Методика оценки потенциальной гидрометеорологической опасности территории Крымского полуострова
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………. 5
ГЛАВА 1. ДИНАМИКА КЛИМАТА В КРЫМУ В ПЕРИОД КОНЦА 20 –
НАЧАЛА 21 ВЕКА ………………………………………………………………………………………… 13
1.1 Характеристика климата и климатообразующих факторов Крымского
полуострова ………………………………………………………………………………………………… 13
1.2 Современные тенденции изменения климата на территории Крымского
полуострова…………………………………………………………………………………………………. 18
1.2.1 Изменение среднегодовых температур воздуха в Крыму ………………….. 19
1.2.2 Изменение среднегодового количества осадков …………………………………. 22
1.3 Динамика проявления опасных гидрометеорологических явлений в Крыму
……………………………………………………………………………………………………………………. 26
Выводы по главе 1 ……………………………………………………………………………………….. 34
ГЛАВА 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ
ЛОКАЛИЗАЦИИ И ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ
ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОПАСНЫХ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ
ЯВЛЕНИЙ ……………………………………………………………………………………………………… 35
2.1 Анализ метеорологической информации …………………………………………………. 35
2.2 Основные методы исследований……………………………………………………………… 36
2.3 Критерии выделения опасных гидрометеорологических явлений в
Крыму…………………………………………………………………………………………………………. 39
2.4 Закономерности пространственно-временной локализации и
потенциальной опасности возникновения опасных гидрометеорологических
явлений в Крыму …………………………………………………………………………………………. 41
2.4.1 Заморозки …………………………………………………………………………………………. 41
2.4.2 Ливневые дожди и наводнения ………………………………………………………….. 44
2.4.3 Ураганные ветры, шквалы и смерчи ………………………………………………….. 49
2.4.4 3асухи, суховеи и пыльные бури ………………………………………………………….. 61
2.4.5 Сильный снегопад и снежные метели ……………………………………………….. 73
2.4.6 Град………………………………………………………………………………………………….. 77
2.4.7 Гололедно-изморозевые явления ………………………………………………………… 84
2.5 Активизация опасных природных процессов как следствие
проявления опасных гидрометеорологических явлений в Крыму ……………….. 85
2.5.1 Абразионные процессы на побережье ……………………………………………….. 85
2.5.2 Эрозионные процессы и опустынивание земель ………………………………… 90
2.5.3 Селевая опасность ………………………………………………………………………….. 104
Выводы по главе 2 ………………………………………………………………………………………. 108
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ
ОПАСНЫХ ЯВЛЕНИЙ И ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
НА ЛАНДШАФТЫ КРЫМСКОГО ПОЛУОСТРОВА ……………………………….. 111
3.1 Методика опенки потенциальной гидрометеорологической опасности
территории Крымского полуострова …………………………………………………………… 111
3.2 Понятие и опенка гидрометеорологической нагрузки на ландшафты ……… 122
Выводы по главе 3 ………………………………………………………………………………………. 127
ГЛАВА 4. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КРЫМСКОГО
ПОЛУОСТРОВА И АНАЛИЗ СЕТИ МОНИТОРИНГА ОПАСНЫХ
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ…………………………………………… 128
4.1 Понятие гидрометеорологической безопасности ……………………………………. 128
4.2 Основные мероприятия по улучшению гидрометеорологической
безопасности в Крыму…………………………………………………………………………………130
Выводы по главе 4 ………………………………………………………………………………………. 132
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………. 134
ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………………………………………………… 138
Приложение А. Динамика опасных и неблагоприятных явлений в Крыму по
данным метеостанций по пятилетним периодам с 1991-2015 гг. ………………… 159
Приложение Б. Количество случаев опасных гидрометеорологических
явлений в Крыму в период с 2010-2015 гг. …………………………………………………… 164
Приложение В. Ландшафтная карта Крыма ……………………………………………….. 165
Приложение Г. Критерии выделения опасных и особо опасных (стихийных)
гидрометеорологических явлений в Крыму ………………………………………………… 179
Приложение Д. Новый перечень региональных критериев опасных
природных гидрометеорологических явлений (ОЯ)……………………………………. 182
Во введении обоснована актуальность работы, определены научная проблема, цель, задачи и методы их решения; оценены научная новизна и практическая значимость работы; перечислены основные положения, выносимые на защиту и личный вклад автора.
В первой главе «Динамика климата в Крыму в период конца 20 – начала 21 века» выявлены закономерности проявления и доказана активизация опасных гидрометеорологических явлений вследствие динамики основных метеоэлементов – температуры воздуха и осадков в Крыму. Обобщена и представлена краткая характеристика климатообразующих факторов.
Закономерности распростанения и особенности активизации опасных гидрометеорологических явлений в Крыму определены на основе изучения архивных данных ФГБУ «Крымское УГМС». Анализ проявления опасных гидрометеорологических явлений (пыльных бурь, смерчей, засух, суховеев, заморозков, сильных ветров, ливневых дождей, сильного снегопада и выпадения града) проведен за тридцатилетний период инструментальных наблюдений на всех метеостанциях Крымского полуострова, с использованием статистического анализа, отбраковки и анализа ошибок.
Наиболее показательные результаты представлены на картах – рис.1 Проявление опасных гидрометеорологических явлений, и рис. 2. Проявление опасных гидрометеорологических явлений и заморозков. Построение карт осуществлялось методом наложения статистических данных в геоинформационной картографической системе Quantum-Gis1.7.4. При построении карт учитывались
географические особенности территории. Критерием для ранжирования данных явились суммы случаев проявлений опасных гидрометеорологических явлений.
Рис. 1 Проявления опасных гидрометеорологических явлений.
