Эколого-климатические ресурсы Алтае-Саянской горной страны

В последнее столетие происходят значительные глобальные изменения климата и биосферы Земли. Это связано с ростом хозяйственной деятельности человека, с антропогенньгм загрязнением атмосферы, гидросферы, почвы и планетарным потеплением климата. Отсюда исходит возможность наступления глобального экологического кризиса. Таким образом, климат, как важнейший экологический фактор, имеет региональное и глобальное значение, причём следует подчеркнуть изначальную экологичность климата [77, 158].

Современный этап развития географических наук характеризуется возрастанием роли комплексных исследований, находящихся на стыке ряда наук. К ним относятся эколого-географические и природопользовательские направления, определяющие не только развитие человеческого общества, но и его дальнейшее существование.

В последние годы внимание мирового сообщества особенно привлечено к горным территориям. Этому способствовало понимание важности их эколого-климатического изучения для оценки современного состояния и прогнозирования устойчивости, как региональных и глобальных природных систем, так и социально-экономических. Изучение горньк регионов признано международной общественностью одной из приоритетньпс тем. В связи с этим Организация объединённых наций (ООН) провозгласила 2002 г. Международным годом гор.

Проблема климатичесьсих изменений также приобрела глобальный характер и стала предметом специального рассмотрения. По итогам Всемирной конференции была принята Рамочная конвенция об изменении климата. С 1992 г. началось выполнение Всемирной Климатической программы. Её целью явилось развитие мониторинга глобальной климатической системы, совершенствование знаний о климате, оценка воздействий климата на людей, разработка соответствующих рекомендаций правительствам. Стратегия совместных действий, направлена если не на полное устранение возможных невместных действий, направлена если не на полное устранение возможных негативных последствий предстоящих изменений климата, то хотя бы на их существенное смягчение.

Под климатическими ресурсами данного района, как правило, понимают особенности климата территории, оцениваемые совокупностью элементов теплового, светового, ветрового режима и режима увлажнения, обычно с учётом их распределения в тёплый и холодный период года. Климатические ресурсы являются составной частью экологических ресурсов.

По определению Н. Ф. Реймерса [158] экологические ресурсы определяются как: 1) совокупность средообразующих компонентов, обеспечивающих экологическое равновесие в биосфере и её подразделениях- 2) тела и силы природы, обеспечиваюпще нормальную среду жизни человеку как социально-биологическому существу. Сюда также входят практически все экологические, или средообразующие, компоненты природной среды, окружающей человека. Второе определение точнее характеризует ресурсы необходимые для существования людей и человечества, как развивающегося целого.

Для объективной оценки современного состояния и динамики горных геосистем необходимо иметь достаточно полное представление об их эколо-го-климатических ресурсах. Понятие «эколого-климатические ресурсы» позволяет вьщелить их из всех экологических ресурсов и уточняет, что климат выступает важнейшим экологическим фактором окружающей среды. Оценка эколого-климатических ресурсов является одним из основных направлений исследований экологической климатологии. Экологическая климатология изучает воздействие свойств атмосферной среды, погоды и климата на физиологические и социальные компоненты жизнедеятельности человека, в том числе на результаты его хозяйственной деятельности и благосостояние [77].

Особенностью исследования эколого-климатических ресурсов горных стран является проблема недостаточной их изученности по сравнению с равнинными территориями и необходимость решать задачи, связанные с нерациональным потреблением природных ресурсов, с негативным воздействием человека на изменение природной среды (загрязнение атмосферы, опустынивание высокогорных районов и пр.).

Тема диссертационной работы выполнялась в связи с комплексными оценками эколого-климатических ресурсов и разработками проблем рационального природопользования Алтае-Саянской горной страны. Эта горная и и и 1—1 с" страна представляет собой огромный массив земной коры в центре Евразийского континента. На протяжении многих лет она привлекает внимание климатологов, гляциологов, географов, гидрологов, геологов и представителей других наук. Природа Алтая и Саян чрезвычайно разнообразна и сложна, она изменяется от нивально-гляциального пояса до каменистых пустынных ландшафтов. Климатические условия на различных высотных уровнях варьируют от близких к «морскому климату» на самых высоких уровнях до резко континентальных в обширных котловинах. Главным механизмом образования ландшафтной мозаики этой части Сибири является взаимодействие орографии с основными климатообразующими процессами.

Горные районы юга Сибири играют большую роль в хозяйственной жизни страны, хотя их практическое освоение по существу началось сравнительно недавно. Горные регионы характеризуются высокой концентрацией разнообразных природных ресурсов, в том числе большого количества полезных ископаемых. Эколого-климатические условия с достаточными ресурсами тепла и повышенным увлажнением создают широкие возможности для развития сельского хозяйства, особенно животноводства, позволяют выращивать разнообразные сельскохозяйственные культуры и кормовые травы.

В отечественной географической науке вопросам рационального использования горных территорий длительное время не уделялось достаточного внимания. Поэтому в настоящее время остро ощущается явный пробел, как в теоретическом, так и в прикладном аспектах изучения горных территорий [12, 13 и др.].

С 50−60-х годов двадцатого столетия проблемы развития горных регионов стали обостряться. Стало ухудшаться качество природной среды, заметно уменьшились многие природные ресурсы. Во многих районах стали проявляться неблагоприятные эффекты, связанные с вырубкой лесов на склонах в доступных для массовых лесозаготовок районах. Усиливается повсеместно эрозия почв, увеличивается частота повторяемости природных катастрофвсе эти признаки типичны для подавляющего большинства горных районов. Из 86 субъектов Российской Федерации 40 имеют в своих пределах горные районы. Практически во всех имеются признаки деградации окружающей среды и ресурсов, бедности населения.

В современных условиях в Российской Федерации особенно резко возрос интерес к горным районам Сибири, обладающим высоким рекреационным потенциалом. Алтай среди других горных систем обладает целым рядом преимуществ. Его отличает выгодное экономико-географическое положение по отношению к обжитым районам Сибири и Европейской части Россииналичие высоких гор, открывающих возможности для всех ввдов рекреации от санаторно-курортного лечения до альпинизма и спортивного туризманаличие уникальных природных объектов, значительного по площади современного оледенения, интереснейшей геологической истории и проявления современных геоморфологичеких процессовбогатый и разнообразный растительный и животный мир. Всё это создаёт неповторимую привлекательность горных ландшафтов Алтая.

Из перспективы дальнейшего освоения горных территорий вытекает необходимость тщательного исследования и учёта их эколого-климатических ресурсов для наиболее рационального и эффективного использования. При этом следует отметить, что вовлечение в народно-хозяйственный оборот богатейших природных ресурсов Алтае-Саянской горной страны пока ещё недостаточно обосновано с климатологической точки зрения.

Решение этих задач очень затруднено из-за малого числа метеорологических станций в горных районах Сибири. Большинство станций располагаются в широких обжитьгх долинах и котловинах вблизи населённых пунктов. Большая часть горных территорий, особенно верхние уровни, оказываются совершенно неосвещенными в метеорологическом отношении. Положение осложняется ещё и тем, что получение климатических характеристик в горах расчётным путём по данным метеорологических станций затруднено, а подчас и невозможно в связи с большим разнообразием природных условий.

Большую роль в изучении климатов высокогорных районов Алтая сыграли экспедиционные гляциологические исследования Томского государственного университета под руководством М. В. Тронова, B.C. Ревякина, П. А. Окишева и др. Особенно интенсивно исследования проводились в горно ледниковом бассейне Актру — выполнение программы Международного геофизического года (МГГ), в 1956;1959 гг. В последующий период был успешно выполнен целый ряд международных программ — Международное гидрологическое десятилетие (МГД) в 1965;1975 гг. Международная гидрологическая программа (МГП) с 1975 г. Международная программа по колебаниям ледников и другие.

