АНАЛИЗ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ МЕЖДУ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ ЛАНДШАФТА И МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИМИ ГРАДИЕНТАМИ В ЮЖНОМ ПРИУРАЛЬЕ
В настоящее время одной из актуальных проблем микроклиматологии является оценка антропогенной трансформации гидротермических процессов. Высокая степень хозяйственного использования современных степных ландшафтов, при низком уровне экологической толерантности, определяет важность комплексного изучения с целью полного понимания роли климатических факторов в ландшафтной дифференциации.
В этой связи атмосфера, точнее приземный слой воздуха, как один из компонентов природной среды, является наиболее динамичным фактором, который интегрирует природные комплексы посредством циркуляции воздушных масс и усиливает континуальность ландшафтной оболочки. Однако, метеорологические процессы, протекающие в приземном слое воздуха, в зависимости от свойств подстилающей поверхности и определенных метеоусловий, могут варьировать в достаточно широком диапазоне. Эти отклонения от одного типа климата или же «фонового» климата образуют «мозаику» микроклиматов – совокупность местных особенностей в режимных метеорологических величинах, обусловленные неоднородностью строения деятельной поверхности. Микроклиматические факторы дифференциации ландшафтов, при прочих равных условиях, характеризуют различия в их энергетическом потенциале конкретных ПТК, что актуализирует использование резервов данных исследований в первую очередь при рационализации землепользования. При этом большого внимания заслуживает разработка вопросов, с детализацией ландшафтного анализа и прогноза в связи с экспозиционными различиями в динамике суточных и годовых ритмов геофизического состояния ландшафта, неодинаковым отражением в структуре геосистемы запороговых воздействий на последнюю, в т.ч. и антропогенных.
Разнообразие сыртового рельефа в сочетании с суточными, сезонными и годовыми вариациями микроклимата делают Южное Приуралье одним из лучших природных полигонов для ведения наблюдений за гидротермическим состоянием ландшафтов. При изучении микроклиматической ординации геокомплекса Южного Приуралья как района исследований, были апробированы схемы, и способы определения морфологии ПТК как экстраполяция изменения их состояний во времени. В основу указанных моделей было положено понятие о «стексе», в соответствии с которым стекс следует рассматривать, как определенное соотношение параметров структуры и функционирования ландшафта в какой-либо промежуток времени, в течение которого конкретные воздействия на входе (солнечная радиация, атмосферные осадки и т.п.) трансформируются в определенные функции (сток, прирост фитомассы и т.п.) на выходе геосистемы. [2]. В дополнении к изучению суточных и годовых стексов использовались пространственные парадинамические сопряжения элементов ландшафта в форме катен, для обозначения хорологических изменений почвообразующих процессов и почв по склонам.
Для районов исследований характерными являются резко ассиметричные междуречья с длинными и пологими северными склонами и короткими южными уступами, которые, как правило, выходят к долинам рек. Большая часть водораздельных ландшафтов относится к классу полной морфологической ассиметрии, поскольку в рельефе они представлены резко ассиметричными сыртовыми плато, грядами и увалами. Контрастность ландшафтной ассиметрии в районе исследований определяется экспозиционным градиентом температуры, неравномерностью распределения влаги при весеннем снеготаянии, а также линейно-блоковой морфоструктурой сыртовых водоразделов.
Морфологические различия южных и северных склонов в комплексе со специфическими условиями, растительным и почвенным покровами определяют различия в ландшафтной структуре склонов различной экспозиции. Экспозиционная дифференциация ландшафтов опосредуется в форме микроклимата южного и северного склонов. Поэтому под микроклиматической асимметрией нами понимаются местные особенности (вариации) гидротермического состояния местности обусловленные литогенно – геоморфологической контрастностью строения подстилающей поверхности.
По мнению Дроздова О.А. [1], микроклиматические особенности какой-либо территории возникают, главным образом, под влиянием двух основных причин:
1) особенностью теплового и водного баланса на данном участке подстилающей поверхности: инсоляции, атмосферных осадков, испарения и т.п.;
2) особенностей режима ветра, которые могут сказываться на величинах, не имеющих прямого отношения к тепловому балансу, например, на повторяемости метелей.
Тоже следует из работы Гольцберг И.А. [3]: «… ветер не только определяет величину микроклиматических различий, но и оказывает непосредственное влияние на термический режим растений, воздействует на них механически, усиливает действие адвективных заморозков и, кроме того, воздействует на распределение осадков и снежного покрова».
Исходя из заданных схем по изучению ландшафтной микроклиматической асимметрии объектов исследования, а также из анализа результатов ранее выполненных аналогичных экспериментов, нам представляется возможным, используя множество условий и компонентов, разработать структурно-функциональную схему факторов (групп факторов), определяющих формирование микроклимата какой-либо территории.
В данной схеме выделяются два основных фактора – литолого-геоморфологический и климатический, которые, взаимодействуя посредством деятельной поверхности, образуют конкретный микроклимат, требующий подробного рассмотрения. Так, при изучении влияния рельефа на формирование микроклиматических особенностей территорий, на первый план выдвигаются различия в экспозиции, существенные для инсоляции и ветрового режима, и формы микро- и мезорельефа, на которых сказываются характеристики инсоляционной и адвективной экспозиции, а роль высоты расположения ПТК над уровнем моря является в данном случае второстепенной.
