Прогноз погоды из Норвегии

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ и Ленинградская область

 

Потепление климата, средние, тренды, климатические переменные, водный режим, ожидаемые последствия, влияние на окружающую среду, адаптация отраслей хозяйства

 

 

Потепление климата, средние, тренды, климатические переменные, водный режим, ожидаемые последствия, влияние на окружающую среду, адаптация отраслей хозяйства

Список исполнителей

Донченко Я.В., к.э.н. — руководитель работ

Лемешко Н.А., к.г.н. — ответственный исполнитель

Биненко В.И., д.ф.н. — исполнитель

Реферат

Отчет 121 стр., 31 рис., 25 табл., источников 34

ПОТЕПЛЕНИЕ КЛИМАТА, СРЕДНИЕ, ТРЕНДЫ, КЛИМАТИЧЕСКИЕ ПЕРЕМЕННЫЕ, ВОДНЫЙ РЕЖИМ, ОЖИДАЕМЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ, ВЛИЯНИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ, АДАПТАЦИЯ ОТРАСЛЕЙ ХОЗЯЙСТВА

В настоящем отчете представлены результаты исследования по изучению современного состояния и выявлению тенденций перспективных изменений климата на территории Ленинградской области. На основе анализа временных рядов климатических переменных выявлены тренды произошедших изменений климатических параметров (температура, осадки, ветер, экстремальные характеристики) на фоне современного глобального потепления.

 Представлены оценки об ожидаемых изменениях климата и экстремальных явлений на перспективу к середине 21 столетия.

Исследовано влияние современных тенденций изменений климата, проявляющихся в изменении гидрометеорологических факторов окружающей среды и опасных гидрометеорологических явлений на природные системы и объекты хозяйственной деятельности на территории Ленинградской области.

 Предложены рекомендации по адаптации отраслей хозяйства на территории Ленинградской области к установленным и возможным изменениям климата. 

 Оглавление

1 Тенденции изменений климата на территории Ленинградской области.............................7

1.1 Динамика изменения средних характеристик климата относительно климатической нормы..........................................................................................................................................7

1.2 Анализ тенденций изменения характеристик климатического режима.......................11

1.3 Основные климатические характеристики......................................................................15

1.4 Анализ современных изменений климата на территории Ленинградской области....33

1.5 Ожидаемые изменения климата .....................................................................................34

2 Анализ изменений природных и хозяйственных систем, связанных с изменениями климата на территории Ленинградской области......................................................................42

2.1 Состояние зданий и сооружений, тепловой режим и изменения отопительного периода......................................................................................................................................42

2.2 Механические воздействия на здания и сооружения.....................................................46

2.3 Транспорт ...........................................................................................................................52

2.4 Сельское хозяйство............................................................................................................56

2.5 Водные ресурсы .................................................................................................................68

2.6 Финский залив Балтийского моря....................................................................................71

2.7 Природные экосистемы суши Ленинградской области .................................................77

2.8 Экстремальные метеорологические явления .................................................................82

3 Комплекс организационно - технологических рекомендаций по адаптации к изменениям климата на территории Ленинградской области......................................................................95

3.1 Состояние проблемы смягчения последствий потепления и адаптации к ним...........95

3.2 Состояние проблемы адаптации для Российской Федерации.....................................102

3.3 Организационно - технологические рекомендации по адаптации к изменениям климата на территории Ленинградской области ................................................................104

4 Карта основных климатических характеристик.................................................................115

Заключение ..............................................................................................................................................117

4 Карта основных климатических характеристик.................................................................115

Список использованных источников ....................................................................................................119

 Введение

Рост активности хозяйственной и иной деятельности способствовал чрезмерной эксплуатации природных ресурсов и загрязнению окружающей среды, что привело к нарушению процессов функционирования климатической системы на глобальном и региональном уровнях.

Современное глобальное потепление подтверждается эмпирическими данными и проявляется на глобальном и региональном пространственном масштабе, в том числе для государств и отдельных регионов. Наиболее важным аспектом современных глобальных изменений является существенная его пространственно-временная неоднородность климатических процессов. Эти изменения подтверждаются эмпирическими наблюдениями специалистов-климатологов всего мира. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) опубликовала данные о том, что средняя годовая глобальная температура воздуха выросла на 0,6С по сравнению с концом XIX века, а ХХ век был вероятно самым теплым за последнюю тысячу лет. С середины 1990-х годов современное потепление климата стало наиболее заметным. Это способствовало интенсификации процессов биологической продуктивности и пространственно-временному перераспределению биологической продукции естественных и природно-хозяйственных систем. Многие исследователи отмечают положительное значение потепления климата для России, однако следует учитывать, что климатические изменения в последние десятилетия формируют новые тенденции режима увлажнения суши, изменения температуры воздуха, в том числе минимальной и максимальной температуры, продолжительности холодного и вегетационного периодов. Отмеченные тенденции взаимодействия климатических факторов приводят к формированию новых условий, необходимых для реализации природных и антропогенных опасных гидрометеорологических явлений. Своевременное прогнозирование данных явлений в настоящее время имеет особую актуальность для разработки и принятия превентивных мер, направленных на обеспечение безопасности населения и объектов хозяйственной деятельности.

Следует отметить, что для Северо-Западного региона России установлена тенденция повышения температуры воздуха, причем темпы этого процесса, особенно в XXI веке, в среднем выше, чем по стране в целом. Это обстоятельство также способствовало повышенному интересу к исследованию процессов изменения климата на территории Ленинградской области. Для выявления и оценки тенденций изменения климата была использована процедура выявления трендов основных климатических показателей по данным наблюдений.

Результаты данных исследований имеют целью показать ожидаемые изменения природных и хозяйственных систем связанные с изменениями климата на территории Ленинградской области.

Важнейшей задачей проводимых исследований является разработка рекомендаций и мер по адаптации природных и хозяйственных систем к изменениям климата на территории Ленинградской области.

Визуализация оценок основных климатических характеристик на территории Ленинградской области была проведена по схеме, предложенной ГГО им. А.И. Воейкова для оценки ожидаемых изменений климата на территории Российской Федерации в XXI веке [1].

 

 1 Тенденции изменений климата на территории Ленинградской области

Современное глобальное потепление подтверждается эмпирическими данными и проявляется на глобальном и региональном пространственном масштабе, в том числе для государств и отдельных регионов. Для оценки тенденций изменения климата на территории Ленинградской области используется процедура выявления трендов и тенденций в данных наблюдений за основными метеорологическими элементами.

Кроме того, был выполнен анализ гидрометеорологических данных мониторинга на территории Ленинградской области за последние 30 лет, что позволило установить тенденции изменений неблагоприятных гидрометеорологических явлений. Среди них продолжительность холодного периода года, минимальная средняя месячная температура (самый холодный месяц в году), заморозки и оттепели, максимальная температура в летний период, сильные ливни и снег. Эти явления, переходя через определенные границы, например низкие температуры (меньше -25,-35°С) представляют собой опасные гидрометеорологические явления (ОГМЯ). Их прогноз очень сложен и не всегда оправдывается даже в синоптическом масштабе (1-6 дней) и представляет огромную проблему при анализе и перспективном прогнозе на десятилетия вперед. Однако оценки тенденций в этих явлениях особенно важны для исследования изменения таких климато- зависимых отраслей, как строительство, сельское хозяйство, транспорт и другие.

1.1 Динамика изменения средних характеристик климата относительно климатической нормы

Предварительный анализ аномалий климатических параметров относительно нормы, показал, что наибольшие изменения в режиме увлажнения и в термическом режиме произошли с 1980 по 2012 гг. Поэтому, кроме трендов за период наблюдений, выполнен анализ трендов за период, который характеризуется потеплением климата.

Потепление климата в различных частях Земли по сравнению с нормой обнаруживается в последние 30 лет и для территории Ленинградской области.

Отклонения от нормы средних многолетних значений температуры воздуха за период 1981-2010 гг. для всех станций демонстрируют рост средней годовой температуры воздуха. Однако в некоторые месяцы отмечаются отрицательные аномалии, что свидетельствует о неравномерности проявления современного глобального потепления на территории области. Наиболее потеплели месяцы холодного периода (декабрь, январь- апрель). В эти месяцы аномалии не только положительны, но и наибольшие по величине. Более всего потеплел январь, причем на всей территории. На станциях Кингисепп,Тихвин, Шлиссельбург аномалии 1,8°С, а наибольшая 1,9°С для станции Белогорка. Меньшие аномалии наблюдались в апреле, а в теплый период аномалии не велики (0,1- 0,3°С) и для отдельных станций – отрицательны. Осенний период (сентябрь–ноябрь) характеризуется отрицательными аномалиями, которые не превышают (-0,3°С) и находятся в пределах межгодовой изменчивости.

Таким образом, по сравнению с периодом 1961-1990 гг. в режиме температуры воздуха произошли следующие изменения:

  •  зимой температура выросла на всех станциях;
  •  весной потеплели март и апрель, а в мае в южной и восточной части области рост температуры не обнаружен;
  •  летом больше других месяцев потеплел июль, но, в общем, изменения не велики;
  • осенью отмечаются небольшие отрицательные разности.

В целом по территории области рост температуры довольно равномерный, а понижение температуры выявлено только в октябре и ноябре.

На рисунке 1 приведен график разностей средних месячных и годовой температуры воздуха за последние 30 лет относительно климатической нормы для востока, запада, юга и севера области.

Как видно из рисунка, кривые близки для всех частей области.

 Разности температуры воздуха за последние 30 лет (1961-1990 гг.) для месяцев и для года

Рисунок 1 – Разности температуры воздуха за последние 30 лет (1961-1990 гг.) для месяцев и для года

Аналогично температуре воздуха были исследованы данные по атмосферным осадкам. Выполнен анализ средних многолетних значений сумм осадков за два периода:

1961-1990 гг. и 1981-2010 гг., а затем были рассчитаны аномалии средних месячных и годовых сумм для относительно нормы. Сравнение этих двух периодов позволяет установить знак и величину изменения осадков в период 1981-2010 гг. В январе, феврале и марте отмечается увеличение осадков за последние 30 лет на всех станциях, кроме метеостанции Выборга, для которой в эти месяцы осадки уменьшились.

 На рисунке 2 представлены разности атмосферных осадков в январе относительно нормы 1961-1990 гг., положительные для всех станций, кроме Выборга. Осадки преимущественно уменьшились за последние три десятилетия в месяцы теплого периода года – в июле, августе, сентябре, а также в октябре. 

Следует отметить, что август и сентябрь для территории Ленинградской области – это месяцы с максимальными осадками в году.

На рисунке 3 представлены разности атмосферных осадков в августе относительно нормы 1961-1990 гг., из рисунка видно, что средние месячные суммы осадков, осредненные за тридцать, уменьшились для всех станций, кроме Кингисеппа. В среднем для всех станций норма августа составляет 88 мм осадков, а среднее за 1980-2010 гг. составила 83 мм

 Разности атмосферных осадков в январе относительно нормы 1961-1990 гг

Рисунок 2 — Разности атмосферных осадков в январе относительно нормы 1961-1990 гг

  Разности атмосферных осадков в августе относительно нормы 1961-1990 гг

Рисунок 3 — Разности атмосферных осадков в августе относительно нормы 1961-1990 гг

Сравнение средних многолетних значений влажности воздуха за последние 30 лет относительно нормы показало, что в период потепления климата 1981-2010 гг. влажность воздуха была выше климатической нормы, аномалии положительны в течение всех месяцев года и за год. Исключением является ноябрь, когда влажность уменьшается, что объясняется отрицательными аномалиями температуры в этом месяце.

Сравнение средних многолетних значений скорости ветра за последнее 30-летие относительно климатической нормы показало, что скорость ветра уменьшилась по сравнению с климатической нормой во все месяцы, кроме февраля (рис. 4). По величине уменьшение скорости ветра колеблется в пределах 0,5 м/с, достигая наибольшей разности в июне и августе (рис. 5)

 

 Годовой ход скорости ветра для двух периодов: норма 1961-1990 гг. и 1981-2010 гг.

 Рисунок 4 — Годовой ход скорости ветра для двух периодов: норма 1961-1990 гг. и 1981-2010 гг.

 Годовой ход разностей скорости ветра за период 1981-2010 гг. относительно климатической нормы 1961-1990 гг.

Рисунок 5 — Годовой ход разностей скорости ветра за период 1981-2010 гг. относительно климатической нормы 1961-1990 гг

 

1.2 Анализ тенденций изменения характеристик климатического режима

Анализ тенденций изменения характеристик климатического режима для периода с 1936 по 2012 гг., а также за последние 30 лет выполнен на основе рассчитанных линейных трендов в рядах наблюдений с использованием метода наименьших квадратов.

Оценка статистической значимости линейных трендов выполнена в соответствии с рекомендациями, изложенными в работе И.И.Поляка [2]. При этом для принятия гипотезы о наличии линейного тренда был принят 95%-ный уровень значимости. Если оценки линейного тренда не значимы на 95% уровне, то делается вывод только о наличии тенденции в исследуемых рядах наблюдений и о знаке этой тенденции.

Полученные оценки трендов температуры воздуха для станций Ленинградской области показали, что рост температуры происходит на всех станциях во все сезоны и месяцы года. Однако имеются некоторые особенности в скорости роста температуры воздуха. Наиболее заметен рост температуры на станциях северных районов области. Тренды положительны для года и центральных месяцев года. Наибольшие тренды отмечаются для средней годовой температуры и для января и марта, несколько меньше тренды для октября и июля. Оценки значимости трендов показали, что кроме годовых трендов и июля, остальные тренды не значимы, т.е. следует их рассматривать как положительную тенденцию.

Для характеристики центральной части Ленинградской области выбрана длиннорядная станция Тихвин, на которой однородный ряд без пропусков с 1943 г. Тренд средней годовой температуры положителен и равен 1,3°С за 69 лет (тренд значим). В отдельные месяцы года тренды также положительны, но значимые тренды обнаружены для рядов только в марте и июле месяцах. 

На рисунке 6 приведены графики средней годовой температуры воздуха за период наблюдений для двух метеостанций Выборг и Тихвин и оценки линейных трендов. Тренды положительны и значимы. 

 Средняя годовая температура воздуха и линейные тренды

 Рисунок 6 — Средняя годовая температура воздуха и линейные тренды

На рисунке 7 приведены графики средней месячной температура воздуха в январе и июле и линейные тренды. Для этих станций тренды положительны и значимы.

 Средняя месячная температура воздуха в январе и июле и линейные тренды

 

Рисунок 7 — Средняя месячная температура воздуха в январе и июле и линейные тренды

Для получения оценок современных изменений климата расчеты трендов выполнены за последние тридцать лет. Оценки линейного тренда за год и для центральных месяцев сезонов показали, что тренд температуры воздуха с 1965 г. становится в два раза больше тренда за весь период наблюдений, что позволяет также рассматривать начало периода роста температуры с 1965 г. Такие тренды рассчитаны для центральных месяцев сезонов и все они положительные и значимые.

Для сравнения величины трендов их приводят к значению тренда Т°С за 10 лет, что позволяет установить за какой период тренд был больше/меньше. Такое сравнение скорости роста температуры показано на рисунке 8

На рисунке 8 показано сравнение трендов в рядах температуры воздуха (°С/10 лет) за два периода: за весь период наблюдений 1936-2012 гг. и за последние 30 лет с 1980 до 2012 г. Это сравнение показывает, что тренды за весь период наблюдений (1936-2012 гг.) в несколько раз меньше, чем за период (1980 – 2012 гг.), что свидетельствует об усилении процесса потепления на территории Ленинградской области. Следует отметить, что только в феврале, марте и мае тренд потепления за весь период превосходит тренд за последние 30 лет.

 Сравнение трендов в рядах температуры воздуха (°С/10 лет) за два периода: за весь период наблюдений 1936-2012 гг. и за последние 30 лет с 1980 до 2012 г.

Рисунок 8 — Сравнение трендов в рядах температуры воздуха (°С/10 лет) за два периода: за весь период наблюдений 1936-2012 гг. и за последние 30 лет с 1980 до 2012 г.

 

Анализ трендов позволяет сделать наиболее важный вывод о том, что ни в одном месяце за оба периода не выявлено отрицательных трендов. Понимание масштаба потепления дают значения трендов за 30 лет, а также приведенные выше данные об аномалиях температуры.

На рисунке 9 показаны тренды температуры воздуха за 30 лет, их значения положительны для всех месяцев года.

