Современные изменения климатических и агрометеорологических характеристик в Пермском крае и возможные вариации продуктивности сельскохозяйственных культур

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2013. Вып. 2
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 551.5:504.38:633

Л.Н. Ермакова, В.А. Шкляев, Л.С. Шкляева

СОВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ И АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ 
ХАРАКТЕРИСТИК В ПЕРМСКОМ КРАЕ И ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАЦИИ 
ПРОДУКТИВНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР*

Выявлены ритмические особенности изменений температуры воздуха и осадков за последние 70 лет и оцениваются их возможные изменения. Исследовались условия перезимовки озимых культур. Выполнен анализ временных изменений некоторых агроклиматических показателей на территории Пермского края. Исследуется 
биоклиматический потенциал территории края. Выполнено районирование территории края по агрометеорологическим условиям. Даются прогнозные оценки продуктивности зерновых культур.

Ключевые слова: климатические характеристики, вегетационный период, биоклиматический потенциал, активные температуры, агроклиматическое районирование, биологическая продуктивность.

Глобальное изменение климата с его региональными проявлениями является одной из главных 

проблем XXI в. Особое место в этом ряду занимает проблема соответствующих адаптационных изменений сельскохозяйственных ресурсов для обеспечения продовольственной безопасности крупных 
регионов. В связи с этим чрезвычайно важно заранее предвидеть тенденции изменения климата, исследовать и прогнозировать отклик агросферы на них, разработать эффективные пути ее адаптации к 
новым условиям, независимо от конкретных причин (природных или антропогенных), обуславливающих эти изменения.

В России агропромышленный комплекс более подвержен различного рода воздействиям в срав
нении с аграрно развитыми странами, где высокая технологическая оснащенность обеспечивает устойчивость этой отрасли экономики в 3-4 раза больше нашей. В этих условиях необходимы инвентаризация и переоценка агроресурсов, особенно в связи с современными изменениями климата; пересмотр 
ассортимента сельхозкультур; формирование экологического каркаса природных зон за счет новых агротехнологий; агролесомелиоративного обустройства сельхозугодий; адаптивных систем ландшафтного землеустройства [1-4]. Как считает академик А.А. Жученко [5], в числе необходимых направлений 
адаптации сельского хозяйства в неблагоприятных почвенно-климатических и погодных условиях важную роль играет агроэкологическое районирование территории, обеспечивающее наиболее эффективное размещение сельскохозяйственных культур. Это позволит дифференцированно использовать благоприятные факторы природной среды для уменьшения действия абиотических и биотических стрессоров; подобрать культуры и сорта по принципу взаимострахования и биокомпенсации.

Материалы и методика исследований

Был проведен анализ и выполнена оценка изменений агрометеорологических условий Перм
ского края. Для этого исследовалась статистическая однородность временных рядов максимальных, 
минимальных и средних значений температуры воздуха, рядов характеристик влажности, а также рядов суточных, месячных и годовых сумм осадков. Анализ климатических характеристик температуры 
воздуха был выполнен по данным архива средних суточных, максимальных и минимальных температур воздуха, подготовленного ВНИИГМИ-МЦД и доступных на сайте этой организации [6]. Период 
наблюдений составил 124 года с 1883 г. по 2007 г. Ряды минимальных и максимальных температур 
воздуха были значительно короче. Обработка результатов наблюдений включала процедуру скользящего сглаживания с различным интервалом длительности (5, 7, 9, 11 лет и более). Рассматривались 
как линейные, так и полиномиальные аппроксимации полученных временных изменений температуры воздуха, затем выполнялся анализ сезонных особенностей изменений климата.

Были проанализированы условия вегетационных периодов и выявлены их долговременные из
менения в связи с общей тенденцией изменения климата: характеристики вегетационных периодов, 
биоклиматический потенциал, гидротермический коэффициент (ГТК Селянинова) и др. Оценка условий вегетационных периодов в Пермском крае была выполнена за 40 лет (1970-2009 гг.). Анализ вре
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант р_урал_а, № 10-05-96067.

Современные изменения климатических и агрометеорологических характеристик…
105

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
2013. Вып. 2

менных изменений агрометеорологических показателей выполнялся совместно с характеристиками 
форм атмосферной циркуляции.

