АНОМАЛЬНОЕ МАЛОСНЕЖЬЕ И ПЫЛЬНЫЕ БУРИ В ЗАВОЛЖСКО-УРАЛЬСКОМ РЕГИОНЕ ЗИМОЙ 2017-2018 ГОДОВ
ABNORMAL LOW SNOW COVER AND DUST STORM WITHIN ZAVOLZHSKO-URALSKY REGION THE WINTER 2017-2018
В.М. Павлейчик, Ю.А. Падалко
V.M. Pavleychik, Ju.A. Padalko
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт степи Уральского отделения Российской академии наук (ИС УрО РАН)
(Россия, 460000, г. Оренбург, ул. Пионерская, 11)
Institute of Steppe of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IS UB RAS)
(Russia, 460000, Orenburg, Pionerskaya Str., 11)
e-mail: orensteppe@mail.ru
Рассмотрены условия формирования аномального малоснежья и пыльно-снежной бури, наблюдавшейся в Заволжско-Уральском регионе в зимний период 2017-2018 гг. На основе анализа спутниковых изображений Terra MODIS и Landsat, полевого обследования выявлены ведущие факторы развития дефляционных очагов. Определено, что ветровому переносу подверглись частицы крупнопылеватой размерности и почвенные агрегаты из приповерхностного слоя почвы. Экстремально малая мощность снежного покрова стала причиной уничтожения посевов озимых культур, а в последующие периоды 2018 г. с высокой вероятностью следует ожидать ухудшения влагообеспеченности почв, крайней маловодности рек и проявления эколого-биологических трансформаций степных экосистем.
The conditions for the formation of anomalous natural phenomena - low snow and dust-snow storm, observed in the Zavolzhsko-Uralsky region in the winter period 2017-2018 are considered. Based on the analysis of Terra MODIS and Landsat satellite imagery and expedition survey, the leading factors in the development of wind erosion have been identified.
Зимний период 2017-2018 годов отличался поздним установлением снежного покрова для многих южных и центральных регионов европейской части России; вплоть до 20-х чисел января мощность снежного покрова в среднем составляла 5-10 см. В Заволжье и Южном Предуралье в январе складывалась аналогичная ситуация; снежный покров хотя и был повсеместно развит, но его мощность ко времени прохождения бури на большей части территории не превышала 5-7 см. В период с 20 по 26 января рассматриваемый регион находился на стыке двух атмосферных областей, различающихся существенной разностью атмосферного давления, в результате чего метеоусловия отличали постоянные порывистые ветры восточного и юго-восточного направлений. Максимальных значений сила ветра достигала 22-24 января (особенно в горных частях территории и на Общем Сырте) – 8-12 м/с с порывами до 20-23 м/с. Сочетание малоснежья и постоянного сильного и порывистого ветра привело к формированию пыльно-снежной бури, наблюдавшейся с 20 по 26 января. Следствием этой бури стало полное, либо частичное разрушение снежного покрова и выдувание приповерхностного слоя грунта, перенос и осаждение снежно-пылевой взвеси.
Пыльные бури обычно формируются преимущественно в засушливых районах при сочетании ряда природных и антропогенных факторов, в числе которых сильный ветер (более 15 м/сек), иссушенность и распыленность верхнего слоя почвы, отсутствие или слабое развитие растительного покрова, наличие обширных открытых пространств [1]. Продолжительность пыльных бурь может сильно варьировать от нескольких дней до нескольких месяцев в особо аномальные годы (1892, 1928, 1960, 1969) с охватом обширных регионов страны [2, 3]; из этих экстремально продолжительных и интенсивных, региональные бури 1892 и 1969 годов были зимними. Не вызывает сомнения, что одной из основных причин развития пыльных бурь стали антропогенные факторы (интенсивная распашка земель, чрезмерный выпас скота и др.). Интенсивность пыльных бурь и частота их образования в целом подчиняются природно-зональным закономерностям и региональным особенностям, связанным с составом почвообразующих пород и характером их сельскохозяйственного использования. Также отчетливо выражены сезонные закономерности их развития с явным преобладанием таких бурь в весенне-летний период; пыльные бури в зимний период – достаточно редкое явление [4].
