Леса Европейской территории России в условиях меняющегося климата

Èíñòèòóò ïðîáëåì ýêîëîãèè è ýâîëþöèè èì. À.Í. Ñåâåðöîâà
Ðîññèéñêîé àêàäåìèè íàóê
ËÅÑÀ
ÅÂÐÎÏÅÉÑÊÎÉ ÒÅÐÐÈÒÎÐÈÈ ÐÎÑÑÈÈ
 ÓÑËÎÂÈßÕ ÌÅÍßÞÙÅÃÎÑß ÊËÈÌÀÒÀ
ÌÎÑÊÂÀ 2017

Ëåñà Åâðîïåéñêîé òåððèòîðèè Ðîññèè â óñëîâèÿõ ìåíÿþùåãîñÿ êëèìàòà.
Ì.: Òîâàðèùåñòâî íàó÷íûõ èçäàíèé ÊÌÊ. 2017. 276 ñ.
Àâòîðû:
Îëü÷åâ À.Â., Àâèëîâ Â.Ê., Áàéáàð À.Ñ., Áåëîòåëîâ Í.Â., Áîëîíäèíñêèé Â.Ê.,
Èâàíîâ Ä.Ã., Êóçüìèíà Å.Â., Êóðáàòîâà Þ.À., Ëåâàøîâà Í.Ò., Ìàìêèí Â.Â.,
Ìàíãóðà Ï.À., Ìîë÷àíîâ À.Ã., Ìóõàðòîâà Þ.Â., Íèêèòèí Ì.À., Íîâåíêî Å.Þ.,
Ïðèäà÷à Â.Á., Ðèâèí Ã.Ñ., Ðîçèíêèíà È.À., Ñàçîíîâà Ò.À., Ñàíäëåðñêèé Ð.Á.,
Ñóðêîâà Ã.Â., Õîëîïöåâà Å.Ñ.
Îòâåòñòâåííûé ðåäàêòîð
äîêòîð áèîëîãè÷åñêèõ íàóê À.Â. Îëü÷åâ
Ðåöåíçåíòû:
Ãîëóáåâà Åëåíà Èëüèíè÷íà, äîêòîð áèîëîãè÷åñêèõ íàóê
Ãóñåâ Åâãåíèé Ìèõàéëîâè÷, äîêòîð áèîëîãè÷åñêèõ íàóê
Êîëëåêòèâíàÿ ìîíîãðàôèÿ îáîáùàåò ðåçóëüòàòû êîìïëåêñíûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ
è ìîäåëüíûõ èññëåäîâàíèé, íàïðàâëåííûõ íà èçó÷åíèå ëåñíûõ ýêîñèñòåì öåíòðàëüíûõ ðàéîíîâ Åâðîïåéñêîé òåððèòîðèè Ðîññèè è èõ ðîëè â îáìåíå ïàðíèêîâûìè ãàçàìè
ìåæäó çåìíîé ïîâåðõíîñòüþ è àòìîñôåðîé â óñëîâèÿõ èçìåíÿþùåãîñÿ êëèìàòà. Â
êíèãå ïðîàíàëèçèðîâàíû ñîâðåìåííûå òåíäåíöèè èçìåíåíèÿ êëèìàòè÷åñêèõ óñëîâèé
è ëåñíîé ðàñòèòåëüíîñòè â èññëåäóåìîì ðåãèîíå, ïðåäñòàâëåíû ðåêîíñòðóêöèè èõ äèíàìèêè íà ïðîòÿæåíèè ãîëîöåíà è ñöåíàðèè âîçìîæíûõ èçìåíåíèé â áóäóùåì. Ïîêàçàíû ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ïî îöåíêå âëèÿíèÿ ñïëîøíûõ ðóáîê íà ïîòîêè ïàðíèêîâûõ ãàçîâ â ëåñíûõ ýêîñèñòåìàõ.