Анализ картографических
закономерности: наибольшая
гидрометеорологических явлений характерна для Горного и Предгорного Крыма. Наибольшее число ОЯ и заморозков отмечается на северо-востоке Крыма и в центральной части Предгорного Крыма.
В ходе исследования динамики основных метеоэлементов, установлено, что увеличение среднегодовых значений приземной температуры воздуха и сумм осадков, а также изменения режима их выпадения в виде высокоинтенсивных ливневых дождей, сказываются в повышении повторяемости опасных гидрометеорологических явлений, таких как ураганные ветры, ливни и другие ОЯ (рис.3).
Рис.3 Число случаев опасных гидрометеорологических явлений в Крыму за период 2006- 2015 гг.
Статистический анализ ОЯ, показал, что на полуострове с 2006 по 2015 гг., наблюдалось 885 случаев ОЯ и СГЯ (стихийных гидрометеорологических явлений). «Наиболее наблюдаемыми ОЯ и СГЯ на полуострове являются: заморозки (250 случаев – 28%), ливневые дожди (151 случай – 17%), сильный ветер и шквал (148 случаев – 16,7%)» (Ергина, Жук, 2016). За период 2010-2015 гг., отмечалось 325 случаев СГЯ. Среди них превалируют ливневые дожди – 190 случаев за пятилетие.
Рис. 2 Проявления опасных гидрометеорологических явлений и заморозков.
данных позволил получить следующие сумма случаев проявлений опасных
Во второй главе «Закономерности
локализации и потенциальной опасности
гидрометеорологических явлений» выявлены
проявления опасных гидрометеорологических явлений в Крыму (заморозков, ливневых дождей, сильных, в том числе и ураганных ветров, засух, суховеев, выпадения града). Приведен алгоритм оценки пустынеобразующих процессов на основе критерия потенциальной опасности опустынивания.
Наиболее показательные результаты представлены на картах частоты, вероятности проявлений и пространственной локализации ОЯ в Крыму за период 2010-2015 гг. (рис. 4-7), в том числе частоты пыльных бурь (рис. 8) и вероятности возникновения смерчей на Крымском полуострове (рис. 9). Территориальные закономерности проявления числа дней с сильной атмосферной засухой и суховеями по административным районам Крыма в приземном слое воздуха в период вегетации сельскохозяйственных культур за 30 лет метеонаблюдений представлены на картах рис.10 и рис.11 соответственно.
Рис. 4 Проявления заморозков
Рис. 5 Средний слой осадков во время прохождения сильных ливней
Рис. 6 Число дней с сильным ветром более 25 м/с
грозы
пространственно-временной возникновения опасных современные особенности
Рис. 7 Вероятность выпадения града во время
Рис. 8 Частота проявления пыльных бурь Рис. 9 Вероятность проявления смерчей
Рис. 10 Число дней с засухой за период 1990-2010 Рис. 11 Число дней с суховеев за период 1990- 2010
В результате анализа картографических моделей было выявлено, что большие темпы роста проявления опасных и неблагоприятных гидрометеорологических явлений, таких как заморозки, ливневые дожди, ураганные ветры, пыльные бури, смерчи, характерны для территории предгорного Крыма.
В последние годы, на значительной территории Крымского полуострова активизировались элементарные пустынеобразующие процессы (ЭПОП): эрозия, засоление почв, в том числе количество и интенсивность проявления опасных гидрометеорологических явлений, непосредственно влияющих на процессы опустынивания (суховеи, засухи, пыльные бури). На данный момент нет единой методики определения и оценки степени опустынивания и критериев проявления пустынеобразующих процессов, так как спектр факторов, влияющих на активизацию этого процесса, весьма разнообразен в различных регионах. Для оценки степени проявления пустынеобразующих процессов нами применен коэффициент потенциальной опасности опустынивания, при расчете которого учитывались факторы, влияющие на развитие процесса опустынивания: аномалии осадков; число опасных гидрометеорологических явлений (засухи, суховеи, пыльные бури); урожайность сельскохозяйственных культур, эродированность сельскохозяйственных земель в разрезе муниципальных образований Республики Крым. Статистический анализ урожайности, рассматривается нами как один из ключевых факторов-индикаторов, отражающих опасность опустынивания
10
отдельных территорий Крымского полуострова, ведь с неблагоприятными почвенно-климатическими условиями: недостатком влаги, проявлением засух, суховеев, во многом, связаны низкие урожаи сельскохозяйственных культур.
Алгоритм оценки пустынеобразующих процессов на основе расчета критерия потенциальной опасности опустынивания состоит из следующих этапов.
1. На основе кластерного анализа и метода экспертных оценок определяются ключевые факторы, влияющие на проявление процессов опустынивания территории.
2. Факторы, сравниваются с их критериальными значениями и применяются к предложенной формуле (1):
Kо = (R+Y)−(Z+P+S+E) ∗ (ГТК), (1) 100%
где: Ко – коэффициент потенциальной опасности опустынивания; R – отклонение средней суммы осадков за период 2010-2015 от 30-летнего тренда, в (%); Y – средняя урожайность зерновых за период 2010-2015 гг., от максимального сбора в год, в (%); Z – вероятность проявления засухи, в (%); P – вероятность проявления пыльной бури, в (%); S – вероятность проявления суховея, в (%); Е – доля с/х земель, подверженных эрозии, в (%); ГТК – гидротермический коэффициент.
Индекс ГТК рассчитывался как характеристика уровня влагообеспеченности территории, согласно формуле ГТК Селянинова.
3. После расчета коэффициента потенциальной опасности опустынивания производится ранжирование показателей (таблица 1). Чем ниже коэффициент потенциальной опасности (Ко), тем опасность опустынивания выше. При Ко в пределах 0,4-0,8 вероятность опустынивания очень высокая; 0,9-1,2 – высокая; 1,3- 1,6 – средняя; 1,7-2,2 – низкая.
