Пространственная и временная динамика температуры почвы
реклама
Принципы районирования Западно-Сибирской равнины по мерзлотно-термическому состоянию почвенно-грунтовой толщи И.Е.Трофимова, А.С. Балыбина Конференция по геокриологическому картографированию Геологический факультет МГУ 2013 г. 1 Для оценки и картографирования территории ЗападноСибирской равнины по мерзлотно-термическому режиму почвенно-грунтовой толщи используются данные наблюдений, полученные на метеорологических станциях России. Всего метеостанций – 135, но они не равномерно распределены по территории. Особенно слабо оснащены такого рода наблюдениями северные районы, а в тундровой зоне их нет вообще. Конференция по геокриологическому картографированию Геологический факультет МГУ 2013 г. 2 Рис. 1. Распределение самой низкой (А) и самой высокой (Б) в годовом цикле средней месячной температуры в почвенном профиле до глубины 3,2 м. По имеющимся данным строятся вертикальные профили самой высокой (красное поле) и самой низкой (синее поле) в годовом цикле средних месячных температур в почвенно-грунтовой толще 0,2 – 3,2 м для каждой метеостанции. Самая высокая температура в пространстве изменяется весьма значительно. Еѐ крайние варианты относятся к южной (Славгород) и северной (Норильск) частям территории. Поле вертикальных профилей может быть разделено на 5-6 градаций. Каждая их них характеризует тепловое состояние почв разной степени: от весьма интенсивного прогревания всей почвенной толщи до ее крайне слабого прогревания. Характер распределения температуры широтно-зональный. Несколько иная ситуация характерна для самой низкой температуры. Здесь поле вертикальных профилей температуры сужено и дифференцируется на 4-5 градаций. Ее крайние варианты соответствуют весьма сильному (тундра и лесотундра) и достаточно слабому (лесостепь) охлаждению почв. Распределение температуры контурное. В целом карта районирования территории по мерзлотно-термическому состоянию почвенно-грунтовой толщи содержит два слоя информации: летнее прогревание и зимнее охлаждение почв. Конференция по геокриологическому картографированию Геологический факультет МГУ 2013 г. 3 Отклонения температуры воздуха (∆) за 1961-2010 гг. от климатической нормы по 1960 г. (С) Метеостанции Средние многолетние величины температуры воздуха января по 1960г. (Т1) Салехард Березово Ханты-Мансийск Тобольск Ишим -23,6 -22,0 -19,8 -18,5 -19,3 Тарко-Сале Халесовая Александровское Барабинск Татарск -25,0 -23,8 -21,5 -20,2 -19,8 Дудинка Игарка Туруханск Верхнеимбатск Енисейск -28,0 -28,6 -27,1 -25,4 -22,0 Средние многолетние величины температуры воздуха января за 1961-2010 (Т) ∆в январе (Т - Т1) Средние многолетни е величины температур ы воздуха июля по 1960 г. (Т1) Приуральский долготный сектор -24,2 -0,6 13,8 -22,1 -0,1 15,8 -20,0 -0,2 17,5 -18,2 +0,3 18,0 -17,4 +1,9 18,0 Центральный долготный сектор -25,5 -0,5 15,4 -24,3 -0,5 15,9 -21,1 +0,4 17,1 -18,1 +2,1 18,3 -17,9 +1,9 18,6 Приенисейский долготный сектор -28,1 -0,1 12,8 -28,1 +0,5 14,8 -26,3 -0,8 15,8 -24,5 -0,9 16,6 -21,2 +0,8 18,4 Средние многолетние величины температуры воздуха июля 1961-2010 гг. ∆в июле (Т - Т1) (Т) 14,5 16,6 18,1 18,6 19,0 +0,7 +0,8 +0,6 +0,6 +1,0 16,3 16,7 18,1 19,3 19,6 +0,9 +0,8 +1,0 +1,0 +1,0 13,6 15,5 16,4 17,5 18,2 +0,8 +0,7 +0,6 +0,9 -0,2 Определяется отклонение температуры воздуха последних 50 лет от многолетней температуры первой половины ХХ века. В январе за последние 50 лет отмечено слабое похолодание в северной части территории, южнее - потепление. В июле на всей территории было теплее. Практически на всех метеостанциях знаки величин линейных трендов температуры воздуха совпадают со знаками отклонений. Конференция по геокриологическому картографированию 4 Геологический факультет МГУ 2013 г. -5 2004 1994 1984 1974 1964 1954 1944 1934 Т, 1924 0 оС Салехард, Тв январь -10 -15 -20 -25 Рис.2. Многолетний ход температуры воздуха в январе -30 y = -0.03x - 21.874 R² = 0.0294 -35 На слайдах 5-7 даны примеры многолетнего хода температуры воздуха в январе. 