Исследовались условия перезимовки озимых культур: продолжительность холодного периода, 

даты переходов температуры через 0оС в сторону понижения, оттепели, наблюдаемые в зимний период и др., была оценена их экстремальность и выявлены наблюдаемые долговременные тенденции.
Для этого использовались данные о среднесуточных температурах воздуха за период 1900-2008 гг. в 
Перми, а также результаты наблюдений за снежным покровом на метеорологических станциях Пермского края с 1950 по 1996 гг., кроме этого, привлекались данные, помещенные в «Научно-прикладном 
справочнике…» [7], и другая справочная информация [8; 9].

Некоторые из перечисленных показателей использовались для районирования территории Перм
ского края. Была выполнена оценка новых принципов экологически и экономически обусловленного 
природопользования в сельском хозяйстве с учетом современных тенденций изменения климата.

Результаты и их обсуждение

Временные изменения температуры и осадков. Особенности временных изменений темпера
туры воздуха в XX в. позволяют выделить достаточно длительные периоды ее повышения и понижения. Длительность таких периодов может составлять 20-35 лет. На рассматриваемой территории наблюдался весенний и зимний тип потепления, который характеризовался устойчивой тенденцией повышения температуры воздуха в марте, а также в декабре. Временной ход индексов изменения климата, определенных по экстремальным температурам, также указывает на общее повышение температуры. Для территории Среднего Урала тенденции изменения индексов отрицательны: наблюдается 
уменьшение числа дней с отрицательной максимальной и минимальной температурой, что указывает 
на повышение температуры воздуха зимой. Период наблюдаемого повышения температуры в начале 
XXI в. заканчивается [8]. 

Периодичность изменения количества осадков менее выражена, но во всех случаях выделяется 

интервал их уменьшения, приходящийся на 1930-1947гг. В результате выполненного анализа было 
выявлено, что на территории Среднего Урала возрастает не только годовое количество осадков, но и 
величина суточного максимума осадков. Выполненная фильтрация с шириной окна в 15 лет указывает на достаточно длительные периоды с относительно высокими и низкими максимумами, поэтому 
использование только линейной аппроксимации не всегда оправдано. Линейную аппроксимацию 
можно использовать лишь для ориентировочной оценки тенденций изменения осадков ввиду ее 
большой погрешности. Отмечен рост годового максимума суточного количества осадков на Среднем 
Урале. Период наблюдаемого повышения количества осадков в конце XX в. закончился [8].

Роль циркуляционных условий. Циркуляционные условия оказывают заметное влияние на ре
гиональные климатические изменения. Анализ форм циркуляции на основе типизации А.Л. Каца показал, что во все сезоны преимущественно преобладали типы С и Ц, а зимой преобладал тип С. Положительные тренды температуры зимой на Северном и Среднем Урале связаны с преобладанием типа С. 
Летом слабые положительные тренды на Северном Урале связаны с типом Ц. Наибольшая повторяемость формы Е (по типизации Вангенгейма-Гирса) в исследуемый 10-летний период сместилась с зимы 
на весну-лето относительно нормы, а формы С – с лета на зиму. В это же время происходит снижение 
повторяемости формы Е и увеличение повторяемости формы W (Вангенгейма-Гирса) и меридиональной южной (Дзердзеевского). Усиление переноса воздушных масс с Атлантического океана и районов 
Северной Атлантики может являться причиной современного потепления в Пермском крае.

Проведен анализ линейных трендов продолжительностей межфазового периода яровой пшеницы 

кущение-выход в трубку. Трендовые значения этой величины изменяются в северной части края от 4 до 
10 дней, в центральной и южной зонах – от 5 до 8 (фактические – от 3 до 12 дней). Для большей части 
территории Пермского края характерно уменьшение продолжительности (северная часть – на 2 дня, 
центральная часть – на 1 день) периода, для южной части – небольшое увеличение – примерно на 1 
день к концу исследуемого периода. На продолжительность межфазового периода кущение-выход в 
трубку существенное влияние оказывают циркуляционные условия. Устойчивая атмосферная циркуляция форм W и C в июне благоприятна для развития яровой пшеницы и способствует сокращению периода кущение-выход в трубку, а формы E – способствует удлинению этого периода [2]. 

Запасы влаги. Проведен анализ весенних запасов почвенной влаги (ЗПВ) в пахотном слое поч
вы (0-20 см) за период 2000-2008 гг., который показал, что среднее содержание ЗПВ в дерновоподзолистых почвах составляет 38-40 мм, в серых лесных – 27-30 мм.