 Оценки линейного тренда в рядах температуры воздуха (°С/30 лет) за 1980- 2012 гг. Зеленым цветом выделены статистически значимые тренды

Рисунок 9 — Оценки линейного тренда в рядах температуры воздуха (°С/30 лет) за 1980- 2012 гг. Зеленым цветом выделены статистически значимые тренды

Анализ трендов показал некоторые различия в их величинах для станций области. Для анализа трендов в целом для территории Ленинградской области были рассчитаны тренды за период, характеризуемый наибольшим ростом температуры, с 1980 по 2012 гг. В таблице 1.5 представлены средние для территории тренды температуры воздуха за период 1980-2012 гг. и среднеквадратические отклонения оценок линейных трендов для станций. Поскольку тренды не для всех месяцев на отдельных станциях статистически значимы, их вариативность можно оценить среднеквадратическими отклонениями. Из таблицы видно, что в средней годовой температуре тренд положительный и превышает значение σ.

Наибольшие тренды выявлены в период с января по апрель, т.е. основной вклад в рост температуры за год вносят зимние и первые весенние месяцы. Следует отметить небольшой по величине (меньше, чем σ ряда), но отрицательный тренд температуры в мае и октябре. Тренды в эти месяцы незначительны и их следует рассматривать как «отсутствие» тенденции.

Изменение средних значений температуры воздуха, несомненно, оказывает влияние на окружающую среду, все отрасли хозяйственной деятельности и социальной жизни, но еще большее значение имеют изменения экстремальных характеристик термического режима и связанных с их изменением других параметров метеорологического режима, вызывающие неблагоприятные или опасные гидрометеорологические явления. Именно сочетание нескольких метеорологических параметров приводит к возникновению опасных гидрометеорологических явлений и стихийных бедствий.

 1.3 Основные климатические характеристики

Климат Ленинградской области формируется под воздействием морских атлантических и континентальных воздушных масс умеренных широт, частых вторжений арктического воздуха и активной циклонической деятельности формируется климат, основными особенностями которого являются высокая влажность воздуха, умеренно теплое и влажное лето и довольно продолжительная умеренно холодная зима с частыми оттепелями. Циркуляция атмосферы в основном определяет формирование климата в холодный период, когда регион испытывает наибольшее влияние Атлантики. С атлантическими циклонами поступает значительное количество тепла, за счет которого зима смягчается, а осень оказывается теплее весны. Весной и летом циклоническая деятельность существенно ослабевает, в связи, с чем повышается климатообразующая роль радиационных факторов.

 Разнообразие синоптических процессов и частая смена воздушных масс являются причиной больших междусуточных колебаний метеорологических параметров. Перепады температуры воздуха, обусловленные сменой воздушных масс, могут значительно превышать амплитуду суточных колебаний и нередко достигают ± 20° и более [1].

Особенностью климатических условий на территории Ленинградской области является неоднородность погодных условий, обусловленная большой протяженностью с запада на восток, разнообразием ландшафтов и близостью крупных водоемов (Финский залив Балтийского моря, Ладожское и Онежское озера).

В связи с такими особенностями циркуляции атмосферы зимой наиболее холодными являются восточные и северо-восточные районы бассейна, а самыми теплыми – юго-западные Летом изменчивость значений температуры воздуха по территории невелика.

На территории Ленинградской области наблюдаются практически все опасные метеорологические явления: сильные ветры, в т.ч. шквалы и смерчи, снегопады, метели, гололед, туман, сильные морозы, кратковременные интенсивные ливни и продолжительные дожди, грозы, град, лесные пожары, засуха и наводнения.

В таблице 1.1 приводятся осредненные значения дат начала и конца сезонов и их продолжительность для всего региона. Вследствие многообразия процессов смены погоды границы сезонов выражены неотчетливо и могут значительно отличаться от года к году.

Таблица 1.1 — Границы климатических сезонов и их продолжительность

  Границы климатических сезонов и их продолжительность

Зима продолжается в среднем 3,5 месяца (с начала декабря до середины марта). Для первой половины зимы, вследствие преобладания западного переноса воздушных масс, характерна пасмурная, ветреная, с частыми осадками и оттепелями погода. Во второй половине зимы зональная циркуляция чаще нарушается вторжениями арктического воздуха - холодного и сухого. Облачность заметно уменьшается, оттепели отмечаются реже. В зависимости от особенностей атмосферной циркуляции отдельные зимы могут быть как экстремально теплыми, так и экстремально холодными. Средняя многолетняя температура зимой понижается от -5°С в декабре до - 8,5ºС в феврале. Изменчивость средних месячных температур от года к году может существенно превышать их средние многолетние значения. Так, например, январь 1987 года был на 10° ниже нормы, а февраль 1990 почти настолько же выше нормы.

Весна продолжается в среднем с середины марта до начала июня. Характерной особенностью весеннего периода являются волны тепла и волны возвраты холода. Во второй половине апреля – в начале мае с выносом воздуха из южных широт на некоторое время может установиться летняя жара с температурой до 25°-30°С, а при вторжениях арктического воздуха, даже в конце мая - начале июня, наблюдаются заморозки и может образоваться кратковременный снежный покров. Относительная влажность и число дней с осадками в это время года - наименьшие, а количество ясных дней - наибольшее в году. Продолжительность осадков уменьшается от 130 часов в марте до 60 часов в мае. Усиления ветра наблюдаются значительно реже, чем зимой.

Лето — умеренно теплое и длится в среднем от начала июня до конца первой декады сентября. Средняя многолетняя температура летних месяцев составляет от 14 до 17°С. Самый теплый месяц - июль. За весь имеющийся период наблюдений наиболее теплым было лето 1972 г., когда средняя месячная температура была на 3-4°С выше средней многолетней в каждом месяце, а самым холодным - лето 1976 года, когда все летние месяцы были на 1-3°С холоднее обычных. Количество осадков в этот период является самым большим по сравнению с другими сезонами. Большинство опасных явлений (ливни, грозы, град, шквалы) связаны с конвективной облачностью, развивающейся как на атмосферных фронтах, так и внутри неустойчивых влажных воздушных масс. Значительные усиления ветра в основном кратковременны и имеют шквалистый характер, а повторяемость штилей - наибольшая. 

Для осени характерны длительные периоды ненастной и дождливой погоды. Продолжительность осадков увеличивается в 2-3 раза, а продолжительность солнечного сияния сокращается от 140 часов в сентябре и до 25 - в ноябре. В сентябре и октябре за счет интенсивных волн тепла часто бывает период солнечной и теплой погоды, называемый «бабьим летом». В годы, когда наблюдается это явление, осень бывает теплой и сравнительно сухой. Морозная погода и устойчивый снежный покров иногда устанавливаются в конце октября, особенно в годы с интенсивными и частыми вторжениями арктического воздуха. Средняя многолетняя температура воздуха понижается от +11°С в сентябре и до 0°С - в ноябре. Самой теплой за последние 30 лет была осень 1974 года, когда средняя месячная температура всех месяцев была на 2-3°С выше нормы, а самой холодной - осень 1993 года, когда все месяцы оказались на 1-5°С ниже нормы.

Самым холодным месяцем на большей части территории является январь, температура которого колеблется от -8 в западной до -11С в восточной части области, довольно близка к нему температура февраля, который является самым холодным месяцем на Карельском перешейке. Самым жарким месяцем является июль, с температурой 16-17°С. Средние многолетние температуры воздуха по данным различных метеостанций в регионе приведены в таблице 1.2, пример годового хода температуры воздуха за период климатической нормы 1961-1990 гг.

Немалую роль в формировании климата и температурного фона в регионе играют местные факторы, к которым относятся регулирующая роль крупных водоемов, таких как Онега, Ладога и Финский залив, а также мелких озер, болотных массивов и характер рельефа. Влияние больших водоемов проявляется в изменении суточного и годового хода температуры воздуха, когда минимум температуры смещается с января на февраль, и в сглаживании различий в температурном фоне между июлем и августом. В весенний период температура несколько понижена, а осенью повышена по сравнению с более «континентальными» районами. Наибольшее влияние водоемы оказывают на суточный ход температуры воздуха, понижая ее в дневные и повышая в ночные часы. Однако влияние даже больших водоемов распространяется на 10 км и быстро ослабевает по мере удаления от берега. Влияние мелких водоемов еще незначительное. Влияние возвышенностей отмечается на Карельском перешейке, Ордовикском (Ижорском) плато и на Тихвинской гряде.

Значения абсолютных максимальной и минимальной температуры воздуха по данным различных метеостанций приведено в таблице 1.3, а среднее число дней с экстремально высокими и экстремально низкими температурами воздуха – в таблице 1.4. Близость водоемов для экстремальных величин температуры воздуха также играет немаловажную роль. Самая низкая температура наблюдается в Тихвине и Волхове, а в Новой Ладоге и Свирице температура почти круглый год выше на 1-5°

 Таблица 1.2 — Средние многолетние значения температуры воздуха (ºС) по данным различных метеостанций

  Средние многолетние значения температуры воздуха (ºС) по данным различных метеостанций

Распределение абсолютных максимумов по территории более сглажено, что можно объяснить особенностями циркуляции в разные полугодия. Низкие температуры отмечаются при выносах холодных арктических масс при ослаблении турбулентности в ясные тихие ночи. 

Период с устойчивыми морозами продолжается в среднем 102 дня. Средними датами их наступления и прекращения являются 4 декабря и 15 марта. Характеристика повторяемости морозных периодов различной непрерывной продолжительности представлена в таблице 1.5. Продолжительность морозных периодов в среднем - 7 дней. Таблица 1.3 — Распределение экстремальных значений температур воздуха (ºС) по данным различных метеостанций

 Распределение экстремальных значений температур воздуха (ºС) по данным различных метеостанций

Таблица 1.4 — Распределение осредненных значений числа дней с температурой воздуха выше/ниже заданных температур: -35, -30, -25, 25 и 30°С (метеостанция Санкт-Петербург)

  Распределение осредненных значений числа дней с температурой воздуха выше/ниже заданных температур: -35, -30, -25, 25 и 30°С (метеостанция Санкт-Петербург)

Таблица 1.5 — Средние для территории Ленинградской области тренды температуры воздуха за период 1980-2012 гг.

  Средние для территории Ленинградской области тренды температуры воздуха за период 1980-2012 гг.

Для оценки экстремальных значений и были выбраны характеристики минимальной и минимальной температуры воздуха, сильных морозов, оттепели и заморозки. Выполненный анализ экстремальных значений температуры воздуха за декабрь-февраль на станциях Ленинградской области представлен в таблице 1.6, в которой сравниваются два периода 1961-1990 гг. (климатическая норма) и последнее тридцатилетие (1991-2013 гг.).

 

 Из данных таблицы 1.6 видно, что абсолютный минимум температуры зимой уменьшился на величину от 3 до 13°С при сравнении периода 1991-2013 гг. с климатической нормой и таких низких температур, как в предшествующие 30 лет, не наблюдалось. Это можно расценить как благоприятный фактор. Это обусловило необходимость учета изменений продолжительности положительных температур, которые и определяют переход от отрицательный температур к положительным значениям в планах мероприятий по изменениям режимов функционирования объектов промышленности, транспорта, энергетики, коммунального и сельского хозяйства и др. под воздействием климатических факторов. 

Абсолютный максимум температуры воздуха вырос на приведенных выше станциях в декабре и январе на 1-4°С, а в феврале рост абсолютного максимума температуры отмечен только на юге области, тогда как на востоке и севере (Выборг и Тихвин) максимальная температура понизилась почти на 2°С

Кроме крайних значений (максимума и минимума) важно знать их диапазон (амплитуду). Расчеты амплитуды экстремальных значений температуры воздуха показали ее уменьшение, от 2°С до 12°С (мс Тихвин) по сравнению с нормой. Уменьшение амплитуды абсолютного максимума и минимума зимой свидетельствует о смягчении экстремальных условий.

Полученные оценки характеристик термического режима подтверждают выводы о наибольшем потеплении в декабре и январе, приведенные выше и в разделе 1.5 отчета по теме за этапу 2.

Таблица 1.6 — Экстремальные значения температуры воздуха за декабрь-февраль на станциях Ленинградской области

 Экстремальные значения температуры воздуха за декабрь-февраль на станциях Ленинградской области

Другой важной характеристикой является продолжительность сильных морозов.

 

На основе данных о суточных значениях температуры воздуха (минимальная и максимальная) за период 1961-2013 гг. по станциям Белогорка, Тихвин и Выборг получены оценки продолжительности и средние значения числа дней с минимальной температурой ниже « -25, -30°С» зимой за два периода (табл. 1.7-1.9).

 

В последние годы с 1991 г. по 2013 г. повсеместно уменьшилось количество дней за зиму с экстремально низкими температурами. Среднее число дней с температурой меньше минус 25 °С сократилось в среднем на 3 дня. Наибольшее число дней за зиму с Т min ≤ -25°С сократилось на 2 дня на востоке области и более значительно, а именно в 2 раза - на юге области. Среднее число дней с температурой меньше минус 30°С сократилось в среднем на 1 день, а в Выборге в последние годы не наблюдались такие температуры. Наибольшее число дней с Т min ≤ -30°С сократилось в 2-3 раза.

Наиболее продолжительные периоды сильных морозов (Т min < -25, -30°C) в период 1961-1990 гг. отмечены в 1968 году (16 дней) и в 1987 году (10 дней). В последние 20 лет максимальный непрерывный период с экстремально низкой температурой отмечен в 2010 году (6 дней).

Однако потепление зимой приводит к увеличению количества дней с положительными значениями температуры воздуха (оттепель) в холодный период года (в таблице 1.6 приведены также максимальные температуры воздуха в зимние месяцы).

Таблица 1.7 — Экстремальные значения температуры на станции Белогорка

 Экстремальные значения температуры на станции Белогорка

 

Таблица 1.8 — Экстремальные значения температуры на станции Выборг

 Экстремальные значения температуры на станции Выборг

Таблица 1.9 — Экстремальные значения температуры на станции Тихвин

Экстремальные значения температуры на станции Тихвин

Среднее число дней с оттепелью на территории Ленинградской области составляет 10 дней в декабре, 8 дней в январе и 7 дней в феврале за период 1961-1990 гг. За последние годы (1991-2013 гг.) их количество изменилось и составляет в среднем в декабре 12 дней, в январе 9 дней и в феврале 9 дней, то есть в среднем увеличилось на 2 дня. Увеличилась также продолжительность непрерывных периодов с оттепелью и максимальная температура, наблюдающаяся при оттепели. Наибольшие значения температуры наблюдаются при продолжительных оттепелях или волнах тепла и достигают 10°С в декабре, 8 °С в январе и 7-8 °С в феврале. Именно продолжительные периоды теплой погоды, а затем переход к отрицательным значениям, являются наиболее неблагоприятным явлением.

Атмосферные осадки

Интенсивная циклоническая деятельность определяет режим осадков в течение года и даже летом, когда она ослабевает, осадки внутримассового характера составляют незначительную часть. Распределение осадков по территории довольно равномерно, плавно уменьшаясь в северо-восточном направлении. Орографические особенности определяют изменение осадков от 550 мм/год на Приладожской низменности до 700-800 мм на Лодейнопольской возвышенности. В среднем по региону выпадает 600-700 мм в год. В годовом ходе минимум наблюдается в феврале-марте, иногда в июле.

Анализ тенденций изменения количества атмосферных осадков выполнен по рассчитанным линейным трендам в рядах наблюдений за доступный период. Выполненный в разделе 1.1 анализ аномалий климатических параметров относительно нормы, показал, что наибольшие изменения в режиме увлажнения и в термическом режиме произошли с 1980-1981 гг. Поэтому, кроме трендов за период наблюдений, выполнен анализ трендов за период, который характеризуется потеплением климата, аналогично анализу температуры воздуха. Ряды наблюдений содержат пропуски, особенно длиннорядные станции, поэтому расчет трендов выполнялся за непрерывный ряд наблюдений для станций Выборг и Николаевское с 1945 г.

Выполнены расчеты трендов за весь доступный период. В качестве примера приведены годовые и месячные суммы осадков для станции Выборг и оценки линейных трендов (рис. 10 и 11). Значимым является тренд осадков только в апреле, он отрицательный. Годовой тренд и тренд в октябре имеют восходящую тенденцию, тренд в январе, июле и апреле- отрицательную.

Для нескольких станций выполнено сравнение трендов годовых сумм осадков за весь период и за 1980-2012 гг. Такое сравнение приведено на рисунке 12 для станции Новая Ладога. Тренды атмосферных осадков за оба периода невелики и статистически незначимы. Важно отметить, что на станции Новая Ладога положительный тренд за период 1936-2012 гг. сменился отрицательным трендом в последние десятилетия.