Важной отправной стороной исследований, явилось постановление Междуведомственного Комитета МГД, в котором утверждался перечень репрезентативных горноледниковых бассейнов СССР для выполнения комплексных детализированных исследований. Одним из семи бассейнов был выбран горноледниковый бассейн Актру. Однако в связи с задачей общего изучения климата Алтая эта программа была намного расширена. Мезо и микроклиматы горноледниковых бассейнов имеют в структуре климатов Алтая важное значение. С ними связано представление об Алтае, как о горноледниковой стране, занимающей своё определённое место среди основных ледниковых районов Земли, питающих полноводные реки.

Наблюдения в высокогорной ледниковой зоне существенно дополнили сведения о климате высокогорных районов, где нет сетевых метеорологических станций. Сравнительные наблюдения в разных горноледниковых бассейнах показали высокую степень репрезентативности целого ряда климатических показателей, что позволяет распространять данные, полученные в бассейне Актру, на другие типичнью бассейны, широко распространённые на.

Алтае. Результаты экспедиционных наблюдений и их анализ, стали определённым этапом (основой) для изучения климата Алтае-Саянской горной страны.

Вопросу изучения климата горных районов юга Сибири посвящено достаточно много литературных источников. Основные из них указаны в соответствующих разделах диссертации и приведены в списке литературы. Большинство из них характеризует климатические условия в отдельных районах, долинах бассейнах, но по отдельным точечным исследованиям невозможно охарактеризовать общие условия формирования климата в горах.

Во многих работах при характеристике климата горных территорий приводятся показатели в очень широком диапазоне, что затрудняет их использование в практических и научньк целях. Очень часто в крупных обобщающих монографиях, атласах и других изданиях горные территории вьще-ляются как малоизученные, и по ним совсем не даётся никакой информации.

Опыт исследования климата горных стран показал, что в дополнение к традиционным методам, необходимо использовать различные косвенные характеристики климата, шире использовать дистанционные аэрокосмические методы их изучения. В частности, с опубликованием Новых аэроклиматических справочников свободной атмосферы и пограничного слоя появилась возможность исследования климатических условий в тропосфере над горными районами Алтая и Саян и сопоставления с данными наблюдений на сети метеорологических станций и с данными экспедиционных наблюдений.

Мы отметили лишь некоторые эколого-климатические проблемы горных регионов. Отсюда видна необходимость всемерного развития исследований в этом направлении результаты, которых позволят дать рекомендации для более рационального и эффективного использования природных ресурсов и их охраны.

Цель и задачи исследования

.

Цель диссертационной работы заключается в комплексной оценке эко-лого-климатических ресурсов Алтае-Саянской горной страны для разработки научных основ рационального природопользования и охраны воздушных, земельных, рекреационных и других ресурсов, обеспечивающих устойчивое экономическое и социальное развитие населения.

Для достижения поставленной цели была обоснована, проверена и реализована система методов комплексного подхода к оценке эколого-климатических ресурсов. При выполнении работы автору потребовалось решить следующие задачи:

1) изучить закономерности формирования мезои микроклиматических условий в горных районах юга Сибири, а для этого провести многолетние (1967;1987 гг.) экспедиционные комплексные гляциоклиматические исследования в горноледниковом бассейне Актру и других бассейнах. Они включали метеорологические, актинометрические, градиентные, аэрологические наблюдения, в том числе привязное радиозондирование атмосферы.

2) обосновать возможность использования аэроклиматической информации в нижней тропосфере над югом Сибири для изучения эколого-климатических условий высокогорных районов. Получить характеристики полей температуры, скорости ветра и влажности воздуха на различных высотах в нижней тропосфере. Оценить их пространственно-временную изменчивость и влияние на них основных климатообразующих процессов и факторов;

3) определить влияние орографических и друтих природных факторов (ледников, водоёмов, фенов) на эколого-климатические ресурсы с использованием аэроклиматических и наземных данных;

4) определить агроклиматические ресурсы (световые, тепловые, увлажнение) долин, склонов, водоразделов в агроклиматических районах Горного Алтая;

5) разработать научно-методические основы оценки потенциальных ге-лиои ветроэнергетических ресурсов горных районов.

Следует отметить, что «трудные» вопросы горной климатологии характерны для всех горных территорий, в том числе и значительно лучше освоенных. Неслучайно в резолюции Всесоюзного совещания по горной метеорологии (Киев, 1985) по итогам вьшолнения горной метеорологической подпрограммы ПИГАП и эксперимента АЛЫ1ЭКС в Карпатах было отмечено: «Одной из основных задач современной горной гидрометеорологии является изучение локальных аспектов генезиса погоды и климата, применительно к отдельным формам рельефа или их совокупности с обязательной количественной оценкой роли отдельных факторов» [72, с. 4].

Объекты исследования. В основе диссертационной работы лежат многолетние (с 1967 г.) исследования автором климата и эколого-климатических ресурсов горных районов юга Сибири. Выбор Алтае-Саянской горной страны в качестве объекта исследования представился целесообразным в связи с недостаточной изученностью этой территории. Под Алтае-Саянской горной страной автор принимает площадь, ограниченную 49° и 56° с.щ. и 83° и 102° в.д. (Ревякин, 1975, 1981, Тушинский, Давьщова, 1976, Гвоздецкий, Михайлов, 1987, Алпатьев, Архангельский и др., 1976). Именно в пределах этой территории, ограниченной с юга государственной границей России, расположена основная часть гидрометеорологических и аэрологических станций, и возможна интерполяция аэроклиматических величин. Естественно, Алтае-Саянская страна, как единица физико-географического районирования, имеет приоритет перед политико-географической струтаурой и должна включать территории Монголии и ЬСи-тая (B.C. Ревякин, 1981, 2001 и др.). Это отражено в районировании Земного шара в Атласе снежно-ледовых ресурсов мира [8]. В южной части Алгае-Саянской горной страны (зарубежная территория) отсутствует аэрологическая сеть, что делает возможным осуществление лишь процедуры экстраполяции метеорологических полей в нижней тропосфере, что обеспечивает меньшую точность.

Объектами исследования на микромасштабном уровне были горноледниковые бассейны Алтая, являющиеся основными территориальными единицами горных областей (М.В. Тронов, 1971, B.C. Ревякин, В. П. Галахов, В. П. Голещихин, 1979). В бассейне Актру под руководством М. В. Тронова на площади около 40 кмЛ, была организована широкая сеть метеорологических станций и пунктов наблюдений на разных типах подстилающих поверхностей, на склонах, ледниках вершинах до высоты 3550 м, проводились тепло-балансовые наблюдения. В период с 1972 по 1977 гг. в бассейне Актру под руководством автора были организованы комплексные аэрологические наблюдения. Для исследования местных воздушных течений в бассейне использовались шаропилотные наблюдения, а для изучения полей температуры и влажности — привязное радиозондирование. В 1967;1976 гг. проводились сравнительные наблюдения в некоторых других горноледниковых бассейнах (Корумду, Кубадру, Аккем, Мульта, Талдура и др.).

На мезомасштабном уровне для изучения ороклиматических условий использовались результаты многолетних наблюдений на сети гидрометеорологических станций в пределах горной страны.

На макромасштабном уровне для оценки фоновых условий объектом исследований была нижняя тропосфера над Алтае-Саянской горной страной, с использованием материалов наблюдений сети аэрологических станций в южной части Сибири и в Казахстане.

В диссертации в качестве исходных данных использованы материалы личных экспедиционных исследований автора и опубликованные данные других исследователей. Для выполнения работы автором использованы материалы государственного гидрометеорологического фонда по сети метеорологических, актинометрических, аэрологических станций: справочники по климатуновые аэроклиматические справочники свободной атмосферы и по-граниЛшого слоя атмосферыметеорологические, актинометрические, аэрологические ежемесячниБсикартографические материалыкаталоги ледников и другие справочные материалы. Автором были также использованы для расчётов справочные климатические и аэроклиматические материалы по Кавказу, Карпатам, горам Средней Азии.

Исследования автора проводились в разные годы по плановой важнейшей и инициативной тематике Томского государственного университета. В последние годы региональные исследования климатических систем и экосистем горных районов Сибири вьшолнялись также по планам и при поддержке Института оптического мониторинга СО РАН.

