Современные изменения климата в Селенгинском среднегорье и их отражение в стоке рек и древесно-кольцевых хронологиях

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Климат Селенгинского среднегорья резкоконтинентальный, с большими суточными и годовыми перепадами температур воздуха, продолжительной суровой зимой, жарким коротким летом и неравномерным внутригодовым выпадением атмосферных осадков [16, 31]. Особенностью рельефа территории является чередование низких и средневысотных хребтов (1000–1500 м над ур. м.) и межгорных впадин, ориентированных в северо-восточном направлении [19], которые вносят существенные коррективы в гидротермический фон, перераспределяя количество тепла и влаги по формам и элементам рельефа, а соответственно, и распределение растительного покрова, представленного здесь степными и лесостепными ландшафтами [4]. В административном отношении исследуемая территория относится к Республике Бурятия.

Анализ климатических характеристик, выполненный для рассматриваемой территории ранее, показал достоверное увеличение температуры приземного воздуха с разной скоростью потепления в отдельные периоды, а также наличие значимого тренда в уменьшении количества атмосферных осадков и присущую режиму увлажнения территории цикличность продолжительностью около 30 лет [8, 9, 18, 20, 24, 32, 33]. Но перечисленные работы посвящены не непосредственно изучению климата Селенгинского среднегорья, а выполнены либо в рамках исследований в смежных областях (гидрология, дендрохронология, экология и т.п.), либо содержат данные о динамике климатических параметров, обобщенные для более обширных физико-географических территорий. Таким образом, работы, посвященные изучению климата Селенгинского среднегорья, практически отсутствуют.

Селенгинское среднегорье хорошо изучено в гидрологическом отношении, что в значительной мере обусловлено тем, что его территория представляет собой российскую часть водосборного бассейна р. Селенги, от которой напрямую зависит водность оз. Байкал [11]. Разносторонним исследованиям гидрологического аспекта климатических изменений Байкальского региона, в том числе в бассейне р. Селенги, за последние 10–15 лет посвящены публикации Е. Ж. Гармаева с соавторами [7, 9, 11 и др.]. Отдельно можно выделить пласт работ, посвященных анализу отклика древесно-кольцевых хронологий на гидрометеорологические параметры, свидетельствующий о том, что динамика радиального прироста достоверно отражает изменения гидротермического режима на территории Селенгинского среднегорья и позволяет получить ретроспективные сведения об изменении климата и стока рек за период более продолжительный, чем ряды инструментальных наблюдений [2, 12, 14, 15 и др.].

Масштабная закладка дендроклиматических станций на территории Западного Забайкалья была начата с конца ХХ века [1]. На сегодняшний день они представляют собой плотную сеть, пригодную для выполнения гидрологических и климатических реконструкций региона [3, 8, 11, 28, 29].

Анализ динамики метеорологических факторов в условиях современных климатических тенденций приобретает все большую актуальность. Учитывая недостаток такой информации для рассматриваемой территории и необходимость ее регулярного обновления, а также значимость Селенгинского среднегорья для Байкальского региона в целом и озера Байкал в частности, исследования, посвященные изменению климата региона и его влиянию на гидрологический режим и древесную растительность, представляют значительный научный и практический интерес.

Цель работы: анализ современных климатических условий на территории Селенгинского среднегорья и их влияние на речной сток и радиальный прирост сосны обыкновенной.

В задачи исследования входили:

1. Характеристика гидротермических параметров на территории исследования (температура приземного воздуха, атмосферные осадки, индексы засушливости и увлажнения).
2. Анализ согласованности многолетних изменений стока рек бассейна р. Селенги и их связь с режимом атмосферных осадков.
3. Оценка климатического и гидрологического откликов ширины годичных колец сосны обыкновенной.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для описания гидроклиматических условий использованы данные наблюдений Федерального государственного бюджетного учреждения «Забайкальское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (ЗабУГМС) 7 метеорологических станций (Бичура, Кяхта, Мухоршибирь, Новоселенгинск, Санага, Улан-Удэ, Цакир) за 72-летний период (1950–2021 гг.) и 4 гидрологических постов: р. Селенга — рзд. Мостовой (1934–2021 гг.), р. Чикой — с. Поворот (1936–2021 гг.), р. Оронгой — Оронгойский мост (1951–2014 гг.), р. Джида — с. Джида (1952–2021 гг.) (рис. 1).

 

Рис. 1. Территория исследования и расположение на ней метеорологических станций, гидрологических постов (1 — р. Селенга–рзд. Мостовой; 2 — р.Чикой–с. Поворот; 3 — р. Джида–с. Джида; 4 — р. Оронгой–Оронгойский мост) и дендрохронологических участков.

Fig. 1. The study area and the location of meteorological stations and hydrological posts on it (1 — Selenga river– Mostovoy station; 2 — Chikoy river–Povorot village; 3 — Dzhida river–Dzhida village; 4 — Orongoy river– Orongoi Bridge) and dendrochronological sites.