 Годовые суммы осадков для станции Выборг и оценки линейных трендов

Рисунок 10 — Годовые суммы осадков для станции Выборг и оценки линейных трендов

 Месячные суммы осадков для станции Выборг и оценки линейных трендов

Рисунок 11— Месячные суммы осадков для станции Выборг и оценки линейных трендов

 

Кроме годовых и месячных сумм были изучены тренды в рядах сумм осадков за теплый и холодный период. Пример такого анализа на рисунке 13 для станции Ефимовская, для которой отрицательный тренд за год формируется отрицательным трендом за теплый период года, когда на территории области наблюдается максимум осадков. Все тренды незначимы, поэтому можно судить только о тенденции.

 Суммы осадков за год и линейные тренды для двух периодов: 1936 -2012 гг. и 1980-2012 гг.

Рисунок 12 — Суммы осадков за год и линейные тренды для двух периодов: 1936 -2012 гг. и 1980-2012 гг

 Суммы годовых и осадков и суммы осадков за теплый и холодный период. для метеорологической станции Ефимовская за период 1936-2012 гг. и линейные тренды.

Рисунок 13 — Суммы годовых и осадков и суммы осадков за теплый и холодный период. для метеорологической станции Ефимовская за период 1936-2012 гг. и линейные тренды.

Проведенный анализ показал, что однонаправленных трендов в рядах осадков обнаружить не удается, что объясняется тем, что атмосферные осадки обладают большей межгодовой изменчивостью, чем, например, температура воздуха.

Из таблицы 1.10 следует, что отрицательная тенденция сумм атмосферных осадков за месяцы сохраняется для двух анализируемых периодов (период наблюдений и последние 30 лет) в сентябре, октябре и апреле. Отрицательная тенденция за весь ряд наблюдений сменяется отсутствием тенденции в последние десятилетия в июле и появляется тенденция к уменьшению осадков в августе. За год суммы осадков имеют отрицательную тенденцию. Кроме того, величины трендов незначительны (менее 10% от нормы) и не выходят за межгодовую изменчивость.

Таблица 1.10 — Обобщенные тренды (мм/10 лет) сумм атмосферных осадков за месяцы и за год для двух периодов для Ленинградской области.

Обобщенные тренды (мм/10 лет) сумм атмосферных осадков за месяцы и за год для двух периодов для Ленинградской области.

Среднее многолетнее число дней в году со среднесуточной температурой ниже 0°С на территории Ленинградской области составляет 100-150 дней, и когда температура опускается ниже нуля градусов, атмосферные осадки выпадают в виде снега (твердые осадки), или дождя со снегом (смешанные осадки). На твердые осадки приходится 25- 30%, в виде смешанных осадков выпадает 5-10% от годовой суммы.

На территории Ленинградской области устойчивый снежный покров образуется в последних числах ноября – первой декаде декабря. Устойчивый снежный покров устанавливается на востоке области раньше, чем на западе. Самое раннее появление снега происходит на северо-востоке и востоке области, по данным метеорологических станций Свирица и Тихвин - 25 октября. Разрушается устойчивый снежный покров в последних числах марта – первой половине апреля. Раньше всего это происходит на ст. Кингисепп (31 марта). Окончательно снег сходит во второй половине апреля. Самый ранний сход наблюдается на западе территории, на метеорологической станции Кингисепп – 13 апреля.

Снежный покров

Снежный покров появляется первый раз в конце октября – начале ноября, устойчивый снежный покров образуется в последних числах ноября – первой декаде декабря. Самое раннее появление снега происходит на северо-востоке и востоке области (для метеостанций Свирица и Тихвин - 26 октября и 25 октября, соответственно). В декабре снежный покров устанавливается, количество его растет в январе-феврале, достигая максимума в конце февраля, начале марта. В январе, феврале и марте отмечается увеличение осадков на всех станциях, кроме метеостанции г. Выборга, для которой в эти месяцы осадки уменьшились. Разрушается устойчивый снежный покров в последних числах марта – первой половине апреля. Раньше всего это происходит на метеостанции Кингисепп и Санкт- Петербург (31 и 30 марта соответственно). Окончательно снег сходит во второй половине апреля. Данные по высоте и плотности снежного покрова по снегосъемкам в лесу и в поле для мс Тихвин представлены в таблице 1.11. 

Таблица 1.11 — Высота снежного покрова по снегосъемкам в поле на последний день декады (см) и плотность снежного покрова (кг/м3 ) по м/с Тихвин

 Высота снежного покрова по снегосъемкам в поле на последний день декады (см) и плотность снежного покрова (кг/м3 ) по м/с Тихвин

Максимальное число дней со снегом приходится на северо-восточные, восточные районы области, а также Карельский перешеек. Анализ линейных трендов в суммах осадков за холодный период не позволяет выделить четкие, однозначные тренды, а общая тенденция уменьшения годовой суммы осадков, составляющая 2 мм/10 лет, представляется малоинформативной, особенно с практической точки зрения, для отраслей хозяйства. В сезонном ходе за последние 30 лет наиболее значимым является увеличение осадков в феврале, марте и июне (4 мм/месяц за 10 лет) и уменьшение в декабре. Однако, величины этих трендов незначительны (менее 10% от нормы) и не выходят за межгодовую изменчивость. 

На рисунке 14 представлены разности средних многолетних сумм атмосферных осадков за период 1981-2012 гг. относительно нормы 1961-1990 гг. для января, февраля и марта. 

 Разности средних многолетних сумм атмосферных осадков за период 1981-2010 гг. относительно нормы 1961-1990 гг. для наиболее характерных месяцев холодного периода

Рисунок 14 — Разности средних многолетних сумм атмосферных осадков за период 1981-2010 гг. относительно нормы 1961-1990 гг. для наиболее характерных месяцев холодного периода

Температура почвы

В таблице 1.12 приведено распределение средних месячных и экстремальных температур поверхности почвы по месяцам (метеостанция Санкт-Петербург). Внутригодовые колебания среднемесячной температуры поверхности почвы следуют за температурой воздуха, отличаясь от нее существенно большей амплитудой. Таблица 1.12 – Средние и экстремальные значения температуры поверхности почвы, °С

Таблица 1.12 – Средние и экстремальные значения температуры поверхности почвы, °С

  Средние и экстремальные значения температуры поверхности почвы, °С

Экстремальные значения амплитуды варьируют в диапазоне 88°С (от -40 до 48°С), что на 20°С превышает диапазон колебаний температуры воздуха.

Амплитуда колебаний средней суточной температуры поверхности почвы также превосходит аналогичный показатель для воздуха. Разница возрастает от 3-5°С в зимние месяцы до 13-15°С в летний период.

Глубина промерзания почвы зависит как от метеоусловий, так и от свойств подстилающей поверхности (особенностей микрорельефа, характера растительности, высоты и плотности снежного покрова, механического состава и влажности почв), и вследствие этого изменяется как по территории, так и по годам. В исследуемом регионе (по данным метеостанции Санкт-Петербург) амплитуда колебаний глубины промерзания почвы варьирует от 105 до 5 см при средней глубине 40-50 см.

Ветер

Повторяемость направлений ветра и штилей (%) по месяцам и за год приведены в таблице 1.13, роза ветров – на рисунке 15.

В течение всего года преобладающим является западный перенос, на долю которого в сумме приходится от 46 до 50% всех ветров. Ветры западных и юго-западных направлений наиболее часты осенью и зимой, когда сильно развита циклоническая деятельность. Потепления и оттепели также обусловлены ветрами западных румбов, дующих с Атлантики. Наиболее сильные холода, напротив, фиксируются при восточных и северо-восточных ветрах, связанных с устойчивыми антициклонами в северо-западной части России. Весной вследствие развития антициклональной деятельности над морями, омывающими регион с севера, увеличивается число северо-восточных ветров, сопровождающихся возвратом холодов. С апреля и по июль самый теплый воздух приносят южные и юго-восточные воздушные потоки, а холодный – ветры северных направлений.

Таблица 1.13 – Повторяемость направлений ветров и штилей, %, в районе Токсово (Всеволожский район Ленинградской области)

 Повторяемость направлений ветров и штилей, %, в районе Токсово (Всеволожский район Ленинградской области)

 Повторяемость направлений ветра, %, в районе Токсово (Всеволожский район Ленинградской области)

Рисунок 15 —Повторяемость направлений ветра, %, в районе Токсово (Всеволожский район Ленинградской области)

В таблице 1.14 дана характеристика средней и максимальной скоростей ветра и повторяемости наиболее сильных ветров.

Таблица 1.14 — Характеристика ветрового режима территории в районе Всеволожский район Ленинградской области)

Характеристика ветрового режима территории в районе Всеволожский район Ленинградской области)

Ветры преобладающих направлений являются наиболее сильными. Скорости  8 м/с характерны практически исключительно для ветров западной и южной четверти. В период прохождения циклонов (осенью и зимой) западные и юго-западные ветры нередко достигают скоростей  10 м/с. Характерно ослабление ветра от зимы к лету: наибольшая скорость ветра наблюдается с декабря по март, наименьшая - в августе.

Атмосферные явления

В таблице 1.15 представлены данные о повторяемости наиболее опасных атмосферных явлений с указанием средних и максимальных значений.

Таблица 1.15 — Средняя и максимальная повторяемость опасных атмосферных явлений

 Средняя и максимальная повторяемость опасных атмосферных явлений

По частоте повторяемости атмосферные явления ранжируются следующим образом: туманы – 67, обледенение – 25, метели – 20, грозы – 19, град – 1,6 дней в году. Туманы преобладают в переходные сезоны и холодный период года. Средняя продолжительность тумана (в день с туманом) составляет: с октября по март – 3,8; с апреля по сентябрь – 3,4; в среднем за год – 3,7 часа. Из возможных видов обледенения преобладающим является кристаллическая изморозь - 17 дней, гололед - 7 дней в году. Другие виды наблюдаются менее 2 дней в году. Метели наблюдаются с ноября по апрель, крайне редко – в октябре и мае. Средняя продолжительность метели (в день с метелью) – 4,9 часа. Грозы наиболее часты в июле. Средняя продолжительность грозы (в день с грозой) – 1,7 часа, максимальная непрерывная - 5,3 часа.

1.4 Анализ современных изменений климата на территории Ленинградской области

Современные изменения окружающей среды вызваны ростом промышленного и сельскохозяйственного производства, соответственно, усилением антропогенного воздействия на природу и все более приобретают глобальный характер.

Изменения климата являются частью глобальных изменений природной среды и проявляются на различных уровнях от глобального до регионального (ландшафтные зоны, бассейны рек, страны и регионы). Социальная жизнь, сельскохозяйственное и промышленное производство, транспорт и другие сферы деятельности зависят от многих факторов, в том числе обусловленных климатом – режимом увлажнения, температурой воздуха и почвы, особенностями снегозалегания, экстремальными погодными явлениями (заморозки, град, ливни, наводнения и др.), распространением болезней и вредителей.

Рост средней годовой температуры воздуха отмечается на всей территории России, хотя потепление весьма неравномерно по пространству и во внутригодовом ходе. Проведенные в разделах 1.1 и 1.2 исследования показали, что современное потепление проявляется на территории Ленинградской области, в первую очередь, в росте температуры воздуха. Так, зимой и весной зафиксирован наибольший рост температуры. Однако отмечается тенденция к похолоданию в отдельные месяцы осени, что демонстрируют аномалии температуры относительно нормы.

На территории области максимальный рост средней годовой температуры достигает 1,5С/30 лет за 1980-2012 гг. Наибольшие положительные тренды температуры воздуха отмечались на западе зимой и весной, причем зимой тренды примерно в два раза больше, чем весной и достигают 1,5-2,5С/30 лет. Из анализа средних месячных значений следует, что основной вклад в положительные тренды зимнего сезона вносят два месяца - январь и февраль, а весеннего сезона – март и апрель. Значительные статистически значимые положительные тренды получены для летних месяцев года. Однако следует отметить, что несмотря на восходящие тренды во все месяцы года для станций Ленинградской области, анализ аномалий температуры за период 1980-2012 гг. относительно нормы показал, что на ряде станций отмечалось уменьшение температуры воздуха в осенние месяцы.

Изменения атмосферных осадков по территории области имеют гораздо более сложную пространственно-временную структуру, чем температуры, в силу их большей изменчивости. Выделить четкие, однозначные тренды не удается, а общая тенденция уменьшения годовой суммы осадков, составляющая 2 мм/10 лет, представляется малоинформативной, особенно с практической точки зрения, для отраслей хозяйства. 

В сезонном ходе за последние 30 лет наиболее значимым является увеличение осадков в феврале и марте (3 мм/месяц за 10 лет) и в июне.

Изменение средних климатических значений может существенно повлиять на климато- и погодо-зависимые отрасли, но еще большее значение могут оказать изменения минимальных и максимальных значений температуры воздуха и осадков, продолжительности теплого и вегетационного периодов, частоты возникновения таких неблагоприятных явлений как засуха, заморозки, град, наводнения.

Эмпирические данные показывают, что зимы стали «мягче», уменьшилось число дней с аномально низкой температурой воздуха, а минимальные температуры воздуха увеличивались (уменьшались по абсолютной величине) со скоростью 0,8-1,4С за 10 лет. В холодный период увеличилось число дней с оттепелями, т.к. количество дней с аномально высокой температурой воздуха росло в период 1976-2006 гг. со скоростью 2 суток/10 лет, а число дней с морозами (температура воздуха ниже 0С) сокращалось с даже несколько большей скоростью 4-5 суток/10 лет. Однако до 2000 г. отмечена тенденция сокращения безморозного периода на ЕТР, но увеличения продолжительности вегетационного периода [2, 3], что может оказаться малоблагоприятным для агрокультур, если произойдет увеличение вероятности заморозков.

Приведенные выше материалы об обнаружении сигнала современного глобального потепления свидетельствуют о реальности этого потепления. Вот почему, нельзя не учитывать современный масштаб потепления и нужно быть готовыми к новым климатическим условиям, так как дальнейшее потепление возможно в ближайшем будущем. Для климато-зависимых отраслей это наиболее актуально, поскольку климатические условия являются важным фактором устойчивого производства, а в некоторых случаях − лимитирующим фактором. На основе анализа современных изменений климата региона необходимо разрабатывать стратегию адаптации к изменению термического режима и режима увлажнения.

1.5 Ожидаемые изменения климата

Согласно оценкам климатологов возможно дальнейшее потепление и средняя глобальная температура воздуха превысит доиндустриальное значение на 1С в ближайшее десятилетие и на 2С к 2025 г. [5]. А это означает, что для устойчивого развития многочисленных климато-зависимых отраслей жизнедеятельности общества необходим прогноз региональных особенностей климатической системы на будущее. Существует два независимых подхода для решения этой проблемы:

1) Теоретический подход, основанный на данных моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО)

2) Эмпирический подход, в котором для прогноза используются как данные о современных трендах для обширных территорий, так и палеоклиматические реконструкции для теплых эпох прошлого.

 Теоретический подход, основанный на расчетах по моделям общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО) получил в настоящее время широкое распространение. Несомненный прогресс наблюдается в развитии МОЦАО, количество которых увеличилось на порядок в последние 30 лет. Качество представления в моделях полей метеоэлементов, пространственного разрешения, описание динамических процессов в атмосфере, океане, на поверхности суши, физико-географические характеристики, включение все более точных параметризаций атмосферных процессов, гидрологического режима суши и океанов достигло такого уровня, что в настоящее время можно надеяться на достоверность оценок, по крайней мере, некоторых МОЦАО.

Главным критерием надежности получаемых при моделировании оценок климатических параметров является реалистичность воспроизведения МОЦАО современного климата (норм, получаемых эмпирическим путем из данных наблюдений) и его вариаций, например, воспроизведение современных и прошлых потеплений/похолоданий. Несмотря на успехи развития моделей, прогноз режима увлажнения, и в частности, осадков по разным моделям существенно различаются, что не позволяет отдать предпочтение одной из них. Поэтому экспертами IPCC (IPCC, 2001, 2007, 2011) [5] рекомендован метод ансамблевой оценки, поскольку он обеспечивает более реалистичное воспроизведение климата. Ансамблевый подход предлагает для прогноза климата и его последствий результаты расчетов нескольких моделей, используя пространственно-временное осреднение. В Оценочном докладе «Об изменениях климата и их последствиях на территории Российской федерации» [6] приведены результаты расчетов с использованием ансамблевого подхода (16 моделей) (рис. 16).