Таким образом, вплоть до конца февраля на территории обширного региона, охватывающего возвышенную часть Заволжья, Южное Предуралье и Северный Прикаспий, наблюдалось нехарактерное и аномальное по интенсивности малоснежье. На фоне малоснежья в конце января развивалось уникальное метеорологическое явление, ранее не отмечавшееся для региона – продолжительная пыльно-снежная буря. Нехарактерность такого состояния снежного покрова практически на протяжении всего зимнего периода 2017-2018 гг. несомненно представляет собой интерес для корректировки долгосрочных прогнозов в условиях изменения климата и усиления его аномальности, для изучения экономических и экологических последствий, а также для выработки практических мер по снижению тяжести негативного воздействия.
Анализ состояния снежного покрова проводился на основе данных спутниковой съемки и последующей верификации полученных результатов по ключевым участкам во время полевых выездов. В исследовании использованы разновременные спутниковые снимки спектрорадиометра MODIS с космических аппаратов Terra и Aqua на сцену площадью 221,4 тыс. км2. Выбор этого источника данных позволил охватить обширную территорию и подобрать снимки за даты, наиболее близкие в периоду проявления пыльно-снежной бури (13.01.2018 г. и 28.01.2018 г.), что, в условиях часто наблюдавшейся облачности, дало возможность с максимальной достоверностью оценить последствия этого явления. При помощи программного обеспечения ENVI проведена классификация территории по состоянию снежного покрова. На основе данных снимков Landsat (сцена LC08_L1TP_166024_20180131) рассмотрены особенности механического переноса для центральной части рассматриваемой территории. В ходе натурных наблюдений визуально оценивалось состояние снежного покрова (глубина, степень покрытия, характер залегания) на различных типах угодий. Производилось GPS позиционирование и фотофиксация, определялся тип угодья, оценивалось общее состояние растительного покрова (на пахотных угодьях – наличие стерневых остатков и ростков озимых культур), особенности переноса снега вблизи защитных лесонасаждений. В качестве источника метеоданных приняты доступные сведения с интернет-ресурсов, использующих российские и международные базы данных. Для оценки состава механических частиц и их массы были отобраны 3 пробы верхнего слоя снега с площади 1,0 м2, представляющих особенности переноса в различных условиях. Отобранные пробы были отфильтрованы, содержащиеся примеси высушены и взвешены при комнатной температуре (выполнено Д.А. Грудининым). Размерность перенесенных частиц и наличие минерально-гумусных агрегатов оценивались на основе изображений, полученных посредством оптического микроскопа.
Проведенные исследования позволили выявить некоторые закономерности развития как малоснежья, так и интенсивности последствий пыльно-снежной бури.
1) Позднему формированию и незначительной мощности снежного покрова способствовало сочетание двух факторов – незначительное количество осадков, начиная с ноября 2017 г., и серия оттепелей, разрушавших временно установившийся покров. Таким образом, малоснежье на рассматриваемой территории сформировалось на фоне общих макрорегиональных погодно-климатических особенностей и в результате серии оттепелей.
2) Выявлено, что прослеживается отчетливая пространственная взаимосвязь между характером последствий и физико-географической, ландшафтно-типологической и широтно-зональной структурой рассматриваемого региона (рис. 1).
Рисунок 1. Состояние снежного покрова на 28.01.2018 г. в составе ландшафтных районов
1 – границы районов; 2 – лесопокрытые территории; 3 – состояние снежного покрова (а – полностью лишенные снежного покрова, б – с фрагментарным снежным покровом, в – с интенсивно покрытым пылью снегом, либо маломощным (не более 2-3 см) покровом с «просвечивающейся» травянистой растительностью, г – с устойчивым снежным покровом без наносов пыли); 4 – долевое распределение площадей участков с различным состоянием снежного покрова.
Ландшафтные области и провинции: А – Южный Урал; Б – Южное Предуралье; В – Волго-Уральское междуречье; Г – Прикаспий. Районы: 1 – Южно-Уральский предгорный; 2 – Южно-Предуральский; 3 – Урало-Сакмарский; 4 – Уральский левобережный; 5 – Урало-Илекский; 6 – Актюбинско-Предуральский; 7 – Илекско-Утвинский; 8 – Северо-Прикаспийский; 9 – Бугульминско-Белебеевский; 10 – Прибельский; 11 – Западно-Сыртовский; 12 – Центрально-Сыртовский; 13 – Юго-Восточный Сыртовский; 14 – Южно-Сыртовский (Уральский правобережный).