Автор принимал участие в выполнении ряда крупных международных проектов. Среди них можно назвать следующие: Международное гидрологическое десятилетие. Международная гидрологическая программа. Международная программа по колебаниям ледников. Атлас снежно-ледовых ресурсов мира, проект «Климато-экологический мониторинг Сибири» и др.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) реализован комплексный подход к изучению климатов горных территорий Алтая и Саян с использованием данных наземных наблюдений и аэроклиматических показателей в нижней тропосфере по данным сети аэрологических станций. Широко использованы результаты экспедиционных, наземных, аэрологических и гляциоклиматических наблюдений;

2) использованы аэроклиматические характеристики в нижней тропосфере над горными районами, что позволило получить «фоновые» климатические показатели полей температуры, скорости ветра, удельной влажности в верхнем поясе гор на разных высотах. Над горными районами получены характеристики пространственно-временной изменчивости аэроклиматических показателей, находящихся под влиянием основных климатообразующих процессов и факторов;

3) оценена роль крупномасштабного влияния горной системы Алтая на режим температуры, влажности, скорости ветра в нижней части тропосферы;

4) впервые сделана количественная оценка влияния различньк форм рельефа на режим температуры, влажности воздуха, скорости ветра в результате совместного анализа аэроклиматических, метеорологических и гляцио-климатических показателей;

5) впервые объективно сделана оценка агроклиматических ресурсов горных склонов: сделана оценка тепловых, радиационных, световых условий, особенностей увлажнения и других показателей в верхнем поясе гор в arpoклиматических районах и на отдельных горных хребтах Алтая на разных высотных уровнях;

6) впервые показана возможность и целесообразность развития нетрадиционных способов получения энергии (гелиоэнергетика, ветроэнергетика) для устойчивого экономического и социального развития территории. Ранее эти вопросы для горньк районов не рассматривались. Этот вопрос очень важен с экологической точки зрения, поскольку метеорологический потенциал самоочищения атмосферы в долинах и котловинах Алтая чрезвьиайно мал, что ограничивает расширение использования традиционных источников энергии.

Практическое значение и внедрение. Теоретические положения и практические рекомендации, изложенные в диссертации использовались в двух направлениях: 1) в решении конкретньк научных и практических задач по изучению климата и оценке эколого-климатических ресурсов (агроклиматических, гелиои ветроэнергетических) Алтае-Саянской горной страны для их рационального использования. Показана возможность распространения предлагаемых методик на друтие горные страны;

2) в организации учебного процесса студентов географических специальностей Томского государственного университета. Ряд положений внедрено в учебные курсы, читаемые автором.

Материалы по оценке тепловых ресурсов и сумм осадков в тёплый период в высокогорной части Центрального Алтая вошли в виде карт в «Атлас снежно-ледовых ресурсов мира» [8]. Результаты экспедиционных исследований вошли в несколько научньк отчётов по важнейшей тематике ПНИЛ гля-циоклиматологии Томского госуниверситета. Результаты научных исследований о влиянии природно-климатических факторов на онкологическую заболеваемость населения Сибири и Горного Алтая используются в Томском НИИ онкологии ТНЦ СО РАМН, и вошли в «Атлас онкологической заболеваемости населения Сибири и Дальнего Востока» (Томск, 1995).

Результаты научных исследований используются при оценке климатических условий разнообразных ландшафтов исследователями из ГорноАлтайского государственного университета.

Результаты исследований по мониторингу климато-экологических условий на юге Западной Сибири включены в отчёты по НИР Института оптического мониторинга СО РАН (г. Томск).

За исследования региональных климатических систем и экосистем Сибири в 2001 г. автор получил звание Лауреата премии Томской области в сфере образования и науки (совместно с коллективом Института оптического мониторинга СО РАН).

Автором составлен кадастр нетрадиционных и возобновляемых энергоисточников и сделана оценка энергетического потенциала гелиоэнергети-ческих ресурсов южных регионов Западной Сибири. Эти разработки вошли в обшую программу по энергосбережению и повышению энергоэффективности организаций РАО «ЕЭС России».

Результаты исследований автора по потенциальным ресурсам гелио-энергетики включены в коллективную монографию по возобновляемым источникам энергии и экспонировались на международной выставке — конгрессе «Энергосбережение-2001» (Томск, ноябрь, 200 Г г.). За это исследование была присуждена первая премия от адмииистрации Томской области (совместно с коллективом Томского госуниверситета и Томского политехнического университета.

В целом выполненная работа является актуальной, поскольку' до на-стояшего времени обширные горные районы юга Сибири в эколого-климатическом плане изучены очень мало.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на более чем 50 Международных, Всесоюзных, Всероссийских, региональных симпозиумах совещаниях конференциях в том числе на У-УП Всесоюзных гляциологических симпозиумах (1972, 1976, 1980), на Всесоюзном совещании по горной метеорологии (Киев, 1985), на Всеросийской научной конференции «Современная география и окружающая среда» (Казань, 1996), на Всероссийской научной конференции «Климат, мониторинг окружающей среды, гидрометеорологическое прогнозирование и обслуживание» (Казань, 2000), на III и IV Международной научной конференции «Природные условия и история, культура Западной Монголии и сопредельных регионов» (Ховд, 1997, Томск, 1999), в международном симпозиуме «Горы и горцы Алтая и друтих стран центральной Евразии» (Горно-Ажайск, 2000), в международной конференции «Экология и рациональное природопользование на рубеже веков. Итоги и перспективы» (Томск, 2000).

Автор участвовал в ряде совещаний географов Сибири и Дальнего Востока, в том числе по вопросам рационального природопользования (Иркутск, 1982, 1984), в V конференции по тематической картографии (Иркутск, 1993), в научно-практических конференциях по проблемам, связанным с экологией и рациональным использованием природных ресурсов горных стран (Барнаул, 1975, 1995, 1996; Горно-Алтайск, 1976, 1992).

Автор принимал участие в четырёх «Сибирских совещаниях по клима-то-экологическому мониторингу'(Томск, 1995, 1997, 1999,2001).

С участием автора проходило Всероссийское совещание «Энергосбережение и энергетическая безопасность регионов России» (Томск, ноябрь, 2001). Седьмая всероссийская научно-техническая конференция «Энергетика: Экология, Надёжность, Безопасность» (Томск, декабрь 2001). Результаты исследований по потенциальным ресурсам гелиоэнергетики в Сибири экспонировались на международной выставке — конгрессе «Энергосбережение-2001» (Томск 2001 г.).

Материалы исследований докладьгоались на многочисленных научных конференциях совещаниях и семинарах, организованных и проведённых геолого-географическим факультетом, ПНИЛ гляциоклиматологии, кафедрой метеорологии и климатологии Томского госуниверситета.

Публикации. Всего опубликовано автором 82 научных работы, из них 71 по теме диссертации, в том числе 5 монографий, серия из трёх климатических карт (регион Алтай и Саяны) опубликованы в Атласе снежно-ледовых ресурсов мира [8]. Общий объём публикаций составляет более 60 условных печатных листов. Под редакцией автора вышло из печати два сборника научных статей и учебное пособие.

Предмет защиты составляют.

1. научно-методические основы использования наземной и аэроклиматической информации для выявления региональных особенностей пространственно-временного распределения эколого-климатических ресурсов в горных странах;

2. методы и результаты количественной оценки влияния географических факторов на климатические показатели в горных районах;

3. оценка и анализ условий формирования тепловых ресурсов, увлажнения и биоклиматического потенциала горных районов для целей сельскохозяйственного производства;

4. оценка и районирование потенциальных гелиои ветроэнергетических ресурсов для оптимизации жизнедеятельности населения, для обеспечения устойчивого экономического, культурного и социального развития.

Обоснованность и достоверность результатов.

Многолетние комплексные экспедиционные исследования в бассейне Актру на Алтае обеспечили надёжность полученных результатов. Данные метеорологических наблюдений приведены к длительному периоду. Доказана высокая степень репрезентативности бассейна Актру.

