Проблема сохранения биологического разнообразия

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.

Изменение основных показателей  метеоэлементов климата

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

 

Станции

Абс.

высоты  в м.

Температура

воздуха

Осадки за год  в мм.

Влажность

воздуха

Ккал./см²

Кс

Кв

LE/P

Испаряе-мость  в мм.

июль

годо-

вая

%

мб.

R

LE

P

Станция 1 (пояс хвойно-широколиственных лесов)

1340

15,6

6,3

763

70

6,7

38,0

21,3

16,7  

0,83   

1,3      

1,27

430

Станция 2 (верхняя  граница пихтово-сосновых  лесов)

2050

11,2

3,4

1242

76

5,9

31,1

20,7

10,4     

0,42  

3    3,55       

1,98

350

Станция 3 (березовое  криволесье, сосновые редколесья и  субальпийские луга)

2350

10,6

2,7

1410

74

5,5

31,0

20,6

10,4      

0,37      

4,4       

1,96

322

Станция 4 (субальпийские  луга)

2500

9,6

0,8

1494

68

4,4

30,1

19,9

10,2      

0,34      

4,8      

1,95

312

 

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). 

 

1960-2004гг.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Год
Осадкиmin.	10	3	4	81	22	51	32	28	39	24	21	10	1301
Осадкиmax.	498	305	378	342	290	346	277	259	425	563	439	440	2377
Осадкиср.	151	104	119	164	144	149	137	142	1581	196	177	163	1798

 

 

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) 

 

Станции

R

LE           

P

Кэ            

Северная

29.6

18,9

10.7

0,4

Южная

38,5

23.6

14,9

3,3

Восточная

31,3

20.1

11.2

1.8

 

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).

 

2.3. Ландшафтный  фактор

Высотный фактор определяет вертикальную дифференциацию климатических поясов, а геоморфологический фактор формирует внутрипоясные различия, что приводит к выделению остальных морфологических единиц, например, местностей – это цирки, склоны долин второго и третьего порядков, висячие долины и т.д. Важность геоморфологического фактора заключается в обособлении и смене растительности в высокогорьях. Также изменение с высотой климатических условий тоже определяет дифференциацию растительного и почвенного покрова и, как следствие, формирование высотных геоботанических  поясов. Это влияние, а также соотношение ландшафтных и геоботанических поясов, в том числе и поясов экотона, можно рассмотреть  также на примере Тебердинского заповедника (левого борта долины реки Теберды и хребта Малая Хатипара) (рис.3).

Рис. 3. Ландшафтные и геоботанические пояса Тебердинского заповедника

(Шальнев, Нефедова, 2006).

Условные знаки:

Границы: 1 –  ландшафтов, 2 – геоботанических  поясов.

R – радиационный  баланс, ккал/см² ; t₁ – средняя годовая температура; t₂ – температура июля; r– годовая сумма осадков.

Геоботанические пояса ландшафта хвойных лесов  троговых долин среднегорий:

I – доминантный  хвойных лесов склонов трогов;

II – экотона  хвойно-широколиственных лесов днища  трога;

III – экотона  сосновых редколесий, березовых  криволесий и высокотравных субальпийских лугов склонов трогов.

Геоботанические пояса ландшафтов высокогорных лугов:

IV – доминантный  субальпийский;

V – доминантный  альпийский;

VI – экотон  субнивальный.

В пределах среднегорий  формируется ландшафт хвойных лесов  меридиональных троговых долин, для которых типичны свои геоботанические пояса. На днище троговой долины реки Теберды формируется переходный пояс смешанных лесов. Основные компоненты колеблются в пределах: R = 37-38 ккал/см², t₁ = 6,3ºС,  t₂  = 15,1-15,6ºС, r = 760-850 мм, что позволяет произрастать не только хвойным лесам, но и буковым лесам. На склонах трогов формируется доминантный пояс хвойных лесов. Показатели метеоэлементов изменяются: R = 37-31,5 ккал/см², t₁ = 6,0-3,0ºС,  t₂  = 15,0-11,2ºС, r = 850-1250 мм, благодаря чему в зависимости от фактора экспозиции произрастают сосново-пихтовые леса. При дальнейшем увеличении высоты формируется переходный пояс сосновых редколесий и березовых криволесий к субальпийским лугам. Здесь основные компоненты метеоэлементов составляют: R = 31 ккал/см², t₁ = 2,7ºС,  t₂  = 9,6ºС на южных склонах и 9,9ºС – на северных, r = 1400 мм. Данные климатические условия показывают постепенную зону перехода от лесных ассоциаций к высокогорным луговым. Причем температура достигает здесь критической отметки в 10ºС, которая не является благоприятной для произрастания древесного и кустарникового ярусов. Если обратиться к разнице высот границ, то на южных склонах граница экотона занимает более высокое положение, а на северных как бы приостанавливается.