Из рисунка 16 (а и б) следует, что для территории Ленинградской области ожидается рост температуры воздуха зимой на 1-2°С в Лужском, Сланцевском, Кингисепском, Волосовском, Гатчинском, Тосненском, Киришском, Бокситогорском районах и южной части Тихвинского района и значительно больше (на 3-4°С) в Выборгском, Приозерском, Всеволожском, Волховском, Подпорожском, Кировском, а также в северной части Тихвинского и Ломоносовского районов. Летом, согласно оценкам МОЦАО, температура воздуха повысится не более, чем на 1-2°С на территории области.

 Изменения температуры приземного воздуха (°С) на территории России зимой (а) и летом (б) к середине XXI века (2041–2060 гг.), рассчитанные по ансамблю МОЦАО CMIP3 для сценария А2. Точками обозначены области, в которых отношение среднего изменения температуры к стандартному отклонению, характеризующему межмодельный разброс, больше единицы [6].

Рисунок 16 — Изменения температуры приземного воздуха (°С) на территории России зимой (а) и летом (б) к середине XXI века (2041–2060 гг.), рассчитанные по ансамблю МОЦАО CMIP3 для сценария А2. Точками обозначены области, в которых отношение среднего изменения температуры к стандартному отклонению, характеризующему межмодельный разброс, больше единицы [6].

Оценивание ожидаемых сумм атмосферных осадков представляет большую сложность, чем температуры воздуха, в силу их значительной пространственно-временной изменчивости. Расчеты с помощью разных моделей теории климата дают большой разброс оценок, не всегда физически обоснованный.

В качестве общей характеристики изменения осадков климатологи ожидают, что в XXI веке осадки на территории России в целом атмосферные осадки будут возрастать, причем наиболее значительный их рост придется на зиму [7]. Это вызвано ростом влагосодержания атмосферы зимой и интенсификацией гидрологического цикла летом.

Географические распределения будущих изменений осадков зимой и летом сильно различаются между собой (рис. 17). Зимой увеличение количества осадков ожидается на всей территории России. Летом увеличение количества осадков заметно меньше зимнего.

 Изменения суммарных (жидких и твердых) осадков (%) зимой (а) и летом (б) к середине XXI века, рассчитанные по ансамблю из 16 МОЦАО. Серыми точками обозначены области, в которых более двух третей моделей показывают изменения одного из показателей [6].

Рисунок 17 — Изменения суммарных (жидких и твердых) осадков (%) зимой (а) и летом (б) к середине XXI века, рассчитанные по ансамблю из 16 МОЦАО. Серыми точками обозначены области, в которых более двух третей моделей показывают изменения одного из показателей [6].

Для территории Ленинградской области, в соответствии с модельными оценками, зимой увеличение количества осадков ожидается на уровне 20%, а летом – в пределах 5%. На рисунке 18 точками (серым цветом) обозначены области, в которых более двух третей моделей общей циркуляции атмосферы показывают изменения одного знака. Если зимой территория Ленинградской области попадает в зону, где модельные оценки совпадают по знаку для двух третей использованных моделей, то летом, значительная область ЕТР, включая территорию Ленинградской области, находится в зоне, где, кроме того, что оценки изменения осадков малы по абсолютной и относительной величине, они имеют разные знаки (число моделей, дающих изменения одного знака, не достигает двух третей от их общего числа).

В большинстве административных регионов России средние изменения количества осадков зимой и летом сравнимы по величине с их межмодельным разбросом (стандартными отклонениями) в начале XXI века. Согласно оценкам, для СЗФО (включая Ленинградскую область) изменения осадков к 2030 г. зимой ожидается в пределах 6%, а летом 2%. При этом оценки изменения осадков сравнимы с их стандартным отклонением, и зимой превышают межмодельный разброс, а летом не превышают межмодельный разброс. И только к середине века (к 2041-2060 гг.) изменения осадков зимой начинают заметно превышать межмодельный разброс. Зимой ожидается рост сумм осадков на 14%, а летом на 4% от нормы.

Летом на фоне увеличения суммарных осадков ожидается увеличение конвективных и уменьшение количества осадки из облаков слоистых форм (рис. 18). Более двух третей моделей показывают тенденцию увеличения конвективных осадков, которое в среднем по ансамблю составляет 5–10% на значительной территории России. Это означает, что следует ожидать увеличения повторяемости таких опасных явлений погоды, как грозы, ливни и паводки.

С другой стороны, модели дают большой межмодельный разброс количества конвективных осадков, при котором стандартное отклонение равно или превышает средние изменения в середине XXI века, что свидетельствует на неопределенность оценок.

Территория Ленинградской области только частично попадает в зону оценок, где модельные оценки совпадают по знаку для двух третей использованных моделей. Значение увеличения конвективных осадков не превышает 4% и даже к концу столетия эти оценки примерно сохраняются по величине.

 Изменения конвективных осадков (%) на территории России летом к середине XXI века, рассчитанные по ансамблю МОЦАО. Точками выделены области, в которых более двух третей моделей показывают изменения одного знака [6].

Рисунок 18 — Изменения конвективных осадков (%) на территории России летом к середине XXI века, рассчитанные по ансамблю МОЦАО. Точками выделены области, в которых более двух третей моделей показывают изменения одного знака [6].

Экстремальность климата

При изменении климата меняется не только среднее значение параметра, но и его дисперсия, характеризующая разброс значений. Это учитывается при построении перспективных оценок. Анализ возможного изменения экстремальности климата в работе [7]. выполнен на основе вероятности распределения значений температуры и суммы осадков для последних десятилетий ХХ и ХXI веков. Основные перспективы изменения экстремальности для исследуемого региона совпадают с наметившимися тенденциями последних десятилетий. На территории Ленинградской области вероятно значительное уменьшение повторяемости экстремально низкой температуры зимой, уменьшение изменчивости среднесуточной температуры; летом возможно увеличение диапазона изменчивости среднесуточной температуры и увеличение повторяемости экстремально высокой температуры воздуха (волн тепла).

К концу XXI века диапазон изменчивости суточной суммы осадков в зимний сезон увеличится, тогда как уменьшится годовая сумма осадков. Интенсивность осадков может увеличиться на 0,25 мм в сутки, или примерно на 10%; число суток с сильными осадками увеличится с 26–27 до 30–31%

 Оценки ожидаемых изменений экстремальности температурного режима получены по ансамблю из 9 моделей общей циркуляции атмосферы показали, что к середине XXI века произойдет повышение наиболее низких в году суточных минимумов температуры приземного воздуха (годовых минимумов температуры) на всей территории России, и наибольшее их увеличение (на 4–6°С) ожидается на северо-западе Европейской территории России, в том числе на территории Ленинградской области. При этом ожидается сокращение на 6–8 суток эпизодов с экстремально низкой температурой воздуха зимой на северо-западе России, а число морозных дней сократится на две и более недели (рис. 19).

 Увеличение наиболее высоких в году суточных максимумов температуры приземного воздуха к середине XXI века будет меньшим, чем рост ее годовых минимумов. Изменения годового максимума температуры не превысят 3°С. Такие изменения возможно увеличат вероятность возникновения оттепелей зимой, сокращения периода с устойчивым снежным покровом.

Эти прогнозы экстремальности термического режима качественно согласуются с тенденциями изменения климата по территории Ленинградской области, представленными выше и в Отчете за 2 этап.

 Уменьшение числа суток с морозом в году в середине XXI века, рассчитанное по ансамблю из 9 МОЦАО для сценария А2. [6]

Рисунок 19 — Уменьшение числа суток с морозом в году в середине XXI века, рассчитанное по ансамблю из 9 МОЦАО для сценария А2. [6]

Прогноз осадков на перспективу свидетельствует о незначительном росте атмосферных осадков на территории области. Зимой количество осадков увеличится на 15-25% от среднего значения, а летом изменения незначительны- на 5-7%. Однако следует учитывать, что расчеты выполнены относительно периода 1980-1999 гг., когда уже заметны изменения температуры и осадков по сравнению с периодом 1961-1990 гг., принятым в качестве климатической нормы ВМО. Кроме того, летом на фоне увеличения суммарных осадков возможно увеличение доли конвективных осадки, что приведет к увеличению повторяемости таких опасных явлений погоды, как грозы, ливни и паводки.

Однако, следует подчеркнуть, что прогнозы по отдельным моделям существенно различаются, то есть существует большой модельный разброс оценок, поэтому достоверность изменений осадков и их интенсивности оказывается низкой, даже оцененная на основе современного используемого IPCC [5] ансамблевого подхода.

Однако, следует подчеркнуть, что прогнозы по отдельным моделям существенно различаются, то есть существует большой модельный разброс оценок, поэтому достоверность изменений осадков и их интенсивности оказывается низкой, даже оцененная на основе современного используемого IPCC [5] ансамблевого подхода.

Летом в середине XXI века практически на всей территории следует ожидать увеличения осадков большой интенсивности — на 2–6% по отношению к их интенсивности в конце XX века. Таким образом, на фоне общего увеличения количества осадков к середине XXI века зимой интенсивность осадков окажется менее экстремальной по сравнению с концом XX века. Согласованность между моделями в оценке изменений осадков разной интенсивности зимой оказывается заметно большей, чем летом.

 

2 Анализ изменений природных и хозяйственных систем, связанных с изменениями климата на территории Ленинградской области

2.1 Состояние зданий и сооружений, тепловой режим и изменения отопительного периода

Большое социально-экономическое значение для регионов России, расположенных в зоне умеренного климата с продолжительным холодным периодом имеют тепло- физические характеристики зданий и сооружений, как при строительстве, так и в период эксплуатации.   

 Основной принцип учета климатических условий в строительстве состоит в обеспечении оптимального микроклимата внутри зданий, а также необходимой надежности и долговечности конструкций при минимальном расходе энергии на отопление зданий, который зависит от назначения сооружений. Существующие здания, построенные до середины XX века и последующие десятилетия, проектировались на основе климатических параметров, характеризующих условия середины прошлого века, и в настоящее время не всегда обеспечивают возможность создания внутри них оптимального микроклимата. В связи с возникновением экстремальных атмосферных нагрузок и неполным соблюдением регламентов эксплуатации многие конструкции функционируют только за счет запаса прочности, что влечет за собой высокую вероятность разрушений, аварий и катастроф. При проектировании новых зданий и сооружений в условиях нестационарного климатического режима необходимо не только использовать обновленные современные характеристики климата, но и в ряде отношений изменять принципы проектирования в строительстве [8].

Тепловой режим зданий различного назначения определяется теплозащитой, системами отопления, вентиляции и кондиционирования, а также теплоснабжением. Одним из важных факторов, влияющим на состояние и тепловой режим, является климат. Изменение климата приводит к изменениям нагрузок температурно-влажностных и ветровых факторов на здания и сооружения, а также к изменению потребления энергии для целей их обогрева или охлаждения. Кроме того, изменения климата приводят (могут привести) к изменению срока службы зданий и сооружений, их долговечности. Долговечность зданий и сооружений зависит от базовых характеристик, заложенных при проектировании, а также от характеристики эксплуатации.

Для оценки влияния климата на состояние зданий и сооружений используют метеорологические параметры, такие как средняя температура воздуха наиболее холодной пятидневки/наиболее холодных суток, характеристики отопительного периода (ОП), продолжительность ОП и средняя температура воздуха. Началом отопительного периода считается дата устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через значение 8°С осенью, а окончанием периода — дата устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через значение 8°С весной [9]. Переход считается устойчивым, если температура средняя суточная была ниже значения 8°С не только в те сутки, когда переход произошел, но и в течение 5 последующих суток и более. При расчете продолжительности отопительного периода сутки осеннего перехода через значение 8°С учитываются в длину отопительного периода, а весеннего перехода через значение 8°С не учитываются.

В условиях современных изменений климата за последние 30 лет на территории Ленинградской области сократилась продолжительность отопительного периода. Его изменения составляют примерно 4-5 дней относительно нормы 1961-1990 гг. В 2013 г. по сравнению с 2000 г. продолжительность отопительного периода в среднем уменьшилась на 3–4 дня. Уменьшение продолжительности отопительного периода приводит, соответственно, к сокращению расхода топлива для обогрева помещений.

В качестве примера приведены графики годового хода средней месячной температуры воздуха по метеорологической станции Выборг для выбранных самых холодных и самых теплых лет по средней годовой температуре воздуха, и по самым низким/высоким январским температурам воздуха (рис. 19 и 20). Кроме того, на рисунках 1 и 2 представлена средняя месячная температура за период климатической нормы 1961- 1990 гг.

На рисунке 20 представлены следующие годы: 1987 г.- самая холодная зима с 1961 г. (-20°С), 1985 г. и – третья и четвертая самые холодные зимы (-16, 8°С и -14,9°С, соответственно). Холоднее было только в 1968 г., когда температура января составляла -18,1°С. Норма январской температуры равна «-8,9°С». Таким образом, на графике 20 представлены годы с экстремально холодными январями.

Эти годы выбраны так же потому, что средняя годовая температура была наименьшей за период с 1961 г. Так, в 1987 г. средняя годовая температура воздуха составляла +1,9°С, в 1985 г. − +2,4°С, при годовой норме +4,1°С. В 1968 г., хотя и наблюдался холодный январь, год в целом, был ближе к норме (+3,1°С).

Средняя дата начала отопительного периода, определенная по средним месячным значениям температуры воздуха приходится на 30 сентября, а дата окончания – на 7 мая. Средняя продолжительность периода с температурой меньше 8°С составляет для Выборга 220 суток, наибольшая наблюдалась в 1987 г. и составляла 226 суток и в 1985 г. – 221 сутки. В 2010 г. несмотря на холодный январь и февраль со средней температурой ниже нормы на 2-4°С, апрель и первая половина мая были теплее средней температуры на 1-1,7 °С, что привело к сокращению отопительного периода на 7 суток, его длительность составляла 213 дней. 

 Средняя месячная температуры воздуха по метеорологической станции Выборг для выбранных самых холодных лет по средней годовой и средней месячной температуре воздуха в январе. Вертикальные красные линии показывают даты перехода температуры воздуха через 8°С весной (окончание отопительного периода); вертикальные синие линии показывают даты перехода температуры воздуха через 8°С осенью (начало отопительного периода);

Рисунок 20 − Средняя месячная температуры воздуха по метеорологической станции Выборг для выбранных самых холодных лет по средней годовой и средней месячной температуре воздуха в январе. Вертикальные красные линии показывают даты перехода температуры воздуха через 8°С весной (окончание отопительного периода); вертикальные синие линии показывают даты перехода температуры воздуха через 8°С осенью (начало отопительного периода);

На рисунке 21 представлены следующие годы самого теплого десятилетия за период наблюдений: 2000 г.- температура января выше нормы на 3,9 °С (-5,0°С), 2008 и 2011 гг.– январь на 6,7° и 2,1°С теплее среднего многолетнего значения, соответственно. Таким образом, на графике 20 представлены годы с экстремально теплыми январями. Эти годы были также тремя самыми теплыми с 1961 г, со средней годовой температурой 6,0- 6,4°С при норме 4,1 °С. Даты перехода температуры воздуха через 8°С, определенные по средним месячным значениям, осенью в 2000 и 2008 годах пришлись на 15 октября, а в 2011 г. на 12 января, что на две недели позднее нормы. Весной они наступили на 2-6 дней раньше.

Таким образом, продолжительность периода с температурой ниже 8°С составила 190-197 суток вместо 220 суток по средним многолетним значениям. Отопительный период был меньше почти на месяц.

 Средняя месячная температуры воздуха по метеорологической станции Выборг для выбранных самых теплых лет по средней годовой и средней месячной температуре воздуха в январе. Вертикальные красные линии показывают даты перехода температуры воздуха через 8°С весной (окончание отопительного периода); вертикальные синие линии показывают даты перехода температуры воздуха через 8°С осенью (начало отопительного периода).

Рисунок 21 − Средняя месячная температуры воздуха по метеорологической станции Выборг для выбранных самых теплых лет по средней годовой и средней месячной температуре воздуха в январе. Вертикальные красные линии показывают даты перехода температуры воздуха через 8°С весной (окончание отопительного периода); вертикальные синие линии показывают даты перехода температуры воздуха через 8°С осенью (начало отопительного периода).

Происходящее и ожидаемое потепление, наиболее интенсивное в холодный период года, приведет к постепенному увеличению этой характеристики на территории области (рис. 22). Для Ленинградской области по оценкам, выполненным на основе осреднения по ансамблю из десяти глобальных климатических моделей суточного разрешения, ожидается повышение температуры самой холодной в году пятидневки на 5-6°С к середине текущего столетия по сравнению с двадцатью годами конца 20 столетия.

Увеличение значений данного показателя в настоящее время способствует повышению тепловой эффективности существующих зданий, которые проектировались на основе нормативных значений для более холодного климата.