3) Установлено, что ведущими факторами развития дефляционных процессов стало отсутствие, либо недостаточная развитость растительного покрова, определяющего такое важное для формирования и сохранения снежного покрова свойство поверхности, как «шероховатость». Выявлено, что наиболее интенсивной дефляции подверглись участки: а) земледельческого освоения – поля, засеянные озимыми культурами, либо вспаханные под осень; б) обширные гари поздне-летних и осенних степных пожаров в южной (сухостепной) части рассматриваемого региона [5, 6].
Бесснежные участки также отмечались локально на выпуклых и возвышенных формах и перегибах рельефа, в пределах населенных пунктов, на сбитых участках пастбищных угодий.
4) Выявлено, что в составе переносимой взвеси преобладали крупнопылеватые частицы (диапазон 0,01-0,05 мм). Весовые значения проб отчетливо отражают особенности выпадения механических частиц в зависимости удаленности места отбора проб от источников пылевых взвесей. На удалении 2 км количество осажденной взвеси составило 30,8 г/м2, 10-15 км – 10,4 г/м2, 25-30 км – 3,4 г/м2. Основываясь на полученных данных и натурного определения морфометрических параметров снежно-пылевых наносов примерная масса локального осаждения вблизи полезащитных насаждений оценивается нами в 3-5 кг/м2. Исходя из данных по наиболее удаленной точке отбора за достоверно подтвержденное расстояние переноса можно принимать как минимум 20-35 км.
5) Прямым следствием разрушения снежного покрова в последующие периоды стал фрагментарный характер его развития и осаждение почвенно-грунтовых частиц на поверхности снега прилегающих и удаленных территорий. Слабая отражательная способность таких поверхностей привела к существенному протаиванию снега на сохранившихся заснеженных участках. По нашим наблюдениям, мощность снежного покрова на наиболее загрязненных участках за неделю сократилась в среднем на 1-2 см, сформировав на поверхности черноземовидный слой толщиной 2-4 мм и более, а сама поверхность снега приобрела ячеистый характер. Активное сокращение высоты снежного покрова под воздействием этих факторов подтверждается данными метеонаблюдений.
6) Снежный покрова является основным регулятором температуры поверхности и глубины промерзания почвенного профиля, следовательно малоснежье, усугубившееся вследствие развития пыльно-снежной бури, несомненно имеет негативные экологические и экономические последствия. Обследование отдельных полей подтвердило полное уничтожение посевов озимых зерновых культур, что отмечается и официальными данными [7]. Усиленное промерзание почвенного профиля потенциально могло вызвать угнетение и гибель древесно-кустарниковых культур. В связи с аномально низкими показателями влагозапасов в снеге с большой долей вероятности следует ожидать в дальнейшем наступление периода экстремального маловодья, особенно для малых и средних рек, водосборные площади которых совпали с районами интенсивного разрушения снежного покрова. Таким образом, региональное малоснежье может привести к проблемам обеспечения водными ресурсами и регулирования речного стока, а также к неблагоприятным экологическим последствиям. Как отмечал А.Н. Формозов еще в середине прошлого века [8], мощность и состояние снежного покрова являются одним из наиболее значимых факторов, определяющих условия перезимовки многих видов биоты. Так, для степных регионов в условиях малоснежья и глубокого промерзания почвы зимой 1935-1936 гг. автором указывалось вымерзание кубышек саранчовых, что послужило причиной снижения численности популяций различных групп и видов биоты, для которых саранчовые являются основой питания в теплый период. Этот пример показывает, насколько значимыми и долговременными могут быть экологические последствия рассматриваемого аномального малоснежья для биотических компонентов степных экосистем.
Погодные условия и характер залегания снежного покрова зимой 2017-2018 гг. выглядят крайне аномальными на фоне многолетнего растущего тренда зимних осадков, но вполне объяснимыми исходя из тенденции роста числа и продолжительности зимних оттепелей [9]. Изучение факторов и закономерностей развития малоснежья и зимних пыльных бурь дает возможность для формирования комплексного представления о потенциальных экологических и экономических последствиях аномальных погодно-климатических условий, а также для выявления тенденций развития степных экосистем, прогнозирования ущерба и разработки мероприятий по оптимизации природопользования.
Исследование выполнено в рамках тем, выполняемых в ИС УрО РАН (№АААА-А18-118011690034-6 и №АААА-А17-117012610022-5, ЦИТИС).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: