Микроклиматическая изменчивость термических ресурсов вегетационного периода на южном берегу Крыма

У средних значений температуры на микропунктах 1-12 (табл. 2) статистическая структура рядов, построенных по хорологическому принципу отдельно для каждого месяца каждого из трех лет измерений, более сглаженная, чем у хронологического ряда многолетних наблюдений метеостанции. Наиболее заметной пространственная изменчивость термических характеристик была в июне 1982 г. (D = 1,16, у = 1,08) и в октябре 1983 г. (D = 1,07, у = 1,03), наименее выраженной - в апреле и мае 1981 г. (D = 0,14, у = 0,37). Если в один хорологический ряд объединить, утроив его длину, средние температуры на микропунктах за одноименные месяцы 1981, 1982 и 1983 гг., дисперсия, конечно, увеличится из-за несходства атмосферных процессов, формировавших погоду того либо другого года. В таких рядах средние квадратические отклонения у достигают следующих значений: в апреле 1,39, в мае 1,44, в июне, июле и августе, соответственно, 1,31, 1,26 и 1,00, а в сентябре и октябре 1,28 и 1,77. Но и они, как видим, также в любой месяц не превышают аналогичный параметр 59-летнего хронологического ряда (табл. 1).

Чтобы получить репрезентативную оценку средних значений температуры в местах наблюдений, надо сделать приведение коротких метеорологических рядов к многолетнему ряду опорной станции [12], однако подобная задача выходит за рамки настоящей публикации и должна решаться по мере дальнейшего подведения итогов исследования. В то же время, сравнение температуры одинаковых месяцев в разные годы (табл. 2) подтверждает, что ее изменения на всей площади НБС происходят вполне согласованно, с сохранением общих для 1981, 1982 и 1983 гг. тенденций. Следовательно, такой объем массива микроклиматических материалов позволяет достоверно отразить конфигурацию термического поля, формирующуюся под влиянием характерных для ЮБК климатообразующих факторов (рис.).

Согласованность колебаний температуры во всех частях НБС, данные из которых не являются независимыми, вполне убедительно сообразуется с достоверными расхождениями между ее средними разностями. В последнем случае попарно сравниваются для каждого временнуго интервала значения метеорологической величины, измеренной в соседних либо удаленных точках. При расчете t-критерия Стьюдента, говорящего насколько существенны расхождения участков (пунктов наблюдений) по термическим условиям, используем помещенные в табл. 2 сведения о среднемесячных температурах. Для всех микропунктов, кроме набережной (п. 12), нуль-гипотеза о несущественности средней разности с температурой на метеостанции (п. 2) отвергается с высоким уровнем вероятности Р: от 85 до 99%.

Низкий уровень значимости различий между п. 2 и п. 12 (Р ? 60%) находится в явном несоответствии с очевидным фактом неодинаковости локальных метеорологических процессов, формирующих микроклимат в этих местоположениях. Противоречие устраняется при рассмотрении теплого периода не целиком, а по частям, когда сопоставляются не среднемесячные, а объединенные за три года декадные температуры отдельных одноименных месяцев. Так, в мае t-критерий для названной пары пунктов равен 1,75 (что при ряде длиной в 9 декад соответствует уровню значимости различий р = 0,13, или вероятности Р = 87%), а в октябре t = 5,64 при р = 0,01. Температурные различия, присущие центральным месяцам лета, удается выявить только после дальнейшей хронологической дифференциации рядов. По ежедневным данным за три года, в июле средняя разность температуры между п. 2 и п. 12 существенна на уровне р = 0,03 (t = 2,28 при длине ряда n = 93 дня).

Описанные отличия статистической структуры метеорологического ряда пункта 12 Набережная определяются приморским положением последнего. Термический режим в пляжной зоне и в прибрежной полосе до высоты примерно 40 - 80 м зависит от разности между температурами моря и атмосферного воздуха, знак которой иногда меняется за несколько часов. Так же может измениться и знак разности между температурой в п. 12 и в п. 2. Результатом является то, что в среднемесячном выводе, сглаживающем особенности отдельных суток, мы видим: после марта, когда вполне четко на ЮБК сохраняется нормальное падение температуры по вертикали [6], в апреле и мае в приморском поясе распределение температуры - малоградиентное, близкое к изотермическому (табл. 2). Такая картина обусловлена нагревающим влиянием моря до середины апреля и охлаждающим его воздействием после этого срока, примерно соответствующего времени прогревания морской воды до 9,0 - 9,5⁰ [1] и переходу температуры воздуха через 10⁰ (табл.3).

Летом поле среднемесячных температур (табл. 2) тоже размыто вплоть до высотных отметок 200 - 250 м, но изотермичность носит иной характер, с закономерными ее нарушениями в отдельные часы дня и ночи. Она проявляется как итог осреднения измерений, выполненных в разное время суток, и связана с бризовой циркуляцией, перемешивающей воздух. Утром, до развития бризов, распределение температур бывает довольно контрастным. В околополуденные сроки в июле и августе под охлаждающим влиянием моря формируется инверсионная конфигурация термического поля с вертикальным градиентом, достигающим приблизительно -0,7⁰/100 м. Заметим, что в течение этих двух месяцев темп годового хода температуры снижен, каждый из них с примерно равной вероятностью может оказаться самым теплым в году.

Анализ материалов наблюдений метеостанции Никитский Сад за все годы ее работы позволяет судить, что по среднемесячным температурам в 53% лет теплее бывает июль, а в 47% - август. Если не принимать во внимание случаи небольших - до 0,2⁰ - различий между ними (такие годы составляют 9%), расхождение еще уменьшится (47% лет с более высокой температурой июля и 44% - августа).

Таблица 3 Даты перехода температуры воздуха через 10 ⁰, продолжительность периода и суммы активной температуры за сезон вегетации на территории Никитского ботанического сада в пунктах микроклиматических измерений (прочерк означает пропуск наблюдений)

Своеобразно сказывается на термическом режиме влияние парковых насаждений, зависящее от типа погоды и времени суток. Анализ непрерывных круглосуточных записей термографов, установленных среди сравнительно небольших деревьев плодового сада и под кронами высоких растений арборетума НБС, позволил нам [6] отметить явление, обычно не замечаемое при эпизодических наблюдениях: в слабо вентилируемых густых посадках летняя дневная температура воздуха может быть не ниже, а на 2⁰ - 4⁰ выше, чем на открытом месте. Это вовсе не аномальный феномен, а редко вспоминаемая уже описанная для Ташкента [2] фитоклиматическая ситуация. Возможно, она складывается именно в южных районах, причем только в старых древостоях.

На ЮБК во всех ландшафтных положениях изменчивость сроков начала и окончания сезона активной вегетации от года к году хорошо выражена (табл. 3), но средние за 1981 - 1983 гг. даты близки к многолетней норме, особенно весной, о чем можно судить по табл. 4, составленной на основе опубликованной [19] информации станций, действовавших в прежние годы в окрестностях НБС.

Таблица 4 Приведенные к многолетнему ряду даты перехода температуры воздуха через 10 ⁰, продолжительность периода и суммы активной температуры за сезон вегетации на соседних с НБС метеостанциях по данным климатологического справочника [19]

Наши наблюдения подтверждают, что на верхней границе ЮБК, проводимой географами [15] примерно по изогипсе 300 м, устойчивый переход температуры через 10⁰ весной происходит не более чем через одну - полторы недели после прибрежной полосы. Осенью последовательность смены дат перехода в зависимости от высоты над уровнем моря прямо противоположная (табл. 3, 4). В парке Монтедор, несмотря на его приморское положение (18 м н.у.м.), котловинообразность рельефа приводит к сокращению сроков вегетации до значений, свойственных высотному поясу 200 - 250 и более метров над уровнем моря (пункты Метеостанция и Никита).

Таблица 5 Вероятность (%) достижения агроклиматологическими показателями теплообеспеченности значений, отмечавшихся в 1981 - 1983 гг., и средних за эти три года (для периода с температурой выше 10⁰)*. Метеостанция Никитский Сад.

* Слева от косой черты указана вероятность относительно климатологической нормы приведенного ряда, правее черты - относительно нормы фактического 59-летнего ряда.

Пространственная изменчивость в границах НБС термической емкости сезона активной вегетации наглядно представлена на рисунке.

Накопление сумм температуры зависит не только от числа дней в учетном периоде, но и от уровня, на котором она держалась в центральные месяцы лета, то есть от его термической напряженности. Например, в 1982 г. теплообеспеченность была намного ниже (табл. 3), чем в 1981 г., отличавшемся прохладной весной и меньшей продолжительностью активной вегетации, но жаркими июлем и августом (табл. 1). В итоге оказывается, что соотношения между основными параметрами теплообеспеченности (датами перехода и суммой температуры), взятые за отдельные сезоны, нестабильны при сопоставлении соседних лет. Этот разнобой сглаживается после осреднения за достаточно длительный срок. В нашем случае в силу сложившейся последовательности погодных условий 1981 - 1983 гг. получилось, что среднее за всего лишь три года (табл. 3) значение термической емкости мало отличается от многолетней нормы, равной на агрометеостанции 3660⁰ для приведенного ряда [19] и 3718⁰ для фактического 59-летнего. Важно подчеркнуть, что как авторами справочника [19], так и нами применен метод построения гистограмм по многолетним средним температурам, а не подсчет средней из ежегодных сумм. Несовпадение норм (весьма небольшое - около 2%) возникло объективно из-за отличий температуры, вычисленной для двух рядов (табл. 1).

Количественной мерой отклонения показателей конкретного сезона от климатологических может служить статистическая обеспеченность сложившегося в определенном году уровня этих параметров. Она рассчитана для опорного пункта микроклиматической сети (п.2 Метеостанция) по методике А.Н. Лебедева [10] и приводятся в табл. 5.

Содержание последней таблицы требует некоторых пояснений. Как о весенних, так и об осенних датах перехода здесь сообщается, насколько часто (в каком проценте лет) это событие происходит в те сроки, которые наблюдались в данном году (табл. 3), или раньше них. Далее приводится вероятность того, что число дней будет таким же, как за соответствующий период вегетации, или большим. Для температурных сумм дается обеспеченность значения, равного зафиксированному в этом году, или большего. В нижней строке табл. 5 указываются вероятности для средних за три года показателей (табл. 3), а не среднеарифметическое значение вероятностей за 1981, 1982 и 1983 гг.

Эти годы заметно отличаются друг от друга по всем характеристикам теплообеспеченности (табл. 5), что особенно заметно в период подъема температуры. Весенний ее переход через 10⁰ ранее 7 апреля, как в 1983 г. (табл. 3, п. Метеостанция) - явление редкое, случается один раз в 8 - 12 лет (табл. 5), а наступление вегетации к 24 апреля (табл. 3, 1981 г.) обеспечено на 90 - 93%, или в девяти годах из десяти, и только в 10% лет происходит позже этой даты (табл. 5, 1981 г.). Такие контрастные сезоны, следующие почти подряд, тем не менее, дали после осреднения близкие к климатической норме агрометеорологические показатели (табл. 5, нижняя строка). Средние многолетние величины имеют, как известно, обеспеченность 50%, и отклонения от нее до ± 10% можно считать несущественными.

Из табл. 5 и всего сказанного выше следует вполне определенный статистически подтвержденный вывод: карту теплообеспеченности территории НБС, построенную по данным микроклиматических наблюдений 1981 - 1983 гг. (рис.), можно рассматривать в качестве достаточно точного приближения к картине, которая получилась бы на основе приведенных к многолетнему периоду величин. Исходя из этого мы можем сделать заключение о термических ресурсах территории НБС и об общих для всего ЮБК микроклиматических закономерностях, определяющих конфигурацию температурного поля в теплое время года.

Наиболее обеспечены теплом приморские юго-западные склоны умеренной и значительной крутизны. В НБС это склон хребта Мартьян, на котором расположены Приморский парк и насаждения граната, маслины, зизифуса; термическая емкость вегетационного периода от 3700⁰ до 3800⁰. В западном мезоклиматическом районе ЮБК эти суммы, с учетом данных [19] и табл. 4, на 150 - 250⁰ больше. Почти такими же теплыми являются южные склоны любой крутизны. Полоса, ограниченная изотермами 3600⁰ и 3700⁰ (рис.) охватывает парк Монтедор и через тепличный комплекс, коллекцию инжира (сейчас часть этого участка отведена под посадки фейхоа), плодовые сады ПЭХ (кварталы V, VIII, IX, X, XXII) простирается мимо жилого массива и агрометеостанции, где меняет направление и уходит на восток вдоль въездной дороги в НБС.

На это изменение изгиба изолиний надо обратить внимание как на проявление признаков превалирования мезоклиматического влияния над процессами, формирующими микроклимат приморской зоны ЮБК. Изотермы 3400⁰ и 3300⁰, проходящие в субширотном направлении на отметках 250 - 300 м н.у.м. (вне границ НБС и за рамкой помещенного здесь рисунка), уже довольно четко отражают вертикальную климатическую поясность, свойственную горным массивам.

Нижний и Верхний парки НБС, бульшая часть плодовых насаждений ПЭХ, включая участок Темиз-Су, имеют теплообеспеченность от 3500⁰ до 3600⁰. Наименьшей термической емкостью отличаются верховья и средняя часть балки Темиз-Су (Чёртовой) - менее 3300⁰ на высоте 200 м н.у.м., то есть на 300⁰ меньше, чем на опорной метеостанции, которая находится на том же уровне.

Характерно, что в приморском поясе ниже 250 м н.у.м. изолинии сумм температуры направлены не вдоль береговой линии и не параллельно изогипсам, а, напротив, секут последние под углом, близким к прямому (рис.). В средней части приморской полосы НБС вырисовывается при этом гребень тепла, а очаг холода приурочен к Чертовой балке.

Наиболее важным является вывод, что верхнюю границу той зоны ЮБК, которая имеет климат с признаками субтропичности (в большинстве публикаций он прямо именуется субтропическим), надо проводить на высоте не 300 - 400 м н.у.м. [5, 15], а на 100 - 150 м ниже. Делая такое утверждение, мы исходим из принципа последовательного соблюдения общепринятых агроклиматических критериев субтропичности при определении границ природно-сельскохозяйственных районов. Смягчение этих критериев при «расширительном» подходе не основано на закономерностях климатогенеза, а применяется по соображениям хозяйственно-экономической целесообразности и обусловлено успехами селекции и агротехники, позволяющими выращивать теплолюбивые культуры в местах, ранее для этого не пригодных. Для теплого периода года биологически обоснованным пределом термической емкости в субтропических районах является сумма активных температур выше 10⁰, равная 3500⁰ [18]. Такое ее значение в условиях ЮБК отмечается на высотах не более 250 м (рис.).

На том же уровне проходит определяемая зимними условиями (минимальной температурой) граница субтропической полосы [3], происходит отмеченное выше изменение изгиба изотерм теплообеспеченности, то есть все доводы свидетельствуют в пользу ограничения условно субтропической части ЮБК изогипсой 250 или даже 220 м н.у.м. Здесь во всех местоположениях рельефа метеорологические показатели удовлетворяют условиям субтропичности. Соблюдение этого требования полагаем особенно важным, что противоположно расширительному подходу, когда субтропической считается местность, где хотя бы на отдельных участках микроклимат соответствует избранным критериям.

На данной территории агроклиматические ресурсы позволяют при обеспечении растений поливом получить полноценный урожай инжира в 75 - 95% лет (в зависимости от микроклимата места произрастания), хурмы восточной и тем более виргинской - практически ежегодно. Возможности выращивания граната несколько ограничены недостаточной термической емкостью вегетационного периода: минимальная для вызревания плодов сумма температур выше 10⁰, равная 3800⁰, имеет обеспеченность менее 65%, что в условиях крупного многоотраслевого хозяйства приемлемо, а для мелкотоварного производителя находится на грани нерентабельности. Размещение насаждений граната должно вестись с обязательным учетом микроклимата. Площади, отведенные в НБС под эту культуру, действительно более других участков соответствуют ее биологическим потребностям (рис.). В западной части ЮБК можно подобрать и более подходящие для граната места.

Карты теплообеспеченности, построенные с учетом микроклиматической изменчивости термической емкости периода вегетации, будут полезны не только для правильной организации сельскохозяйственного производства, но и при проектировании парков. Особенно важно принимать во внимание содержащуюся в них информацию при планировании научных исследований, работ по интродукции и селекции растений.