Ðàññìîòðåíû ñóùåñòâóþùèå ìîäåëüíûå ïîäõîäû äëÿ îïèñàíèÿ ïåðåíîñà ïàðíèêîâûõ ãàçîâ ìåæäó çåìíîé ïîâåðõíîñòüþ è àòìîñôåðîé, à òàêæå âîçìîæíîñòè èõ ïðèìåíåíèÿ äëÿ ïðîãíîçà ïîòîêîâ ÑÎ2 è Í2Î â ëåñíûõ ýêîñèñòåìàõ ïðè êëèìàòè÷åñêèõ èçìåíåíèÿõ. Íà îñíîâå ðåçóëüòàòîâ ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòîâ ïîêàçàíà îïðåäåëÿþùàÿ
ðîëü ëåñîâ â ôîðìèðîâàíèè ëîêàëüíûõ è ðåãèîíàëüíûõ ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ óñëîâèé.
Ìîíîãðàôèÿ ðàññ÷èòàíà íà øèðîêèé êðóã ñïåöèàëèñòîâ â îáëàñòè ýêîëîãèè, ìåòåîðîëîãèè, ïàëåîãåîãðàôèè, ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ.
ISBN 978-5-9909884-1-5
© Êîëëåêòèâ àâòîðîâ, 2017.
© ÈÏÝÝ èì. À.Í. Ñåâåðöîâà ÐÀÍ, 2017.
© Ðîññèéñêèé Íàó÷íûé Ôîíä, 2017.
© Ò-âî íàó÷íûõ èçäàíèé ÊÌÊ, 2017.

ВВЕДЕНИЕ
Представляемая коллективная монография обобщает результаты комплексных исследований, выполненных в ходе реализации проекта Российского научного фонда 
(№ 14–14–00956), по изучению особенностей взаимодействия лесов центральных 
районов Европейской территории России (ЕТР) с атмосферой при современных климатических условиях, в позднеледниковье и голоцене, а также при разных сценариях климатических изменений в будущем. Исследуемая территория расположена в переходной 
зоне от темнохвойных лесов южной тайги к смешанным хвойно-широколиственным 
и широколиственным лесам. Она характеризуется разнообразными ландшафтными 
условиями и значительной пространственной неоднородностью.
Задачи изучения влияния лесов на климат в различных пространственных и временных масштабах, а также оценки воздействия изменяющихся климатических условий на 
функционирование и динамику лесной растительности, являются чрезвычайно трудными, прежде всего, из-за сложной системы прямых и обратных связей, формирующихся 
между лесной растительностью и климатом (Григорьев, Будыко, 1956; Григорьев, 
1966). С одной стороны, климатические условия в значительной степени определяют 
динамику роста и развития лесов, влияют на их продуктивность. С другой стороны, 
лесная растительность активно поглощая СО2 из атмосферы в процессе фотосинтеза 
(Schimel, 1995; Malhi, Grace, 1999, 2000; Grace, 2000; и др.), регулируя поступление 
Н2О в атмосферу при транспирации, и воздействуя на радиационный и тепловой режим 
земной поверхности (Молчанов, 1961, 1973; Раунер, 1962, 1972; Calder, 2005; и др.) 
также оказывает существенное влияние на климатическую систему. Можно ожидать, 
что изменение видового состава растительности и степени облесенности территорий, 
обусловленное как климатическими так и антропогенными факторами, окажет существенное воздействие на радиационный, тепловой и водный баланс земной поверхности, и как следствие приведет к изменению региональных климатических условий.
Задача надежного прогноза влияния изменения структуры и видового состава растительности на климатическую систему, очевидно, требует применения комплексного 
подхода, с привлечением как экспериментальных, так и теоретических (модельных) 
методов исследований, позволяющих оценить механизмы и динамику процессов взаимодействия лесных растительных сообществ и атмосферы в различных пространственных 
и временных масштабах. При этом важно учитывать разнообразие отклика различных 
видов древесных растений и растительных сообществ на изменение условий внешней 
среды. Составляющие Н2О- и СО2-обмена при этом могут рассматриваться как надежные 
индикаторы состояния, роста и развития растений. Это обусловлено главным образом 
тесной зависимостью потоков тепла, H2O и СО2 от параметров внешней среды, видового 
состава и структуры лесной растительности, а также от совокупности биофизических 
и биохимических процессов, протекающих в растениях и почве.