Высокая плотность сети аэрологических станций на юге Сибири позволила с достаточно высокой точностью (погрешности интерполяции меньше, чем средние по полушарию) провести объективный анализ полей аэроклиматических показателей в нижней тропосфере над горными районами.

Поля метеорологических величин над Алтаем и Саянами близ1си к аналогичным характеристикам в других районах. Произведена проверка значимости коэффициентов уравнений регрессии по критерию Стьюдента. Для проверки адекватности самих уравнений регрессии использован Р-критерий.

Фишера. Статистические критерии использованы также для оценки «значимости корреляционных связей.

Приведены статистические оценки погрешностей расчётов климатических показателей в различных формах рельефа. Для этого использованы независимые ряды совместных наземных и аэрологических наблюдений.

Достоверность оценки влияния различных форм рельефа и видов подстилающей поверхности подтверждена экспериментальными данными комплексного зондирования атмосферы в горноледниковом бассейне Актру.

Личный вклад автора.

Личный вклад автора в изучение климатических ресурсов горных районов Сибири заключается в участии в многолетних (1967;1987гг.) комплексных ледниковых экспедициях в качестве исполнителя и в качестве руководителя аэрологического и метеорологического отрядов и экспедиций. Автор неоднократно являлся ответственным исполнителем НИР по важнейшей тематике в ПНИЛ гляциоклиматологии Томского госуниверситета. Был организатором комплексных аэрологических исследований в горноледниковом бассейне Актру. Вся обработка экспедиционных материалов осуществлялась или самим автором, или под его непосредственным руководством.

Автор реализовал идею практического использования аэроклиматических показателей для характеристики климатических условий высокогорных районов и разработал методы оценки влияния орографии и других природных факторов на климат.

Результаты исследований позволили автору получить достоверные сведения об агроэкологических условиях на склонах в высокогорных районах о потенциальных ресурсах возобновляемых источников энергии, необходимых для устойчивого развития региона. Автором сделано внедрение результатов исследований в раде научных и производственных организаций.

Все выше изложенное позволяет, по убеждению соискателя, констатировать законченность работы, в которой решена крупная научная проблема.

21 многопланового регионального обобщения географических закономерностей эколого-климатических ресурсов Ажае-Саянской горной страны.

Работа выполнялась в Томском государственном университете на кафедре метеорологии и климатологии, в ПНИЛ гляциоклиматологии, в Институте оптического мониторинга СО РАН в процессе проведения научно-исследовательских работ по плановой и инициативной тематике.

Автор выражает сердечную благодарность коллективу кафедры метеорологии и климатологии, ПНИЛ гляциоклиматологии, руководству Института оптического мониторинга СО РАН за помощь и поддержку, как при выполнении экспедиционных работ, так и при подготовке и обсуждении диссертации. Автор особенно благодарен и признателен всем студентам, сотрудникам геолого-географического факультета, которые в разные годы помогли обеспечить проведение большого комплекса наблюдений в трудных экспедиционных условиях высокогорья.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭКОЛОГО-КЛИМАТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ АЛТАЕ-САЯНСКОЙ ГОРНОЙ.

СТРАНЫ.

В современных условиях природные ресурсы быстро включаются в сферу общественного производства и этим определяется необходимость освоения горных регионов России в сжатые сроки. Территория Алтае-Саянской горной страны, обладающая большими природными и энергетическими ресурсами должна внести существенный вклад в повышение экономического потенциала России. Исследования в области геоэкологии, горной метеорологии и климатологии в этом регионе представляют несомненный теоретический и практический интерес.

Последние десятилетия характеризуются бурным развитием климатологии, что объясняется, главным образом, возросшим влиянием окружающей среды и антропогенных процессов в ней, прогрессирующего опустынивания и обезлесивания на жизнедеятельность человеческого общества. Особенно важной роль климата стала вследствие растущего осознания ограниченности природных ресурсов и необходимости их сохранения для будущих поколений. Горные районы юга Сибири в силу действия различных факторов объективного характера (труднодоступность, низкая плотность населения, суровые природно-климатические условия и др.) до настоящего времени освоены в значительно меньшей степени, чем равнинные территории. В современных условиях появляется шанс учесть все негативные последствия использования природных ресурсов и строить стратегию с позиций так называемого устойчивого развития горных территорий. Для этого необходимо правильное понимание и оценка современного состояния и тенденций всех природных ресурсов, в том числе климатических. От этого зависит решение проблем региональной политики и регионального сотрудничества.

В основе концептуального подхода в характеристике эколого-климатических ресурсов лежит представление о климате, как важнейшем экологическом факторе, прежде всего участвующем в реализации фундаментальных биологических законов, обеспечивающих существование и эволюционное развитие живых организмов — растений, животных, человека.

Важность изначальной экологичности климата подчёркивается и тем, что физические свойства и факторы атмосферы — погода и климат в горах, в силу своей необычайной пространственно-временной изменчивости создают специфические условия окружающей среды, связанные, в первую очередь, с высотной зависимостью и формами рельефа, на которые в той или иной мере откликаются живые организмы.

Экологические свойства климата проявляются и через результаты хозяйственной деятельности человека. Без научно обоснованньгх подходов к природопользованию в горных регионах цепочка, взаимоотношений «природа-хозяйство-человек» — неизбежно приводит к экологическому кризису.

Как известно, атмосфера является одной из компонентов природной среды, где обитают живые организмы. В атмосфере у подстилающей поверхности сосредоточены основные жизнеобеспечивающие факторы — свет, тепло, влага. Эти же составляющие являются элементами климата и характеризуют процессы и свойства, происходящие в климатической системе.

Современные тенденции интеграции и экологизации разных наук коснулись и метеорологии и климатологии. Начало развития экологической климатологии, как самостоятельной науки следует отсчитывать от трудов Э. Геккеля (1886 г.). Исходя из определения Э. Геккеля [77] экологическая климатология, должна исследовать климатические аспекты общей экологии. С давних времён эта наука существовала и существует в терминах и понятиях одного из раздела прикладной климатологии — биоклиматологии (биометеорологии). Определение биоклиматологии как науки было впервые сформулировано Вторым Международным биоклиматическим конгрессом в 1960 г. как «изучение прямых и косвенных взаимосвязей между геофизическими, геохимическими факторами атмосферной среды и живыми организмами — растениями, животными и человеком. Таким образом, климат, как в своём историческом развитии, так и в перспективе выступает как важнейший экологический фактор окружающей среды, а истоки экологической климатологии как науки, прежде всего, исходят из задач глобальной и частной экологии. Предмет изучения экологической климатологии включает многие разделы, например, оценка ресурсов агроклиматических, рекреационных, энергетических и др. Но особое внимание должно уделяться вопросам загрязнения атмосферы, её охраны, воздействиям на окружающую среду.

Изучение эколого-климатических ресурсов горных регионов значительно отстаёт от равнинных территорий. К наиболее слабым звеньям в общей цепи изучения климатических ресурсов горных регионов, прежде всего, относятся крайне редкая сеть метеорологических станций в этих районах. Недостаточно информации по энергетическому и водному режиму подстилающей поверхности. Слабо изучены режим турбулентности, особенности пограничного слоя над горами, биоклимат гор и другие проблемы. Все эти вопросы требуют к себе самого пристального внимания и имеют большее или меньшее отношение ко всем горным регионам Земли.

Самые последние картометрические работы, вьшолненные Институтом картографии в Цюрихе, позволили составить наиболее точный портрет поверхности Земли по выбранным высотным интервалам [268, 271]. Было подсчитано, что 48% суши лежит выше 500 м над уровнем моря, и в том числе 27% - выше 1000 м, 11% - 2000 м, 5% - 3000 м и 2% - выше 4000 м. Полученный картографический образ Земли позволяет сделать вывод, что горы и возвышенности формируют крупнейшую экосистему суши.

Следует выделить три основных направления, получивших отражение в научных исследованиях горных территорий:

— влияние гор на атмосферные процессы и количественный учёт этого влияния при характеристике климата, в схемах прогнозов погоды и т. д.;

— использование климатических ресурсов горных территорий в практике народного хозяйства;

— изучение эколого-климатических условий, обеспечивающих нормальные условия жизни человека, с точки зрения формирования качества воздушного бассейна приземного слоя атмосферы.