4. По итогам ранжирования (Ко), данные привязываются к территории в геоинформационной картографической системе Quantum-Gis 1.7.4.
5. Создается карта потенциальной опасности опустынивания, позволяющая провести качественную оценку потенциальной опасности опустынивания в границах муниципальных образований Республики Крым (рис. 12).
Сравнительная характеристика предлагаемого алгоритма с аналогичными работами, где расчеты степени опустынивания проводятся на основе учета только показателей ГТК Селянинова и средней урожайности зерновых (Мандах Н., 2016), свидетельствует о более точных и полных характеристиках процесса климатического опустынивания. Рассчитанный коэффициент (Ко) (рис. 12) достаточно полно характеризует пространственные закономерности проявления процесса опустынивания на территории полуострова. Наиболее активно опустынивание развивается в северо-западном Крыму и в центральной части Равнинного Крыма. Высокая степень развития пустынеобразующих процессов отмечается в северном Присивашье. На территории Керченского полуострова в северо-восточной части Равнинного Крыма и в Предгорье – средняя потенциальная опасность опустынивания. Менее всего процессы опустынивания выражены в горных районах полуострова и на Южном берегу Крыма.
Рис. 12 Потенциальная опасность опустынивания земель в Крыму Условные обозначения: опасность опустынивания:1 – очень низкая, 2 – низкая; 3 – средняя; 4 – высокая.
Таблица 1 Факторы и потенциальная опасность опустынивания Крымского полуострова
Муниципальные образования
E*
Y
R
Z
P
S
ГТК
Ко
Бахчисарайский
79,2
87,0
110,0
4,7
0,0
1,9
1,9
2,1
Белогорский
83,3
91,0
117,0
4,7
0,0
1,9
1,7
2,0
Джанкойский
56,7
96,0
110,0
7,0
10,0
7,8
0,9
1,0
Кировский
44,0
96,0
86,0
4,7
5,0
3,9
1,5
1,8
Красногвардейский
61,1
73,0
95,0
8,2
10,0
11,7
0,7
0,4
Красноперекопский
48,3
72,0
78,0
8,2
10,0
11,7
0,7
0,4
Ленинский
51,2
73,0
117,0
5,9
5,0
5,9
1,3
1,5
Нижнегорский
31,0
96,0
90,0
8,2
10,0
9,8
0,9
1,0
Первомайский
37,6
85,0
90,0
8,2
10,0
11,8
0,7
0,6
Раздольненский
70,9
69,0
118,0
7,0
10,0
9,8
0,9
0,7
Сакский
70,2
92,0
105,0
5,9
5,0
5,9
1,3
1,3
Симферопольский
73,5
65,0
107,0
4,7
10,0
3,9
1,7
1,3
Советский
54,3
71,0
105,0
5,9
5,0
5,9
1,3
1,3
Черноморский
82,7
82,0
110,0
7,0
10,0
7,8
1,1
0,8
Ялтинский гор округ.
90,0
97,0
115,0
4,7
0,0
0,0
1,9
2,2
Город Севастополь
80,0
96,0
105,0
4,7
0,0
0,0
1,9
2,2
*Примечание: Е – доля с/х земель подверженных эрозии, (%); Y – средняя урожайность зерновых за период 2010-2015 от максимального сбора в год, в (%); R – отклонение средней суммы осадков за период 2010-2015 от 30-летнего тренда, (%); Z – вероятность проявления засухи, в (%); P – вероятность проявления пыльной бури, в (%); S – вероятность проявления суховея, в (%); ГТК – гидротермический коэффициент; KО – коэффициент потенциальной опасности опустынивания.
В третьей главе «Методика оценки потенциальной гидрометеорологической опасности проявления опасных явлений и гидрометеорологической нагрузки на ландшафты Крымского полуострова» приведена методика оценки потенциальной гидрометеорологической опасности территории и гидрометеорологической нагрузки на ландшафты. Анализируется
влияние опасных гидрометеорологических явлений на функционирование и развитие ландшафтов в Крыму. Произведено картографирование потенциальной гидрометеорологической опасности проявления ОЯ и гидрометеорологической нагрузки на ландшафты Крымского полуострова.
Потенциальная гидрометеорологическая опасность – опасность проявления на территории, быстроразвивающихся опасных метеоявлений и как следствие, возникновение природных, и техногенных чрезвычайных ситуаций и катастроф.
Методика оценки потенциальной гидрометеорологической опасности проявления ОЯ и гидрометеорологической нагрузки ОЯ на ландшафты полуострова состоит из следующих этапов.
1. На основе кластерного анализа определяются ключевые факторы (f), которые в большей степени могут повлиять на гидрометеорологическую опасность территории: число случаев проявления ОЯ и заморозков за период 2010-2015 гг., селевая опасность, оползневая опасности, максимальной вероятность выпадения града (таблица 2).
Поскольку естественные ландшафты в настоящее время в Крыму претерпели значительные антропогенные нагрузки, то целесообразно ввести в формулу для оценки гидрометеорологической нагрузки на ландшафты показатель коэффициента антропогенной трансформации (А) (Михайлов, 2019). Для оценки гидрометеорологической нагрузки на ландшафты Крыма анализировались проявления опасных гидрометеорологических явлений: число случаев проявления сильных ветров со шквалом, ливней, града, засух, суховеев, пыльных бурь, отложений зернистой изморози, заморозков, а также неблагоприятных природных процессов, таких как оползневые процессы и сели, активизирующиеся в результате проявления ОЯ. Статистика данных для ранжирования коэффициента гидрометеорологической нагрузки на ландшафты приведена в таблице 2.