Дальнейшее развитие потепления приведет к сокращению отопительного периода до 5 -7 суток. По сравнению со средним за 1961–1990 гг. на большей части территории продолжительность отопительного периода в ХХI веке может сократиться — на 5% к 2025 году и на 5–10% к 2050 году. Таким образом, возникли предпосылки положительного влияния потепления на потребность в отоплении помещений (потребность уменьшается). Как показывают оценки по изменению температуры воздуха на территории области (отчет за этап 2, раздел 1.5), изменение климата оказало практически повсеместное влияние на продолжительности отопительного периода на территории Ленинградской области.

 Ожидаемое к середине XXI века (2041—2060 гг.) изменение температуры наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по отношению к периоду 1980— 1999 гг

Рисунок 22 — Ожидаемое к середине XXI века (2041—2060 гг.) изменение температуры наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по отношению к периоду 1980— 1999 гг

Важно отметить, что при проектировании систем отопления зданий и определении их мощности необходимо иметь в виду, что приведенные оценки сокращения отопительного периода на 5% к 2025 году не столь велики и в ближайшие два-три десятилетия региональные изменения климата с высокой степенью вероятности останутся соизмеримыми с естественной изменчивостью климатической системы. В практическом плане это означает, что в исследуемом регионе будут возможны суровые зимы, хотя их повторяемость уменьшится.

2.2 Механические воздействия на здания и сооружения

В последние годы наблюдается прогрессирующее разрушение зданий, которое частично связано с изменением климата и с недостаточно качественным учетом климатических факторов при их проектировании и [8, 9].

Долговечность зданий и сооружений зависит от многих базовых характеристик, заложенных при проектировании и строительстве объектов, их назначения, а также от характеристик и особенностей эксплуатации.

На всех этапах - от проектирования до эксплуатации, одним из важнейших факторов является климат и связанные с ним средние и экстремальные метеорологические параметры. Они определяют выбор материалов, конструкций, внешние параметры сооружения и особенности его эксплуатации. Эксплуатация зданий и сооружений связана не только с внешними воздействиями, которые принимаются во внимание в проектах путем подбора материалов и конструкций, защиты их специальными покрытиями и т. д., но и характеристиками эксплуатации. 

Эксплуатационные затраты на техническое обслуживание зданий в процессе его службы в 2–3 раза превышают расходы на его строительство [11]. Поэтому особенно важен выбор конструкции, гарантирующей долгий период эксплуатации до срока капитального ремонта. Эффективность этого выбора существенно зависит от региональных параметров климата.

Среди этих параметров наиболее важными являются атмосферные осадки, температура воздуха, ветер и снежный покров.

Степень увлажнения наружной поверхности вертикальных ограждающих конструкций зданий и сооружений зависит от атмосферных осадков и их параметров. Избыточное увлажнение стен, как правило, отрицательно сказывается как на теплотехническом режиме здания, так и на его долговечности. Наибольшее влияние на прочность панельного здания оказывает частота и интенсивность промачивания стыков панелей в стенах здания. В теплый период это неблагоприятно при продолжительных дождях, а в холодный период при оттепелях и заморозках. Замерзая и расширяясь, влага, попавшая в стыки панельных конструкций, постепенно нарушает целостность и герметичность стен. Наиболее неблагоприятны “косые дожди”, т.е. осадки, выпадающие при ветре или порывах ветра.

Для оценки неблагоприятного термического воздействия на стены зданий используется показатель морозостойкости материалов. Морозостойкость измеряется максимально возможным числом циклов попеременного замораживания и оттаивания насыщенного водой материала без существенной потери технических свойств. Изменение отрицательной температуры наружного воздуха приводит к смещению положения “нулевой температурной точки” в толще стены (принимается, что внутри здания температура положительная). Увеличение амплитуды изменений положения и частоты колебаний “нулевой температурной точки” приводит к более частому и выраженному многократному замораживанию и оттаиванию материала, что ускоряет разрушение стен здания.

Выполненный анализ экстремальных значений температуры воздуха за декабрь- февраль на станциях Ленинградской области представлен в таблице 1.6.

анализ экстремальных значений температуры воздуха за декабрь- февраль на станциях Ленинградской области представлен в таблице

Из данных таблицы 1.6 следует, что абсолютный минимум температуры уменьшился на величину от 3 до 13°С и за период 1991-2013 гг. и таких низких температур, как в предшествующие 30 лет не наблюдалось. Это, с одной стороны, можно расценить как благоприятный фактор для эксплуатации зданий и сооружений.

Другой важной характеристикой является продолжительность сильных морозов.

На основе данных о суточных значениях температуры воздуха (минимальная и максимальная) за период 1961-2013 гг. получены оценки продолжительности и средние значения числа дней с минимальной температурой ниже « -25°С, -30°С» зимой за два периода (табл. 1.7-1.9). Количество дней за зиму с экстремально низкими температурами с 1991 г. по 2013 г. уменьшилось повсеместно (табл. 2.1).

Среднее за зиму число дней с температурой меньше минус 25°С сократилось примерно на 2 дня, а наибольшее наблюдавшееся за зиму в отдельный год число дней с Т min ≤ -25°С сократилось почти в 2 раза на юге области и на 2 дня на востоке области. Число дней с температурой меньше минус 30°С сократилось в среднем на 2 дня, а в Выборге в последние годы не наблюдались такие температуры. Наибольшее число дней с Т min ≤ -30°С сократилось в 2-3 раза.

Наиболее продолжительные периоды сильных морозов (Т min < -25, -30°C) в период 1961-1990 гг. отмечены в 1968 году (16 дней) и в 1987 году (10 дней). В последние 20 лет максимальный непрерывный период с экстремально низкой температурой отмечен в 2010 году (6 дней).

Таблица 2.1 – Число дней за декабрь-февраль с минимальной температурой ниже минус 25°С и ниже минус 30°С

 Число дней за декабрь-февраль с минимальной температурой ниже минус 25°С и ниже минус 30°С

Оценки ожидаемых изменений экстремальности температурного режима, полученные по ансамблю из 9 моделей общей циркуляции атмосферы показали, что к середине XXI века произойдет повышение наиболее низких в году суточных минимумов температуры приземного воздуха (годовых минимумов температуры) на всей территории России, и наибольшее их увеличение (на 4–6°С) ожидается на северо- западе Европейской территории России, в том числе на территории Ленинградской области. При этом ожидается сокращение на 6–8 суток эпизодов с экстремально низкой температурой воздуха зимой на северо-западе России, а число морозных дней сократится на две и более недели (рис. 22).

Однако потепление зимой приводит к увеличению количества дней с положительными значениями температуры воздуха (оттепелью) в холодный период года (в таблице 1.6 приведены максимальные температуры воздуха в зимние месяцы), что и является неблагоприятным фактором для строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Среднее число дней с оттепелью на территории Ленинградской области составляет 10 дней в декабре, 8 дней в январе и 7 дней в феврале за период 1961-1990 гг. За последние годы (1991-2013 гг.) их количество изменилось и составляет в среднем в декабре 12 дней, в январе 9 дней и в феврале 9 дней, то есть в среднем увеличилось на 2 дня. Увеличилась также продолжительность непрерывных периодов с оттепелью и максимальная температура, наблюдающаяся при оттепели. Наибольшие значения температуры наблюдаются при продолжительных оттепелях или волнах тепла и достигают 10°С в декабре, 8 °С в январе и 7-8 °С в феврале. Именно продолжительные периоды теплой погоды, а затем переход к отрицательным значениям, наиболее неблагоприятны для зданий, сооружений и промышленных конструкций.

В связи с увеличением повторяемости оттепелей зимний период наблюдается ухудшение условий эксплуатации зданий и уменьшение их долговечности. Так, срок эксплуатации панельных зданий сократился в Ленинградской области почти в 2 раза (Кузнецов, Кобышева, 2004).

Для перспективной оценки воздействия на сооружения большое значение имеют положительные температуры, которые и определяют переход от отрицательный температур к положительным значениям и морозостойкость конструкций. Абсолютный максимум температуры воздуха вырос в декабре и январе на 1-4°С, в феврале рост абсолютного максимума температуры отмечен только на юге области, тогда как на востоке и севере (Выборг и Тихвин) максимальная температура понизилась почти на 2°С.

Обе эти характеристики термического режима подтверждают выводы о наибольшем потеплении в декабре и январе, приведенные в разделе 1 отчета. Расчеты амплитуды экстремальных значений температуры воздуха (табл. 1.6) показали ее уменьшение, что свидетельствует о смягчении экстремальных условий зимой.

Увеличение числа переходов температуры воздуха через 0°С (рис. 23) в сочетании с увеличением количества жидких осадков в холодное время года уже в настоящее время приводит к ускоренному старению зданий и сооружений и в ближайшем будущем потребует серьезного увеличения эксплуатационных расходов. Увлажнение стен, особенно интенсивное при сильном ветре, и последующее их охлаждение приводят к замерзанию воды в порах материалов и оказывают разрушительное воздействие на конструкции. Именно по этой причине в 2010 г. отмечались случаи обрушения кирпичной облицовки на домах массовых серий с малым сроком эксплуатации.

На рисунке 23 приведены результаты оценивания изменения числа переходов средней суточной температуры воздуха через 0 °C, ожидаемое к середине XXI века по сравнению с 1980-1999 гг. Расчеты выполнены по ансамблю из десяти глобальных климатических моделей суточного разрешения [9]. Для Ленинградской области по этим оценкам, ожидается увеличение на 2-3 случая за зиму количества переходов средней суточной температуры воздуха через 0°C, что согласуется с современной тенденцией повышения температуры зимой и увеличения количества случаев оттепелей.

 Изменение числа переходов средней суточной температуры воздуха через 0 °C, ожидаемое к середине XXI века

Рисунок 23 — Изменение числа переходов средней суточной температуры воздуха через 0 °C, ожидаемое к середине XXI века

 Для обеспечения основных характеристик эксплуатации (надежности, безопасности и долговечности) возводимых зданий и сооружений первоочередное значение имеет корректный учет атмосферных нагрузок, к которым относят снеговые, ветровые и гололедные нагрузки, а также температурные воздействия. Все эти виды нагрузок в той или иной степени подвержены влиянию происходящих климатических изменений. 

Важную роль при оценке безопасности зданий и сооружений играет снеговая нагрузка. Снеговая нагрузка на различные покрытия определяется весом накопившегося снега в расчете на единицу площади. Значение фактической нагрузки зависит от комплекса метеорологических параметров: количества твердых осадков за холодный период, температуры воздуха, скорости ветра. От температурного режима зависят: во- первых, продолжительность морозного периода, время, в течение которого происходит накопление снега, и доля твердых осадков, образующих снежный покров; во-вторых, повторяемость оттепелей, уменьшающих снегозапасы.

На территории Ленинградской области устойчивый снежный покров образуется в последних числах ноября – первой декаде декабря. В декабре снежный покров только устанавливается, количество его растет в январе-феврале, достигая максимума в конце февраля, начале марта. В январе, феврале и марте отмечается увеличение осадков на всех станциях, кроме метеостанции г. Выборга, для которой в эти месяцы осадки уменьшились.

Таким образом, можно заключить, что возможно увеличение снеговых нагрузок. Анализ линейных трендов в суммах осадков за холодный период не позволяет выделить четкие, однозначные тренды, кроме того, величины этих трендов незначительны (менее 10% от нормы) и не выходят за межгодовую изменчивость.

В настоящее время основной метеорологической причиной разрушения зданий являются снеговые нагрузки, когда масса накапливающегося снега превышает предельную, предусмотренную проектом здания. Повышение температуры зимой, характерное для современного потепления, приводит к сокращению морозного периода и уменьшению доли твердых осадков. Так, установлено, что увеличение средней годовой температуры воздуха на 1°С приводит к снижению доли твердых осадков на 5–6% .

Раньше особенно разрушительными считались ветровые и гололедно-ветровые нагрузки, которые всегда оказывали и продолжают оказывать большое влияние на работу воздушных линий связи и электропередач.

Отложение льда на проводах создает дополнительную весовую нагрузку, увеличивает их парусность и вибрацию, вызывает скручивание. Это может приводить к обрыву проводов, разрушению линий и перерывам в электроснабжении больших районов. Это в свою очередь ухудшает условия эксплуатации. Увеличение предельно допустимой гололедной нагрузки требует утяжеления опор, увеличения их числа на единицу длины [5, 8].

Недоучет гололедно-ветровых нагрузок приводит к многочисленным авариям на современных ЛС и ЛЭП, которые причиняют колоссальный ущерб. Изменение количества оттепелей на территории области, вероятно, увеличит число случаев с гололедными явлениями на территории области. Ожидаемое увеличение гололедно-изморозевых явлений, в особенности сочетающихся с сильным ветром, приведет к увеличению числа таких аварий.

Воздействие ветра наиболее существенно проявляется в увеличении потерь тепла для большинства зданий. Для высотных сооружений (телевизионные и радиомачты, дымовые трубы) и современных многоэтажных домов, ветровая нагрузка является основной. Ветер оказывает существенное влияние на ЛЭП и другие воздушные линии. Ветровая нагрузка приводит к “пляске проводов”, появлению “стоячих волн” на проводах, к их обрыву. Особенно большая опасность создается, когда сильные ветры действуют на обледеневшие провода. 

Необходимо учитывать возможные изменения ветровых нагрузок при возведении высотных зданий, в том числе высотой 50 м и более и жилых зданий высотой более 75 м, получивших в последние годы широкое распространение.

В последние десятилетия, однако, скорость ветра на большей части территории России в среднем уменьшилась и продолжает уменьшаться, поэтому ветровые нагрузки на здания и сооружения сократились [12], и соответственно эта опасность для воздушных линий связи и электропередач снизилась.

Сравнение средних значений ветровой нагрузки за последнее десятилетие XX века со средним многолетним значением за предшествующий базовый период не выявляет ее увеличения — отмечается даже ее незначительное уменьшение. Однако при сохранении средних значений скорости ветра возможна трансформация их вероятностных распределений за счет увеличения вклада штормовых скоростей. В связи с повышением экстремальных температур и осадков ожидается также усиление эффектов, обусловленных совместным воздействием ветровых нагрузок, температурных деформаций и коррозионного разрушения. Последнее обстоятельство имеет особое значение в связи с наметившейся тенденцией к широкому использованию в строительстве и реконструкции зданий навесных фасадных систем, предназначенных для утепления и облицовки внешних ограждающих конструкций. Увеличение атмосферных нагрузок приводит к повышенному риску отрыва и падения плит облицовки.

2.3 Транспорт

Основными отраслями транспортной отрасли, для которых необходимо учитывать климатические и метеорологические условия, являются автодорожный и железнодорожный транспорт. Климатический режим и погода влияют на:

— проектирование систем дорог;

— дорожное строительство, производство ремонтных работ;

— эксплуатацию автомобильных и железных дорог и организацию движения на дорогах;

— планирование перевозок;

— разработку мероприятий, обеспечивающих своевременную информацию об особо опасных метеорологических явлениях (ОЯ), безопасность в случае ОЯ, предотвращение или устранение последствий ОЯ.

Железнодорожный транспорт, также как и автомобильный - это метео - зависимая отрасль. Он работает под открытым небом и в разных климатических зонах. Бесперебойная, четкая его работа во многом зависит от метеорологических условий. Поэтому решение многих текущих и перспективных задач железнодорожной отрасли требует учитывать как климатические условия, так и возможных его изменения.

В условиях современного потепления климата, особенно из-за увеличения температуры зимой и весной, особую группу риска составляют автомобильные дороги, поскольку их эксплуатация зависит от влияния оттепелей, гололедных явлений, сильных снегопадов и ливней.

В связи с произошедшими изменениями климата эксплуатация автомобильных и железных дорог может быть осложнена увеличением количества атмосферных осадков (особенно жидких и смешанных зимой) и ростом частоты опасных гидрометеорологических явлений, таких как туманы, сильные ливни, снегопады и метели. Число опасных для транспорта гидрометеорологических явлений в конце XX — начале XXI века увеличилось на севере страны [5,9], но для территории Ленинградской области заметного увеличения опасных для транспорта гидрометеорологических явлений не произошло.

Среднее число дней с оттепелью на территории Ленинградской области увеличилось за последние годы (1991-2013 гг.) относительно нормы 1961-1990 гг. в среднем на 2 дня. Увеличилась также продолжительность непрерывных периодов с оттепелью и максимальная температура, наблюдающаяся при оттепели. Однако следует отметить, что некоторое возрастание атмосферных осадков в холодный период и поздние весенние заморозки и оттепели зимой (табл. 1.6) приводят к увеличению повторяемости гололедицы на дорогах (гололед, заснеженное покрытие). В соответствии с прогностическими оценками по ансамблю моделей общей циркуляции атмосферы (МОЦАО) [4, 5], этому также будет способствовать увеличение количества жидких и смешанных осадков зимой.

