозируемом изменении

температуры воздуха Т^у.^ на 1°С дана на рис. 2. Параллельно со сплошными изолиниями д. 1°С) = пунк-

тиром на карте показаны абсолютные значения суммы температур . выше Ю°С при современном климате.

Рис. 2. Изменения средних многолетних значений (норм) суммы температур выше Ю°С при изменений температуры воздуха за период апрель-октябрь на 1°С. Сплошные линии - д Т(0 ; пунктир - абсолютные значения X при современном климате (1951-1991 гг.) Величина л 2 Т(0 изменяется в довольно широких пределах от (150-250°С) на северо-востоке и в Южном Китае, до ^ 500°С на плато Юнь-Гуй. В относительных единицах эти изменения соответственно составляют (5-10)$ и 20%. Продолжительность теплого периода с активными температурами выше Ю°С меняется в пределах от нескольких дней до более чем одного месяца.

Конкретная картина ожидаемых изменений тепловых ресурсов территории Китая более подробно анализировалась для сценария изменения климата, разработанного в Академии Метеорологических

- У -

¡аук Китая - сценарий АМНК (Чжао Цзунци, 1992). Согласно зто-|у сценарию средняя по территории страны температура воздуха- к ¡030 г. возрастет на 1,5°С, в том числе в северо-восточных айонах и Синьцзяне - на 2,1-3,1°С; на северо-западе - на 2,1в Среднем Китай - на 1,1-1,6°С; южнее реки Янцзы - менее .с-м на 1°С.

Анализ построенных в соответствии с таким прогнозом карт иидвеыых..-изменений тепловых ресурсов страны показывает, .что 70 термическому фактору условия земледелия в северных регионах :траны могут существенно улучшиться. Это связано с тем, что при »временном климате здесь часто наблюдается нехватка тепла, которая • ограничивает возможности выращивания многих сельскохозяйственных культур. Например, в районе Харбина норма суш температур выше Ю°С возрастет.с 2850°С для современного климата до 3170°С для климата 2030 г., т.е. ресурсы тепла в период вегетации увеличатся на 320°С, или на 11%. Следует, однако, подчерк-яуть, что одновременно с улучшением термических условий на значительной части территории Северного Китая.по прогнозу на 2030г. ожидается уменьшение осадков (см. ниже); в результате этого, несмотря на более благоприятный термический режим, условия земледелия в указанном регионе в целом могут стать менее благоприятными. Иа особенности региональных изменений ресурсов тепла исключительно большое влияние оказывает сложный и весьма изменчивый рельеф территории страны.

Согласно общей концепции, разработанной в Агрофизическом институте (Жуковский Ё.Е., Бельченко Г.Г., Брунова Т.М., 1989; . 1991), при оценке последствий изменения климата во всех случаях важно изучать не только средние результаты, т.е. ожидаемые изменения норм, но, что более актуально - прогнозировать изменения повторяемостей экстремальных (аномально низких или аномально высоких) значений исследуемых агроклиматических показателей. Для этого есть две причини. Во-первых, именно экстремальные события и вероятности их появления в основном определяют хозяйственный риск и диктуют определенный хозяйственный выбор; во-вторых, рядом исследований доказано, что экстремумы и их повторяемости значительно более чувствительны к изменениям-климата, чем нормы.

- 10 -

Учитывая это, при оценке ожидаемых изменений тепловых ресурсов территории Китая нами, помимо нормы сумм активных температур, оценивались ожидаемые изменения повторяемостей аномально холодных и аномально теплых лет. При этом под "аномально холодным" понимались годы со столь низкими суммами активных температур, которые при современном климате наблюдаются I раз в 5 лет. Точно так же, под "аномально теплыми" понимались годы с наблюдающимися I раз в 5 лет высокими суммами активных температур.

Расчеты проводились по теоретической формуле:

0 * -1\' - сьГ

1 г V /

(I)

где ^ = р: / Р, - отношение "новой" повторяемости р2 к повторяемости того же события при современных ("старых") климатических условиях, ^ = (т()/6, - сдвиг "новой" нормы относительно ее "старого" значения ГО) , выраженный в долях ста! дартного отклонения ; = / <3 < - отношение стандартного отклонения рассматриваемого агроклиматического показателя (в данном случае - сумм активных температур)в новых климатических условиях к его стандартному отклонению при современном-климате; Ф - интеграл вероятностей; - корень уравнения

Ф(*)я.о/;-р, . . (2)

Знак минус в выражении (I) относится к случав анализа повторяемостей редких холодных лет, знак плюс (+) - к аномально теплым годам.

