Климатогенный фактор

2.2. Климатогенный фактор

На климатические условия Западного Кавказа влияют географическое положение, особенности рельефа и циркуляция атмосферы. Участок расположен на юге умеренных широт на границе с субтропическими широтами (Асланикашвили, Мамулян, 1990). Климат влажный, относительно солнечный и теплый, так как осуществляется средиземноморский циклогенез. В холодное полугодие количество осадков велико. На высоте около 2000м за год выпадает 2600 мм. (Темникова, 1959). На территории Западного Кавказа преобладает юго-западный перенос общей циркуляции. Он для северных склонов Передового хребта и Южно-Юрской депрессии приносит основную массу осадков. В годовом и суточном ходе различных метеорологических элементов происходят резкие изменения, определяемые взаимодействием свободной атмосферы с увеличением высоты. Характер изменения температуры с высотой не зависит от сезона: количество осадков растет с высотой (Кавказ, 1966). В общем, для высокогорных районов характерен высокий приток суммарной солнечной радиации. Но от среднегорий к высокогорьям наблюдается уменьшение радиационного баланса, в связи с повышением эффективного излучения с высотой. Наблюдается общее возрастание засушливости с запада на восток.

Имеющаяся на территории исследования метеостанция «Клухорский перевал» на высоте 2037м над у.м., располагает данными, которые помогут оценить изменения климатических параметров за с 1960 по 2004 гг. (таблица 1). Для анализа была выбрана эта метеостанция потому, что она расположена в типичной зоне экотона субальпики. Нами при изучении участков исследования было проанализировано изменение годовых температур в период по данным метеостанции.

Таблица 1.

Температура воздуха за период 1960-2004 гг. по метеостанции «Клухорский перевал», ºС (Братков, 2005)

Минимальная температура воздуха составила 2,1ºС в 1992 г., а максимальная – 5,9ºС в 1971 г. Если сравнивать тенденции изменения температуры по периодам, то c 1960-х гг. до 1990-х гг. колебания осуществлялись в диапазоне 4ºС. В начале 90-х гг. диапазон колебаний средних температур составил 3ºС, а с конца 90-х гг. снова наблюдается повышение показателей до 4,2ºС-4,3ºС. Отмечается несовпадение данных по многолетним наблюдениям: при увеличении температуры за указанный период наблюдений выявляется, наоборот, падение температуры. Данный факт можно объяснить тем, что в начале 90-х годов отмечались минимальные температуры за весь анализируемый срок наблюдений. Кроме того, примерно до середины 70-х годов амплитуда колебания температуры воздуха была гораздо более существенна, по сравнению со следующим периодом (Братков и др., 2005).

Отрицательные минимальные температуры характерны для пяти месяцев в году, начиная уже с ноября, и, соответственно, самая низкая температура бывает в январе -10,1ºС. Отрицательные максимальные температуры характерны только для января. В последующие месяцы рост показателей осуществляется примерно с разницей в два раза. Положительные максимальные температуры актуальны для трех летних месяцев и колеблются от 14,4ºС до 17,3ºС.

Для средних температур динамика показателей изменяется примерно в два раза. Отрицательные средние показатели характерны для четырех месяцев - декабрь, январь, февраль и даже март, причем низкий показатель встречается в январе, а немного «повыше», соответственно, в марте. Такие температурные вариации сокращают вегетационный период развития растительности и активный образ жизни беспозвоночных. Максимальные показатели средних температур выделяются в летние месяцы и диапазон колебаний составляет от 10,3ºС до 13,2ºС. Именно этот промежуток времени и характеризуется активизацией процессов жизнедеятельности беспозвоночных.

Наглядно динамику общих макроклиматических показателей можно проанализировать на примере метеоэлементов хребта Малая Хатипара.