 

Оценка влияния климатических параметров на радиальный прирост и его согласованность со стоком рек выполнена по длительной древесно-кольцевой хронологии (ДКХ) Bur (425 лет, 1595–2019 гг.), построенной по ширине годичных колец сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris L.), произрастающей на 9 участках, заложенных в лесостепной зоне Селенгинского среднегорья [30].

Анализ приземной температуры воздуха и количества атмосферных осадков выполнен с использованием рядов наблюдений за их среднемесячными и годовыми значениями. Суммы средних суточных температур воздуха выше 10°С и параметры, характеризующие режим увлажнения (гидротермический коэффициент Г. Т. Селянинова (ГТК), индекс засушливости А. Д. Педя (Si), коэффициент увлажнения Высоцкого-Иванова (КУ)) были рассчитаны с использованием среднесуточных и среднемесячных данных о температуре воздуха, количестве атмосферных осадков, относительной влажности воздуха и дефиците насыщения [6].

Аномалии климатических параметров рассчитаны как отклонения от среднего за базовый период, рекомендованный ВМО, с 1991 по 2020 гг. [21].

Классификация годовых и сезонных данных температуры воздуха и атмосферных осадков выполнена с использованием метода Варда, в качестве меры расстояния выбрана эвклидова метрика.

Для определения параметров линейных трендов многолетних изменений применялся метод наименьших квадратов. Анализ их достоверности выполнен с использованием t-критерия Стьюдента при уровне значимости α = 5%.

С целью удаления высокочастотных колебаний и сглаживания временных рядов производилось скользящее осреднение.

Климатический отклик радиального прироста рассчитан за период с 1950 по 2019 гг. с использованием месячных и годовых значений климатических параметров, рассматриваемых в работе метеорологических станций, за текущий и предшествующий годы с помощью вычисления коэффициентов корреляции Пирсона со стандартной (Bur_std) и остаточной (Bur_res) ДКХ. Остаточная хронология получена с помощью авторегрессионного выбеливания стандартной хронологии, содержащей зависимость прироста текущего года от условий предыдущих лет (автокоореляция).

Оценка согласованности стандартной и остаточной ДКХ Bur с годовым стоком рек Селенгинского среднегорья выполнена за используемые в работе периоды гидрологических наблюдений.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Межгодовые изменения температуры воздуха на исследуемых метеостанциях Селенгинского среднегорья за период с 1950 по 2021 гг. происходят с высокой степенью согласованности. Коэффициент корреляции между рядами значений среднегодовой температуры воздуха изменяется от 0.81 (между Улан-Удэ и Санагой) до 0.96 (между Кяхтой и Мухоршибирью). Коэффициенты корреляции между рядами значений среднесезонной температуры воздуха зимой варьируют от 0.63 до 0.94, весной — от 0.90 до 0.98, летом — от 0.88 до 0.98, осенью — от 0.76 до 0.96. По результатам кластерного анализа среднегодовой температуры воздуха выделяется две группы, в одну из которых входят станции Санага и Цакир, в другую — остальные 5 станций. Аналогичная закономерность характерна для летних и осенних температур. Зимой в отдельный кластер выделяются Улан-Удэ и Мухоршибирь, а по изменению значений температур в весенний период все 7 метеостанций достоверно входят в один кластер.

За 1950–2021 гг. среднегодовая температура приземного воздуха на отдельных метеостанциях изменялась от –4.5°С в Санаге до 0.4°С в Кяхте (табл. 1), достигая в среднем по территории –0.6°С. В Санаге минимальные значения температуры характерны также для всех сезонов года. Из рассматриваемых метеостанций наиболее теплые зимы, весны и осени наблюдаются в Кяхте, лета — в Новоселенгинске. Внутригодовое распределение температуры Селенгинского среднегорья соответствуют умеренным и высоким широтам планеты. Средняя температура воздуха самого холодного месяца (январь) на метеостанциях не опускается ниже –30.0°С и в среднем по территории составляет –24.5°С, а самого теплого (июль) колеблется около 15.0–20.0°С.

 

Таблица 1. Средние значения температуры воздуха (°С) и их линейные тренды (°С/10 лет) на метеорологических станциях Селенгинского среднегорья за 1950–2021 гг.