Нельзя в заключение не сказать о том вкладе, который внес в эту работу к.г.н. В.И. Важов. Без горячей поддержки им идеи провести в Никитском саду новую большую серию микроклиматических исследований они вряд ли были бы начаты и уж во всяком случае не велись бы в таком масштабе. Василий Иванович принимал непосредственное участие в разработке программы, в организации и выполнении наблюдений. Первые их итоги подводились нами совместно, и остается лишь сожалеть, что по ряду обстоятельств завершение этого дела было отложено на долгий срок и стало осуществимым только сейчас, когда В.И. Важова уже нет с нами.

Список литературы

1. Алисов Б.П. Адвективные типы погоды в Ялте в зимнем и летнем сезонах // Метеорология и гидрология. - 1969. - № 1. - С. 78 - 81.

2. Антонини А.С. Элементы геофизики в озеленении городов // Озеленение городов Узбекистана. - Ташкент: Гостехиздат, 1939. - С. 9 - 36.

3. Антюфеев В.В. Агроклиматические ресурсы субтропического плодоводства в рекреационных районах Крыма // Обмін досвідом гідрометеорологічного забеспечення сільскогосподарського виробництва України у сучасних умовах: Нарада-семінар, м. Ялта, жовтень 2001 р: Матеріали. - Київ, 2001. - С. 97 - 98.

4. Бережной И.М., Капцинель М.А., Нестеренко Г.А. Субтропические культуры. - М.: Гос. изд-во сельскохоз. лит-ры, 1951. - 576 с.

5. Важов В.И Агроклиматическое районирование Крыма // Труды Никит. ботан. сада. - 1977. - Т. 71. - С. 92 - 120.

6. Важов В.И., Антюфеев В.В. Оценка микроклимата территории Никитского ботанического сада // Труды Никит. ботан. сада. - 1984. - Т. 93. - С. 118 - 127.

7. Голубева И.В., Кормилицын А.М. Арборетум Никитского ботанического сада // Дендрологические богатства Никитского ботанического сада. - Ялта, 1971. - С. 3 - 93.

8. Гулинова Н.В. Методы агроклиматической обработки наблюдений. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 151 с.

9. Калмыкова В.В., Моторыкин В.П. О термических ресурсах вегетационного периода на Дальнем Востоке // Труды Дальневосточн. науч.-исслед. гидрометеоролог. ин-та. - 1977. - Вып. 59. - С. 69 - 73.

10. Лебедев А.Н. Графики и карты для расчета климатических характеристик различной обеспеченности на Европейской территории СССР. - Л.: Гидрометеоиздат, 1960. - 116 с.

11. Максимов А.П., Галушко Р.В., Антюфеев В.В. Обмерзание древесных интродуцентов в Никитском ботаническом саду // Труды Никит. ботан. сада. - 1995. - Т. 115. - С. 63 - 74.

12. Методы климатологической обработки метеорологических наблюдений. - Л.: Гидрометеоиздат, 1957. - 492 с.

13. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 3, ч. I. Метеорологические наблюдения на станциях. - Л.: Гидрометеоиздат, 1958. - 223 с.; 1985. - 299 с.

14. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 3, ч. II. Обработка материалов метеорологических наблюдений. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 115 с.

15. Павлова Н.Н. Физическая география Крыма. - Л.: Изд-во Ленинград. ун-та, 1964. - 106 с.

16. Романова Е.Н., Мосолова Г.И., Береснева И.А. Микроклиматология и ее значение для сельского хозяйства. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 245 с.

17. Руководство по изучению микроклимата для целей сельскохозяйственного производства. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - 152 с.

18. Селянинов Г.Т. Перспективы субтропического хозяйства СССР в связи с природными условиями. - Л.: Гидрометеоиздат, 1961. - 196 с.

19. Справочник по климату СССР. Вып. 10, ч. I - V. - Л.: Гидрометеоиздат, 1966 - 1969.

20.Судакевич Ю.Е. Микроклиматическая характеристика морозоопасности территории Никитского ботанического сада // Труды Укр. науч.-исслед. гидрометеоролог. ин-та. - 1958. - Вып. 14. - С. 99 - 110.

21. Шахнович А.В. Микроклиматические особенности Южного берега Крыма // Труды Укр. науч.-исслед. гидрометеоролог. ин-та. - 1957. - Вып. 8. - С. 175 - 210.

Размещено на Allbest.ru