Значительные колебания относительных высот в пределах хребта обусловили формирование вертикальных различий климата, растительности, почв и животного мира. При рассмотрении основных показателей метеоэлементов климата (таблица 2) —радиационного баланса, затрат тепла на испарение, индекса сухости, испаряемости — отмечается общая тенденция снижения показателей с высотой. Средние июльские температуры снижаются на 0,5° на каждые 100м, средние годовые - на 0,4°, радиационный баланс — на 0,7 ккал/см², затраты тепла на испарение — на 0,19 ккал/см², затраты тепла на нагревание - на 0,5 ккал/см² на 100м. В то же время количество осадков и величина коэффициента увлажнения растут с высотой. Количество осадков возрастает на 64 мм на каждые 100 м, величина коэффициента увлажнения — на 0,4.

Составляющие теплового баланса с высотой меняются одинаково. Затраты тепла на испарение по всему профилю хребта изменяются мало, чего нельзя сказать о затратах тепла на нагревание. Годовые величины последних с высотой быстро уменьшаются. В данном случае показателен коэффициент отношения затрат тепла на испарение к затратам тепла на нагревание (LE/P). В долине Теберды величины LE и Р почти одинаковы, и коэффициент равняется 1,27. В пределах лугового пояса его величины возрастают до 2,0—2,13.

Уменьшение затрат тепла на нагревание с высотой сказывается на температурном режиме воздуха и характере испаряемости. В поясе луговых ассоциаций средние годовые температуры уже ниже нуля. Величины испаряемости не превышают 300мм, поэтому коэффициент увлажнения растет с 1,3 в долине Теберды до 4,8—5,8 в поясе луговых ассоциаций. Подобных значений коэффициента увлажнения у природных зон равнин умеренных широт не наблюдается (Шальнев, 1973).

При сравнении показателей таблицы 2 от подножия (1340м) к субальпийским лугам на высоте 2500м. над у.м., выявлено, что основные показатели метеоэлементов весьма высоки для станции 1, а на второй станции наблюдается спад показателей. От этой станции вполне упорядоченно возрастают метеоэлементы к типичной субальпике. Максимальные показатели температур характерны для высоты в 1340м, потом резкое падение для июльских температур на 4,3ºС, а для годовой – 1,9ºС и более плавное понижение, в результате которого годовая температура и температура воздуха в июле понижается на 0,6-1,0ºС, а годовая температура в диапазоне высот 2350-2500м даже понижается на 1,9ºС. При такой динамике температур минимальное количество осадков выпадает в хвойно-широколиственных лесах – 763 мм, затем повышается количество осадков, причем на 479 мм и на верхней границе пихтово-сосновых лесов составляет 1410 мм. А к субальпийским лугам количество осадков увеличивается плавно – на 84-168 мм. Но при таком росте количества осадков, влажность воздуха с высотой уменьшается: минимальная на станции 4 (68 мм), а максимальная – на станции 1 (76 мм). Радиационный баланс с высотой уменьшается от 38,0 ккал/см² до 30,1 ккал/см², причем разница между первыми двумя станциями составляет 6,9 ккал/см². Расходная часть радиационного баланса, которая тратится на затраты тепла на испарение (LE) и турбулентный поток тепла в воздух (P). Вполне последовательно понижается показатели на испарение от 1340 м до 2500 м над у.м., с разницей 0,1 ккал/см². Показатели P сначала понижаются на 6,3 ккал/см², затем не изменяются на уровне высот 2050 м. и 2350 м и составляют 10,2 ккал/см². На станции 4 показатель турбулентного потока тепла в воздух составляет всего лишь 10,2 ккал/см². Затраты на испаряемость закономерно снижаются с 430 мм до 312 мм., это объясняется тем, что луговые ассоциации являются «открытым» участком, лишенным древесной и кустарниковой растительности. Соответственно, расходная часть радиационного баланса от леса к лугу возрастает.

