Dynamics of main climatic indicators and their influence on erosion processes in central part of Rostov region

Full Text

Введение

Ростовская область находится в южной части Восточно-­Европейской равнины и частично в Северо-­Кавказском регионе, занимая обширную территорию в речном бассейне Нижнего Дона. По характеру поверхности территория области представляет собой равнину, расчлененную долинами рек и балками. Максимальная высота над уровнем моря — 253 м. С севера на территорию области заходит Среднерусская возвышенность, на западе вклинивается восточная часть Донецкого кряжа, в юго-восточной части области возвышаются Сальско-­Манычская гряда и Ергени. Область имеет благоприятный умеренно-­континентальный климат, смягченный близостью Азовского и Черного морей. Средняя температура воздуха: –7 °C в январе, +23 °C в июле. Продолжительность солнечного сияния равна 2050…2150 часам в год. С июня по сентябрь среднемесячные показатели продолжительности солнечного сияния в Ростове-на-­Дону и Сочи мало отличаются друг от друга. Среднегодовое количество осадков составляет 424 мм. Выпадают преимущественно на атмосферных фронтах циклонов. Их количество уменьшается в направлении с запада (650 мм) на восток (до 400 мм) [1] ¹.

Как отмечает ряд исследователей [2–8], в последние два десятилетия в Ростовской области наметились определенные подвижки в изменении климата, связанные в первую очередь с усилением его континентальности.

Согласно данным [9], среднегодовая температура воздуха по Ростовской области за период 2016–2020 гг. была выше нормы и составляла от 10,1 до 11,1 °С. Наиболее теплым был 2020 г., который характеризовался преобладанием теплой погоды и дефицитом осадков, за исключением февраля с обильными осадками и относительно холодных по температурному режиму апреля, мая и декабря.

Годовое количество осадков на территории Ростовской области за период 2016–2020 гг. составляло от 391 до 594 мм. Наименьшее количество осадков в среднем по области выпало в 2020 г. (391 мм — 77 % нормы), наибольшее — в 2016 г. (594 мм — 117 % нормы). Близкие к норме осадки выпали в 2017 и 2018 гг.

Как отмечает Е.В. Полуэктов, одна из особенностей поверхностного стока в холодный период года на юге Европейской территории России — климат, характеризующийся мягкими по температурному режиму зимами, неустойчивостью снежного покрова, который может за зимние месяцы несколько раз формироваться и таять, и выпадением жидких осадков [10].

Среди климатических факторов, способствующих формированию стока талых вод, основными являются мощность и распределение снежного покрова, промерзание и оттаивание почвы, температура воздуха. Интенсивность и продолжительность снеготаяния незначительно сказываются на величине стока, большее значение приобретает водонасыщенность перед снеготаянием [5].

Изменения основных климатических показателей — увеличение температуры и количества выпадающих осадков — отражаются на величине стока талых вод — основной составляющей в развитии эрозионных процессов.

Цель исследования состояла в изучении воздействия климатических факторов на формирование стока талых вод, а также в установлении изменений показателей стока с пашни различной степени уплотненности в Центральной части Ростовской области.

Материалы и методы исследования

В исследованиях использованы многолетние климатические показатели по метеостанции г. Ростова-на-­Дону (гидрометеорологическая обсерватория (ГМО)): за период 1881–1980 гг. взяты из справочника ², за период 1981–2020 гг., а также температура воздуха и осадки по месяцам и годам (Ростов-на-­Дону, Ростовская область, Россия) — по данным сайта «Погода и климат» ³. Запасы воды в снеге, сток талых вод с рыхлой и уплотненной пашни за период 1981–2020 гг. определялись рядом ученых, в т. ч. и автором данного исследования [11–15]. Математическая обработка результатов полевых исследований осуществлялась общепринятыми статистическими методами.

Результаты исследования и обсуждение

Климатические данные c октября по март за период 1881–1980 гг. приведены в табл. 1. Согласно ГОСТ 30494–2011⁴ период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха, равной +10 °C и ниже, можно считать холодным периодом года.

Сравнительный анализ данных табл. 1 и 2 выявил, что показатели холодного периода 1981–2020 гг. намного выше, чем аналогичные показатели 1881–1980 гг. Наибольшее расхождение замечено в средней температуре, так в 40-летнем периоде его величина составила 1,5 °C, а за 100-летний — всего лишь –0,1 °C. Отмечено повышение температуры в декабре — феврале с –4,4 до –2,3 °C, т. е. в 2 раза, что очень существенно, как известно, температура воздуха холодного периода оказывает значительное влияние на образование талого стока. В то же время отмечено увеличение количества осадков за 100-летний период: в целом за октябрь — март и декабрь — февраль до 169 и 134 мм соответственно.

Таблица 1. Климатические условия за октябрь — март 1881–1980 гг. (данные метеостанции г. Ростов-на-­Дону, ГМО)

Показатель	Месяц						Среднее	Сумма
	Октябрь	Ноябрь	Декабрь	Январь	Февраль	Март
Средняя температура, °C	9,2	2,5	–2,6	–5,7	–4,8	0,6	–0,1
Количество осадков, мм	43	48	56	40	38	37		262
Средняя температура за декабрь – ­февраль, °C							–4,4
Сумма осадков за декабрь — февраль, мм								134

Table 1. Сlimatic conditions in October — March 1881–1980 (Data from the Rostov-on-­Don weather station, HMO)

Indicator	Month						Average	Amount
	Oct	Nov	Dec	Jan	Feb	Mar
Average temperature, °C	9.2	2.5	–2.6	–5.7	–4.8	0.6	–0.1
Precipitation, mm	43	48	56	40	38	37		262
Dec — Feb average temperature, °C							–4.4
Dec —­ Feb precipitation, mm								134

Аналогичные данные за период 1981–2020 гг. приведены в табл. 2.

Таблица 2. Климатические условия за октябрь — март 1981–2022 гг. (данные метеостанции г. Ростов на Дону, ГМО)

Показатель	Месяц						Среднее	Сумма
	Октябрь	Ноябрь	Декабрь	Январь	Февраль	Март
Средняя температура, °C	10,1	3,1	–1,3	–2,9	–2,6	2,5	1,5
Количество осадков, мм	42	49	61	59	49	47		307
Средняя температура за декабрь — февраль, °C							–2,3
Сумма осадков за декабрь — ­февраль, мм								169

Table 2. Сlimatic conditions in October — ­March 1981–2022 (Data from the Rostov-on-­Don weather station, HMO)

Indicator	Month						Average	Amount
	Oct	Nov	Dec	Jan	Feb	Mar
Average temperature, °C	10.1	3.1	–1.3	–2.9	–2.6	2.5	1.5
Precipitation, мм	42	49	61	59	49	47		307
Dec —­ Feb average temperature, °C							–2.3
Dec —­ Feb precipitation, мм								169

Наиболее полно произошедшие изменения отображают рис. 1 и 2.

Рис. 1. Среднемесячная температура воздуха за холодный период года
Источник: выполнено Д.П. Сидаренко

Fig. 1. Average monthly temperature for the cold period of the year
Source: created by D.P. Sidarenko

Рис. 2. Среднемесячное количество осадков за холодный период года
Источник: выполнено Д.П. Сидаренко

Fig. 2. Average monthly precipitation for the cold period of the year
Source: created by D.P. Sidarenko

Судя по рис. 1 и 2, кривые по температурам воздуха не пересекают и не повторяют друг друга за весь холодный период, аналогичная закономерность за декабрь — март наблюдается и по кривым, отображающим среднее количество осадков. Но на участке с октября по ­ноябрь эти кривые пересекают и копируют друг друга. Как известно, количество осадков, выпавших в период «предзимья» — с середины октября до 15–20 декабря, имеет значительное влияние на образование талого стока.