Table 1. Average air temperature values (°C) and their linear trends (°C/10 years) at meteorological stations of the Selenga midlands for 1950–2021

Метеостанция	Год	Зима	Весна	Лето	Осень
Бичура	–1.3/0.31	–22.6/2.32	1.2/0.44	17.1/0.22	–0.9/0.22
Кяхта	0.4/0.28	–18.2/1.96	2.1/0.42	17.5/0.19	0.3/0.22
Мухоршибирь	–1.3/0.36	–21.2/2.77	0.6/0.44	16.6/0.24	–1.3/0.35
Новоселенгинск	–0.6/0.25	–22.4/1.77	1.7/0.39	18.4/0.20	–0.3/0.14
Санага	–4.5/0.29	–25.6/1.96	–1.2/0.43	13.4/0.20	–4.4/0.23
Улан-Удэ	–0.4/0.35	–20.8/2.35	1.4/0.48	17.9/0.28	–0.4/0.26
Цакир	–2.8/0.25	–22.9/1.41	0.2/0.37	14.5/0.21	–3.1/0.20

 

Сумма суточных температур воздуха выше 10°С на территории Селенгинского среднегорья в среднем за рассматриваемый период составляет 1800 °С и колеблется от 2137°С в Новоселегинске до 1489 °С в Санаге.

За 1950–2021 гг. в среднем по территории Селенгинского среднегорья самым холодным, когда температура воздуха существенно отличалась от ее среднемноголетнего значения, был 1957 г. (–3.0°С), а в 2007 г. на всех станциях среднегодовая температура была существенно выше среднего (более +2σ – на 2.0–2.3°С).

Если рассматривать сезонные отклонения, то самые холодные, когда температура воздуха опускалась существенно ниже многолетнего среднего в среднем по территории, были зимы в 1957 (–25.8°С) и 1969 гг. (–26.8°С) и осень 1961 г. (–3.8°С). Температура воздуха существенно выше среднего отмечалась зимой 2002 г. и 2007 г. (–18.5°С в каждом году), весной 1997 и 2020 гг. (4.2 и 4.0°С соответственно) и летом 2002 и 2015 гг. (18.8 и 18.9 °С соответственно).

Сумма активных температур воздуха за период исследования существенно ниже среднего в среднем по территории фиксировалась в 1957 г. (1478°С), а в 2000 (2184°С), 2002 (2178°С), 2007 (2161°С) и 2015 гг. (2177°С) это значение было существенно выше среднего.

Анализ динамики среднегодовой температуры воздуха показывает, что на исследуемой территории появление положительных аномалий, рассчитанных как отклонения от среднего за базовый период 1991–2020 гг., наблюдается только начиная с 1990 г. (рис. 2). Если до 1989 г. все температурные аномалии были отрицательными, то за последние 32 года (с 1990 по 2021 гг.) отрицательные аномалии составляют менее 50%, а с 2014 г. на протяжении последних 8 лет фиксируются только положительные аномалии.

 

Рис. 2. Среднегодовые аномалии среднемесячных значений температуры воздуха (гистограммы) и среднегодовая температура воздуха (линия) на территории Селенгинского среднегорья за 1950–2021 гг.

Fig. 2. Average annual anomalies of average monthly air temperature values (histograms) and average annual air temperature (line) in the Selenga midlands for 1950–2021.

 

Анализ изменений температуры приземного воздуха показывает, что за 1950–2021 гг. среднегодовая температура воздуха по данным 7 рассматриваемых метеостанций в среднем увеличилась на 0.30°С/10 лет или на 2.1°С за 72-летний период (см. табл. 1). Скорость роста среднегодовой температуры на отдельных станциях колебалась от 0.25 в Цакире и Новоселенгинске до 0.36°С/10 лет в Мухоршибири. Если рассматривать динамику по сезонам года, то наибольшие значения линейного тренда как для всех станций, так и для территории исследования в целом за 1950–2021 гг. характерны для зимы (2.13°С/10 лет в среднем по территории исследования), наименьшие — для лета (0.21°С/10 лет), за исключением Новоселенгинска и Цакира, где температура меньше всего выросла осенью. Все линейные тренды статистически достоверны при уровне значимости α = 5%.

За 72-летний период исследования в среднем по Селенгинскому среднегорью потепление происходило неравномерно. С помощью анализа разности между средними значениями среднегодовой температуры воздуха по пятилетиям было выделено несколько временных интервалов, отличающихся темпами роста температуры воздуха (см. рис. 2). Первое десятилетие XXI века характеризовалось снижением среднегодовой температуры воздуха, а за 2011–2021 гг. скорость ее роста составила 1.39°С/10 лет, что более чем в 1.8 раза превышает значение тренда за 1976–1995 гг. (0.77°С/10 лет). До 1975 г. температура воздуха повышалась незначительно (0.15°С/10 лет). Статистически достоверные при уровне значимости α=5% линейные тренды отмечаются только в 1976–1995 и 2011–2021 гг.

Межгодовые изменения количества атмосферных осадков на отдельных метеостанциях происходят менее согласованно, чем температуры воздуха. Коэффициент корреляции между рядами значений среднегодовой суммы осадков воздуха составляет от 0.25 (между Кяхтой и Цакиром) до 0.83 (между Мухоршибирью и Бичурой). Коэффициенты корреляции между рядами значений сумм атмосферных осадков зимой варьируют от –0.03 до 0.82, весной — от 0.16 до 0.80, летом — от 0.28 до 0.83, осенью — от 0.16 до 0.68.