2. Коэффициент потенциальной гидрометеорологической опасности – рассчитывается согласно формуле (2):
ПГМО = ∑n1 fi , (2) 100
где: ПГМО – коэффициент потенциальной гидрометеорологической опасности; fi – проявление случаев; n – количество факторов. Рассматривались факторы: f1 – проявление случаев ОЯ (сильных ливней, сильного ветра, гололеда, отложения зернистой изморози, сильного снегопада, метели) за период 2010-2015 гг., в %; f2 – проявление случаев с заморозками, в %; f3 – средняя активность оползней, в %; f4 – средний вынос селевого материала, в %; f5 – максимальная вероятность выпадения града во время грозы, в %.
Важность факторов определялась методами кластеризации. Анализируя взаимосвязь факторов, отметим, что наиболее близкие между собой факторы по степени значимости можно объединить в 2 класса:
1 класс: f1 – проявление случаев ОЯ за период 2010-2015 гг., в %; f2 – проявление случаев с заморозками, в %;
2 класс: f3 – проявление оползней, в %; f4 – вынос селевого материала, в %; f5 – максимальная вероятность выпадения града во время грозы, в %;
3. Коэффициент гидрометеорологической нагрузки ОЯ на ландшафт, предлагаем рассчитывать согласно формуле (3):
ГМНЛ = ПГМО ∗ А, (3)
где: ГМНЛ – коэффициент гидрометеорологической нагрузки ОЯ на ландшафт; ПГМО – коэффициент потенциальной гидрометеорологической опасности территории; А – коэффициент антропогенной трансформации (Михайлов, 2019).
Ранжирование коэффициентов ПГМО
и ГМНЛ
ПГМО ГМНЛ
Таблица 2
Пояс** f1*
1. 4,0
2. 4,0
3. 3,1
4. 0,6
5. 5,7
6. 2,5
7. 5,4
8. 6,7
f2 f3 f4 f5 А
12,7 3,3 4,7 0,0 0,9 0,0 4,4 0,0 0,6 0,0 3,5 0,0 4,1 0,0 2,4 3,3 8,9 5,0 13,6 10,0
0,0 13,6 0,0 13,6 0,0 13,6 0,0 13,6 0,0 5,1 0,0 5,1 0,0 9,1 0,7 9,1 0,7 9,1 7,3 22,9 3,6 22,9 3,6 22,9 0,0 19,7 0,0 19,7 3,6 17,2 7,3 17,2
36,5 17,2 36,5 12,4
4,7 0,34 1,58 5,3 0,22 1,18 5,3 0,18 0,93 5,3 0,19 0,99 5,3 0,11 0,60 7,4 0,11 0,82 7,4 0,19 1,37 6,5 0,30 1,95 6,5 0,50 3,23 5,3 0,58 3,09 3,8 0,50 1,89 3,8 0,54 2,07 3,8 0,31 1,19 3,8 0,31 1,19 4,3 0,49 2,09 5,2 0,45 2,35 5,2 0,77 4,00 6,5 0,77 5,03
9. 12,2
10. 4,5
11. 4,9
12. 7,9
13. 9,9
14. 9,9
15. 7,9
16. 3,4
17. 2,5 3,5 16,7
18. 4,5 0,6 23,3
13,3 5,0 13,3 6,7 0,0 1,7 0,0 1,7 13,3 6,7
0,0 16,7
*Примечание: f1 – проявление ОЯ (сильных ливней, сильного ветра,
отложения зернистой изморози, сильного снегопада, метели) за период 2010-2015 гг., в %; f2– проявление заморозков, в %; f3 – средняя активность оползней, в %; f4 – средний вынос селевого материала, в %; f5 – максимальная вероятность выпадения града, в %; А – коэффициент антропогенной трансформации ландшафтов (Михайлов, 2019); ПГМО – коэффициент потенциальной гидрометеорологической опасности; ГМНЛ – коэффициент гидрометеорологической нагрузки на ландшафты
**Примечание: ландшафтные пояса и зоны Крымского полуострова (Современные ландшафты Крыма…, под науч. ред. Позаченюк Е.А., 2009) представлены на (рис. 13).
града, гололеда,
Рис. 13 Ландшафтные пояса и зоны Крымского полуострова (Современные ландшафты Крыма…, под науч. ред. Позаченюк Е.А., 2009).
Результаты расчетов коэффициента ПГМО ранжируются: от 0,10-0,21 – наиболее низкая степень опасности; 0,22-0,33 низкая; 0,34-0,45 средняя; 0,46-0,57 относительно-высокая; 0,58-0,69 – высокая; 0,70> – наиболее высокая степень опасности. Чем выше коэффициент опасности ПГМО, тем выше ранг потенциальной гидрометеорологической опасности территории.
В результате ранжирования ГМНЛ подразделяем на классы, которым присваиваются соответствующие значения коэффициента (в баллах): от 0,6 – 1,5 наиболее слабая нагрузка; 1,6 – 2,2 слабая; 2,3 – 3,0 средняя; 3,1 – 3,7 относительно- сильная; 3,8 – 4,4 сильная; 4,5 – 5,3 наиболее сильная нагрузка.
4. По итогам ранжирования, коэффициенты потенциальной гидрометеорологической опасности и гидрометеорологической нагрузки на ландшафты, привязываются к территории в геоинформационной картографической системе Quantum-Gis 1.7.4.
5. Составляються карты потенциальной гидрометеорологической опасности и гидрометеорологической нагрузки на ландшафты, позволяющие провести качественную оценку потенциальной гидрометеорологической опасности (рис.14) и гидрометеорологической нагрузки ОЯ на ландшафты (рис.15) в границах ландшафтных зон и поясов Крымского полуострова.