Исследования, проведенные в рамках реализации проекта РНФ в период с 2014 по 
2016 год, основывались на комплексном подходе, объединяющем: экспериментальные 
методы наблюдений за потоками тепла, Н2О и СО2 на экосистемном уровне (методы 
турбулентных пульсаций и экспозиционных камер), моделирование потоков Н2О и СО2 
в локальном масштабе с применением процесс-ориентированных математических 
моделей, данные дистанционного зондирования, результаты палеогеографических 
реконструкций, многолетние данные метеорологических наблюдений и сценарии из3

менения климата на период до 2100 года, а также моделирование региональных метеорологических условий с применением мезомасштабной климатической модели COSMO.
В главах предлагаемой монографии представлена подробная характеристика современных климатических условий района исследований, рассмотрены сценарии их 
возможных будущих изменений. Для надежного прогноза динамики растительного 
покрова при разных сценариях изменения климата в будущем в исследовании используются данные об изменении климата и растительности на протяжении послеледниковой 
эпохи (голоцена), основанные на результатах спорово-пыльцевого анализа и радиоуглеродного датирования. Для оценки влияния процессов обезлесения на климат проведен 
комплекс экспериментальных исследований по оценке воздействия сплошных рубок 
на потоки парниковых газов между земной поверхностью и атмосферой. На основании результатов полевых исследований выполнена оценка эколого-физиологических 
характеристик СО2- и Н2О-обмена древесных растений. С помощью разработанных 
двух- и трехмерных моделей определено влияние пространственной неоднородности 
растительного покрова и рельефа на процессы турбулентного переноса СО2 между 
земной поверхностью и атмосферой. С помощью процесс-ориентированной модели 
тепло-, Н2О- и СО2-обмена выполнены количественные прогнозные оценки возможных 
изменений потоков парниковых газов, а также первичной продуктивности древостоев 
в исследуемом регионе при изменении климатических условий и видового состава растительности к концу XXI века. На основе расчетов с помощью климатической версии 
мезомасштабной модели COSMO проведены численные эксперименты по оценке влияния процессов обезлесения и облесения на региональные метеорологические условия.
Результаты проведенных исследований могут представлять большой интерес для 
специалистов в области экологии, климатологии, палеогеографии, математического 
моделирования. Полученные оценки и разработанные методы могут быть использованы 
в оперативной практике заинтересованными региональными управляющими органами 
и министерствами для планирования и проведения мероприятий по сохранению и рациональному использованию лесных ресурсов в исследуемом регионе.
Ольчев А. В.
4

1. КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЦЕНТРАЛЬНЫХ РАЙОНОВ 
ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ
Суркова Г. В.
Центральные районы Европейской территории России (ЕТР) относятся к атлантико-континентальной европейской области умеренного пояса с умеренно-теплым 
летом и длинной холодной зимой с устойчивым снежным покровом. Континентальность климата увеличивается с запада на восток. В течение года преобладает влияние 
умеренных морских и континентальных воздушных масс. Важным фактором формирования климата является регулярная адвекция арктического и тропического воздуха. 
Изменчивость атмосферной циркуляции создает большую неустойчивость режима 
увлажнения и температуры.
Основные черты общей циркуляции атмосферы и климат района связаны с активной циклонической деятельностью. Траектории циклонов имеют ярко выраженную 
западную составляющую, хотя возможны выходы южных циклонов и «ныряющих» 
циклонов с севера. Существенное влияние на погоду и климат территории (особенно в летнее время) оказывает Азорский антициклон. В зимнее время заметную роль 
играет Азиатский антициклон, способствующий усилению восточной циркуляции над 
районом и вторжению холодного континентального воздуха из Сибири и Центральной 
Азии. Холодные арктические вторжения нередко связаны с влиянием Скандинавского 
антициклона. Возможно также формирование блокирующего антициклона над ЕТР, 
что приводит к смещению траекторий перемещения циклонов к северу и повышенной 
устойчивости внутримассовой погоды без осадков. Летом это сопровождается чрезмерным прогревом территории, зимой — сильными морозами.