В настоящее время многие государства не только поняли высокую цену природных горных ресурсов, но и признали важную роль горных районов в сохранении стабильности в социальной и политической жизни всего человеческого общества. Не случайно в итоговой Резолюции конференции ООН по окружающей среде и развития (Рио-де-Жанейро, 1992 г.) была включена специальная глава, посвященная проблемам устойчивого развития и управления ресурсами горных территорий, оцененными как <�о?:рупкие экологические системы". Тем самым была признана уникальность и важность горных стран для глобального устойчивого развития. В документах конференции признаётся, что в XXI веке будет увеличиваться дефицит пресной воды, будут уменьшаться площади рекреационных областей для населения стремительно урбанизируемого мира, будет уменьшаться биологическое разнообразие. Учёные и эксперты сходятся в том, что именно эти компоненты природных ресурсов делают горные территории одним из важнейших элементов устойчивого развития глобальной экосистемы в XXI веке. В дальнейшем комиссия ООН на своей третьей сессии (1995 г.) сформулировала рекомендации по реализации иг-1 и ти • • положений 1 орной главы. В ней подчёркивается решающее значение горных регионов для мирового развития как центров биологического и культурного многообразия, хранилища пресных вод и минеральных ресурсов [14].

1.1. Задачи и проблемы эколого-климатических исследований в горах южной Сибири.

Проблемы горных территорий очень остро стоят и в России. На юге Сибири горные территории преобладают над равнинными, а значит, эти территории имеют свою специфику: суровые природно-климатические условия, ограниченный агроклиматический потенциал, слабую освоенность территории (таблица 1.1).

Почти все горные территории азиатской части России располагаются в экономически слаборазвитых субъектах Российской Федерации, они и внутри этих регионов являются наименее развитыми — горные районы Республик Алтай, Тывы, Хакассии и др.

В 1996 г. по инициативе Института Географии РАН и Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ был составлен нациоиг-1 и и тл нальный доклад «Горные регионы европейской части России: состояние и проблемы развития». В 1997 г. аналогичный доклад был подготовлен и для азиатской части России. В этих докладах впервые горные территории рассматриваются в контексте регионального развития, называются специфические социально-экономические, экологические и экономические проблемы и ставится вопрос о необходимости разработки государственной стратегии их развития [12].

Таблица 1.1. Соотношение горных и равнинных территорий на юге Сибири, % [12].

Объекты РФ.

Республика Алтай Ресщблика Тыва Республика Хакассия Алтайский край Красноярский край Кемеровская область Республика Бурятия Иркутская область Усть-Ордагаский Бурят ский авт. округ Читинская область Агинский Бурятский ав тономный округ.

Горы, плато,.

Равнины плоскогорья.

— 100.

— 100.

— 100.

76 24 33 67 (28 горы).

19 81.

— 100.

3 97.

32 68.

6 94.

32 68.

1000 м >2000 м 2000 м.

17 51 32.

22 61 17.

51 42 7.

19 4 1.

60 6 1.

61 19 1.

26 57 21.

72 21 4.

68 ;

46 40 8.

43 25.

Некоторые шаги по пути реформирования горной политики в горньк регионах уже делаются. Лидером в этой области, безусловно, является Рес-. публика Алтай. Здесь по инициативе парламента и правительства Республики был подготовлен проект федерального закона «Об эколого-экономическом регионе Алтай».

Изучение физического механизма взаимодействия атмосферы с горным ландшафтом, отдельными его формами должно быть одной из важных задач современной науки. Только в результате выполнения таких исследований можно обоснованно подойти к вопросам гидрометеорологического обеспечения и рационального природопользования в горных районах и обеспечения устойчивого развития. Взаимодействие воздушных потоков с горным ландшафтом имеет сложный характер. Влияние рельефа на движение атмосферы определяется как термическими, так и динамическими факторами и приводит к трансформации воздушных потоков. В результате формируется совершенно особый горный климат.

Развитие научных исследований в горных районах, особенно в Сибири сдерживается отсутствием необходимой гидрометеорологической информации. Сеть гидрометеорологических станций в горах (особенно в высокогорной части) в настояшее время недостаточна, применение расчётных методов затруднено, а часто и невозможно из-за большого разнообразия природных условий и действующих факторов.

В связи с недостаточностью метеорологических данных в горных районах и большим разнообразием видов подстилающей поверхности весьма сложными оказьгоаются расчеты составляющих радиационного и теплового баланса. Изучение этого вопроса осложнено тем, что актинометрических станций в горных районах очень мало. Существенно затрудняют эти расчеты влияние рельефа, разнообразие альбедо и его динамика на различных высотах, никак поюа не учитьюается влияние локальных свойств облачности в горных районах на приход суммарной радиации. Актинометрические характеристики очень важны для правильного вьшвления природноклиматической зональности, а также для других расчетов. Для получения подробных характеристик весьма перспективными в горных районах могут оказаться авиационные и космические методы определения характеристик подстилающей поверхности, однако такие исследования пока ещё не получили широкого распространения.

Большие трудности в горах возникают при изучении термического режима. На вертикальное распределение температуры воздуха влияет много факторов, таких как тип подстилающей поверхности (галечршковая пойма, луг, лес, морена, снег, лед), формы рельефа (особенно важно для холодного периода), экспозиция и крутизна склонов.

Особое значение для изучения климатических условий верхнего пояса гор сыграли гляциоклиматические исследования. Они пшроко проводились в период вьшолнения различных международных программ. Для решения задач гляциогидроклиматологии исследователи стараются использовать стандартные метеорологические данные, полученные на сетевых станциях гидрометеорологической службы. Поскольку такие станции обычно находятся вдали от ледников, как правило, в низкогорных районах, использовать данные по станциям непосредственно оказывается невозможным. Поэтому приходится применять различные приемы для расчетов показателей температуры на поверхности ледников. Рассмотрим коротко различные методики расчета температуры воздуха в горных условиях.

Главное внимание уделяется исследованию вертикальных градиентов температуры воздуха в горных странах. Большое распространение для вычисления вертикальных градиентов температуры воздуха в горах нашел метод пар станций. Для Кавказа такая работа была выполнена А. М. Тареевой [221], для Горного Алтая В. В. Севастьяновым и Л. П. Дьячковой [191], для горных районов Средней Азии Н. В. Давидович [59]. При выборе пар станций должно учитываться, что они должны находиться друг от друга на небольшом расстоянии для уменьшения влияния горизонтальных градиентов. Перепад высот между станциями должен быть, как можно больше и они должны находиться в однотипных формах рельефа. На практике эти условия выполняются достаточно редко даже для относительно хорошо освещенных в метеорологическом отношении горных районов.

В некоторых случаях по данным станций производился расчёт значений горизонтального широтного градиента с запада на восток [70, 144]. Для создания ряда гляциоклиматических карт по данным метеорологических станций строились промежуточные карты полей температуры на средней высоте ледников на Кавказе [96, 221], на Алтае [95]. Значения температуры с этого уровня экстраполировались с учетом вертикальных градиентов на нужную высоту на леднике, например, на высоту фирновой или снеговой линии.

В работе O.A. Подрезова с соавторами [151] для оценки температурных условий по территории Тянь-Шаня составлены уравнения регрессии для отдельных регионов этой горной системы. Уравнения регрессии составлены для средних годовых и экстремальных за год температур.

Эпизодические аэрологические данные были использованы для оценки температурного режима на ледниках. На ледниках Семенова и Кара-Баткат (Центральный Тянь-Шань) М. Н. Хейфец [238] сравнивал температуры с аэрологическими данными станции Бишкек на той же высоте за четыре срока зондирования. М. В. Вожова и A.A. Тихановская [47] исследовали связь температуры воздуха на ледниках Памиро-Алая, Западного Тянь-Шаня, Зерав-шана, со средней температурой тропосферы в слоях 4−7 км и 4−10 км. Ими были получены уравнения регрессии и коэффициенты корреляции между температурами в свободной атмосфере и над ледниками. Для Горного Алтая подобную работу провели Н. Х. Лунина и Г. М. Шмыглева [112].