Рис.15 Г
Рис.14 Потенциальная гидрометеорологическая опасность в ландшафтах Крыма.
Условные обозначения: ПГМО: 1 – наиболее низкая; 2 – низкая; 3 – средняя; 4 – невысокая; 5 – высокая; 6 – наиболее высокая.
идрометеорологическая нагрузка ОЯ на ландшафты Крыма.
Условные обозначения: ГМНЛ: 1 – наиболее слабая; 2 – слабая; 3 – средняя; 4 – относительно-сильная; 5 – сильная; 6 – наиболее сильная.
В результате анализа обнаружены зоны, где проявления ОЯ могут активизировать геоморфологические или гидрологические процессы, экстремально воздействующие на функционирование ландшафтов. Наивысшая опасность проявления ОЯ наблюдается на Южном берегу Крыма, в Предгорном и Горном Крыму, а также в бассейнах горных рек, где после прохождения ливней могут активизироваться паводки и сели. Здесь же наблюдается и самая сильная гидрометеорологическая нагрузка ОЯ на ландшафты.
В четвертой главе «Современное состояние гидрометеорологической безопасности Крымского полуострова и анализ сети мониторинга опасных гидрометеорологических явлений» усовершенствованы методологические подходы к анализу рекомендаций по организации сети мониторинга и разработке системы мероприятий по поддержанию гидрометеорологической безопасности полуострова и устойчивости ландшафтов.
Выделены наиболее уязвимые зоны, проявления ОЯ и представлены рекомендации для разработки комплекса мероприятий, по обустройству гидрометеорологической безопасности территории, в том числе в зоне эксплуатации трасы «Таврида». Предложенный комплекс защитных мероприятий, направленных на усиление гидрометеорологической безопасности Крыма, состоит из 10 систем, основными из которых являются: выполаживание склонов, отвод поверхностных вод, устройство берм; создание защитных лесонасаждений, лесополос; прокладка селеотводящих каналов; строительство противооползневых сооружений по укреплению береговой линии; установка автоматических дорожных или береговых метеостанций; установка современных объектов инфраструктуры. Для каждой зоны характерны те или иные мероприятия. Так, для ЮБК – строительство противоабразионных и противоэрозионных сооружений, а также прокладка селеотводящих каналов в бассейнах наиболее крупных горных рек: Черная, Альма, Бельбек, Биюк-Карасу, Бурульча, Улу-Узень, Кучук-Карасу и др., борьба со стихийной застройкой в водоохранных зонах. Восстановление системы защитных
лесополос – одна из важных стратегических задач сельскохозяйственного производства в засушливых условиях Крыма, что позволит снизить вероятность проявления ветровой эрозии в регионе, уменьшить негативное влияние засух и суховеев и гарантировать устойчивое развитие отраслей агропромышленного комплекса.
Разработанные рекомендации по созданию защитных мероприятий направлены на минимизацию экологических и социально-экономических ущербов от воздействия опасных гидрометеорологических явлений на территории Крымского полуострова.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Выявлены и раскрыты современные закономерности динамики основных метеоэлементов – температуры воздуха и осадков в Крыму. Определены межгодовые и сезонные аномалии температур и осадков. Рассмотрены особенности географического положения полуострова, обуславливающие ряд климатических факторов, влияющих на развитие опасных гидрометеорологических явлений на данной территории. В пределах полуострова большое разнообразие природных зон, на стыке которых происходит взаимодействие микроклиматов в разные времена года, что является причиной быстротекущих микромасштабных метеорологических процессов в атмосфере.
2. Выявлены закономерности проявления и активизации опасных гидрометеорологических явлений в Крыму, позволившие локализовать районы возникновения ОЯ, а именно проявления сильных ветров, ливневых дождей, засух, суховеев, пыльных бурь, выпадения града и возникновения заморозков. За последний тридцатилетний период наблюдается положительное отклонение среднегодовой температуры воздуха от нормы практически на всех метеостанциях Крыма. Статистически подтверждено, что в современных условиях происходит рост проявлений засух, пыльных бурь и суховеев на полуострове. Анализ выпадения осадков на полуострове показал, что увеличение их количества происходит за счет ливней и очень сильных дождей. Максимальные значения отклонений характерны для Предгорного Крыма (более 400 мм от нормы) и ЮБК (более 600 мм).
3. В настоящее время происходит рост проявления всех регистрируемых на полуострове опасных гидрометеорологических явлений. Особенно ярко такие закономерности выражены в Предгорном Крыму и Горном Крыму. Последствия проявления опасных гидрометеорологических явлений приводят к активизации оползней, селей, обвалов, число которых возрастает в Предгорном Крыму ежегодно в среднем на 10%, что, несомненно связанно с интенсивной антропогенной трансформацией ландшафтов.
4. Представленные закономерности пространственно-временной локализации и потенциальной угрозы возникновения опасных гидрометеорологических явлений позволили получить информацию о динамике проявления опасных гидрометеорологических явлений в Крыму. Серия карт пространственно-временных закономерностей проявления опасных гидрометеорологических явлений на Крымском полуострове характеризуют частоту или вероятность проявления таких опасных гидрометеорологических явлений, как
сильные ветра, ливневые дожди, засухи, суховеи, пыльные бури, снегопады, град и смерчи. Установлено, что в целом для Крыма к наиболее частым опасным гидрометеорологическим явлениям следует отнести: заморозки, сильные ливни, сильные ветры со шквалом, засухи и суховеи.