2005 1995 1985 1975 1965 1955 1945 1935 Т, оС -5 1925 0 Ишим, Тв январь -10 -15 -20 -25 y = 0.0279x - 19.088 R² = 0.0255 -30 -35 Конференция по геокриологическому картографированию Геологический факультет МГУ 2013 г. 5 0 Т, оС -5 1937 1947 1957 1967 1977 1987 1997 2007 Тарко-Сале, Тв январь -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 y = -0.0186x - 24.248 R² = 0.0056 0 1940 Т, оС 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 -5 Татарск, Тв январь -10 -15 -20 -25 y = 0.0428x - 20.045 R² = 0.0381 -30 -35 Конференция по геокриологическому картографированию Геологический факультет МГУ 2013 г. 6 0 Т, оС 1933 -5 1943 1953 1963 1973 1983 1993 2003 Дудинка, Тв январь -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 y = -0.0161x - 26.866 R² = 0.0052 0 Т, оС 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 -5 Игарка, Тв январь -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 y = -0.0139x - 27.013 R² = 0.0035 -45 Конференция по геокриологическому картографированию Геологический факультет МГУ 2013 г. 7 20 Салехард, Тв июль Т, оС 18 16 14 12 Рис. 3. Многолетний ход температуры воздуха в июле 10 y = 0.0166x + 13.525 R² = 0.0513 8 1924 1934 1944 1954 1964 1974 1984 1994 2004 24 Т, оС 23 На слайдах 8-10 даны примеры многолетнего хода температуры воздуха в июле. Ишим, Тв июль 22 21 20 19 18 17 16 y = 0.0208x + 17.559 R² = 0.0823 15 14 13 12 1925 1935 1945 1955 1965 Конференция по геокриологическому картографированию Геологический факультет МГУ 2013 г. 1975 1985 1995 2005 8 22 Т, оС Тарко-Сале, Тв июль 21 20 19 18 17 16 15 14 13 y = 0.016x + 15.459 R² = 0.0304 12 11 10 1937 1947 1957 1967 1977 1987 1997 2007 24 Т, оС 23 Татарск, Тв июль 22 21 20 19 18 17 y = 0.0083x + 19.039 R² = 0.0103 16 15 14 13 12 1940 1950 1960 1970 Конференция по геокриологическому картографированию Геологический факультет МГУ 2013 г. 1980 1990 2000 2010 9 19 Т,оС Дудинка, Тв июль 18 17 16 15 14 13 12 11 y = 0.0285x + 12.107 R² = 0.0638 10 9 8 1933 1943 1953 1963 1973 1983 1993 2003 21 Т, оС 2010 Игарка, Тв июль 20 19 18 17 16 15 14 13 12 y = 0.0169x + 14.497 R² = 0.0409 11 10 9 8 1930 1940 1950 1960 1970 Конференция по геокриологическому картографированию Геологический факультет МГУ 2013 г. 1980 1990 2000 2010 10 15 20 А Т, оС Б Т, оС 10 y = 0.0972x + 4.4478 R² = 0.6087 5 15 y = 0.076x + 8.3228 R² = 0.5762 10 0 5 y = 0.0092x - 0.8475 R² = 0.0524 -5 y = 0.1267x - 6.052 R² = 0.4401 -10 0 Годы Игарка Макс. Т на 0,8 Березово Мин Т на 0,8 2007 2002 1997 1992 1987 1982 1977 1972 1967 1962 1957 1952 1947 1942 2008 2003 1998 1993 1988 1983 1978 1973 1963 1968 Игарка Мин.Т на 0,8 -5 1937 Годы -15 Березово Макс Т на 0,8 Рис.4. Многолетний ход самой высокой и самой низкой температуры почвы на глубине 0,8 м на метеостанциях Игарка (А) и Березово (Б) Для оценки возможного изменения температуры почв определена ее реакция на современное изменение климата. В качестве примера показан многолетний ход температуры почвы на глубине 0.8 м на метеостанциях Игарка и Березово. Положительные линейные тренды характерны для всех случаев. Основная особенность многолетнего хода самой низкой температуры – приближение еѐ к нулевым (или близким к ним) значениям, которые длительное время сохраняются в почвенном профиле. Они являются барьером для перехода температуры к положительным значениям. Конференция по геокриологическому картографированию Геологический факультет МГУ 2013 г. 11 Предлагаемый принцип районирования территории по мерзлотно-термическому состоянию почвенно-грунтовой толщи основан на поэтапном анализе. Во-первых, проводится общая оценка состояния климатической системы с учетом выделения типов климата и выполненного на их основе комплексного климатического районирования. Во-вторых, осуществляется типизация мерзлотно-термического режима, по результатам которой осуществляется районирование территории. В-третьих, для оценки возможного изменения температуры почв определяется реакция мерзлотнотермического режима почв на современные изменения климата. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 12-05-00819) Конференция по геокриологическому картографированию Геологический факультет МГУ 2013 г. 12 Спасибо за внимание Конференция по геокриологическому картографированию Геологический факультет МГУ 2013 г. 13
