Лекции для студентов

Мерзлотное лесоводство — Климатическая обусловленность многолетней мерзлоты

Климатическая обусловленность многолетней мерзлоты

Процесс формирования и динамики современной многолетней мерзлоты, как отмечалось ранее, определяется глобальными климатическими циклами. На обширной территории севера России, где распространена преимущественно сплошная многолетняя мерзлота, климатические условия отличаются очень большим разнообразием, отражающим как широтную зональность, так и вертикальную поясность на фоне нарастающей при продвижении с запада на восток континентальности климата.

Известно, что характер климатических условий определяется преимущественно тремя климатообразующими процессами: тепло- и влагооборотом, общей циркуляцией атмосферы. Но приоритет принадлежит солнечной радиации, поступление которой к верхней границе атмосферы относительно постоянно и зависит лишь от широты местности. Некоторое представление о сумме солнечной радиации, поступающей к земной поверхности при абсолютной прозрачности атмосферы дают следующие данные

Как видно, в течение года на севере тепло поступает крайне неравномерно. С середины мая до начала августа сумма инсоляции в Заполярье больше, чем на экваторе. Например, на широте 80^о к поверхности земли поступает 31 ккал ^. см^{-2 .} мес^-1., а на экваторе — 23,5 ккал ^. см^{-2 .} мес^-1 (Будыко, 1971). Однако, средняя величина инсоляции в единицу времени у экватора значительно выше, так как она поступает за меньший промежуток светлого времени суток (12 часов) чем на Крайнем Севере.

Кроме того, в связи с небольшой высотой солнца над горизонтом даже у 60^о с.ш. летом сумма дневной инсоляции в общем достаточно мала. Тем не менее, ее компенсирует увеличивающаяся, по мере продвижения с юга на север, продолжительность дня. Достаточно отметить, что самый длинный день на широте 60^о составляет 18,5 часа, около 65^о — 21,1, а на широте 66,5^о и севернее — 24 часа. В результате, длительная суточная освещенность на Крайнем Севере предопределяет интенсивность фотосинтеза в течение короткого вегетационного периода и значительно более быстрое прохождение фенологических фаз развития растительности, чем в средних и южных широтах северного полушария.

В зимний период сумма инсоляции быстро снижается по мере продвижения с юга на север. Особенно велика ее разница между

широтами 50-60^о, то есть близ южной границы распространения многолетней мерзлоты.

Значительная часть солнечной радиации, достигающей приземного слоя атмосферы и поверхности Земли, отражается облаками и особенно снежным покровом. Уместно напомнить, что в среднем около 60% поступающей энергии Солнца отражается снежным покровом. Следовательно, чем продолжительнее период сохранения устойчивого снежного покрова, тем ниже в высоких широтах северного полушария средние месячные температуры воздуха. В области сплошного распространения мерзлоты продолжительность снежного покрова изменяется при продвижении с юга на север от 180-200 до 280 и более дней (Пармузин, 1979).

Таким образом, с середины октября по март — апрель на большей части территории мерзлотной зоны эффективное излучение с поверхности Земли выше поглощающей радиации, то есть наблюдается отрицательный радиационный баланс.

Суммарная радиация включает прямую (при безоблачном небе) и рассеянную. Их соотношение изменяется в значительном диапазоне в зависимости от совокупности факторов. В тундровой зоне доля прямой радиации в среднем составляет 28-30%, в таежной — она увеличивается до 35-40, а в степной возрастает до 50-55%.

Помимо проиллюстрированных особенностей, обусловленных положением региона в высоких широтах северного полушария, а, следовательно, низкой теплообеспеченностью и своеобразным световым режимом, зона сплошного распространения многолетней мерзлоты расположена преимущественно в полосе попеременного влияния арктического и континентального воздуха. Это также предопределяет своеобразие климатических условий.