При сравнении березовых криволесий и сосновых редколесий с типично субальпийскими лугами при разнице высот в 150м наблюдается снижение средней июльской и годовой температур на 1º и 1,5^°, соответственно, и уменьшается влажность воздуха на 6%. При этом, от станции 3 к станции 4 возрастает количество осадков на 84 мм., то и радиационный баланс, затраты тепла на испарение и турбулентный поток тепла в воздух также возрастает, но незначительно на 0,1 ккал/см² , 0,7 ккал/см² и 0,2 ккал/см² , соответственно. Испаряемость уменьшается на 10 мм, а значит и коэффициент сухости – на 0,3. Коэффициент увлажнения, наоборот, возрастает на 0,4. Так как, возрастание радиационного баланса параллельно ведет к нарастанию и эффективного излучения.

Таблица 2.

по восточному профилю хребта Малая Хатипара (Шальнев, 1968-1975).

Примечание: R – радиационный баланс, LE – затраты тепла на испарение, P – турбулентный поток тепла в воздух, Кс – коэффициент сухости, Кв – коэффициент увлажнения.

При сравнении средних температурных показателей за 44 года (Братков, 2005) и за 7 лет (Шальнев, 1973) выявлено, что за многолетний период изменения составляли около 4ºС на уровне 2037 м, а за семилетний промежуток на высотах от 1340м до 2350м над у.м. диапазон колебаний составлял 0,3-0,4ºС. Среднегодовая температура на лугу в типичной субальпике (2500м) достигла 2ºС. За более короткий временной промежуток времени градиент колебаний будет более сглаженный, чем за почти полувековой период, причем показатели, безусловно, усреднены, а общий анализ дан выше.

Еще одним показателем, характеризующим климатическую обстановку Западного Кавказа является количество осадков. Также можно проанализировать изменение величины годовых осадков на метеостанции «Клухорскиий перевал» за период 1960-2004 гг. (таблица 3), для получения многолетних показателей. По сравнению с предшествующим периодом годовое количество осадков увеличилось на 23 мм, что при средней величине около 1800 мм не существенно, однако сезонные изменения довольно весомы. Заметна хорошо выраженная тенденция увеличения осадков в холодный период при их сокращении в теплый период года. При этом в процентном исчислении, например, в январе количество осадков увеличилось на 42%, тогда как в мае они уменьшились на 35%.

Таблица 3.

Осадки за период 1960-2004 гг. по метеостанции «Клухорский перевал»,

в мм (Братков, 2005).

Минимальное количество осадков составляет 1301 мм в 1984 г., а максимальное – 2377 мм в 2001 г. Если сравнивать тенденции изменения осадков последовательно, то с 1960-х гг. их величина составляла 1718 мм, и до 1980-х гг. возрастает – 1763 мм, а в 80-ые гг. резко уменьшается – до 1575 мм. Но от 90 гг. к 2004 г. опять увеличивается среднегодовое количество осадков и составляет уже 2102 мм. Величина гидротермического коэффициента за период 1960-2004 гг. составила 3,82, т.е. уменьшилась с 4,6. Причем, гидротермический коэффициент представляет собой отношение суммы осадков за период с температурой выше +10º к сумме температур за тот же период. Величина коэффициента увлажнения, наоборот, несколько увеличилась: 3,52 вместо 3,40. А коэффициент увлажнения представляет собой отношение количества осадков к испаряемости за тот же период (Братков и др., 2005).

Самое минимальное количество осадков, исходя из таблицы 3, характерно для февраля и марта, затем резко возрастает в апреле и в летние месяцы колеблется от 51 до 28. Следующий пик достаточного увлажнения приходится на сентябрь. К январю наблюдается уменьшение количества осадков. При этом наибольший показатель осадков из критерия «Осадки_min» отмечен в апреле – 81 мм, а минимальный – в феврале – 3 мм. Максимальное количество осадков изменяется вполне закономерно: значительно для осеннее-зимнего периода от 425 мм в сентябре до 498 мм в январе и максимум приходится на октябрь. В весеннее-летний период осадки уменьшаются: от 378 мм в марте (максимум) до 259 мм в августе (минимум).