Результаты кластерного анализа свидетельствуют о том, что рассматриваемые метеостанции достоверно можно объединить в одну группу как по среднегодовым их значениям, так и по сезонным (весна, лето, осень), исключение составляют лишь зимние осадки, по которым выделяется два кластера (в отдельную группу входят метеостанции Улан-Удэ и Мухоршибирь).

Среднегодовое количество атмосферных осадков за 1950–2021 гг. на метеостанциях Селенгинского среднегорья составляло от 223 мм в Новоселенгинске до 416 мм в Цакире (табл. 2), достигая в среднем по территории 374 мм. При этом, если сравнивать сезонные суммы осадков, то их максимальные значения наблюдаются зимой в Улан-Удэ, весной — в Кяхте, летом — в Цакире, осенью — в Мухоршибири. Минимальное количество атмосферных осадков зимой отмечается в Санаге, весной, летом и осенью — в Новоселенгинске. В годовом распределении осадков на май–сентябрь приходится 77% годовой суммы атмосферных осадков, а на июль–август — 46%. В зимний период на исследуемой территории выпадает всего 3% осадков.

 

Таблица 2. Средние значения атмосферных осадков на метеорологических станциях Селенгинского среднегорья за 1950–2021 гг., мм

Table 2. Average values of atmospheric precipitation at meteorological stations of the Selenga midlands for 1950–2021, mm

Метеостанция	Год	Зима	Весна	Лето	Осень
Бичура	328	4.0	11.8	73.8	19.8
Кяхта	341	4.1	15.5	73.4	20.5
Мухоршибирь	355	6.2	13.6	75.9	22.5
Новоселенгинск	223	2.8	6.0	54.0	11.5
Санага	394	2.7	13.4	96.4	18.9
Улан-Удэ	256	6.6	8.1	55.8	14.8
Цакир	416	3.0	14.1	101.0	20.4

 

Анализ отклонений атмосферных осадков от многолетнего среднего за 1950–2021 гг. показывает, что в среднем по территории существенно меньше среднего осадков выпадало в 1980 г. (223 мм), а самый влажный в среднем по территории был 1959 г., когда средняя сумма годовых осадков составила 441 мм (рис. 3).

 

Рис. 3. Годовые аномалии месячных значений суммы атмосферных осадков (гистограммы) и многолетние изменения годовой суммы атмосферных осадков (сплошная линия) на территории Селенгинского среднегорья за 1950–2021 гг.

Fig. 3. Annual anomalies of monthly values of the amount of atmospheric precipitation (histograms) and long-term changes in the annual amount of atmospheric precipitation (solid line) in the territory of the Selenga midlands for 1950–2021.

 

Как было показано ранее [5, 24], основной вклад в межгодовую изменчивость годовых сумм атмосферных осадков на исследуемой территории вносит цикличность, при этом наибольшую значимость имеют ритмы продолжительностью около 30 лет. В связи с этим при анализе динамики осадков некорректно выявлять трендовую составляющую, знак которой будет зависеть от того, какая фаза цикла будет последней.

Анализ аномальных значений атмосферных осадков, рассчитанных как отклонения от среднего за 1991–2020 гг. для Селенгинского среднегорья, подтверждает наличие чередования гумидных и аридных фаз в режиме увлажнения (см. рис. 3). За период с 1950 по 2021 гг. с помощью анализа лет с аномальными значениями и интегральной разностной кривой можно выделить два полных цикла, влажные фазы которых приходятся на 1961–1973 (13 лет) и 1982–2001 гг. (20 лет), сухие — на 1974–1981 (8 лет) и 2002–2018 гг. (17 лет). Учитывая длительность фаз, продолжительность циклов составила 21 и 37 лет. В настоящее время отмечается влажный период.

Коэффициенты засушливости и увлажнения являются интегральной характеристикой температуры воздуха и атмосферных осадков. В соответствии с градациями гидротермического коэффициента увлажнения Селянинова за 1950–2021 гг. в среднем по 7 используемым в работе метеорологическим станциям территория Селенгинского среднегорья характеризуется достаточной (оптимальной) влагообеспеченностью (ГТК = 1.31). Если рассматривать по отдельным метеостанциям, аналогичные со средним по территории значения влагообеспеченности характерны для Бичуры и Мухоршибири. В Кяхте, Новоселенгинске и Улан-Удэ влагообеспеченность недостаточная, в Цакире — повышенная, а в Санаге отмечается переувлажнение.

По значениям индекса засушливости А.Д. Педя как в среднем по территории, так и для отдельных метеостанций за общий период отмечаются нормальные условия увлажнения (Si = 0.00), а по коэффициенту увлажнения Высоцкого-Иванова — полувлажные (семигумидные) (КУ = 0.59). В Новоселенгинске в соответствии со значением КУ условия сухие, в Бичуре, Кяхте и Улан-Удэ — полусухие, в Мухоршибири, Санаге и Цакире – полувлажные.