Некоторые оценки, выполненные в соответствии с такой методикой, приведены в табл. 2. Из нее, в частности, видно, что в то время как норма сумм активных температур выше Ю°С с изменением климата меняется (возрастает) лишь на 5-10$, повторяемость аномально холодных и аномально теплых лет изменяется многократно.

Приведенные донные показывают, что при реализации сценарш потепления /УЛИК "холодные" годы, наблюдающиеся при современно I климате I раз в Ь лет, в новых клккзтических условиях, лрсипо лагземьк для 2030 г., б большинство п\¡¡¡:то¥'будут нгблюдлтьсх

Таблица 2

Ожидаемые изменения повторяемостей "холодных" и "теплых лет на территорий Китая при прогнозируемом изменении климата к 2030 г.

Пункт (-Р-0.2

Харбин 1,П 0,00 5,00

Шилин-Хото 1,07 0,11 4,89

Яньцзи 1,08 0,03 4,98

шеньян 1,05 0,13 4,88

Чанша 1,03 0,16 4,83

Чемау 1,05 " 0,04 " 4,96

в 5-10 и более раз реке ( ^о.г^ 1) • Для части регионов (см. , например, Харбин) годы с такими температурами будут практически исключаться. Одновременно со сшшзнисм повторяемости "холодных" лет резко возрастает повторяемость аномально теплых лет. Для большинства рассмотренных регионов показатель ^ о оказывается близок к 5 и это означает, что годы с высокими суы-г.аыи активных температур, наблюдающиеся в современных условиях раз в 5 лет, при потеплении климата к 2030 г. станут наблюдаться практически ежегодно ( ^ »5,0).

Глава ш "Исследование влияния возможных изменений климата но условия влагообеслеченности" посвящена анализу последствий происходящих климатических изменений с точки зрения водного режима посевов. В качестве показателей влвгообеспеченности рассматривались гидротермический коэффициент Селянинова (ПК), кото-рый'рассчитывается по известной формуле

ГТп

(3)

' /

и обратный П'/1 показатель сухости Чжан Бэокунь (К), равный

■4-0,10 гт;0//> с,о . «4)

Б о<*с;;.: :дф»кешях !<с ' и £ ~ соответственно,

- 12 -

сумма температур вше Ю°С и сумма осадков эа определенный период. По сути дела, в одном и другом случае сравнивается испарение и испаряемость эа вегетацию. 'С учетом традиции, сложившейся в китайской агроклиматологии, основное внимание в работе уделялось показателю сухости К.

Оценка ожидаемых изменений норм К основывалась на использовании уравнений регрессии К » О. + & ^ С £ Й \ х » устанавливающих статистическую связь величины К со средней температурой воздуха и суммой осадков за период май-сентябрь. Как и в случае тепловых показателей (глава П), подобные регрессионные уравнения были получены путем обработки многолетних метеорологических рядов за период 1951-1991 гг. по 160 пунктам.

Результаты подобного анализа для нескольких произвольно выбранных точек на территории ¿1>.тая представлены в табл. 3, где помимо коэффициентов регрессии 0,6 и С , приведены средние многолетние значения (климатические нормы) показателя К для "современных" климатических условий и разработанного в Академии Метеорологических Наук' Китая сценария изменения климата до 2030 г. Напомним, что температурная часть этого сценария уже была прокомментирована в главе II. Что касается осадков, то согласно прогнозу, к 2030 г. ожидается некоторое (примерно Ю-%) уьеличение осадков на севере Синьцзяна и одновременно такое же их снижение на большей части Северного Китая. На остальной территории страны уменьшение осадков может-быть еще более значительным (до 30 %).

Нетрудно заметить, что ожидаемое потепление климата ведет к практически повсеместному возрастанию показателя сухости (^>1) Зтот же вывод подтверждает карта на рис. 3, построенная по результатам наших расчетов с помощью программы автоматизированного картирования С ?-ОУТ>1. и. За исключением отдельных районов северного Китая и верховий рек Хуан и Янцзы, условия влагообеспечен-ности, оцениваемые по показателю засушливости К, окажутся менее благоприятными. Такие последствия вызваны одновременно дьумя факторами - ожидаемым повышением температуры воздуха, в результате чего увеличивается испаряемость,, и уменьшением количества ^ выпадающих осадков, что лимитирует испарение.