Кроме того, зимой безопасность определяется такими явлениями, как гололед, снежный накат, что влияет на скользкость дорожного покрытия. На скользкость дорог влияют не только метеорологические условия, но и дорожные условия, а именно температура дорожного покрытия. При снегопадах и метелях более 12 часов непрерывно, при увеличении высоты снега на 6-10 см выводится снегоуборочная техника. В тех случаях, когда скорость ветра более 15 м/с и увеличение высоты снега более чем на 10 см возникает стихийное бедствие.

При условии развития потепления климата, возможно, что подобные условия, способствующие образованию скользкости на дорогах, к середине 21 века будут возникать чаще. На рисунке 24 [9] показано, что для большей части Ленинградской области число дней с обледенением автодорог составит от 14 до 16, а на северо-востоке – до 14 дней.

 Ориентировочный риск обледенения автомобильных дорог (число дней) в январе к середине 21 века

 Рисунок 24 — Ориентировочный риск обледенения автомобильных дорог (число дней) в январе к середине 21 века

Средняя скорость движения автотранспорта при гололеде составляет в среднем около 34 км/час, тогда как на сухой дороге- 78 км/час. В результате сложных условий возникают пробки на дорогах, потеря маневренности автомобилей, столкновения, наезды на неподвижные препятствия. Около 15% ДТП происходят на скользкой дороге.

В теплый период влияние на эксплуатацию дорог и безопасность движения атмосферные осадки также оказывают, особенно дожди большой интенсивности. Выпадение сильных ливней зависит от развития и интенсивности вертикальной конвекции, происходит преимущественно в теплый период года и носит локальный характер. Их прогноз представляется очень сложным и не может быть четко локализован, закономерности пространственного распределения ливней по территории в зоне умеренного климата не определяются, поскольку их число мало для конкретного пункта. Так, ливневые осадки (количество осадков не менее 30 мм за период не более 1 ч.) наблюдались до 1990 г. только дважды: Новая Ладога (1981 г., август), Винницы (июль, 1986 г.).

На территории области выпадают продолжительные сильные дожди, которые длятся не более 12 часов. Так, в Новой Ладоге 5 сентября 2000 года наблюдался сильный дождь, когда в течение 9 ч. 23 мин выпало 61 мм осадков, что примерно соответствует месячной норме осадков. Такие сильные дожди могут парализовать движение автомобильного транспорта и вызвать затопление дорожного полотна.

Однако, количество случаев с сильными дождями не превышает двух десятков для всей области, для отдельного пункта – это единичные события. Потепление зимой приводит к увеличению количества дней с положительными значениями температуры воздуха (оттепелью) в холодный период года (в таблице 1.5 приведены максимальные температуры воздуха в зимние месяцы), что является неблагоприятным фактором для эксплуатации дорог.

В течение всего года для движения автомобилей большую опасность представляют туманы и дымки, приводящие к ухудшению видимости (ночью < 1000 м, днем < 300, < 100, < 50 м). Такие опасные явления, как туман, метель, ливневой снегопад, скорость ветра более 20 м/с представляют еще большую опасность, когда они возникают вместе с гололедом, что приводит к аварийным ситуациям на дорогах и ухудшает условия эксплуатации дорог.

На работу железных дорог оказывают влияние практически все явления погоды. В наибольшей зависимости от погодно-климатических условий находится служба пути.

К наиболее опасным явлениям погоды можно отнести сильные снегопады и метели, которые ежегодно приводят к нарушению работы станций, узлов и даже целых направлений. Сотни стрелочных переводов на крупных станциях при постоянной занятости путей часто требуют ручной уборки с привлечением большого числа уборочных бригад. Другим опасным метеорологическим фактором для бесстыкового железнодорожного пути являются экстремальные температуры воздуха (≥ 25 и ≤ –25 °С), особенно, если они сохраняются длительное время. На состояние пути оказывают влияние также оттепели, дожди и туманы, весенние и дождевые паводки.

Повторяемость всех перечисленных опасных природных явлений в последнее десятилетие возрастала, и предполагается ее дальнейшее увеличение.

Из этого следует, что расходы на содержание железных дорог с течением времени также будут возрастать. Например, на Октябрьской железной дороге (протяженность более 10 тыс. км) при среднем объеме выпадения снега за зиму около 100 м3 на 1 м пути (в 2010 г. значительно больше) при сохранении тенденций изменения климата объем снега, подлежащего уборке с главных путей, возрастет до почти 74 тыс. м3. Для этого потребуются свыше 70 единиц уборочной техники и затраты более 100 млн рублей.

 Экстремальные температура, ветер, гололед оказывают негативное влияние и на другие железнодорожные службы: электрификации и энергетического хозяйства, вагонную и пассажирскую, контейнерных перевозок, локомотивную и движения. С учетом ожидаемого увеличения экстремальности климата и повторяемости опасных природных явлений следует ожидать увеличения риска аварий и затрат на железнодорожном транспорте. В летний период 2010 г., когда жаркая и сухая погода наблюдалась в течение нескольких недель, была выявлена опасность влияния колебаний температурно-влажностных и других климатических характеристик не только на физическое состояние дорог и на транспортные средства, но и на здоровье и самочувствие людей, управляющих транспортными средствами, а также пассажиров общественного транспорта, включая железнодорожный и автотранспорт.

 Глобальное потепление способствовало повышению повторяемости этих явлений, и эта тенденция будет сохраняться и в середине, и в конце настоящего столетия.

2.4 Сельское хозяйство

Сельское хозяйство всегда зависело от климата и погоды, и поэтому все агрономические и агротехнические мероприятия направлены на преодоление неблагоприятных погодно-климатических условий и оптимальное использование благоприятных для земледелия условий.

В настоящее время, как и 50 лет назад, слова «битва за урожай» по-прежнему актуальны в России. Оказалось, что ни самые совершенные агротехнические приемы, ни современная техника, ни новые научные подходы не в состоянии «победить» погоду на просторах Российских полей. И даже страны Евросоюза, доведшие на своих полях методы обработки земли и выращивания с/х культур почти до совершенства, в последние годы бьют тревогу по поводу участившихся неблагоприятных погодных условий.

И причина этого - современные изменения климата, определяемые климатологами как глобальное потепление. Часто в публикациях об изменении климата опасность его проявления сильно преувеличена. Но пока не выявлены такие изменения атмосферных осадков, частоты засух и других экстремальных гидрометеорологических явлений, которые бы однозначно свидетельствовали об их увеличении или однонаправленном изменении в связи с глобальным потеплением. Однако рост температуры воздуха, изменения максимальной и минимальной температуры, дат перехода через 0, 5 и 10С, а также наступления фенологических событий - это уже реальность, подтверждаемая данными наблюдений [13, 14].

Производство сельскохозяйственной продукции зависит от биопродукционного потенциала природной среды. Климат является важнейшим фактором, его определяющим. До недавнего времени оценки фактического состояния сельского хозяйства, а также перспективные оценки строились, исходя из постоянства климата. В связи с наблюдаемым беспрецедентно быстрым изменением глобального климата в конце ХХ —начале XXI века допущение о его постоянстве стало явно нереалистичным. Оно не может более служить основой для принятия решений о развитии аграрного сектора экономики на среднесрочную и долгосрочную перспективу.

Ожидаемые изменения агроклиматических ресурсов области в первую очередь обусловлены изменением термического режима и режима увлажнения. Современное состояние проблемы прогнозирования возможных изменений режима увлажнения при дальнейшем развитии процесса глобального потепления не позволяет надеяться на быстрое ее решение, поскольку в научном сообществе пока не существует единого мнения о достоверности прогностических оценок. Одним из важных выводов, основанных на МОЦА, является предположение об «аридизации континентов», или «летнее иссушение» континентов. В качестве примера различий в прогнозах будущего, рассмотрим возможные изменения влажности почвы, полученные по МОЦА и на основе расчетов по стационарной тепло-водонобалансовой модели [15,16].

Сравнение средних за лето значений влагосодержания почвы, рассчитанных в английской модели GFDL с эмпирическими данными для метеорологических станций различных климатических зон, показало, что модель GFDL занижает средние значения влажности почвы почти в два раза, что, очевидно, могло стать причиной вывода авторов модели о “летнем иссушении континентов”. Наиболее важной причиной этого, очевидно, является недостаточно реалистичное воспроизведение в моделях режима атмосферных осадков и влажности почвы. Модели достаточно хорошо воспроизводят годовой ход осадков и влагосодержания почвы, но занижают средние значения.

Сравнение расчетов по тепло-воднобалансовой модели с данными наблюдений показало хорошее согласование для лесной зоны южной тайги. Это позволило авторам [17,18, 19] применить разработанную схему для оценки изменения влажности метрового слоя почвы для весны, лета и осени. Картирование этих изменений для потепления на 1, 2 и 3-4С показало, что летом выделяется общая область, где влагосодержание почвы уменьшается по сравнению с современными средними значениями. Эта область расположена к северу от 55 с.ш. и между 30-100 в.д. Самая протяженная область отрицательных разностей “сценарий-норма” (1-2 см продуктивной влаги в слое 1 м) отмечается при потеплении на 1С, она занимает районы сельскохозяйственного производства России, в том числе Ленинградскую область. 

Значимость проблемы обеспечения оптимального режима влажности почвы для земледелия трудно переоценить: как избыточное, так и недостаточное увлажнение может иметь и положительные и отрицательные последствия. Проведенный анализ и выделение регионов с изменениями режима почвенного увлажнения, показали, что уменьшение влажности почвы весной в районах достаточного и избыточного увлажнения, прогнозируемое для потеплении на 1 и 2ºС на основе палеоклиматических сценариев, совпадает с направленностью мелиоративных мероприятий в этих зонах, т.е. удалением избытков влаги. С этой точки зрения можно предполагать, что изменения (уменьшение) ресурсов почвенной влаги могут иметь положительный эффект для отдельных районов Ленинградской области.

Изменения влажности почвы, продолжительности теплого периода и более ранний сход снежного покрова в первую очередь окажут влияние на сроки проведения сельскохозяйственных работ. Так, в более ранние сроки станет возможным посев сельскохозяйственных культур.

Далее приведём некоторые возможные последствия для земледелия при глобальном потеплении к середине 21 века [5, 11, 16]. Рост температуры воздуха, приведет к более раннему переходу температуры воздуха через 00С весной и раннему сходу снежного покрова, что в свою очередь может способствовать изменению сроков весенней вспашки, а именно, в районах Ленинградской области эти сроки сдвинуться на 15-20 дней на более ранние даты. Более ранний переход температуры воздуха через 5°С весной и более поздний ее переход через 5°С осенью может обеспечить более раннее проведение массового сева весной и его более позднего проведения осенью. Так, массовый сев яровой пшеницы может осуществляться на 15-20 дней ранее средних многолетних дат, в то время как сев озимой пшеницы может быть перенесен на 10-15 дней позднее обычных сроков.

Главным условием роста урожайности сортов различных видов растений являются учет макро- и микроклиматических особенностей в рамках существующего районирования, а также необходимость разработки нового районирования с учетом последних данных о современном изменении термического режима, атмосферных осадков и длительности вегетационного периода. Анализируя причины изменения продуктивности агроэкосистем в условиях глобального потепления, прежде всего необходимо отметить, увеличение продуктивности ценозов за счет повышения концентрации СО2 в атмосфере [20], вместе с тем очевидны и изменения агрометеорологических факторов продуктивности: теплообеспеченности по сумме активных температур больших 10°С за вегетационный и межфазный периоды в онтогенезе, продолжительности периода с температурой выше 5°С, максимальной и минимальной температуры воздуха самого теплого месяца и самого холодного месяца; влагообеспеченности по сезонному и годовому количеству осадков [11, 16]. 

Для каждой фазы развития растения от всходов до плодоношения необходимы определенные агроклиматические ресурсы, в частности значения минимальной, максимальной и оптимальной температуры воздуха и корнеобитаемого слоя почвы, которые в значительной степени определяют продолжительность фенофаз. Особенно важны значения агрометеорологических параметров на определенных этапах роста и развития растений. В онтогенезе выделяют "критические периоды" (табл. 2.2), в которые репродуктивные структуры наиболее чувствительны к внешним условиям, в том числе к болезням и вредителям. Каждая фаза развития растений имеет свой «биологический нуль», то есть «критическую» температуру, ниже которой физиологические процессы затормаживаются или прекращаются (табл. 2.3).

Таблица 2.2 – «Критические» периоды онтогенетического развития у различных сельскохозяйственных культур

  «Критические» периоды онтогенетического развития у различных сельскохозяйственных культур

Таблица 2.3 — Минимальные температуры (°С) развития растений (прохождение фенофаз)

 Минимальные температуры (°С) развития растений (прохождение фенофаз)

Не менее важным показателем термического режима среди агроклиматических параметров является сумма температур более 10оС (сумма активных температур), которая зависит от длительности периода с температурой воздуха больше 10оС, которые в свою очередь зависят от метеорологических условий конкретного года и дат перехода температуры через 10оС.

Для разных культур суммы активных температур, необходимых для получения урожая, значительно отличаются: для ячменя, озимой ржи, овса, гороха они составляют 1000 - 1400°С; для сои, сорго - 3400-4800°С (Сапожникова, 1958). Суммы активных температур зависят напрямую от продолжительности вегетационного периода. Кроме того, для устойчивого развития агрокультур имеют большое значение межфазные периоды, то есть периоды и их продолжительность, между появлением всходов, формированием вегетативных органов и репродуктивных органов, колошением, созреванием, плодоношением.

При этом, абсолютные величины температуры воздуха и корнеобитаемого слоя определяют продолжительность прохождения фенофаз, а так же обуславливают возможность формирования органов растений. Приведенные данные о реакции растений на агрометеорологические факторы свидетельствуют о необходимости ориентации на них при планировании региональных агрономических решений по адаптации севооборотов и технологий на период прогнозируемых зональных изменений климатических показателей.

При оценке устойчивости посевов к экстремальным агрометеорологическим ситуациям необходимо принимать во внимание изменения пространственного и временного распределения атмосферных и почвенных засух, выпреваний и переувлажнений, градобития и т.п. Устойчивость к температурным стрессам - одна из наиболее важных характеристик при оценке экологической устойчивости культивируемых видов и сортов.

Разработка рекомендаций по адаптации сельскохозяйственного производства к возможным климатическим изменениям основана не только на данных о современных тенденциях изменения климатических параметров, но и на результатах модельных исследований и прогнозах динамики продуктивности полевых культур и агрометеорологических факторов продуктивности на фоне глобальных изменений климата.

Сценарии глобального потепления предлагают существенно отличающиеся оценки региональных изменений температуры и осадков: рост температуры воздуха (осадков) в одних регионах и уменьшение их в других. Это означает, что необходимо использовать зональный подход к разработке адаптивных мероприятий. Используя различные сценарии изменения климата для агроклиматических исследований и оценок, необходимо учитывать экстремальные типы по режиму увлажнения, которые возможны при развитии процесса потепления: аридный и гумидный (табл. 2.4).

 Таблица 2.4 — Оценки изменения агрометеорологических параметров при реализации экстремальных сценариев изменения климата

 Оценки изменения агрометеорологических параметров при реализации экстремальных сценариев изменения климата

Наиболее важным ожидаемым изменением для сельского хозяйства Ленинградской области является то, что при развитии как гумидного, так и аридного сценария изменения климата, благодаря расположению области в зоне достаточного увлажнения и значительных изменений температуры воздуха в будущем, эти изменения будут способствовать увеличению климатообусловленной продуктивности сельского хозяйства.

При реализации благоприятного гумидного потепления (для РФ он благоприятный, так как основные зернопроизводящие районы расположены в зоне недостаточного увлажнения) следует ожидать климатообусловленного повышения продуктивности сельского хозяйства до 2060—2070 гг. Особенно значительное повышение урожайности возможно на ЕЧР в районах, расположенных севернее 50° с. ш., т.е. на территории Ленинградской области.

При развитии изменения климата по аридному сценарию (неблагоприятному в целом для РФ), ожидается заметное повышение продуктивности зернового хозяйства в Северо-Западном регионах (до 10 %), а кормопроизводства — на всей территории нечерноземной зоны России. Особенно значительный рост кормовой базы, животноводства (до 25 %) следует ожидать на территории Северо-Западного региона.

Сельское хозяйство относится к числу наиболее чувствительных к климатическим колебаниям отраслей экономики. Изменения климата меняют потенциал продуктивности агроэкосистем, районирование культурных растений, сорняков и болезней, занимаемых ими площадей, структуру земельных угодий.