Для получения более полной картины период времени 1981–2020 гг. был изучен более детально и разбит на 2 части: 1981–2000 гг. и 2001–2020 гг. (табл. 3). Кроме того, по выделенным периодам имеются данные, полученные рядом ученых [11, 12] по каждому году по запасам воды в снеге, величине стока талых вод с рыхлой и уплотненной пашне (табл. 4).

Таблица 3. Климатические условия за октябрь — март 1981–2000 гг. и 2001–2020 гг. (данные метеостанции г. Ростов-на-­Дону, ГМО)

Показатель	Период, гг.
	1981–2000	2001–2020
Средняя температура, °C
Октябрь	9,9	10,4
Ноябрь	2,2	4,0
Декабрь	–1,6	–0,9
Январь	–2,9	–2,8
Февраль	–3,0	–2,1
Март	1,9	3,1
Средняя температура за октябрь — ­февраль, °C	1,1	2,0
Количество осадков, мм
Октябрь	34,7	49,6
Ноябрь	47,4	51,2
Декабрь	68,0	54,4
Январь	53,7	63,9
Февраль	47,1	50,6
Март	41,2	52,7
Средняя сумма осадков за октябрь — ­февраль, мм	292,1	322,3
Средняя мощность снежного покрова, см
Октябрь	10,5	7,7
Ноябрь	6,1	13,6
Декабрь	11,8	17,1
Январь	14,6	15,9
Февраль	14,2	10,6
Март	14,3	13,0
Средняя мощность снежного покрова за октябрь — ­февраль, см	11,9	13,0

Тable 3. Climatic conditions in October — March 1981–2000; 2001–2020 (Data from the Rostov-on-­Don weather station, HMO)

Indicator	Рeriod
	1981–2000	2001–2020
Average temperature, °C
October	9.9	10.4
November	2.2	4.0
December	–1.6	–0.9
January	–2.9	–2.8
February	–3.0	–2.1
March	1.9	3.1
Oct — Feb average temperature, °C	1.1	2.0
Amount precipitation, mm
October	34.7	49.6
November	47.4	51.2
December	68.0	54.4
January	53.7	63.9
February	47.1	50.6
March	41.2	52.7
Oct — Feb average precipitation, mm	292.1	322.3
Average snow height, cm
October	10.5	7.7
November	6.1	13.6
Decembr	11.8	17.1
January	14.6	15.9
February	14.2	10.6
March	14.3	13.0
Average snow height in Оct — Feb, cm	11.9	13.0

Как видно из табл. 3, разница температур воздуха за 2001–2020 гг. и 1981–2000 гг. составляет +0,9 °C, а различие по температурам воздуха за декабрь —­ февраль — +0,6 °C, на фоне этого отмечается увеличение количества осадков с 291,1 до 322,3 мм в целом за холодный период. Крайне интересные данные получены по мощности снежного покрова. Анализ многолетних данных выявил, что самые ранние сроки выпадения снега отмечены в октябре 1991 и 1999 гг., во втором анализируемом периоде снег в октябре месяце не выпадал. Высота снега в среднем за период составила: 1981–2000 гг. — 13,5; 2001–2020 гг. — 13,0 см, т. е. в целом за холодный период по анализируемым двум двадцатилетним отрезкам времени практически не отличалась.

Значение слоя стока при таянии снега обусловлено рядом факторов, к которым можно отнести:

– изменяющиеся (погодные условия, среди которых решающее место имеют периоды формирования оттепелей, чередующиеся с холодными морозными периодами). Данная смена снижает способность почвы впитывать образующуюся талую воду вследствие ухудшения ее водопоглощающей способности;

– постоянные, способные усугублять совместное влияние погодных условий. В первую очередь сюда следует отнести, показатели, характеризующие рельеф местности, а именно уклон, экспозиция и тип склона, а также сочетание рыхлой и уплотненной пашни, наличие стокорегулирующих лесных полос и пастбищных массивов. Перечисленные факторы в той или иной мере вызывают аккумуляцию и регулирование образовавшихся от снега талых вод.