Среднее количество осадков составляет для полувекового промежутка времени 1775 мм., где наименьшее количество 104 мм выделено в феврале, а наибольшее – 1581 мм в сентябре. В целом, в осеннее-зимние месяцы, с сентября, количество осадков уменьшается и в феврале достигает 104 мм. Весной их количество увеличивается и в летний сезон несколько уменьшается.

Основными особенностями ветрового режима Западного Кавказа является наличие горно-долинной циркуляции с направлением ветра вдоль долин и преобладанием ветров западных направлений. Как правило, наибольшие скорости ветра здесь отмечаются в холодной период, а наименьшие – в теплый. Вероятность ветров скоростью более 10 м/с повышается зимой - 40 % (Гельмгольц, 1963).

Горно-долинные ветры охватывают долины от их верховьев до предгорий. Развиты они в течение всего года, но наиболее интенсивно в теплый период при антициклональных типах погоды, когда барические градиенты ослаблены. Днем ветер имеет направление вверх по долинам и склонам – долинный ветер, а ночью вниз по долинам – горный ветер. На северном склоне дневной долинный ветер имеет северное, северо-восточное направление, а ночной, горный ветер – южное и юго-западное направление. Также повсеместно наблюдаются фены, которые обусловлены, в основном, циклонической деятельностью. Их возникновение связано с происхождением циклонов средиземноморского происхождения (Тайлаков, 1967).

Помимо макроклимата в горах, приводящего к дифференциации природных условий и формированию биоклиматических комплексов — геоботанических высотных поясов, имеются и микроклиматические особенности, воздействующие на горизонтальную дифференциацию. Это экспозиция и крутизна склонов. Экспозиция склона в первую очередь влияет на обеспеченность теплом природных комплексов. При одинаковом количестве осадков неравномерное распределение тепла определяет различия в водном режиме склонов, что сказывается на особенностях биоценозов (Шальнев, 1971). Поэтому в пределах одного и того же высотного пояса «в одинаковых" условиях общего климата на близких друг к другу участках могут создаваться местные вариации климата, что влияет на детали структуры ландшафтной поясности» (Щукина, I960, стр. 17).

Таблица 4.

Распределение годовых величин теплового и радиационного балансов в геоботаническом высотном поясе березовых криволесий, сосновых редколесий и субальпийских лугов, в зависимости от экспозиции склона, ккал/см² (Шальнев, 1973)

Примечание: R – радиационный баланс, LE – затраты тепла на испарение, P – турбулентный поток тепла в воздух, Кэ – коэффициент экспозиции.

Примером формирования местных вариаций климата на склонах разных экспозиций, на близких друг к другу участках, могут служить данные, приведенные в таблице 4. Станции располагались в пределах луговых ассоциаций переходного геоботанического пояса березовых криволесий и сосновых редколесий с фрагментами субальпийских лугов. Первая станция (северная) занимала пригребневые участки склона северо-северо-восточной экспозиции и крутизной 16—18° с разнотравно-злаковыми лугами. Вторая станция (южная) располагалась на склонах юго-юго-восточной экспозиции с крутизной 30°, с разнотравно-пестрокостровыми фитоценозами. Восточная станция занимала крутые (20°) склоны верхней части древнего цирка восточной экспозиции с вейниково-злаково-разнотравной pacтительностью.

Для иллюстрации роли экспозиции в пределах одного высотного геоботанического пояса очень показателен коэффициент экспозиции (Кэ), который рассчитывался В.А. Шальневым пo формуле Кэ = P×A / < K×R, где А—азимут склона, < K—крутизна склона. На склоне северной экспозиции при А = 15° коэффициент равняется 0,4. На склоне южной экспозиции при А=165˚ достигает 2,3. Для склонов восточной экспозиции при А =105˚ коэффициент составляет величину 1,8 (Шальнев, 1973).