Интенсивная циклоническая деятельность способствует активному межширотному 
воздухообмену. При смене воздушных масс возможны резко выраженные изменения температурных и влажностных характеристик нижней атмосферы. С циклонами и сопряженными с ними системами атмосферных фронтов тесно связан режим облачности и осадков.
Относительно однородные климатические условия района изменяются над акваторией крупных водохранилищ и озер, где формируется особый микроклимат. Он характеризуется отдельными чертами морского климата с характерным для него режимом 
температуры и влажности, усилением ветровой деятельности и наличием бризовых 
черт в суточном ходе скорости и направления ветра.
Радиационный баланс
Радиационный баланс является основной приходной составляющей теплового бюджета. В зависимости от его величины изменяется тепловое состояние подстилающей 
поверхности, величина испарения и испаряемости.
Радиационный баланс имеет широтное распределение, средние многолетние его 
значения изменяются в пределах 1200–1500 МДж/(м2∙год), возрастая с севера на юг 
(Таблица 1.1). При средних условиях облачности величина баланса составляют 35–40% 
приходящей суммарной солнечной радиации. Отрицательные средние месячные величины радиационного баланса наблюдаются в период с ноября по февраль. Наименьшие 
их значения чаще всего отмечаются в январе (–20… –35 МДж/(м2∙мес)). С марта по 
5

Таблица 1.1. Средние месячные и годовые величины радиационного баланса, МДж/м2 
(Научно-прикладной справочник, 1988, 1990а, 1990б, 1992)
Станция
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Год
Валдай
–34
–24
2
137 272
311
289
201
98
8
–20
–35
1205
Торжок
–34
–24
8
169 315
326
319
232
111
21
–14
–33
1396
Торопец
–20
–9
17
196 301
344
321
244
118
27
–10
–20
1509
октябрь баланс положителен; достигает максимума в июне (300–350 МДж/(м2∙мес)). 
Даты перехода значений радиационного баланса через нулевые значения меняются от 
года к году в зависимости от времени установления и разрушения снежного покрова. 
Существенные различия радиационного баланса по территории связаны с зональными 
условиями и особенностями подстилающей поверхности.
Температура воздуха
Температура воздуха относится к числу основных климатических показателей, 
а также является важным фактором формирования снежного покрова и ледового режима 
водных объектов. Средняя годовая температура воздуха в пределах исследуемой территории уменьшается с юго-запада на северо-восток и составляет 3.5–4.5 °C (Таблица 1.2). 
Годовая амплитуда (разность между средней месячной температурой самого теплого 
и холодного месяцев) составляет 26–28 °C, возрастая к востоку.
Средний многолетний годовой ход температуры для типичных станций в разных 
участках региона представлен на рисунке 1.1. Самый теплый месяц года — июль. 
Средняя месячная температура в это время составляет около 17 °C. Самый холодный 
месяц — январь, —9… –10 °C. Межгодовая изменчивость температуры летних месяцев 
в среднем не превышает 8–10 °C, зимой увеличивается до 20 °C и более.
В холодный период (ноябрь–март) пространственное распределение температуры 
воздуха существенно отличается от широтного вследствие увеличения континентальности климата с запада на восток. Изотермы направлены с северо-запада на юго-восток. 
Средняя температура самого холодного месяца (января) составляет –9… –15 °C. Она 
понижается к северо-востоку. На январь приходятся средние и абсолютные минимумы 
температуры, составляющие в некоторые годы до –50 °C и ниже. Зимние оттепели 
возможны в любой месяц. Они сопровождаются повышением температуры воздуха 
до 3–5 °C, которое может непрерывно продолжаться до 10–20 суток.