Для горных районов чаще используются обобщенные показатели температурного режима, такие как средняя летняя температура воздуха (за.

U с" гр U и единый средний вертикальный градиент температуры. Такой подход позволяет избежать грубых ошибок, но в то же время не позволяет детализировать исследования и нивелирует климатические особенности в каждом конкретном районе. крайне плохо известно распределение осадков в горах, что приводит к большим расхождениям речного стока и количества осадков, фиксируемого осадкомерами: сток часто оказывается намного больше наблюдаемых осадков. Это обусловлено, во-первых, особенностями расположения метеорологических станций, большинство которых расположены в засушливых широких долинах и котловинах. На склонах и в высокогорных районах почти нет станцийво-вторых, сами осадкомерные приборы не учитьшают часть вертикальных осадков особенно твердых. При сильных ветрах практически совершенно не учитьшаются горизонтальные осадки. Все это приводит к большим осложнениям при измерении водного баланса горных территорий. Изучение водного баланса горных регионов и закономерностей связи его с компонентами теплового баланса приобретает особое значение при диагнозе и прогнозе опасных гидрометеорологических явлений в горах (паводки, сели, снежные лавины и др.).

Для уточнения режима осадков в горных районах широко используются данные о речном стоке. Карты распределения годовых сумм осадков по территории Горного Алтая по данным о речном стоке и других косвенных показателей были составлены Б. И. Русановым [172], B.C. Ревякиным и Б. В. Фащевским [163]. Большое значение имеет опыт экспедиционных исследои гр u Т Г и u Т /* и ваний сумм осадков. Так, в районе Уймонской степи, Катандинской котловины (Горный Алтай) на разных склонах были установлены 60 суммарных осадкомеров [99]. Густая сеть осадкомеров бьша организована в бассейнах Аккема, Мулыы, Актру [105, 158]. Очень важную информацию о количестве твердых осадков, о процессах перераспределения снега дают полевые снегомерные работы, гидролого-климатические расчеты, косвенные фитоиндика-ционные методы и др. [212 .

Широкое применение в гляциоклиматологин приобрел косвенный метод определения годовых сумм осадков на ледниках, разработанный А. Н. Кренке и В. Г. Ходаковым [94, 96, 239]. В основу этого метода положено условие равенства величин аккумуляции и абляции на высоте границы питания ледников. На этом уровне между величиной абляции и средней летней температурой воздуха установлена определенная зависимость.

Недостаточно изучены явления, связанные с влиянием гор на циркуляционные процессы. Эти вопросы особенно важны для повышения точности прогнозов погоды в горных регионах и для решения задач распространения и рассеяния атмосферных загрязнений.

Ветровому режиму горных районов Алтая и Саян посвяшено относительно мало работ. Они касаются в основном анализа ветров конкретных пунктов или районов. Очень мало количество исследований ветрового режима с применением аэрологических наблюдений, а без них невозможен анализ изменений общей циркуляции атмосферы под влиянием орографии.

Известно, что в крупных горных системах скорости ветра малы, особенно в долинах и котловинах. В то же время скорости ветра увеличиваются на перевалах, в отдельных долинах. Существующая сеть метеорологических станций в горных районах совершенно недостаточна для подробной характе-ристивси ветрового режима, ветроэнергетического потенциала, решения проблем проектирования линий электропередач и т. д.

В настоящее время одной из важнейших народнохозяйственных проблем в горах является широкое использование естественных возобновляемых источников энергии: солнечной, ветровой, гидроэнергии. Этот вопрос требует специального изучения климатических ресурсов горных территорий. Весьма перспективным и целесообразным может оказаться строительство и использование солнечных и ветровых энергетических станций (возможно в комплексе с мальпк! и гидроэлектростанциями) в высокогорных условиях. В связи с перспективами роста промышленного потенциала в горах, с развитием туристических и рекреационных центров, все эти вопросы приобретают большое значение.

В заключение следует ещё раз подчеркнуть необходимость скорейшей реорганизации сети гидрометеорологических станций (в том числе и актино-метрических). Необходимо создание автоматических метеорологических станций и установок, обеспечивающих проведение микроклиматических исследований. Создание таких установок является самостоятельной задачей метеорологического приборостроения и автоматики. Необходимо создание специализированных кустовых гидрометеорологических обсерваторий. Установка метеорологических радиолокаторов позволит значительно расширить информацию об опасных явлениях в атмосфере, о количестве выпадающих осадков в горах. Все эти мероприятия позволят более успешно решать вопросы диагноза и прогноза опасных гидрометеорологических явлений в горах, более эффективного использования климатических ресурсов в интересах всего государства.

Мы остановились только на некоторых проблемах современной горной метеорологии и климатологии. Их число — значительно больше. Из всего сказанного ясна необходимость всемерного развития работ в этом направлении как для повышения точности прогнозов погоды, так и для более рационального и эффективного использования природньк ресурсов и сохранения экологического равновесия.

Важным дополнением в условиях острой недостаточности климатической информации являются многолетние экспедиционные комплексные гля-циоклиматические исследования в репрезентативном горноледниковом бассейне Актру и в других бассейнах. Данные экспериментальных исследований существенно дополняют информацию сетевых станций о закономерностях формирования мезо и микроклиматов в условиях высокогорья: в долинах, на склонах, на вершинах и водоразделах, в том числе и на ледниках.

Для характеристики эколого-климатических условий горных районов кроме наземных наблюдений в работе используются аэроклиматические показатели, полученные, как по данным сети аэрологических станций, так и по данным экспедиционных аэрологических исследований, организованных автором. Такой комплексный подход позволил автору получить новые результаты по оценке эколого-климатических ресурсов Алтае-Саянской горной страны.

Основные выводы.

1. В настоящее время вопросам использования возобновляемых источников энергии уделяется серьёзное внимание. Эти источники энергии рассматриваются как существенное дополнение к традиционным. В Горном Алтае среди возобновляемых источников энергии солнечная радиация по масштабам ресурсов, экологической чистоте и повсеместной распространённости наиболее перспективна. Достаточно велики и ветроэнергетические ресурсы.

2. В Горном Алтае имеются довольно широкие возможности применения солнечных установок для индивидуальных потребителей, особенно в сельской местности. Расширение масштабов применения солнечных установок не только даст значительную экономию энергоресурсов и повышение уровня жизни, но и позволит смягчить экологическую ситуацию.

3. Детальный анализ режима характеристик солнечной радиации, облачности, продолжительности солнечного сияния на территории Горного Алтая, выполненный на основе многолетних климатических материалов, позволил выявить особенности структуры и динамики полей исследуемых показателей в годовом ходе, обусловленном устойчивым радиационным и циркуляционным факторами. Приход суммарной радиации увеличивается в юго-восточном направлении. Исследование межгодовой изменчивости характеристик солнечной радиации показало, что в целом их распределение по территории подобно распределению их средних значений. Наибольшей изменчивостью показатели солнечной радиации отличаются в летний период 90−115 МДж/мЛ, наименьшей изменчивостью — в зимний период 5−15 МДж/мл.

4. Установлено, что для Горного Алтая наиболее благоприятное время использования солнечных батарей с марта по сентябрь с 10 до 18 ч. Выполненные расчёты повторяемости непрерывной продолжительности солнечного сияния 6 ч и более и возможной месячной продолжительности работы гелиоустановок показали, что с увеличением широты возрастает годовая амплитуда продолжительности работы гелиоустановок. В июне и июле на широте 52° возможная продолжительность работы гелиоустановки может превышать 430 ч. Непрерьшная продолжительность солнечного сияния более 6 ч в весенне-летний период на территории Горного Ажая, особенно в юго-восточной части, может достигать 60−70%.

5. В настояшее время солнечную энергию экономически целесообразно использовать для горячего водоснабжения сезонных потребителей типа спортивно-оздоровительных сооружений, баз отдыха, дагшых посёлков, а также для обогрева открытых и закрытых плавательных бассейнов, спортивных сооружений, душевых. Вполне конкурентоспособны по сравнению с традиционными установками гелиосушилки для сена, лесоматериалов и сельскохозяйственных продуктов.