5. Предложен алгоритм оценки развития пустынеобразующих процессов на основе критерия потенциальной опасности опустынивания, который повысил качество моделирования на 20-30% в сравнении с существующими подходами. В ходе анализа выявлено, что климатические изменения, особенно экстремальные, являются пусковым механизмом опустынивания в Крыму. Данные по урожайности зерновых культур и количеству выпадения осадков на полуострове статистически подтверждают усиление процессов опустынивания. Вследствие увеличения числа засух на полуострове средняя урожайность зерновых культур может снижаться до 16 ц/га. Представленные карты потенциальной опасности опустынивания отражают реальную угрозу пустынеобразующих процессов для ландшафтов полуострова. Выявлено, что очень высокая потенциальная опасность опустынивания в Крыму на уровне административно-муниципальных образований, характерна для районов северо-западного Крыма (Черноморский, Раздольненский) и центральной части Равнинного Крыма (Красногвардейский, Симферопольский). На ландшафтно- зональном уровне наиболее подвержены опустыниванию ландшафты в северо- западной и центральной части Равнинного Крыма, где расположены низменные не дренированные, аккумулятивные и денудационные равнины и низменности.
6. Представлена авторская методика оценки потенциальной гидрометеорологической опасности проявления опасных гидрометеорологических явлений и гидрометеорологической нагрузки на ландшафты полуострова, которая повысила качество оценки до 30%. Данная методика может быть использована для любой территории, где взаимодействие опасных гидрометеорологических явлений негативно воздействуют на окружающую среду. В ходе апробации методики на примере Крымского полуострова были получены картографические модели, которые позволяют оценить негативное воздействие ОЯ на современные ландшафты. Анализ полученной информации помог выявить отдельные районы Крыма с высокой степенью потенциальной гидрометеорологической опасности и гидрометеорологической нагрузки на ландшафты. Использование методики оценки потенциальной гидрометеорологической опасности территории и гидрометеорологической нагрузки ОЯ на ландшафты позволит избежать ряда последствий, вызванных проявлением опасных гидрометеорологических явлений, в том числе при планировании и строительстве новых транспортных путей, при разработке мероприятий по оказанию рекреационных услуг, проектировании адаптивно-ландшафтных систем организации агроландшафтов.
7. В результате картографического анализа территории, с высокой ПГМО и наиболее сильной гидрометеорологической нагрузкой ОЯ на ландшафты, отмечено как минимум 120 локализованных пунктов с потенциально критической ситуацией. Представленные рекомендации по организации сети мониторинга и мероприятий по поддержанию гидрометеорологической безопасности полуострова и устойчивости ландшафтов к проявлению ОЯ, способны предотвратить большие социально-экономические потери в регионе. Картографирование территории
Крымского полуострова по степени потенциальной гидрометеорологической опасности позволяет выделить зону экстренного оповещения населения – территории, подверженной риску возникновения быстроразвивающихся опасных природных явлений, таких, как шквалистый ветер, град, ливни и др.
Результатом работы является решение поставленной научной задачи, которая заключалась в создании методики оценки потенциальной гидрометеорологической опасности территории и гидрометеорологической нагрузки на ландшафты Крымского полуострова.
Применение разработанной методики позволяет получить достоверную оценку гидрометеорологической опасности и гидрометеорологической нагрузки ОЯ на ландшафты, которая в свою очередь базируется на картографическом моделировании и подтверждается статистическими данными.
Обоснование выбора темы и её актуальности. Особенности физико-
географического положения Крымского полуострова обусловливают проявление
ряда опасных погодно-климатических факторов, которые в современных условиях
изменения климата могут принимать экстренный, катастрофический характер.
Среди таких опасных явлений погоды (ОЯП) выделяются: заморозки, сильные
ливневые дожди, сильные ветры со шквалом, засухи, суховеи, пыльные бури и
другие опасные гидрометеорологические явления (ОЯ). Ежегодно в результате их
проявлений в ландшафтах Крыма регистрируют значительный социально-
экономический ущерб.
Особую актуальность приобретают исследования устойчивости ландшафтов
Крымского полуострова к гидрометеорологической нагрузке в связи с
интенсивной антропогенной трансформацией ландшафтов и под воздействием
гидрометеорологических факторов в современных условиях. Быстрое развитие
транспортной инфраструктуры, создание и функционирование Керченского моста
и трассы «Таврида» способствуют резкому усилению антропогенной нагрузки на
ландшафты, что, несомненно, в значительной мере усиливает
гидрометеорологическую опасность для данной территории и
гидрометеорологическую нагрузку на ландшафты.
Изучение возможности возникновения опасных и стихийных
гидрометеорологических явлений с учетом физико-географических особенностей
Крымского полуострова, динамики изменения при антропогенной нагрузке
способствует качественной оценке гидрометеорологической опасности
территории, что в конечном счёте расширит возможности климатических и
климатологических прогнозов и усовершенствует оценивание влияния опасных
явлений погоды на агросистему и ландшафты.
Изучение потенциальной гидрометеорологической опасности (ПГМО) и
гидрометеорологической нагрузки на ландшафты (ГМНЛ) представляет интерес в
понимании механизмов функционирования, трансформации, устойчивости как
природных, так и антропогенных ландшафтов, их взаимодействия с
изменяющейся внешней средой. Только на основе этих представлений можно
приблизиться к оценке устойчивости различного рода экосистем к опасным
метеоявлениям. При оценке потенциальной гидрометеорологической опасности
территории и гидрометеорологической нагрузки на ландшафты для планирования
строительства новых транспортных путей, разработки мероприятий развития
рекреационных услуг, проектирования адаптивно-ландшафтных систем
организации агроландшафтов можно избежать ряда последствий, вызванных
проявлением опасных гидрометеорологических явлений, что, несомненно, снизит
социально-экономические потери региона.