Таблица 3

Изменение нормы коэффициента сухости К при ожидаемых изменениях климата на территории Китая к 2030 г. *

Пункт Уравнение регрессии К= + С. I Йлм* К™ К 50 кгг»

'й 8-ДО1 с' до4

Шилинь-Хото 1,083 0,8 -5,6 1,74 1,68 0,97

Пекин 0,888 0,4 -1,8 1,28 1,31 1,03

Шанхай 0,729 0,7 -1.0 0,92 1,31 1,42

Хуйли 0,548 0,2 -0,7 0,74 0,74 1,01

Сиань 0,481 0,7<1 -2,6 1,47 2,14 1,46

Примечание: Кт - норма показателя сухости в современных условиях (среднее за период 1951-1991 гг.); Н^ - расчетное среднее К, полученное по уравнению регрессии для предполагаемых климатических условий к 2030 г.

Рио.З Относительные изменения нормы коэффициента сухости К при прогнозируемых изменениях климата на территории Китая к 2030 г.

-14-

Глава 1У "Моделирование влияния изменений климата на чистый первичный потепциал (ЧШ1)" посвящена разработке методик и проведению численных экспериментов по оценке влияния изменений глобального климата на уровень растительной продуктивности, теоретически достижимый при качественном выполнении агротехники в конкретных почвенно-кдиматических условиях.

. В связи с концепцией Х.Г.Тооминга (1978; 1960) потенциальная продуктивность определяется через величину действительно возможного уровня (ДВУ), аналогом которого может служить рассмотренный в диссертации показатель ЧПП. Ддя его вычисления используется полиномиальная эмпирическая модель (модель ''Майами"/ Еддег в. , 1985;- 1_5<г1Ь Н.,1989), имеющая вид:

чип» Уп4(т,Ч$,с)= •

- Уя га'.гл [ ^ (т) ^(с4). (5)

Здесь:

^-т - экспоненциальные функции

■^О-а^-е"^1] Iв•1,2,3,4 , чб)

отражающие факт лимитирования растительной продуктивности природными' факторами ; в качестве таковых в модели учитываются средняя годовая температура воздуха (Т), суммарные годовые осадки (V); & - показатель почвенного плодородия] С -концентрация СО^ в атмосфере;

- максимум продуктивности, отвечающий оптимальный'внешним условиям;

(1=114) - эмпирические коэффициенты; при проведении конкретных расчетов в диссертации использовались их значения, предложение автором модели для естественной растительности; таким образом, полученные результаты относятся не к конкретной культуре, а к некоторому природному растительному сообществу.

В соответствии с вероятностным подходом к оценке ресурсов продуктивности (Жуковский Е.Е., Сепп Ю.В.,1оомииг Х.Г., 19Ш; 1990), конкретные климатические условия характеризуются определенным законом распределения выбранного показателя потенциала

продуктивности, а последствия изменений климата оцениваются путем сопоставления распределений, установленных предварительно для условий современного климата и заданного климатического сценария. Особое значение в ходе такого анализе, как и при анализе изменений отдельных агроклиматических показателей, имеет-' сопоставление повторяемостей неблагоприятных лет£ аномально низкими значениями потенциала продуктивности. Изменение этой-повторяемости определяет повышение или понижение риска крупных хозяйственных неудач и должно рассматриваться как главное следствие предполагаемых климатических изменений.

Подобный вероятностный анализ был выполнен в диссертации -в отношении показателя ЧПП (5). В качестве примера на рис. 4 изображены кривые обеспеченности (кривые интегральной вероятности) ЧШ, построенные лля четырех гипотетических сценариев изменения климата ( ДТ= +1°С, 5\*/= +10$) в районе городов Пекин (а) и Нанкин (б).

В обоих случаях основное значение имеют осадки, причем их уменьшение сказывается на ЧПП неблагоприятно, в то время как

Рис. 4. Кривые обеспеченности показателя потенциала продуктивности- ЧПП для современного климата (с) и 4-х гипотетических сценариев его изменения (1-1У). а) Пекин, б) Нанкин.