Результаты исследований Ю.П. Щербакова [4] показывают, что в северном полушарии по величине абсолютных и относительных радиационных различий между склонами различной экспозиции выделяются средние широты (25-700) и особенно пояс, заключенный между 50 и 65 параллелями. Именно в этом поясе при достаточной крутизне склонов, высоких значениях континентальности и благоприятном соотношении тепла и влаги влияние радиационной экспозиции может привести к наиболее глубоким ландшафтным различиям. Значительная зависимость радиационного баланса от прямой радиации и ведущая роль последней в энергетике ПТК показывает то, что разница между отношениями величин прямой радиации и радиационных балансов склонов к соответствующим их величинам на горизонтальной поверхности составляет весьма малую величину. Как показывают результаты исследований, выполненных рядом авторов, при небольшой крутизне склонов (до 100) приход суммарной и особенно рассеянной радиации мало изменяется в зависимости от ориентированности склонов по сторонам света.
Крутизна склонов на всех широтах и при любых сочетаниях климатических элементов сказывается на глубине радиационных и ландшафтных различий, возникающих под влиянием различий в экспозиции. При этом увеличению крутизны склонов соответствует рост этих различий только до некоторых пределов, определяемых широтой места. Очень крутые склоны (600 и более) любой экспозиции, в ландшафтном отношении различаются между собой мало, так как быстрый снос материала не позволяет формироваться многим компонентам ландшафта. В частности необходимо отметить некоторое сходство между ландшафтами склонов южной экспозиции крутизной более 400 в степной зоне со склоновыми ландшафтами полупустынь. Следует добавить и то, что на угол падения солнечных лучей, а значит и на количество получаемой радиации, помимо дневной динамики, большое влияние оказывает сезонная ритмика, в теплообмене деятельной поверхности с приземным слоем воздуха, так как высота солнца над горизонтом значительно изменяется в зависимости от времени года. Как указывает И.А. Гольцберг, различия в количестве тепла получаемого разными склонами, наиболее значительны только ранней весной.
Изучение влияния экспозиции помогает более полному пониманию дифференциации природных геосистем локальных рангов, а исследование закономерностей перераспределения солнечной энергии и влаги по элементам рельефа – выявлению механизмов склоновой микрозональности, которое представляет собой дальнейшую детализацию учения о географической зональности и позволяет шире взглянуть на явления дифференциации ПТК в целом.
Гидротермические условия на склонах южной экспозиции оказываются достаточно контрастными – на вершине склона и в верхней его части при несущественных дневных перепадах его температуры, колебания влажности значительны и составляют 10-15%, и если изменения температуры в течение дня непосредственно на склоне относительно слабые, то разница при её измерении на высотах 2,0 и 0,5 м. довольно существенна. При чем различия в температуре воздуха примерно одинаковы как для долины реки, так и для южного и северного склона, составляя 1,2-1,50 С. Для вершины эта разница вдвое меньше, что можно объяснить восходящими потоками воздуха, движущимися вверх по склонам и перемешивающими приземные и поднятые массы воздуха; в большей степени скоростью ветра, как правило, усиливающейся к вершине, тем самым увеличивая турбулентность.
Сравнение гидротермических различий между склонами северной и южной экспозиции показывает, что максимум суммарной радиации и более высокие температуры воздуха отмечаются на южном склоне. Однако, минимальные температуры чаще фиксируются на вершинах и верхних частях склонов сыртовых водоразделов и приречных уступов, что подтверждается данными по ключевым участкам наблюдений. Значения относительной влажности воздуха, снижаясь к высоте 2,0 м., наоборот повышаются на высоте 0,5 м. в зоне активной вегетации растительности, взаимодействуя с морфоструктурой ландшафта.
Вообще, гидротермические показатели самого нижнего приземного слоя воздуха характеризуются наибольшими амплитудами, и при некоторых допущениях показатели на уровне 0,5 м можно считать характеристиками фитоклимата, а значит и фаций. Показатели на уровне 2,0 м. характеризуются меньшими амплитудами по сравнению с соответствующими показателями на уровне 0,5 м., это объясняется циркуляционными процессами тепловлагообмена, в котором большую роль играет скорость ветра и показатели турбулентности воздушного потока. Поэтому гидротермические показатели на уровне 2,0 м. являются результатом взаимодействий нескольких фаций и/или подурочищ и репрезентативной составляющей подсистемы микроклиматических факторов ландшафтообразования.
Необходимо также указать на одну из главных проблем микро- и мезоклиматологии, которая, по мнению Адаменко В.И. (1979), «…состоит в разработке методов оценки микро- и мезомасштабных процессов в суммарную дисперсию характеристик, учет которых необходим при создании объективных классификаций, при разработке методов долгосрочного прогноза трендов, явлений и процессов». В решении этих задач спутниковая радиометрия даст возможность шире взглянуть в первую очередь на процесс теплообмена, а также изучение его в сопоставлении с ландшафтной структурой и метеорологических процессов в целом.
Таким образом, микроклиматические условия, являясь важнейшими факторами дифференциации геокомплексов Южного Приуралья, формируют сложную подсистему в ландшафтно-морфологической структуре региона. Сложность данной системы определяется во многом индивидуальным характером взаимодействия микро- и мезоформ рельефа с экспозиционно-инсоляционной и циркуляционной составляющими микроклимата на локальных уровнях организации ПТК.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алисов Б.П., Дроздов О.А., Рубинштейн Е.С. Курс климатологии. – Л.: Гидрометеоиздат, 1952. – 489 с.
2. Беручашвилли Н.Л. Четыре измерения ландшафта. – М.: Мысль, 1986. – 210 с.
3. Микроклиматология: сб. ст. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. – 157 с.
4. Щербаков Ю.А. Влияние экспозиции на ландшафты. – Пермь, 1970. – 206 с.
В.П. Петрищев, А.А. Журавлев