Существенно ниже среднего значения ГТК были в 1958 г. (ГТК = 0.72, слабая засуха), Si в 1985 г. (Si = –1.44, влажные условия). Существенно выше среднего были значения ГТК в 1959 г. (ГТК = 1.90, избыточная влагообеспеченность), 1973 г. (ГТК = 1.90, избыточная влагообеспеченность), Si в 2002 (Si = 1.68, слабая засуха) и 2015 гг. (Si = 1.44, слабая засуха), КУ в 1959 г. (КУ = 0.84, полувлажные условия), в 1973 (КУ = 0.83, полувлажные условия), 1985 и 2021 (КУ = 0.82 за каждый год).

Анализ многолетних изменений годового стока рек бассейна р. Селенги свидетельствует о том, что на территории Селенгинского среднегорья наибольшая согласованность отмечается между реками Селенга и Чикой, характеризующаяся коэффициентом корреляции 0.83 (табл. 3). Теснота связи изменений стока р. Селенги со стоком других рек и стока других рек между собой существенно ниже. Статистическая достоверность коэффициента корреляции между рядами стока рек Чикоя и Джиды не подтверждается при 5%-ном уровне значимости.

 

Таблица 3. Коэффициенты корреляции между рядами годового стока рек

Table 3. Correlation coefficients between series of annual river flow

Гидрологические посты	р. Селенга– рзд. Мостовой	р. Чикой– с. Поворот	р. Оронгой– Оронгойский мост	р. Джида– с. Джида
р. Селенга–рзд. Мостовой	1
р. Чикой–с. Поворот	0.83	1
р. Оронгой–Оронгойский мост	0.58	0.53	1
р. Джида–с. Джида	0.42	0.18	0.41	1

 

Режим стока рассматриваемых рек в отдельные временные интервалы существенно отличается. Если расходы воды р. Селенги и р. Чикоя на всем протяжении совместных наблюдений изменяются практически синхронно (рис. 4а), то рек Джиды и Оронгой проявляют согласованность со стоком р. Селенги только в 1970–1990-е годы (рис. 4б и 4в).

 

Рис. 4. Сравнение многолетних изменений годового стока р. Селенги со стоком р. Чикоя (а), р. Джиды (б) и р. Оронгоя (в), сглаженных с помощью пятилетнего скользящего осреднения (1 — р. Селенга–рзд. Мостовой; 2 — р.Чикой–с. Поворот; 3 — р. Джида—с. Джида; 4 — р. Оронгой—Оронгойский мост).

Fig. 4. Comparison of long-term changes in annual river flowof Selenga with river flowof Chikoya (a), Jida (b) and Orongoy (c) smoothed using five-year moving averaging (1 — Selenga river—Mostovoy s.; 2 — Chikoy river— Povorot village; 3 — Dzhida river—Dzhida village; 4 — Orongoy river—Orongoi bridge).

 

По типу питания рассматриваемые реки относятся преимущественно к рекам с резко выраженным преобладанием дождевого стока [27]. Доля дождевого стока рек Джида и Чикой превышает 70%. В питании р. Оронгой дождевые и талые воды принимают примерно равное участие.

Зависимость стока рассматриваемых рек от режима атмосферных осадков, осредненных по территории Селенгинского среднегорья, характеризуется коэффициентами корреляции от 0.53 для р. Джиды до 0.70 до р. Селенги (табл. 4).

 

Таблица 4. Коэффициенты корреляции между рядами годового стока рек и годовых сумм атмосферных осадков по данным метеорологических станций Селенгинского среднегорья

Table 4. Correlation coefficients between series of annual river runoff and annual amounts of atmospheric precipitation according to data from meteorological stations of the Selenga midlands

Гидрологические посты	Метеорологические станции
	Бичура	Кяхта	Мухоршибирь	Новоселенгинск	Улан-Удэ	Санага	Цакир	Средняя
р. Селенга–рзд. Мостовой	0.62	0.52	0.65	0.53	0.58	0.35	0.30	0.70
р. Чикой–с. Поворот	0.59	0.49	0.61	0.41	0.52	0.20	0.10	0.57
р. Оронгой–Оронгойский мост	0.55	0.47	0.55	0.62	0.59	0.33	0.25	0.63
р. Джида–с. Джида	0.28	0.34	0.37	0.24	0.27	0.70	0.59	0.53

 

Однако высокая степень зависимости стока р. Селенги от годовых сумм осадков отмечалась лишь до 1996 г. (рис. 5). В последние 25 лет она существенно снизилась. В период с 1950 по 1996 гг. коэффициент корреляции между рядами стока р. Селенги и атмосферных осадков составил 0.80, а в последующие годы — 0.67.