Степень разработанности темы исследования. Представления о
закономерностях современной динамики погодно-климатических условий,
гидрометеорологической безопасности и устойчивости ландшафтов базируются
на многочисленных работах отечественных и зарубежных ученых (Энди
Райзингера, 2007; Р.К. Пачаури, 2007; А.И. Бедрицкого, 2001; А.Д. Клещенко,
2011; Р.М. Вильфанда, 2015; В.П. Дымникова, 2012; Л.М. Федченко, 2013; Х.М.
Калова, 2008; В.П. Закусилова, 2019, 2017; А.М. Луговского, Г.И. Мазурова,
2018). Фундаментальными научными материалами для проведения анализа
динамики климата Крыма, опасных гидрометеорологических явлений послужили
работы по оценке состояния климатической системы полуострова В.А. Бокова,
2000; Л.В. Кропянко, 2016; В.Б. Титова, 2009; А.О. Кокорина, 2014; К.Я.
Кондратьева, 2001, 2002; К.Т. Логвинова, М.Б. Барабаш, 1982; Е.И. Ергиной, 2017,
2018; А.В. Холопцева, 2014; Р.В. Горбунова, 2014, 2016; М.Г. Гришина, 2012; С.П.
Корсаковой, 2019, и других. Авторами рассмотрены особенности динамики
основных метеоэлементов Крымского полуострова, определены основные
тенденции изменения тепло-влагообеспеченности, проанализирована
изменчивость средних многолетних месячных и годовых температур воздуха.
Однако исследования пространственно-временных закономерностей
проявления опасных гидрометеорологических явлений на территории Крымского
полуострова с учётом современных климатических изменений для создания
комплексной оценки их воздействия на ландшафты и агроландшафты до сих пор
не проводились. Существует ряд проблем, возникших в последние годы в
аграрной отрасли Крыма, в том числе связанных с вопросом водообеспечения
полуострова, обусловленным прекращением подачи днепровской воды по Северо-
Крымскому каналу для орошения сельскохозяйственных угодий, что привело к
переориентации структуры севооборотов, развитию специфических отраслей –
садоводства, виноградарства, а эти культуры более метеозависимы в сравнении с
зерновыми, и т.д. Поэтому изучение пространственно-временных
закономерностей проявления опасных гидрометеорологических явлений с
дальнейшей оценкой потенциальной гидрометеорологической опасности
территории и гидрометеорологической нагрузки на ландшафты является
актуальным и своевременным.
Научной задачей является разработка методики оценки воздействия
опасных гидрометеорологических явлений на естественные и антропогенные
ландшафты Крымского полуострова.
Объект исследования – опасные гидрометеорологические явления и
закономерности их влияния на ландшафты Крымского полуострова.
Предмет исследования – зависимости проявления, динамики развития и
оценка воздействия опасных гидрометеорологических явлений на естественные и
антропогенные ландшафты Крыма.
Цель исследования – повышение качества оценивания потенциальной
гидрометеорологической опасности проявления опасных
гидрометеорологических явлений с учетом физико-географических особенностей
территории исследования и прогнозирования влияния опасных
гидрометеорологических явлений на естественные и антропогенные ландшафты
Крымского полуострова.
Для достижения поставленной цели предусмотрено решение следующих
частных задач:
1) исследовать климатообразующие факторы, влияющие на формирование
опасных гидрометеорологических явлений в ландшафтах Крымского
полуострова, для изучения особенностей их проявления;
2) провести анализ закономерностей изменения климата и его влияния на
возникновение и развитие опасных явлений погоды и на формирование
ландшафтов;
3) изучить современные закономерности проявления опасных
гидрометеорологических явлений;
4) выявить современные особенности пространственно-временных
закономерностей проявления пыльных бурь, смерчей, засух, суховеев,
заморозков, сильных ветров, ливневых дождей, сильного снегопада и выпадения
града на Крымском полуострове и построить модель их распределения в виде
карт;
5) предложить алгоритм оценки развития пустынеобразующих процессов и
построить карты потенциальной опасности опустынивания в Крыму на
административно-территориальном и на ландшафтно-зональном уровне;
6) разработать методику оценки потенциальной гидрометеорологической
опасности проявления опасных гидрометеорологических явлений и
гидрометеорологической нагрузки на ландшафты полуострова;
7) разработать рекомендации по организации сети мониторинга и
мероприятий по поддержанию гидрометеорологической безопасности
полуострова и устойчивости ландшафтов.
Научная новизна работы:
‒ выявлены и раскрыты современные закономерности проявления
опасных гидрометеорологических явлений, заключающиеся в увеличении
динамики их возникновения в предгорной зоне Крымского полуострова на
протяжении последних десятилетий и учитывающие изменчивость основных
влияющих метеоэлементов – температуры воздуха и осадков – в сторону
увеличения их абсолютных и среднестатистических значений, обусловленные
особенностями физико-географического положения полуострова и циркуляцией
атмосферы;
‒ предложен алгоритм оценки развития пустынеобразующих процессов
на основе критерия потенциальной опасности опустынивания, отличающийся
учетом региональных местных факторов, и построены карты потенциальной
опасности опустынивания в Крыму на административно-территориальном и на
ландшафтно-зональном уровне;
‒ разработана методика оценки потенциальной
гидрометеорологической опасности проявления опасных
гидрометеорологических явлений и гидрометеорологической нагрузки на
ландшафты полуострова, отличающаяся применением кластерного анализа и
экспертных оценок при выявлении значимости факторов, определяющих ПГМО и
гидрометеорологическую нагрузку на ландшафты.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Закономерности проявления и активизация опасных
гидрометеорологических явлений в Крыму. Карты пространственно-временной
локализации проявления опасных гидрометеорологических явлений в Крыму.