I - ДТ= 1°С, БЫ = 10%; П - АТ- 1°С, 6У—1036; Ш - дТ=-Х°С, 5У/»-1СЙ; 1У - лТ=-1°С, » 1<Ж

рост увлажнения, напротив, ведет к повышению потенциала продуктивности. На фоне изменения осадков влияние изменений температуры воздуха выражено слабее, причем при прочих равных условиях более благоприятные условия создаются при повышении температуры. Подобный вероятностный анализ бьш проведен для 160 метеорологических станций; результаты для отдельных пунктов представлены в табл. 4. Наряду с оценками ожидаемых изменений

Таблица 4

Ожидаемые изменения вероятностных характеристик ЧПП при 4-х гипотетических сценариях изменения современного климата

Пункт ■ т - - Климатические сценарии

1 I П Ш 1У

^0.2. Иг Го,г. Го,г

I. Няньцзян ■ 1,10 0,20 1,06 0,30 0,91 1,75 0,91 1,55

2. Шеньян 1,08 0,45 0,95 1,25 0,92 1,85 1,01 0,90

3. Пекин 1,08 0,50 0,93 1,25 0,92 1,50 1,03 0,60

4. Шанхай 1,06 0,45 0,93 2,00 0,93 1,80 1,05 0,70

5. Нанкин 1,07 0,40 0,93 1,45 0,93 1,70 1,05 0,60

6. Луньдун 1,09 0,05 0,93 1,70 0,91 1,90 1,06 0,45

многолетней нормы ЧИП даны расчетные значения показателя > характеризующего изменения повторяемости лет с "низкими" значениями ЧПП, наблюдаемыми при современном климате I раз в 5 лет ( р = 0,2).

Легко убедиться, что при сравнительно небольших изменениях норм ЧПП - как правило, эти изменения не превышают 5-10% - повторяемость лет с низкими уровнями ЧПП меняется значительно существеннее. Так, например, при реализации сценария П (увеличение на 1°С средней температуры воздуха и уменьшение на 10$ осадков) в районе Шанхая норма ЧПП снижается примерно на 7% (^ = 0,93). Одновременно с этим годы с.низкими значениями ЧГШ, ноб> людающиеся при современном климате 1 раз в 5 лет, будут повторяться вдвоа чаще = 2,00). Этот эффект еще более усилива-

ется, если рассматривать значения ЧПП, наблвдающиеся сегодня раз в 10 лет и реже.

Помимо 4-х гипотетических сценариев, рассмотрение которых в основном имело методическое значение, в работе были проанализированы ожидаемые изменения потенциала продуктивности территории Китая при реализации климатического сценария АШК на 2030 г. 11а рис. 5 показано, как в этом случае изменится многолетняя' корма ЧПП: в основном будет наблюдаться снижение среднего потенциала' продуктивности в пределах от I до 10$ в зависимости от региона. Одновременно можно ожидать существенного (в 2-3 раза) повышения риска неблагоприятных лет, характеризующихся низкими" значениями ЧПП. . - '

^ / -л

Рис.5 Ожидаемые изменения среднего шгенцпшш'продуктивности на территории Китая к 2030г. (по климатическому прогнозу АМшС)

Ш. Основные результаты

Главные итоги выполненной работы сводятся к следующему: 1.ДальниКшее развитие и подтвервдениз получил предложенный в АФИ вероятностный подход к оценке агроэкологических последствий н;):*енон;:я кли-тата. В рамках отого подхода лослеяст-

вия предполагаемых климатических изменений оцениваются путем сопоставления законов распределения изучаемого агроклиматического показателя, построенных для современного климата и заданного климатического сценария. Показано, что при проведении соответствующих расчетов могут параллельно использоваться различные статистические методы, такие как регрессионный анализ и статистическое моделирование (метод Монте-Карло). В ряде случаев могут быть применены теоретические методы.

2. Разработана методика расчетов и получены количественные оценки влияния предполагаемых изменений климата на важнейшие с точки зрения сельского хозяйства характеристики термического режима - суммы активных температур выше 0,5,10,15 и 20°С, продолжительности периода с указанными активными температурами, а также суммы отрицательных зимних температур и продолжительность холодного периода. Соответствующие оценки базируются на существовании тесных статистических связей изучаемых агроклиматических показателей с температурой воздуха.