 

Рис. 5. Многолетние изменения годового стока р. Селенги у рзд. Мостового (1) и годовых сумм атмосферных осадков, осредненных по территории Селенгинского среднегорья (2), сглаженных с помощью пятилетнего скользящего осреднения.

Fig. 5. Long-term changes in the annual river flowof Selengi near the rzd. Mostovoy (1) and annual amounts of atmospheric precipitation averaged over the territory of the Selenga midlands (2), smoothed using five-year moving averaging.

 

Предварительный расчет климатического отклика древесно-кольцевой хронологии ДКХ Bur, выполненный с данными используемых в работе 7 метеостанций, показал, что наиболее низкие и в большинстве случаев незначимые коэффициенты корреляции были получены для удаленных на 200–300 км от участков отбора образцов станций Санага и Цакир, расположенных в Джидинской котловине, где отбор образцов не осуществлялся. В связи с этим в дальнейшем анализе были использованы климатические данные, усредненные по 5 ближайшим (в пределах 7–120 км) к участкам взятия дендрохронологических образцов станциям: Бичура, Кяхта, Мухоршибирь, Новоселенгинск, Санагу и Улан-Удэ.

Результаты корреляционного анализа показали: ширина годичных колец имеет слабую обратную зависимость от температуры воздуха предшествующего и текущего сезонов вегетации. Для стандартной хронологии наиболее высокие значения коэффициентов корреляции (r = –0.34) получены со средними температурами за июнь–июль предшествующего года, для остаточных — со средними температурами воздуха за май–сентябрь текущего года (r = –0.29).

Отклик ДКХ Bur на изменение атмосферных осадков более выражен. Связь с осадками текущего года лучше прослеживается для остаточной ДКХ. Значимые коэффициенты корреляции получены между Bur_res и суммой осадков в мае (r = 0.30) и июне (r = 0.52), а также с суммами осадков за разные месяцы с мая по сентябрь с наиболее высокими значениями коэффициентов с их суммами за май–июнь (r = 0.60), май–июль (r = 0.55) и май–август (r = 0.52). Для ДКХ Bur_std также проявляется связь с осадками, выпавшими в текущем году, но она слабее: например, для июня она составила 0.47. Наиболее высокие коэффициенты корреляции получены между стандартной хронологией и суммой осадков за июнь–сентябрь (r = 0.56) и июль–сентябрь (r = 0.56) предшествующего года.

В связи с тем, что на ширину годичных колец деревьев, произрастающих в лесостепной зоне Селенгинского среднегорья, оказывают влияние и температура приземного воздуха, и атмосферные осадки, в качестве их интегральных характеристик был проанализирован отклик ДКХ Bur на индексы засушливости и увлажнения. Наибольшие значения коэффициентов корреляции Пирсона для ГТК составили 0.45 между ДКХ Bur_res и ГТК за май–июнь, 0.47 — между ДКХ Bur_std и ГТК за июль–сентябрь предыдущего года; для Si: –0.50 — между ДКХ Bur_res и Si за май–июль, –0.52 — между ДКХ Bur_std и Si за июнь–сентябрь предыдущего года. Для КУ и сумм активных температур коэффициенты корреляции с ДКХ Bur достигали 0.55–0.57 (между Bur_std и ∑Т > 10 в текущем году и между Bur_std и КУ в текущем и предшествующем году соответственно).

При использовании в анализе климатического отклика рядов, сглаженных 5-летним скользящим осреднением, теснота связи значительно возрастает, достигая для рассматриваемых климатических параметров от –0.52 между ДКХ Bur_res и температурой в июне текущего года до 0.90 как между ДКХ Bur_res и КУ, так и между ДКХ Bur_std и КУ предшествующего года.

Корреляционный анализ, выполненный между шириной годичных колец ДКХ Bur и стоком рек за периоды используемых в работе гидрологических данных, продолжительность которых от 64 до 85 лет, свидетельствует о различной степени их согласованности (табл. 6). Наибольшее значение коэффициентов корреляции ДКХ Bur имеет с рядом годового стока р. Оронгой, наименьшее — р. Джиды. Незначимый коэффициент корреляции отмечен только между Bur_res и стоком р. Джиды.