Таблица 1.2. Средняя месячная и годовая температура воздуха, °C (Научно-прикладной 
справочник, 1988, 1990а, 1990б, 1992)
Станция
I
II
III
IV
V
VI
VII VIII
IX
X
XI
XII
Год
Валдай
–9.9
–9.3
–4.6
2.9 10.2 14.5 16.7 15.2
9.8
3.7
–1.7
–6.9
3.4
Торжок
–10.4 –9.2
–4.6
3.7 10.8 15.3 16.9 15.6 10.1
3.9
–1.4
–6.7
3.7
Тверь
–10.5 –9.4
–4.6
4.1 11.2 15.7 17.3 15.8 10.2
4.0
–1.8
–6.6
3.8
Торопец
–8.9
–8.5
–3.9
4.0 11.4 15.3 17.1 15.7 10.4
4.6
–0.7
–6.1
4.2
Ржев
–10.0 –8.9
–4.2
4.1 11.2 15.6 17.1 15.8 10.3
4.1
–1.4
–6.3
4.0
6

Рис. 1.1. Средняя многолетняя средняя месячная (tсред), средняя максимальная (tмакс) 
и минимальная (tмин) температура воздуха и количество атмосферных осадков (столбцы) 
за периоды наблюдений по температуре/осадкам: 1960–2015/1966–2015 гг. (данные 
ВНИИГМИ-МЦД).
Переход средней суточной температуры воздуха через 0 °C на юго-западе территории в среднем происходит в первой декаде апреля, на северо-востоке — на 
неделю позднее. Отсутствие отрицательных минимумов температуры при положительной средней суточной температуре (продолжительность безморозного периода) 
возможно в течение 125÷140 суток (Таблица 1.3) и зависит от широты местности, 
местоположения станции, в среднем убывая с юго-запада на северо-восток. Период 
с положительными температурами почвы (Таблица 1.4) короче безморозного периода 
на 1–2 недели.
В теплый период года распределение температур воздуха в большей степени соответствует географической широте местности. Средняя температура самого теплого 
7

месяца (июль) убывает с юга на север. В зависимости от месяца года максимальные 
температуры воздуха колеблются от 4 до 36 °C (Таблица 1.5).
Данные многолетних наблюдений свидетельствуют о постепенном повышении 
температуры воздуха в регионе (Рисунок 1.2). Рост средней температуры с 1960 г. по 
настоящее время более заметно выражен летом, в осенний сезон он незначителен. 
Рост температуры в зимний период в последние 20 лет также почти не выражен. Для 
сравнения — по данным ВНИИГМИ-МЦД (www.meteo.ru), за период 1939–2010 гг. на 
ЕТР (за исключением арктического побережья) средняя скорость изменения зимней 
температуры воздуха (декабрь-февраль) составляет 0.43 °C/10 лет, весенней (мартмай) — 0.38 °C/10 лет, летней (июнь-август) — 0.11 °C/10 лет, осенней — 0.21 °C/10 лет. 
Как видно из рисунка 1.2, межгодовые изменения температуры хорошо согласованы 
по территории, что говорит об общности синоптических процессов, определяющих 
погоду района и в целом его климат.
Таблица 1.3. Средние даты первого и последнего заморозка и продолжительность 
безморозного периода в воздухе (Научно-прикладной справочник, 1988, 1990а, 1990б, 1992)
Станция
Дата последнего 
заморозка
Дата первого  
заморозка
Продолжительность  
безморозного периода, дни
Валдай
16 V
24 IX
130
Тверь
14 V
20 IX
128
Ржев
10 V
26 IX
138
Таблица 1.4. Средние даты первого и последнего заморозка и продолжительность 
безморозного периода на поверхности почвы (Научно-прикладной справочник, 1988, 1990а, 
1990б, 1992)
Станция
Дата последнего 
заморозка
Дата первого  
заморозка
Продолжительность  
безморозного периода, дни
Валдай
21 V
20 IX
121
Тверь
21 V
15 IX
116
Ржев
16 V
18 IX
124
Таблица 1.5. Абсолютный максимум температуры воздуха, °C (Научно-прикладной 
справочник, 1988, 1990а, 1990б, 1992)
Станция
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Год
Валдай
5
7
14
26
29
31
33
34
30
23
12
8
34
Торжок
5
6
16
27
30
32
34
35
31
23
15
9
35
Тверь
5
5
15
27
30
34
36
36
33
23
13
8
36
Торопец
5
6
15
26
30
33
34
34
29
23
15
9
34
Ржев
4
5
17
27
30
32
34
36
30
24
14
8
36
8

Рис. 1.2. Изменение средних месячных значений температуры воздуха  
(по данным ВНИИГМИ-МЦД).