2. Алгоритм оценки развития пустынеобразующих процессов на основе
критерия потенциальной опасности опустынивания и построения карт
потенциальной опасности опустынивания на административно-территориальном
и на ландшафтно-зональном уровнях.
3. Методика оценки потенциальной гидрометеорологической опасности
проявления опасных гидрометеорологических явлений и гидрометеорологической
нагрузки на ландшафты полуострова.
Теоретическое и практическое значение. Исследование проводилось в
рамках бюджетной научно-исследовательской темы кафедры физической
географии, океанологии и ландшафтоведения (АААА-А16-116051910054-3
Теоретико-методические основы формирования национального ландшафта
Крыма) Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского.
Материалы исследований использовались при написании отчета по гранту РФФИ
17-45-92015 «Исследование процессов современного почвообразования в
техногенных ландшафтах Крыма для разработки рекомендаций по рекультивации
нарушенных земель». Картографические модели оценки потенциальной
гидрометеорологической опасности и гидрометеорологической нагрузки на
ландшафты Крыма могут использоваться для планирования строительства новых
транспортных путей; при разработке мероприятий развития рекреационных услуг
на полуострове; для проектирования адаптивно-ландшафтных систем
организации агроландшафтов. Проведенные исследования могут служить
основным аргументом при создании противоградовой службы и для обоснования
необходимости страхования посевов с/х культур, инженерно-технических
сооружений от ОЯ на Крымском полуострове.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности: Тема
диссертационной работы соответствует паспорту научной специальности 25.00.30
(Метеорология, климатология, агрометеорология): п.5. «Опасные и особо опасные
явления погоды – тропические циклоны, тромбы (торнадо), засухи, наводнения»;
п.16. «Метеорология и экология»; п.18. «Метеорология и сельскохозяйственные
растения».
Оборудование и программное обеспечение. Для построения карт
использовалась современная геоинформационная картографическая система
Quantum-Gis1.7.4, для картографирования также использовались следующие
графические редакторы: CorelDRAW GraphicsSuite 13, Adobe Photoshop CS4. При
графической интерпретации данных использовалось стандартное программное
обеспечение: Microsoft Office Excel, и Statistika 10.0.
Степень разработанности темы. В ходе данной работы обработаны
архивные данные по статистике проявления опасных гидрометеорологических
явлений в Крыму более чем за 30 лет метеонаблюдений. Подробно изучена и
представлена пространственно-временная характеристика проявления опасных
гидрометеорологических явлений на территории Крымского полуострова в виде
статистически достоверных результатов, текстового анализа, графиков,
геоинформационного картографического моделирования, рисунков и фотографий.
Представлена авторская методика оценки потенциальной
гидрометеорологической опасности территории и гидрометеорологической
нагрузки на ландшафты Крымского полуострова.
Апробация результатов исследования:
Результаты, полученные в рамках работы над диссертацией, докладывались
на 20 Международных и Всероссийских научных конференциях, основные из
которых: «Актуальные проблемы устойчивого развития агроэкосистем
(почвенные, экологические, биоценотические аспекты)» (Ялта, 2019); «Моря
России: фундаментальные и прикладные исследования» (Севастополь, 2019);
«Безопасность как фактор устойчивого развития общества», (Судак, 2019);
«Современное ландшафтно-экологическое состояние и проблемы оптимизации
природной среды регионов» (Воронеж, 2018); «Ландшафтная география в XXI
веке» (Симферополь, 2018); «Ландшафтное планирование и управление
агробиогеоценозами» (Анапа, 2017); «Экологические проблемы. Взгляд в
будущее» (Ростов-на-Дону, 2017); «Окружающая среда и человек. Современные
проблемы генетики, селекции и биотехнологии» (Ростов-на-Дону, 2016); и др.
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 27
работ, в том числе: 3 работы в издании МБД SCOPUS и Web of Science, 7 статей в
журналах из перечня ВАК, 17 статей, индексируемых в базе данных РИНЦ, 6
тезисов – в материалах научных конференций.
Личный вклад автора.
В ходе написания данной работы автором изучены, статистически
обработаны и проанализированы архивные данные по динамике ежегодных
средних приземных температур воздуха и сумм выпадения осадков, проявления
опасных гидрометеорологических явлений на протяжении тридцатилетнего
периода инструментальных гидрометеорологических наблюдений на всех
метеостанциях Крыма. Представлены пространственная и временная
характеристики проявления опасных гидрометеорологических явлений на
территории Крымского полуострова в виде статистически достоверных
результатов, текстового анализа, графиков, карт, рисунков и фотографий.
Предложена авторская методика оценки потенциальной гидрометеорологической
опасности территории и гидрометеорологической нагрузки на ландшафты Крыма,
а также методика потенциальной опасности опустынивания земель.
Усовершенствованы и представлены рекомендации по организации сети
мониторинга и мероприятия по поддержанию гидрометеорологической
безопасности полуострова и устойчивости ландшафтов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения,
4-х глав, заключения, списка литературы и приложений. Включает в себя более
15-ти авторских карт, выполненных с использованием геоинформационных
технологий. Материал изложен на 188 страницах машинописного текста, включая
список литературы, состоящий из 180 наименований.
Автор выражает искреннюю благодарность и.о. начальника ФГБУ
«Крымское УГМС» Эминой Людмиле Алексеевне, сотрудникам «Крымское
УГМС», преподавателям кафедры физической географии, океанологии и
ландшафтоведения КФУ им. В.И. Вернадского и научному руководителю,
профессору кафедры физической географии, океанологии и ландшафтоведения
географического факультета Таврической академии КФУ им. В.И. Вернадского
Ергиной Елене Ивановне за поддержку и помощь в написании работы.
Публикации автора в научных журналах
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!