Показатели стока талых вод в период 1981–2020 гг. существенно варьировали, что обусловлено изменением запасов воды в снеге. Данный фактор в сочетании с увлажнением почвы в период снеготаяния и рядом постоянных и изменяющихся факторов является одним из решающих.

Таблица 4. Величина стока талых вод с пашни различной степени уплотненности (1981–2020 гг.)

Периоды, гг.	Рыхлая пашня			Уплотненная пашня
	Запас воды в снеге, мм	Сток, мм	Коэффициент стока	Запас воды в снеге, мм	Сток, мм	Коэффициент стока
1981–2000	54,2	6,1	0,07	61,2	19,1	0,27
2001–2020	31,1	2,8	0,09	35,9	5,6	0,16

Тable 4. Amount of meltwater runoff from arable land of different degrees of compaction (1981–2020)

Periods	Loose soil			Compacted soil
	Water content in snow, mm	Runoff, mm	Runoff coefficient	Water content in snow, mm	Runoff, mm	Runoff coefficient
1981–2000	54.2	6.1	0.07	61.2	19.1	0.27
2001–2020	31.1	2.8	0.09	35.9	5.6	0.16

Согласно табл. 4 во втором двадцатилетии показатели стока значительно снизились. Так величина стока талых вод с рыхлой пашни с 6,1 мм за период 1981–2000 гг. уменьшилась до 2,8 мм за период 2001–2020 гг., существенно сократились и запасы воды в снеге. Аналогичная закономерность наблюдалась и на уплотненной пашне.

Математическая обработка многолетних данных выявила зависимость между запасами воды в снеге и величиной стока, но за период 1981–2000 гг. значение коэффициента корреляции r на рыхлой пашне составило 0,3, а на уплотненной — 0,7. Совершенно иная ситуация сложилась в 2001–2020 гг.: коэффициенты корреляции в этот период составили 0,8 и 0,9 соответственно. Такие высокие значения свидетельствуют о тесной зависимости между этими двумя показателями. Следует отметить: за период 1981–2000 гг. сток формировался на рыхлой пашне 4 года из 20 лет, на уплотненной — 15 из 20, а за период 2001–2020 гг. — 5 из 20 и 8 из 20 лет соответственно. Т.е. на рыхлой пашне вероятность формирования стока в двух периодах практически не изменилась, а на уплотненной вероятность формирования стока сократилась более чем в 2 раза.

Заключение

Анализ изменения основных климатических показателей выявил значительное увеличение температуры воздуха холодного периода и количества осадков за последние 40 лет. На фоне этого наблюдалось уменьшение запасов воды в снеге — одной из основных составляющих величины стока, формирующегося от талых вод, и как следствие, существенное сокращение стока. К таким результатам могли привести, как потепление климата на изучаемой территории, так и благоприятное влияние комплекса противоэрозионных мероприятий, заложенных в 1970-х гг.

 

^{1 Географическое положение // Официальный портал Правительства Ростовской области. Режим доступа: https://www.donland.ru/activity/146/ Дата обращения: 03.01.2021.}

^{2 Научно-­прикладной справочник по климату СССР. Выпуск 13. Волгоградская, Ростовская, Астраханская области, Краснодарский, Ставропольский края, Калмыцкая, Кабардино-­Балкарская, Чечено-­Ингушская, Северо-­Осетинская АССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 724 с.}

^{3 Архив погоды // Погода и климат. Режим доступа: http://www.pogodaiklimat.ru/archive.php Дата обращения: 03.01.2021.}

^{4 ГОСТ 30494–2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. Введ. в действие 12.07.2012. 11 с.}

About the authors

Dmitry P. Sidarenko

Russian Research Institute of Problems of Land Reclamation

Author for correspondence.
Email: sidarenko1@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3273-6499
SPIN-code: 6030-5930

Candidate of Agricultural Sciences, Researcher, Department of Agricultural Land Reclamation

190 Baklanovsky ave., Rostov region, Novocherkassk, 346421, Russian Federation

References

Supplementary files