3. Построены карты вероятных изменений различных показателей тепловых ресурсов при изменении на 1°С температуры воздуха эа период с апреля по октябрь. Установлено, в частности, что в результате такого "единичного" потепления суммы температур выше Ю°С в зависимости от особенностей конкретного региона возрастут на 150-500°С, что находится в пределах от 5 до 20$ современной нормы. Одновременно с этим в диапазоне от нескольких дней до месяца увеличится продолжительность вегетационного периода.

При изменении климата по конкретному сценарию Академии Метеорологических Наук литая (АМНК) наиболее сильно в направлении увеличения изменятся тепловые ресурсы северо-востока страны и в Сицьзяне. Несколько слабее эти изменения будут выражены в центральной северной зоне и на северо-западе. В наименьшей степени изменятся параметры температурного режима юга Китая.

4. Наряду с изменениями климатических норм, дополнительно оценены изменения вероятностных характеристик изучаемых температурных характеристик. Наибольший интерес в этом плане представляет анализ изменения повторяемостей экстремальных событий - аномально холодных и аномально тёплых лет. В результате иссле дований установлено, что при ожидающемся потеплении климата

едкие "холодные" годы, наблюдающиеся в современных условиях аз в 5 лет, к концу первой трети следующего столетия станут в -10 раз более редкими. Одновременно, естественно, существенно озрастет вероятность лет с аномально высокими«суммами темпера-¡fp выше Ю°С.

5. Исследоьано влияние предполагаемых климатических измене-ий на условия увлажнения. При этом в начестве информативного ритерия использован ицдекс сухости К,'который представляет собой еличину, обратную известному коэффициенту Селянинова (ГТК).

Анализ построенной по результатам этих исследований карты жидаемых изменений нормы К показывает, что за исключением отельных районов Северного Китая и Сицьзяна, а также верховий ек Хуан и Янцзы, на остальной территории страны условия увлаж-ения к 2Ü301 г. станут более напряженными и засушливость агро-лимата возрастет. Это явится следствием одновременного действия вух факторов - ожидаемого повышения температуры воздуха и соп-ововдающего его уменьшения осадков.?

6. Разработана оригинальная методика количественной оценки есурсов продуктивности сельскохозяйственных территорий, ochobsh-ая на расчете показателя чистого первичного

гот р н ц и а л а (ЧШ). В соответствии i принятой методологией лияния изменений климата на потенциал продуктивности оценива-тся при этом путем сопоставления распределений ЧПП, отвечающих аэличным параметрам климата.

7. Выполнены расчеты, по которым составлены тг злицы и пост-оени карты ожидаемых изменений норм и других статистических ха-актеристик распределения ЧШ для некоторых гипотетических сце-ариев измене'Ц'я климата, а также для конкретного сценария, раэ-аботенного в АМНК. показано, что норма потенциала продуктивнос-и на территории Китая, в зависимости от особенностей региона, ;ожет понизиться на 5-10%. При этом повторяемость лет с "низки-и" значениями ЧПП, существенно меньшими его среднего уровня, пеличнтся и обычно в гораздо большей степени, чем изменится юрма. Это с неизбежностью приведет к возрастанию хозяйственного шска.что б свою очередь, следует рассматривать как главное ¡ледствио происходящих климатических изменений.

и 20 -

газработанные методики'феализующие их компьютерные программы без существенных изменений могут использоваться для оценки влияния изменений климата на различные характеристики агро-климата, не затронутые в диссертации. Полученные количественные оценки, составленные таблицы и приведенные карты позволяет сделать достаточно надежные выводы об основных тенденциях изменения агроклиматических ресурсов на территории Китая при развитии современного антропогенного потепления до 2030 г.

1У. Основные положения диссертации представлены в публикациях: '

■ I. Исследование влияния изменений климата на сельское, хозяйство в СССР. - Мировое сельское хозяйство, 1992, № 6.

2. Влияние изменений современного климата на теплообеспе-ченность территории Китая. - Метеорология и гидрология, 1993 (в печ.).

3. Влияние изменений современного климата на тепловые ресурсы Китая и адаптация к ним. - Журнал природных ресурсов, 1993, т.4, * 2-