Кроме того, эти факторы позволяют расширить возможность размещения на север агрокультуры в соответствии с новыми условиями тепло- и влагообеспеенности. На рисунке 25 приведен пример для двух метеорологических станций –Гвардейск (Калининградская область) и Белогорка (Ленинградская область), из которого видно, что средняя годовая температура в Белогорке при потеплении окажется такой, как в более южном Гвардейске. Сумма годовых осадков, хоть и не достигнет значения в Калининградской области, но будет более 700 мм в год. Этот график может служить примером пространственного аналога смещения на север благоприятных агроклиматических условий [16].

  Пространственные аналоги: Белогорка (Ленинградская обл.) и Гвардейск (Калининградская обл.)

Рисунок 25 — Пространственные аналоги: Белогорка (Ленинградская обл.) и Гвардейск (Калининградская обл.)

При изменении климата, будет возможно изменить размещение сельскохозяйственных культур, расширить ареал растениеводства. Оценки изменения сумм активных температур и продолжительности периода, доступного для вегетации, свидетельствуют о потенциальных возможностях расширения площадей под более позднеспелые сорта. Дополнительные тепловые ресурсы позволят создать базу для выращивания более теплолюбивых культур и сортов, а также выращивать вторичные пожнивные культуры. Однако в Ленинградской области, изменчивость урожаев озимой пшеницы может возрасти из-за увеличения вероятности повреждения всходов от вымокания, выпревания и образования притёртой ледяной корки. Это может потребовать замены местных сортов новыми, более устойчивыми к зимним повреждениям и гнилям, или необходимости перехода в отдельных районах от озимых к яровым формам культуры.

Для Северо-Запада ЕТР и Ленинградской области возможны следующие культуры: выращивание высокоурожайных сортов силосной кукурузы; культивирование подсолнечника на фураж; культивирование рапса; переход на сорта с более продолжительной вегетацией; использование сортов, обладающих высокой устойчивостью к болезням [16]. 

Оценки изменения сумм температур выше 10°С и 15°C и продолжительности соответствующих им периодов указывают на возможность сдвига (с учётом светового фактора) в размещении посевов яровых культур - пшеницы, ячменя, овса и кукурузы на силос - в северном направлении.

Однако почвы также станут объектом влияния изменений климата, и важно заблаговременно представлять тенденции процессов в почвах. Ожидаемые изменения биоклиматического потенциала пахотных почв в первую очередь определяются изменениями температуры почвы, увлажнение почвы, периодом со снежным покровом и такими явлениями как заморозки и оттепели.

Расчетные оценки [17] показывают, что изменения климата за последние 30 лет способствуют увеличению первичной продуктивности экосистем и содержания органического углерода в почве на большей части земледельческой зоны РФ

 Наблюдаемое в настоящее время [21] и предполагаемое в ближайшем будущем, согласно эмпирическим сценариям, увеличение влажности почв является благоприятным фактором для развития растительности в зоне недостаточного увлажнения. Однако, может стать фактором, усиливающим многие неблагоприятные процессы в почвах этой и других зон: заболачивание почв в понижениях рельефа и при близком залегании грунтовых вод; водная эрозия, смыв почв и образование оврагов, оглеение почв гумидной зоны; оподзоливание (деградация) почв лесной зоны и другие последствия. Эти процессы наблюдаются в почвах постоянно, но при изменении режима увлажнения могут усилиться. Опасность этих явлений очевидна и заключается в том, что развиваются они быстро, а на устранение таких изменений в почвах необходимы десятки лет. Современное состояние естественных экосистем и земель сельскохозяйственного назначения свидетельствует о значительном их изменении. 

 Уменьшение влажности почвы летом, прогнозируемое к середине 21 века на основе палеоклиматических сценариев (к северу от 55 с.ш., в том числе в Ленинградской области) и МОЦА для огромных территорий, может способствовать усилению «опустынивания», весенним засухам, эрозии почв и других негативных процессов. Причем, они будут гораздо опаснее, если основываться на предположении об аридизации континентов, полученном с помощью модельных прогнозов, чем в случае использования эмпирических сценариев. 

Климатические изменения в системе "почва - растения", при которых будут по видовому составу меняться структуры агроценозов и их продуктивность, с неизбежностью наложат определенный отпечаток на трансформацию почвенного покрова, особенно корнеобитаемых горизонтов почв типа агроземов, а именно в таких почвах почвообразовательные процессы проходят с большей интенсивностью, чем в природных экосистемах. Поэтому влияние климатических изменений следует оценивать в системе почвенно-растительного комплекса для эффективного использования прогнозируемого изменения почвенно-растительного потенциала агроэкосистем. 

Требования сельскохозяйственных культур к почвам различны, поэтому дифференциация полевых культур по почвенным условиям – один из факторов, определяющих возможность изменения районирования видов. Так, в нечерноземной зоне предпочтительно размещать: на суглинистых почвах такие зерновые, как озимая пшеница и рожь, яровая пшеница, ячмень и овес, из зернобобовых - кормовой люпин и горох, из технических культур - лен; на супесчаных почвах - из зерновых озимую рожь, ячмень, овес, из корнеплодов -картофель, морковь, свеклу и брюкву; на песчаных почвах - из зерновых озимую рожь и овес, из зернобобовых - кормовой люпин, из корнеплодов картофель и т.д.

Следует учитывать, что возможная, в связи с глобальными климатическими изменениями, перестройка локальных климатов может привести к нарушению эмпирически выявленных современных связей урожайности с природным биоклиматическим потенциалом почв.

Ожидается, что при дальнейшем умеренном потеплении преобладающая часть почв нечерноземной зоны России сможет накапливать углерод при сохранении достаточного уровня увлажненности. В нечерноземной зоне ожидаемые изменения климата будут способствовать увеличению содержания органического вещества, в результате чего устойчивое развитие сельского хозяйства, которому соответствует бездефицитный баланс органического вещества, будет достигаться при более низких затратах (меньших дозах органических удобрений и меньшей доле многолетних трав в севообороте), что повысит экономическую эффективность растениеводства.

Качественная оценка почв при организации севооборотов может быть использована для подбора культур. Для целей практической агрономии в условиях севооборотов необходимо переходить к определению баллов бонитетов для каждой из культур севооборота. Эта технология позволяет выполнить почвенно-экологическую оценку продуктивности земель и бонитировку почв для основных полевых культур. При регулярном почвенном агрохимическом мониторинге методика позволяет не только оперативно изменять оценочные показатели плодородия почв, но и прогнозировать климатически обусловленную продуктивность агроэкологических систем, так как в оценочные параметры включены климатические факторы, переводящие общепринятые почвенные бонитировки в разряд почвенно-экологических, почвенно-климатических. К таким агроклиматическим показателям, которые могут быть вычислены по данным, включаемым в климатические прогнозы, относятся: коэффициент увлажнения, коэффициент континентальности климата, сумма активных температур (больше 10°С). Это дает возможность применить климатические показатели к прогнозу изменения продуктивности земель. 

Важным аспектом ожидаемых последствий изменения агроклиматических ресурсов Ленинградской области является оценка уязвимости сельского хозяйства к воздействию неблагоприятных факторов погоды и климата.

Практически вся земледельческая зона области расположена в зоне либо недостатка тепла, либо воды, и это определяет чрезвычайную уязвимость сельского хозяйства к воздействию неблагоприятных факторов погоды и климата.

Представленные выше эмпирические данные об изменении климата, свидетельствуют об изменении ресурсов тепло- и влагообеспеченности агроценозов, что может привести к возрастанию уязвимости земледелия в отдельных районах области. Если тенденция развития глобального потепления сохраниться в ближайшем будущем, то проблема оценки уязвимости становится еще более актуальной.

В связи с этим, возникает необходимость оценить уязвимость разных территорий (с учетом пространственной неоднородности условий для ведения земледелия) к негативному воздействию ряда погодно-климатических и агроэкологических факторов, как в современных, так и в ожидаемых климатических условиях, чтобы наметить комплекс адаптационных мер по снижению (или устранению) отрицательных агроэкологических последствий и рисков.

Для разных сельскохозяйственных регионов с отличающимися природно- климатическими условиями, факторы уязвимости заметно различаются. Для более северных и влажных районов к ним нужно отнести суровые условия зимой, избыточное увлажнение и заморозки в период вегетации. В более южных и сухих районах основными факторами уязвимости являются недостаточное увлажнение весной и летом, ветровая и водная эрозия [21, 22, 23].

При ожидаемых изменениях климата характер и степень региональных уязвимостей может претерпеть ряд заметных изменений. В таблице 2.5 приведены примеры региональных уязвимостей для современных и ожидаемых в будущем условий северо-запада России, в том числе для сельскохозяйственных регионов Ленинградской области. Данные таблицы основаны на совокупности модельных и экспертных оценок, а факторы уязвимости дифференцированы по агроклиматическим, погодным и агроэкологическим признакам [22]. 

Так, для Северо-Запада России с умеренно-тёплым и влажным климатом факторами уязвимости являются:

1) вымокание и выпревание озимых всходов,

2) волны холода

3) весенние заморозки, вызываемые вторжением волн холода,

4) полегание посевов вследствие продолжительных дождей и сильных ветров.

5) процесс подкисления почв.

Факторы уязвимости в ожидаемых климатических условиях на Северо-Западе включают обильные зимние осадки на фоне роста температуры воздуха, которые приведут к возрастанию риска вымокания и выпревания зимующих растений; тогда как уменьшение минимальных температур, увеличение продолжительности безморозного периода может способствовать снижению интенсивности заморозков весной.

Таблица 2.5 — Факторы уязвимости в современных и ожидаемых климатических условиях для Северо-Запада России и Ленинградской области

 Факторы уязвимости в современных и ожидаемых климатических условиях для Северо-Запада России и Ленинградской области

Ожидаемый рост температуры воздуха может провоцировать возрастание риска поражения растений вредителями и болезнями и проникновения в посевы новых видов сорняков. В то же время, вследствие меньшей промерзаемости почв, процесс почвенного подкисления, по всей видимости, будет замедляться.

Изменения климата Ленинградской области и последствия этих изменений, а именно реакция агрокультур на рост температуры в зимний период, оттепели, малоснежные зимы, оказывают существенное неблагоприятное воздействие на рост растений. 

Такие процессы наблюдаются все чаще в Ленинградской области, особенно в последние годы. Так, например, до 20 января 2012 г. повышенный температурный режим воздуха и почвы на глубине залегания узла кущения спровоцировали продолжение вегетации, растения не вступили в фазу покоя, продолжался интенсивный расход накопленных питательных веществ, что снижает зимостойкость озимых культур и многолетних трав. Такие процессы наблюдались на территории области в разные годы, но кратковременные, длительность процесса сильно ослабляет культуры. В этот же период, в последнюю декаду января условия для зимующих культур оставались сложными, наблюдались оттепели, которые привели к подтаиванию снега, а 27 декабря отмечен полный сход снежного покрова в западных и южных районах, (кроме восточных районов области). Минимальная температура на глубине залегания узла кущения озимых культур продолжала оставаться повышенной -0,1…+0,1°С.

По данным [58,11] в связи с более благоприятными условиями температурного режима ожидается рост урожайности кормовых и зерновых культур в Северо-Западном регионе на 10–15%. Другим важным прогнозом является предполагаемый в Нечерноземной зоне Европейской территории России рост запасов органического углерода (гумуса) в пахотных почвах, что приведет к повышению долговременной устойчивости земледелия. Рост продуктивности сельскохозяйственного производства может быть обеспечен за счет расширения посевов более теплолюбивых и, соответственно, более урожайных сельскохозяйственных культур. В частности, могут быть увеличены посевы более позднеспелых и более урожайных видов (сортов) зерновых культур, кукурузы, подсолнечника, позднеспелых сортов картофеля, расширено свеклосеяние, повышена доля более теплолюбивых видов кормовых культур (сои, люцерны и др.). Посевы вторых (пожнивных) сельскохозяйственных культур также могут быть расширены, что приведет к укреплению кормовой базы животноводства.

Вместе с тем, использование благоприятных последствий изменения климата для увеличения сельскохозяйственного производства в этих регионах возможно только при одновременном увеличении применения удобрений, средств химизации и других мер по защите растениеводства от прогнозируемой более высокой уязвимости к воздействию вредителей и болезней.

2.5 Водные ресурсы

Анализ данных наблюдений за параметрами водных ресурсов суши свидетельствует о том, что изменения климата существенно влияют на гидрологический цикл. Изменения сумм атмосферных осадков и их внутригодового распределения, продолжительности и мощности снежного покрова оказывают определяющее влияние на формирование речного стока, влагосодержания почвы, уровня озер и в целом на водные ресурсы территорий.

Современные изменения климата формируют существенные изменения режима увлажнения, поскольку наряду с увеличением годовых сумм осадков значительные изменения наблюдаются в сезонном распределении осадков и в изменении типа осадков

За последние 25–30 лет ХХ века в высоких широтах значительно увеличилась доля жидких осадков в холодное время года. Увеличение количества зимних осадков, выпадающих на верхнюю кромку снега в виде дождя, ускоряет таяние снежного покрова и увеличивает риск наводнений. Такие процессы за последние 50 лет наиболее интенсивно развиваются в северо-западных областях РФ, в том числе на территории Ленинградской области. Оценка произошедших изменений стока рек Ленинградской области показала, что основной особенностью современных изменений годового и сезонного стока на реках (Вуокса, Луга, Нарва, Нева, Сясь) является увеличение в последние десятилетия зимнего стока. Выявлены положительные тренды зимнего стока, которые являются значимыми при доверительной вероятности 95%. Выполненный анализ многолетней динамики основных гидрологических характеристик рассматриваемых рек позволил выявить изменения, произошедшие во второй половине 70-х годов. Выявленные положительные аномалии годового стока рек пока не дают основания делать вывод о направленных систематических изменениях в многолетних колебаниях водных ресурсов. Результаты статистических расчетов свидетельствуют о том, что происходящие изменения находятся пока в пределах естественной изменчивости. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что увеличение меженного, прежде всего зимнего стока рек Ленинградской области является наиболее выраженной реакцией на потепление последних десятилетий. На зарегулированных реках Неве и Вуоксе климатические изменения проявились в небольшом снижении зимнего стока.

Это свидетельствует отчасти о существенном изменении в последние годы условий формирования стока в результате увеличения подземной и уменьшения поверхностной составляющей, а также о снижении неравномерности внутригодового распределения стока [24]. В целом за год, в последние 20–25 лет отмечается повышенная фаза водности.

Вероятно, среди причин увеличения годового стока рек на территории области основной является увеличение зимних осадков, а другой причиной в зимний период, является повышение температуры зимой и увеличение повторяемости зимних оттепелей. Последнее приводит к уменьшению глубины промерзания почвы. В результате этих процессов значительно увеличивается влагосодержание деятельного слоя почвы и усиливается питание подземных вод, в результате чего происходит повышение их уровня, которое уже к началу 1990-х годов достигло 50–130 см.

Несмотря на то, что в большинстве бассейнов рек Ленинградской области наблюдаются положительные тренды годового стока, экстраполировать эти тренды на будущее не представляется возможным.

Несмотря на то, что в большинстве бассейнов рек Ленинградской области наблюдаются положительные тренды годового стока, экстраполировать эти тренды на будущее не представляется возможным.

Увеличение по территории области средней годовой температуры воздуха и наиболее значительный рост зимних температур окажут значительное влияние не только на водность рек, но и на изменение запасов пресной воды, на судоходность и ледовый режим крупных озер и внутренних водоемов.

Анализ ожидаемых изменений климата и стока рек позволяет заключить, что Ленинградская область не входит в число регионов РФ, где ожидается уменьшение водных ресурсов, водообеспеченности населения и существенного увеличения антропогенной нагрузки на водные ресурсы.

 

Огромные запасы пресной воды сосредоточены в крупнейших озерах России, Ладога, Онега и Ильмень, которые служат не только источником питьевой воды для огромной территории, включая Ленинградскую область, но имеют большое хозяйственное значение для судоходства и рыбного хозяйства. Изменения климата оказывают существенное влияние на уровень этих озер и водохранилищ.

Естественные и антропогенные изменения климата и природной среды в последние десятилетия формируют новые тенденции режима уровня воды озер, которые интегрируют изменения водных ресурсов обширных территорий. Озера России являются важным источником пресных вод, значение которых для населения и экономики страны трудно переоценить. Наибольшие запасы озерных вод приурочены к бассейнам крупнейших рек России (р. Нева). Объем воды в крупнейший озерах Европы Ладожское, Онежское и Ильмень более 1,1 км3 . 