Осадки
Осадки — важнейший приходный элемент водного баланса, величина и изменчивость которого определяет увлажненность территории, а также величину и изменчивость всех составляющих речного стока. Центральные районы ЕТР относятся к зоне 
достаточного увлажнения — количество осадков превышает испаряемость. В отдельные 
засушливые годы на юго-востоке региона это соотношение может меняться. Важная 
роль в распределении осадков по территории принадлежит рельефу — на западных 
склонах, обращенных к основному влагонесущему потоку, и возвышенных участках 
Валдайской и Смоленско-Московской возвышенностей количество осадков возрастает.
Средняя многолетняя годовая сумма осадков в пределах бассейна Верхней Волги 
(Таблица 1.6, рисунок 1.1) убывает с северо-запада на юго-восток. Режим осадков 
9

в основном контролируется циклонической деятельностью. Летом заметный вклад 
в изменение количества осадков и интенсивности их выпадения вносят внутримассовый характер погоды и активизация атмосферных фронтов, определяющих выпадение конвективных осадков. Годовой ход количества осадков на типичных станциях 
территории представлен на рисунке 1.1. Максимальное количество осадков выпадает 
в июле. Нередко они носят ливневой характер. В зимний период интенсивность осадков 
уменьшается, минимум приходится на февраль-март, а число дней с осадками в холодный сезон — возрастает (Таблица 1.7).
Межгодовая изменчивость средних годовых сумм осадков составляет 15–20%. 
Среднее максимальное суточное количество осадков в году (Таблица 1.8) формируется 
обильными дождями в летние месяцы и может достигать 20–25 мм. Среднее суточное 
количество осадков в среднем за год составляет 3–4 мм. Наибольшее число дней в году 
приходится на дни с интенсивностью выпадения осадков от 0.1 до 1.0 мм/сут (Таблица 
1.9). Жидкие осадки составляют 65–75%, твердые — 15–25%, смешанные — 10–15% 
от общего количества осадков за год.
Таблица 1.6. Среднее месячное и годовое количество осадков (1966–2015 гг.), мм 
(ВНИИГМИ-МЦД)
Станция
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Год
Торопец 53.5 43.3 41.7 36.6 57.2 79.9 87.6 80.6 69.1 67.8 63.7 59.5 740.5
Старица 37.2 30.8 30.8 37.7 63.9 78.7 87.5 80.0 63.0 58.3 51.2 45.3 664.3
Бологое
41.4 33.0 33.3 36.8 56.2 73.0 83.7 76.5 59.6 60.0 53.3 49.5 656.5
Великие 
Луки
36.5 30.7 31.2 36.2 53.3 75.8 78.4 74.2 60.8 53.3 47.5 42.4 620.3
Старая 
Русса
39.7 31.0 32.5 37.9 51.4 71.0 73.1 72.8 59.6 56.7 53.9 45.5 624.9
Таблица 1.7. Средняя, максимальная месячная и годовая продолжительность осадков (ч) 
(Научно-прикладной справочник, 1988, 1990а, 1990б, 1992)
Станция
I
II
III
IV
V
VI
VII VIII
IX
X
XI
XII
Год
Продолжительность
Тверь
ср.
246 212 168
98
79
58
62
60
78
137 210 265 1683
макс. 298 337 256 166 146 117 134 136 137 208 286 387 1877
Таблица 1.8. Среднее максимальное суточное количество осадков, мм (Научно-прикладной 
справочник, 1988, 1990а, 1990б, 1992)
Станция
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Год
Тверь
7
7
8
9
15
20
23
21
16
13
9
8
33
10