 

Таблица 6. Коэффициенты корреляции между древесно-кольцевой хронологией Bur (Bur_std/Bur_res) и рядами годового стока рек

Table 6. Correlation coefficients between the tree-ring chronology Bur (Bur_std/Bur_res) and annual river flow series

Гидрологические посты
р. Селенга– рзд. Мостовой	р. Чикой– с. Поворот	р. Оронгой– Оронгойский мост	р. Джида–с. Джида
0.64/0.57	0.49/0.53	0.65/0.70	0.33/0.23

 

ОБСУЖДЕНИЕ

В период с 1950 по 2021 гг. на территории Селенгинского среднегорья произошли существенные климатические изменения, характеризующиеся ростом приземной температуры воздуха, линейный тренд которой составил 2.1°С (0.30°С/10 лет) и был обеспечен преимущественно температурами зимних месяцев. При этом потепление не происходило равномерно. За 72 рассматриваемых года можно выделить несколько периодов с разной интенсивностью увеличения среднегодовой температуры воздуха, среди которых в первое десятилетие XXI века скорость ее роста даже имела тенденцию к снижению. Это проявлялось не только для Байкальского, но и для других регионов Сибири [17, 34, 35]. В последние 11 лет (2011–2021 гг.) наблюдался максимальный с середины прошлого века положительный линейный тренд в динамике среднегодовых температур. Изменения температуры в XXI веке характеризуются значительным увеличением частоты возникновения положительных аномалий и появлением наиболее существенных, выходящих за два среднеквадратических отклонения положительных аномалий, которые не отмечались ранее. Если самые низкие среднегодовые температуры воздуха и суммы температур свыше 10°С на территории Селенгинского среднегорья пришлись на 1957 г., то наиболее высокие значения среднегодовой температуры воздуха фиксировались в 2007 г., а суммы температур свыше 10°С - в 2000, 2002, 2007 и 2015 гг. Подобная временная закономерность прослеживается и в распределении аномалий среднесезонных температур, когда все отрицательные аномалии приходятся на XX век, а положительные — на XXI.

Для режима выпадения атмосферных осадков на территории Селенгинского среднегорья характерна показанная рядом авторов цикличность [3, 24, 33]. В их колебаниях со второй половины ХХ века в настоящем исследовании было выявлено два полных внутривековых цикла: с 1961 по 1981 гг. и с 1982 по 2018 гг. длительностью 21 и 37 лет соответственно. С 2019 г. на территории исследования наблюдается влажная фаза цикла. В современный период можно отметить тенденцию к удлинению фаз увлажнения, но делать выводы об этом пока еще рано.

Ввиду того, что при расчете коэффициентов засушливости и увлажнения одной из основных составляющих являются атмосферные осадки, то в многолетнем ходе этих параметров также прослеживается цикличность, свойственная в целом режиму увлажнения на территории исследования.

Рост температуры приводит к повышению испаряемости, что вызывает значительное снижение увлажненности территории в засушливые периоды. В последнюю засушливую фазу цикла 2002–2018 гг. это хорошо прослеживается по динамике индекса засушливости Д.А. Педя. С начала 2000-х годов в среднем по территории выделяется ряд лет (2000, 2002, 2007, 2010, 2015, 2017 гг.) с засушливыми условиями (слабая засуха), что не отмечалось в предыдущую аридную фазу 1974–1981 гг., когда значения Si не выходили за пределы нормальных условий увлажнения. Усиление аридизации на территории Забайкалья также было выявлено ранее по более длительным наблюдениям с привлечением косвенных источников информации [5, 26].

В целом пространственные изменения рассматриваемых метеорологических параметров на исследуемых станциях происходят достаточно согласованно, что подтверждает результаты климатического районирования, выполненного ранее [22], когда территория исследования была выделена в Юго-Западный район Забайкалья.

В то же время в распределении гидротермических характеристик по территории Селенгинского среднегорья отмечается их пространственная неоднородность, обусловленная особенностями рельефа (ориентация горных хребтов с юго-запада на северо-восток, котловинный рельеф) [18], определяющими перенос воздушных масс. Так, для Санаги и Цакира, расположенных на западной окраине Селенгинского среднегорья, среднегодовая температура воздуха ниже на 3°С, а осадков за год выпадает больше на 35% по сравнению с их значениями на других метеостанциях, используемых в работе.

Из принятых к исследованию рек только водосборы двух из них — Джиды и Оронгоя — находятся полностью в Селенгинском среднегорье. Бóльшая часть водосборов рек Селенга и Чикой расположены за пределами исследуемой территории. Это обстоятельство определяет в большей степени полученную в результате корреляционного анализа (табл. 3) хорошую согласованность многолетних изменений расходов воды этих рек и отличия от режима стока р. Оронгоя и особенно р. Джиды. Кроме того, как показано в [11], долина р. Джиды, огороженная высокими хребтами, является обособленной территорией, что обусловливает формирование отличного от соседних водосборов режима увлажнения и, соответственно, речного стока. На сток р. Чикоя, по мнению Е.Ж. Гармаева с соавторами [11], существенное влияние оказывают тихоокеанские воздушные массы, проникающие в верховья ее водосбора. На асинхронность стока правобережных и левобережных притоков р. Селенги указано также в [32].