Основная проблема в использовании солнечной энергии для отопления индивидуальных домов в нашей стране — отсутствие массового производства солнечных коллекторов, аккумуляторов солнечгюй энергии и другого оборудования.

6. Территория Горного Алтая по потенциальным гелиоэнергетическим ресурсам может быть разделена на следующие зоны. В зону (а) с потенциальным гелиоэнергетическим ресурсом, равным 1400−1600 кВт-ч/мЛ, входят территории, расположенные на юге и юго-востоке в пределах Чуйской, Ку-райской, Бертекской, Джулукульской котловин, на плато Укок.

В зону (б) с потенциальным гелиоэнергетическим ресурсом, равным 1200−1400 кВтч/мЛ, входит бсутьшая часть Горного Алтая, том числе и котловины Уймонская, Катандинская, Урсульская, Улаганская.

В зону (в) (севернее 52 ° с. ш.) с потенциальным гелиоэнергетическим ресурсом равным, 1000−1200 кВт-ч/мЛ, входят районы северного Алтая и предгорные районы.

7. Данные о ветровом режиме, полученные с помощью аэрогошматиче-ских показателей, позволили оценить ветроэнергетические ресурсы Горного Алтая. В верхнем поясе гор скорости ветра вполне достаточны, по крайне мере, для создания малой ветроэнергетики, а на больших высотах (выше 2000 м) возможна установка мощных ВЭУ, способньгх обеспечить энергией туристические, научные базы, альпинистские лагеря, а также сельскохозяйственные предприятия, жилые посёлки и т. д.

8. Эффективная работа ВЭУ возможна в отдельных горных долинах, где наблюдается большая повторяемость фенов (южное побережье Телецкого озера, меридионально ориентированная часть долины Катуни, долина р. Чу-лышман и некоторые другие).

9. Для целей энергоснабжения целесообразгю осуществлять дублирование энергетических мощностей. Так, в летнее время наиболее эффективными являются гелиоэнергетические установки, а в холодный период — ветроэнергетические. В сочетании с дизельными электростанциями они буд>т способны обеспечить устойчивое энергоснабжение отдалёнш>1Х районов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Выполненные в диссертации исследования относятся к изучению эко-лого-климатических ресурсов с целью разработки рекомендаций по рациональному природопользованию, решению экологических, социальных, научных и других народнохозяйственных задач. Главный результат многолетнего исследования состоит в научно-методической разработке проблемы исследования горньк климатов и оценки эколого-климатических ресурсов Алтае-Саянской горной страны при условии острой недостаточности гидрометеорологической информации. В этой связи наиболее эффективным способом получения необходимых сведений является использование аэроклиматической информации совместно с данными наземных наблюдений метеорологических станций.

В дальнейших исследованиях целесообразно продолжать разработку теоретических принципов и обобшение материалов о влиянии рельефа на климат горных стран. Дальнейшее развитие исследований может состоять в следующем: а) в анализе связей «горы-атмосфера» за менее продолжительные периоды (декада, пентада, с>тки) для расчётов климатических показателей за более короткие периоды. Важно учитьшать влияние рельефа при различных типах циркуляции. Выявленные зависимости могут помочь в составлении специализированных прогнозов для высокогорных районовб) в создании каталогов полей метеорологических величин для нижней тропосферы над горами южной Сибири по данным аэрологических ежемесячников. Эти материалы позволят сделать временной анализ влияния разных типов циркуляции атмосферы на распределение в пространстве метеорологических величин. По аэроклиматическим данным можно более обоснованно судить об изменении климата в современный периодв) в изучении влияния циркуляционньпс процессов на увлажнение горных территорий (повторяемости за конкретный период циклонов, антициклонов, что в свою очередь сказывается в температурном режиме), а также на процессы массоэнергообмена горных ледниковг) в использовании аэроклиматической информации для получения климатических характеристик в малонаселённых районах севера Западной и Восточной Сибири при отсутствии метеорологических наблюдений.

В настоящее время большое внимание уделяется проблеме возможных последствий для биосферы глобального потепления климата. Вопросы мониторинга эколого-климатических условий горных районов Сибири являются одними из самых сложных так как требуют длительного периода наблюдений и всестороннего учёта влияния различных географических факторов. От направленности глобальных процессов в атмосфере зависит состояние природной среды в горах. Большую обеспокоенность вызьшают процессы опустынивания в высокогорных котловинах [261, 262], сокращение современного оледенения и т. д. Следует отметить, что ряды инструментальных наблюдений в горных регионах имеют относительно короткие ряды (50−60 лет), что ограничивает возможности вьщеления природных ритмов.

Процесс потепления климата увязывается многими авторами с тенденцией увеличения парниковых газов в атмосфере. Они прогнозируют значительное потепление климата в ближайшие десятилетия, в том числе и в горных районах Сибири. Так, например, в работе [140] применена биоклиматическая модель Алтая для прогнозной оценки изменения растительности при возможных изменениях климата. Для региона Горного Алтая принят следующий сценарий изменения климата: + 2 Х к летней температуре и + 20% годовых сумм осадков. Однако в проблеме современных тенденций развития климатической системы не всё ясно и однозначно. Наибольший положительный тренд температуры воздуха отмечается только в холодный период года и лишь в межгорных котловинах. В верхнем поясе гор и в условиях свободной атмосферы его величина совсем невелика в течение всего года (В.В. Севастьянов, 1995, 1999, H.H. Густокашина, [59]). Кроме того, современный период на Алтае характеризуется практически повсеместно уменьшением годовых сумм осадков. На наш взгляд использование подобных упрошенных сценариев для прогнозирования будуших состояний климатической системы не подтверждается современными климатическими тенденциями.

Есть все основания предполагать, что современный рост температуры совпал по времени со сменой циркуляционных эпох с преобладанием западной формы циркуляции и уменьшением меридиональной и восточной форм циркуляции (В.В. Виноградова, 1998) и носит периодический характер. Особенности проявления циркуляционных процессов в Сибири находят своё подтверждение в динамике радиационного режима.

Вопросы рационального использования эколого-климатических ресурсов Алгае-Саянской горной страны в данной работе были сконцентрированы, главным образом, на сельскохозяйственном производстве и для оценки потенциальных ресурсов возобновляемых источников энергии. В настоящее время появилась возможность дать объективную оценку агроэкологических ресурсов горных склонов, которые занимают большие площади, и активно используются в земледелии и в животноводстве. Эти вопросы требуют дальнейших специализированных разработок для отдельных отраслей сельскохозяйственного производства (отгонного животноводства, условий перезимовки животных и т. д.). Многие комплексные биоклиматические показатели климата учитывают параметры температуры, влажности воздуха, скорости ветра, которые могут быть определены по аэроклиматическим данным.

Одним из главных природных богатств горных районов Сибири является их курортно-рекреационный потенциал. По современным критериям оценки пригодности природных ресурсов для курортного освоения Горный Алтай признан особенно благоприятным для развития рекреационной службы [168]. Следует учитьшать лечебный климат, отличительными свойствами которого является большое количество солнечньгх: дней, высокая чистота и прозрачность горного воздуха, его высокая ионизация в лесных массивах и вблизи горньсс порожистых рек и водопадов. Важнейшими природнолечебными факторами является и богатейшая гидроминеральная база [169, 170, 260].

Все известные курорты на юге Сибири располагаются в низкогорной зоне. До настояшего времени нет климатических среднегорных и высокогорных курортов. Одна из причин такого положения — недостаточная изученность климата высокогорья с курортологических позиций [178]. Результаты проведённого исследования могут быть, применены для оценки теплового состояния человека, для расчёта теплопотерь органами дыхания, других показателей медицинской климатологии и биоклиматологии.