При продвижении с запада на восток закономерно возрастает континентальность климата, которая характеризуется увеличением годовых и суточных амплитуд температуры, снижением количества выпадающих осадков, влажности воздуха и облачности. В совокупности перечисленные факторы способствуют значительному прогреванию поверхности почвы и приземных слоев воздуха в летнее время и усиленному их охлаждению зимой.

Степень континентальности климата в мерзлотной зоне изменяется в следующей последовательности: на Кольском полуострове — климат переходный, мерзлота приурочена к тундровой растительности, индекс континентальности -30-40%; северо-восток европейской части России — континентальный, распространение мерзлоты островное, индекс — 40-50; Урало-Енисейско-Ленский водораздел — климат резко континентальный, мерзлота от островной до сплошной, индекс континентальности — 50-80; Центральная и Северо-Восточная Якутия — климат экстра континентальный, мерзлота сплошная, индекс континентальности — 90-100%; прибрежные районы Магаданской области — климат континентальный, мерзлота сплошная и прерывистая, индекс континентальности — 50-60% (Поздняков, 1986).

Нарастание континентальности климата иллюстрирует и понижение средней температуры января от -10^о С на западе рассматриваемого региона до — 50-55^о — на крайнем северо-востоке (Верхоянск, Оймякон). Общее представление об основных климатических факторах в области распространения многолетней мерзлоты и тенденциях их изменения дает рис. 1.2. Снижение доли осадков, выпадающих в зимний период, при продвижении на восток предопределяет уменьшение мощности снежного покрова, а преобладание зимой преимущественно ясной антициклональной погоды в совокупности значительно усиливают охлаждение земной поверхности.

Рис. 1.2. Основные климатические факторы мерзлотной зоны (по: Поздняков, 1986)

1 — индекс континентальности, %; 2 — сумма осадков за год, мм; 3 — средняя температура января; 4 — удаленность южной границы мерзлоты от побережья северных морей (градусы широты); 5 — то же, южной границы сплошной мерзлоты

Территория с наиболее суровыми климатическими условиями охватывает Таймырский полуостров, Эвенкию, Якутию и часть континентальных районов Магаданской области. Здесь, как следует из приведенного рисунка, сочетаются максимальная степень континентальности климата, минимальное количество годовых осадков, самые низкие зимние температуры воздуха и сплошное распространение многолетней мерзлоты.

Характерной особенностью климатических условий горных районов севера Средней и Восточной Сибири является наличие температурных инверсий, отчетливо проявляющихся в зимнее время при тихой и ясной погоде. Переохлажденные воздушные массы стекаются в межгорные понижения, долины рек и озер, а на склонах водоразделов наблюдается наиболее благоприятны температурный режим. Например, в Якутии величина инверсии может достигать 1-2^о С на 100 м подъема и прослеживаться до высоты 1500-2000м (Поздняков, 1986). В результате на восточном макросклоне и отрогах Верхоянского хребта береза встречается, как правило, лишь на склонах и вершинах увалов, возвышающихся над долиной р. Яна на 300-400 м.

Аналогичная закономерность хорошо прослеживается также в центральной части плато Путорана, где наиболее продуктивные древостои с незначительной примесью березы тяготеют к средним частям склонов водоразделов, а в долинах рек и озер нередко распространены лишь лиственничные редины с фрагментами кустарниковых тундр. По структуре и строению они сходны с тундровыми сообществами, формирующимися у верхней границы распространения древесной растительности.

Таким образом, лесорастительные условия зависят от целого ряда взаимосвязанных факторов, ведущими из которых в мерзлотной зоне являются тепло и влага. Соотношение и интенсивность проявления каждого из факторов в совокупности влияют на формационный состав и структуру лесных растительных сообществ, их продуктивность и устойчивость в суровых природно-климатических условиях высоких широт. Своеобразие лесного покрова мерзлотной зоны, помимо климатических факторов,

характерных для того или иного региона, во многом определяется также проявлением широтной зональности и вертикальной поясности. Поэтому в последующих главах и разделах эти вопросы будут рассмотрены более подробно.