Тем не менее, как показано на рис. 4, на отдельных отрезках временного ряда изменения годового стока рек Селенги, Джиды и Оронгоя происходят синхронно. Наибольшие отличия отмечаются в маловодную фазу с середины 1990-х до второй половины 2020-х гг. Маловодье выражено на реках Селенге и Чикое и на других правобережных притоках р. Селенги, и в бассейне Верхнего Амура [9–11, 25, 32]. В то же время на левобережных притоках маловодный период выражен слабее, а на р. Джиде сток даже увеличился после 1995 г. [32].

Для многолетних изменений стока рек Забайкалья, в том числе бассейна р. Селенги, характерна цикличность [9, 23, 25, 32], обусловленная режимом атмосферных осадков. Годовой сток р. Селенги достаточно хорошо коррелирует с годовыми суммами осадков, осредненнми по территории Селенгинского среднегорья (табл. 4). Однако, как и в случае с оценкой согласованности стока рек, не на всем протяжении временного ряда соблюдается синхронность их изменений (рис. 5). В режиме осадков фаза пониженной увлажненности в начале XXI века не столь однозначно выражена в отличие от режима стока.

Результаты климатического отклика древесно-кольцевой хронологии Bur свидетельствуют о влиянии гидротермического режима на ширину годичных колец сосны обыкновенной, произрастающей в лесостепной зоне Селенгинского среднегорья. Прослеживается следующая закономерность: ширина годичных колец текущего года определяется преимущественно климатическими условиями первой половины сезона вегетации, а условия второй половины сезона вегетации значимо влияют на формирование годичного кольца в следующем году. Данный вывод согласуется с результатами, полученными ранее для исследуемой территории А.В. Деминой с соавторами [13–15]. Значения коэффициентов корреляции между ДКХ и индексами засушливости и увлажнения свидетельствуют о том, что, хотя температуры и оказывают некоторое влияние на размеры радиального прироста, большее значение имеют именно осадки, выпавшие за период вегетации. Величиной суммы осадков за май–июнь текущего года объясняется около 40% изменчивости прироста.

Поскольку древесно-кольцевая хронология Bur отражает увлажненность на территории Селенгинского среднегорья, а сток рек Селенги и Чикоя — в верхних частях их водосборов, этим можно объяснить относительно слабую связь их многолетних изменений (табл. 6). Наиболее вероятной причиной еще более слабой связи колебаний стока р. Джиды с шириной годичных колец деревьев является отмечаемая обособленность ее бассейна при отсутствии на нем дендрохронологических участков. Хорошую связь с ДКХ Bur, характеризующуюся коэффициентами корреляции 0.65 и 0.70 для стандартной и остаточной хронологий соответственно, имеет сток только р. Оронгой, в многолетних изменениях которого слабо выражен последний маловодный период. Ее водосбор находится на территории, хорошо освещенной дендрохронологическими данными.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современные климатические условия Селенгинского среднегорья характеризуются значимым увеличением температуры приземного воздуха и частоты возникновения ее положительных аномалий. Цикличность продолжительностью около 30 лет в режиме выпадения осадков, характерная для территории, обусловливает режим ее увлажнения, а потепление приводит к тому, что в засушливые периоды возрастает риск возникновения засух. Хотя пространственный анализ происходящих изменений свидетельствует об их согласованности на рассматриваемой территории, в тоже время климатические условия на западной окраине Селенгинского среднегорья (Джидинская котловина) отличаются от центральной части. Изменение гидротермических условий находит отклик в многолетних колебаниях стока рек бассейна р. Селенги и динамике радиального прироста. Радиальный прирост может быть использован для реконструкции гидроклиматических условий исследуемой территории. Результаты исследований могут быть полезны при проведении исследований в смежных областях.

Статья подготовлена в рамках выполнения государственного задания по теме «Механизмы обеспечения экономической устойчивости и экологической безопасности в новой модели развития регионов Востока РФ в условиях трансграничных отношений и глобальных вызовов XXI в.» (№ гос. регистрации 121032200126-6).

Об авторах

Вахнина Леонидовна Вахнина

Институт природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: vahnina_il@mail.ru

кандидат биологических наук, с.н.с. лаборатории географии и регионального природопользования

Россия, Чита

Елена Викторовна Носкова

Институт природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения Российской академии наук

Email: elena-noskova-2011@mail.ru

кандидат географических наук, н.с. лаборатории географии и регионального природопользования

Россия, Чита

Виктор Афанасьевич Обязов

ООО НПО Гидротехпроект

Email: obviaf@mail.ru

доктор географических наук, технический директор

Россия, Валдай

Константин Анатольевич Курганович

Забайкальский государственный университет

Email: naptheodor@mail.ru

кандидат технических наук, заведующий кафедрой водного хозяйства, экологической и промышленной безопасности

Россия, Чита

Владимир Станиславович Мыглан

Сибирский федеральный университет

Email: v.myglan@gmail.com

доктор исторических наук, ведущий научный сотрудник

Россия, Красноярск

Список литературы

Дополнительные файлы