Большая часть территории Алгае-Саянской горной страны относится к неблагоприятным и крайне неблагоприятным условиям для рассеивания примесей в атмосфере [197]. Экологически допустимая масса выбросов в атмосферу во многих населенных пунктах Горного Алтая уже сейчас значительно превышена, что создаёт реальную угрозу здоровью населения [181, 182, 248]. Особенно неблагоприятные экологические условия складываются в горных котловинах. Для уменьшения будущего существенного техногенного загрязнения территорий долин и котловин необходим учёт природных особенностей, особенно климатических условий, при размещении там производительных сил. Поскольку известно, что котловины — наилучшие районы для жизнедеятельности человека в горно-таёжной зоне [18], то в них должны быть развёрнуты природоохранные мероприятия, связанные с нейтрализацией техногенного воздействия на ландшафты. Это в свою очередь потребует решения проблем нормирования числа и мощности предприятий, создания производственных технологий в режиме замкнутых циклов, а то и вьшоса наиболее загрязняющих предприятий за их пределы.

Следует отметить остроту вопроса об энергообеспеченности и энергосбережении горных районов. Острый дефицит энергии является важнейшей проблемой жизнеобеспечения населения. Повышение производительности труда, общей культуры производства и быта людей, находящихся в отдалённых горных районах, невозможно без повышения энерговооружённости.

Причём увеличение производства энергии в горных районах должно происходить с минимальными потерями для природных условий. Необходимо вставать на путь использования альтернативных источников энергии и разрабатывать новые экономичные технологические процессы в производство.

Оценка потенциальных гелиоэнергегических ресурсов в пределах Ал-гае-Саянской горной страны показала целесообразность их практического использования, особенно в межгорных котловинах.

Показана возможность и целесообразность использования ветроэнергетических ресурсов в горных районах. Перспективными для выработки электрической энергии являются не только наветренные склоны и водораздельные участки, но и некоторые долины с интенсивным развитием фенов. Особенно благоприятные условия для ветроэнергетики складываются в северных районах Горного Алтая.

Большие возможности и благоприятные перспективы имеются в горных районах для развития малой гидроэнергетики, не требующей создания огромных водохранижщ. В связи с необходимостью увеличения выработки электрической энергии в настоящее время разработана схема размещения серий малых ГЭС на реке Песчаной (8), на реке Ануй (7), на реке Чарьпп (11) [74]. Совместное использование энергетических установок, использующих различные виды возобновляемых природных ресурсов, может существенно повысить энерговооружённость хозяйственной деятельности и сохранить горные территории от экологического бедствия.

Основными направлениями устойчивого развития горньк территорий должно стать экологизированное сельское хозяйство, все виды рекреации от спортивного туризма и альпинизма до санаторно-курортного лечения, в том числе на базе термальных вод и иных бальнеологических ресурсов. Должны создаваться и развиваться системы заповедников и заказников, как источники сохранения генофонда и биологического разнообразия, различных природно-климатических зон.

Разработанные и реализованные в диссертации научно-методические подходы к изучению климата Алтая и Саян и полученные результаты по оценке их эколого-климатических ресурсов подтверждают целесообразность дальнейшего развития работ в области геоэкологии горных стран. Результаты исследований позволяют сделать ряд выводов и рекомендаций по их рациональному использованию.

1 .Алтае-Саянская горная страна, расположенная в центре Евразии, занимает особое положение среди других горных регионов. Эта горная странаодна из немногих в мире, сохранившая свой природный потенциал и ярко выраженные черты традиционного природопользования. Дальнейшее освоение её природных ресурсов должно происходить с учётом особенностей природопользования в горных странах. Специфические черты горных стран заключаются в большой изменчивости природных комплексов особенно в высотном распространении. Природопользование должно быть в максимальной степени ориентировано на сохранение окружающей среды и оптимальное использование природных ресурсов.

2. Оценка крупномасштабного отепляющего влияния Алтая на температурный режим тропосферы показала, что в летний период выравнивание температуры над гора]уш и над равнинными территориями наблюдается лишь с высоты 7 кмзимой уже на высоте 3 км различия в температуре незначительны и носят случайный характер.

3. Уменьшение скорости ветра над юго-восточным Алтаем на высотах до 7 км объясняется тормозящим влиянием горных хребтов. Особенно сильно это проявляется зимой за счёт развития инверсий температуры, сильно ослабляющих турбулентный обмен между приземными и выше лежащими слоями атмосферы.

4. Совместный анализ наземной и аэроклиматической информации позволил установить количественные связи между формами рельефа и показателями температуры, влажности воздуха, скорости ветра в разные сезоны года. Климатический режим в верхнем поясе гор наиболее приближен к уело.

ВИЯМ свободной атмосферы и характеризует фоновые условия. Климатический режим в котловинах и долинахзависит от их морфометрических параметров.

5. Аэроклиматические показатели позволяют с достаточной точностью оценить тепловлагообеспеченность и биоклиматический потенциал горных склонов для целей сельскохозяйственного производства. Во всех агроклиматических районах (даже в засушливых) теплообеспеченность и степень увлажнённости склонов выше, чем на днищах долин и котловин. Оценка агрок-жматических ресурсов на горных склонах подтверждает, что исторически сложившаяся система земледелия, ориентированная лишь на производство кормовых культур, не полностью реализует биоклиматический потенциал земледелия на Алтае.

6. Среди возобновляемых источников энергии солнечная радиация по масштабам ресурсов, экологической чистоте и повсеместностной распространенности наиболее перспективна. Наиболее значительны гелиоэнергети-ческие ресурсы на юге и юго-востоке (48−50 «с.ш.) в Чуйской, Курайской и других котловинах. Потенциальные гелиоэнергетические ресурсы достигают 1600 кВт-ч/мЛ. В таких условиях мог>т эффективно использоваться гелиоэнергетические установки различных типов. В центральных и северных районах Алтая потенциальные гелиоресурсы изменяются от 1300 до 1100 кВтч/мЛ. Условия в этих районах удовлетворяют требованиям, необходимым для использования гелиоэнергегических установок среднего и малого размера.

7. Наибольшими ветроэнергетическими ресурсами располагают северные и западные районы Алтая. В центральных районах Алтая на водоразделах с высоты 1000 м удельная мощность ветрового потока составляет 200−500 Вт/м", что позволяет эксплуатировать относительно небольшие ветроэнергетические установки мощностью 1−5 кВт. За зону большой энергетики могут быть приняты водоразделы выше 2200 м с удельной мощностью более 500 Вт/мЛ при этом ветроэнергетические агрегаты способны вьщавать мощность до 1 МВт и более, причём обеспечивается работа в течение всего года. Эффективная работа ветроэнергетических установок возможна в отдельных горных долинах, где наблюдается большая повторяемость фенов.

Для целей энергоснабжения целесообразно осуществлять дублирование энергетических мощностей. Так, в летнее время наиболее эффективными являются гелиоэнергетические установки, а в холодный период — ветроэнергетические. В сочетании с дизельными электростанциями и гидроэлектростанциями они будут способны обеспечить устойчивое энергоснабжение отдалённых районов.

8. Важной особенностью горных стран является исключительно низкая способность самоочищения атмосферы в замкнутых формах рельефа, особенно в холодный период. В связи с этим, следует учитывать ограниченные возможности горных территорий для развития энергетики и промышленного производства. Основой дальнейшего развития хозяйственной деятельности должно стать экологизированное развитие сельского хозяйства и рекреационное освоение горных районов, имеющих для этого прекрасные возможности.

9. Разработанные научно-методические подходы к оценке эколого-климатических ресурсов могут быть использованы в других горных странах. Количественные характеристики вжяния орографических факторов на климатические показатели в разных горных странах оказываются близкими, по крайней мере, для умеренных широт. В этом смысле предлагаемая работа выходит за рамки регионального исследования. Опыт исследований показал эффективность прелагаемых подходов и в равнинных условиях, при редкой сети станций.

Предлагаемая концепция для оценки эколого-климатических условий в горных районах позволит избежать субъективности, грубых просчётов в районах малообеспеченных гидрометеорологической информацией.

Несомненно, что все материалы, изложенные в работе, могут быть использованы в последующих гидрометеорологических и геоэкологических обобщениях по исследуемой территории.