Анализ внутривековых изменений среднего годового уровня Ладожского озера показал наличие устойчивого отрицательного линейного тренда, в том числе и в последние 25 лет. Уровенный режим Онежского озера, второго по величине озера Европы, формировался в естественных условиях до 1951 г., когда была построена Верхне- Свирская ГЭС. Средний годовой уровень Онежского озера за период естественного режима 1884-1951 гг. был равен 0,96 м (над «0» графика), а в 1953 - 2005 гг. составил 1,31 м.

Максимальный средний годовой уровень наблюдался в 1904 (1,53 м), а также в 1903, 1924 гг. (1,47 м). Минимальный уровень Онежского озера (0,23 м) был зарегистрирован в 1940 в году, когда наблюдалось также самое низкое стояние уровня Ладоги. После строительства ГЭС уровень воды Онеги не опускался ниже 0,84 м, а максимальный средний годовой уровень в 1962 г. на 10 см превысил значение 1904 г. Таким образом, в результате строительства ГЭС амплитуда колебаний среднего годового уровня воды Онежского озера сократилась с 1,30 м до 0,79 м. Тем не менее, данные наблюдений за уровнем озера показали снижение его уровня в период 1981-2005 гг.

Расчеты с помощью большинства МОЦАО указывают на то, что в XXI веке повышение температуры воздуха наиболее значительно зимой. Прогностические оценки суммы осадков в силу их большей пространственной и временной изменчивости обладают большей степенью неопределенности, поэтому однозначных тенденций на перспективу пока нет. Однако практически все модели предсказывают значительные изменения в гидрологическом цикле при развитии процесса глобального потепления, и увеличение осадков в высоких и умеренных широтах. Результаты расчетов по некоторым моделям указывают на значительное увеличение повторяемости экстремальных осадков и увеличение риска наводнений. [9].

Перспективные оценки вероятности и параметров наводнений основываются на учете многих факторов. Важнейшими из них являются количество, распределение и интенсивность выпадения атмосферных осадков, запасы воды в снежном покрове и интенсивность снеготаяния в бассейнах рек. Этот вывод необходимо учитывать для большей части территории при оценках риска опасных наводнений в будущем при весенних и весенне-летних половодьях на больших и средних реках, в том числе с образованием ледовых заторов, и вероятности наводнений при дождевых паводках на малых и средних реках.

Большую опасность представляют прогнозируемые конвективные осадки и дождевые паводки редкой повторяемости на малых водосборах площадью 25–50 км2 и менее. Дождевые паводки в летне-осенний период приводят к затоплению сельскохозяйственных угодий, наносят значительный ущерб, снижая урожайность возделываемых культур, а зачастую приводя к их гибели.

Водные ресурсы Ленинградской области составляют 91,4 км3 /год. Приток составляет 88,8 км3 /год, остальное- местный сток [25]. В колебаниях водных ресурсов выделяются периоды (группировки лет) различной водности и продолжительности. Наиболее важными для отраслей хозяйства являются оценки группировок маловодных лет, поскольку они являются лимитирующими для водоснабжения. В колебаниях водных ресурсов Ленинградской области наблюдаются группировки маловодных периодов от 2 до 7 лет. Значения изменения водных ресурсов в процентах от среднего многолетнего значения колеблются от 58 до 75%.

Показатели удельной природной водообеспеченности имеют большое значение при разработке схем размещения хозяйственных объектов и объектов инфраструктуры, при планировании использования и охраны водных ресурсов, водоотведения и других мероприятий. Наибольшие различия эти показатели имеют в маловодные и многоводные годы, для Ленинградской области этот показатель отличается в 22 раза.

В Ленинградской области наблюдалась следующая структура водных ресурсов: суммарный водозабор за год составляет 1,38 км3 /год, использование на коммунально- производственные нужды − 1,36 км3 /год, на сельскохозяйственные (орошение) −0,003 км3 /год. При этом безвозвратное водопотребление составляет до 2%.

Анализ местных водных ресурсов за период 1985-2005 гг. по сравнению с периодом 1936-1984 гг. показал незначительное их уменьшение на 1,3%. Согласно прогностическим оценкам [В.р.] к 2020 г. предполагается уменьшение водопотребления на северо-западе ЕТР на 20% относительно 2005 года и сокращение безвозвратного водопотребления, что возможно при развитии мер экономии и учета воды.

По оценкам [9] в целом для территории России следует ожидать увеличения возобновляемых водных ресурсов на 8–10%, и водообеспеченности на одного жителя на 12–14%. Увеличение произойдет на большей части территории России, включая северо- запад ЕТР

 

2.6 Финский залив Балтийского моря

Морские акватории, особенно сильно вдающиеся в сушу, как Финский залив Балтийского моря, оказываются под влиянием воздушных масс континентального и морского происхождения. Анализ температуры воздуха в бассейне Финского залива выполнен по наблюдениям в Ленинградской области, Финляндии и Эстонии. Станции имеют ряды наблюдений с конца 19 века и на рисунке 26 приведена средняя годовая температура воздуха в бассейне Финского залива за весь период наблюдений. Из графика видно, что с конца 80-х годов 20 века наблюдается монотонный рост средней годовой температуры воздуха. Положительные тенденции отмечены во все месяцы года за последние 30 лет, причем, наибольшие −зимой, а наименьшие− летом (не значимы). Причем в летние месяцы наблюдается уменьшение скорости потепления в начале 2010-х годов в июле и августе. 

Рост температуры, особенно в зимние месяцы приводит к изменению ледовых явлений на Финском заливе и изменению температуры поверхности воды. В перспективе на середину 21 века предполагается значительное увеличение температуры воздуха и поверхности воды.

На основе региональной модели, разработанной в Швеции, получены оценки изменения температуры воды во второй половине столетия [26]. Согласно оценкам по этой модели, средняя температура за период климатической нормы 1961-1990 гг. составляет 6,5-7,0°С в северной части акватории и 7,0-7,5°С на остальной акватории. Ожидаемый рост средней годовой температуры составит от 2 до 3°С, зимой температура увеличится в центральной части на 2-3°С и несколько меньше на севере, у берегов Финляндии. Наименьшие изменения предполагаются летом, примерно на 1,5-2,5°С, наибольший- весной и осенью-до 3,5°С.

Изменения термического режима воздуха и воды, продолжительности теплого периода года на 7-10 дней приводят к удлинению периода биологического лета, с температурой воды более 10°С. Эти изменения приводят к сокращению периода ледостава на Финском заливе. Весной этот период в значительной степени определяется вскрытием льда на Неве и, затем, на Ладожском озере. При этом прослеживается тенденция уменьшения периода ледостава за все последние 50 лет в среднем на 10-15 дней, и на 2-10 дней сократилась продолжительность ледостава на крупнейших озерах Европы – Ладожском и Онежском.

 а) средняя годовая температура воздуха; б-д) средняя месячная температура воздуха (черная линия) и пятилетнее скользящее среднее (красная линия)

а) средняя годовая температура воздуха; б-д) средняя месячная температура воздуха (черная линия) и пятилетнее скользящее среднее (красная линия)

а) средняя годовая температура воздуха; б-д) средняя месячная температура воздуха (черная линия) и пятилетнее скользящее среднее (красная линия)Рисунок 26 − а) средняя годовая температура воздуха; б-д) средняя месячная температура воздуха (черная линия) и пятилетнее скользящее среднее (красная линия)

Другим важным следствием роста температуры воздуха является в последние два десятилетия уменьшение максимальной толщины льда в среднем на 2-10 см по сравнению с предшествующим 30-летним периодом. Ожидается, что в XXI веке температура воздуха в приповерхностном слое атмосферы в бассейне Балтийского моря будет продолжать повышаться относительно современного уровня [27,28]; перспективные оценки, основанные на региональных моделях, указывают на то, что увеличение средней температуры составит от 3 до 5°С во всем бассейне в течение столетия. В большей степени потепление проявится в восточной и северной частях Балтийского моря в зимние месяцы и в южной части моря — в летние. К концу XXI века это может привести к удлинению вегетационного периода на 20–50 суток в северных районах.

Ожидается, что средняя температура поверхности Балтийского моря также увеличится, что приведет к значительному уменьшению площади морского льда в течение зимы. Наиболее выраженными эти уменьшения будут в Финском заливе.

Длительность ледового сезона уменьшится до 1–2 месяцев в северной части Балтийского моря. Ожидаются также изменения количества осадков как в сезонном, так и в географическом их распределении. В частности, возможно увеличение годовой суммы осадков и зимние осадки увеличатся в большей степени, чем летние.

В связи с наиболее вероятным дальнейшим потеплением климата и, особенно, сохранением положительных трендов зимних температур воздуха в течение ближайших десятилетий, можно ожидать продолжения тех тенденций в изменениях ледового режима, которые были установлены для двух последних десятилетий прошлого века. Анализ использования данных о ледовом режиме в прикладных целях показал, что установленные изменения характеристик ледового режима могут иметь как положительные, так и отрицательные последствия для различных отраслей экономики.

Таким образом, задача адаптации различных отраслей экономики к разнонаправленным последствиям изменения ледового режима достаточно многогранна. Например, продление периода самостоятельного плавания за счет сокращения сроков ледостава увеличивает грузооборот флота, но для Финского залива грузоперевозки также определяются сроками и условиями прохода по Неве. Наиболее серьезные последствия прогноза изменений ледового режима можно ожидать для двух основных отраслей экономики – судоходстве и транспортном строительстве

Среди положительных последствий сокращения периода ледостава - увеличение навигационного периода, сокращение сроков работы ледоколов, повышение рыбопродуктивости, снижение заморов рыбы, более благоприятные условия для водоплавающих птиц. Уменьшение максимальной толщины ледяного покрова благоприятно в целях экономии расходов на работу ледокольного флота и на мероприятия по разрушению льда весной при заторных наводнениях. Существование морских экосистем существенно зависит от абиотических, в том числе и от климатических факторов: солнечной радиации, взаимодействия моря с атмосферой, гидрологических, оптических свойств воды, ледовых, гидрохимических условий. Изменения морских экосистем происходят под влиянием естественных и антропогенных факторов. Современные изменения климатических параметров повлияли на морскую среду, в первую очередь на температуру и cоленость воды и, следовательно, на пространственное распределение гидробионтов. Уязвимость северных морских экосистем к изменению климата обусловлена их особыми свойствами, в частности, специфическим световым режимом, значительными сроками ледового периода, низкой температурой воды, короткими пищевыми цепями. 

Микробиологические показатели отличаются быстрой реакцией на изменения среды. Формирование бактериальной микрофлоры тесно связано с динамикой водных масс, температурным и кислородным режимами. Повышение температуры стимулирует метаболические процессы бактерий. Однако анализ долгопериодных исследований бактериопланктона в открытой части моря показал, что его концентрация за 1976–2000 гг. уменьшилась [9]. Изменение температуры воды воздействует на развитие разных групп фитопланктона неодинаково. Планктонные диатомовые микроводоросли массово развиваются при температуре, немного превышающей температуру таяния льда, и ингибируются при значительном повышении температуры. Синезеленые микроводоросли, напротив, формируют устойчивое “цветение”при температуре, превышающей 16°С. Значительное потепление может изменить видовой состав фитопланктона. Потепление ингибирует развитие холодноводных видов, главным образом диатомей, но благоприятно для тепловодных видов, таких как токсичные цианобактерии Nodularia spumigena [9]. На “цветение” цианобактерий климатические факторы могут влиять сильнее, чем эвтрофикация. Наиболее значительные изменения фитопланктона отмечены в заливах Балтийского моря.

Период вегетации планктонных водорослей расширился, весенний и летний максимумы сместились к более ранним датам примерно на три недели. На рубеже ХХ и XXI веков существенно увеличилось видовое разнообразие фитопланктона, главным образом, за счет зеленых водорослей [9]. Климатические факторы влияют также на зоопланктон Балтийского моря. Уменьшение солености и повышение температуры привели к уменьшению доли видов, приспособленных к высокой солености и низкой температуре, например холодноводного Pseudocalanus elongatus, и к увеличению доли тепловодных форм. Увеличение доли фитофагов в 1960–1980-е годы в 1990-е годы сменилось ростом доли эврифагов в 2,5 раза — эвритермных и эвригалинных Acartia spp. [27]. В конце 1990-х — начале 2000-х годов биомасса зоопланктона была больше, чем в предыдущие годы, в 1,7 раза зимой и в 11,4 раза летом.

Изменение гидрологической среды в заливе под влиянием климатических и других факторов привело к успешному вселению целого ряда видов из других мест обитания [9]. За последние 20 лет в Финский залив проникли три понто-каспийских вида, ставшие в настоящее время массовыми: моллюск Dreissena polymorpha (Pallas), амфипода Pontogammarus robustoides (Sars) и кладоцера Cercopagis pengoi (Ostroumov). Недавний вселенец — рачок C. pengoi, способный переживать низкотемпературный период года, — был впервые обнаружен в северной Балтике в 1992 г. Для акклиматизации C. pengoi в Балтийском море был необходим продолжительный период оптимальной для этого вида температуры, который, по всей видимости, установился в 1990-е годы. В 2000 г. в восточной части Финского залива был впервые обнаружен понто-каспийский ветвистоусый рачок Evadne anonyx. За 2000–2004 гг. численность этого вида увеличилась на порядок. В 2003 г. в восточной части Финского залива был впервые обнаружен азовоморский ветвистоусый рачок Cornigerius maeoticus maeoticus [28].

В последние десятилетия отмечаются изменения в ихтионофауне, птицах и млекопитающих Финского залива. Отсутствие с 1986–1987 гг. суровых зим и связанные с этим благоприятные температурные условия для выживаемости икры способствовали высокому репродуктивному успеху балтийского шпрота в течение 1990-х годов [26,27].

Изменение климата оказывает влияние на популяции морских птиц, меняя области их распространения, численность, признаки и особенности видов, время и пути миграции. Прямые воздействия изменения температуры на воспроизводство популяций включают сокращение источников корма, ненормальное развитие эмбрионов и увеличение смертности птенцов. Огромные (численностью более 10 млн.) популяции зимующих водных птиц особенно чувствительны к изменениям условий зимы. Анализ числа зимующих птиц среди прибрежных видов, таких как лебедь-шипун, хохлатая чернеть, обыкновенный гоголь, большой крохаль, в 1987–2002 гг. обнаружил широкомасштабный сдвиг распределения ядра популяций с юга на север. Основная часть зимующих птиц — бентосоядные и растительноядные виды. Изменение области их распространения к северу может изменить продукцию бентоса в северной части Балтийского моря. В начале 1990-х годов весенняя миграция птиц в целом начиналась раньше при том, что межвидовые и внутривидовые различия в сроках миграции были значительными.

Фауна морских млекопитающих Балтийского моря и Финского залива является подразделением умеренной североатлантической (субарктической) и арктической морской фауны. В Балтике обитает один вид китообразных — морская свинья — и три вида тюленей: обыкновенный тюлень, серый тюлень и кольчатая нерпа. Все эти виды зависимы от климата. Популяция кольчатых нерп в Балтике насчитывает около 5500 животных. Для выращивания детенышей кольчатые нерпы на льду сооружают норы из снега для защиты щенков от хищников и низкой температуры. Если для построения норы снега недостаточно, щенки рождаются на открытом льду, что снижает их выживаемость. Популяция серого тюленя — наиболее массового вида тюленей в Балтийском море — насчитывает около 18 000 особей. Излюбленные места обитания серых тюленей — дрейфующие льды, островки и шхеры. Смертность щенков у тюленей, размножающихся на земле, значительно выше, чем у воспроизводящихся на льду. Щенки, рожденные на снежном льду, имеют существенно больший средний вес перед началом линьки, что служит важным фактором выживания в первый год жизни.

Потепление вод Финского залива в 2014 году стало причиной не только увеличения популяции инвазивных видов, прибывших в водоем в 2004–2008 годах, но и вселения новых, ранее не замеченных представителей водной фауны. Шестилетний мониторинг акватории Финского залива показал наличие в Балтийских водах 45 чужеродных видов.

2.7 Природные экосистемы суши Ленинградской области

Наиболее важными последствиями воздействия современных изменений климата на естественные и культурные природные сообщества являются изменения в наступлении и численность популяций. Эти последствия для природы, отражающие изменения термического режима и увлажнения, являются природными индикаторами современных изменений климата. Такие процессы, как распускания листьев деревьев и кустов, начало цветения в значительной степени определяются климатической зоной, а их вариации зависят от межгодовых колебаний гидрометеорологических условий. Наиболее зависимы от метеорологических условий процессы вегетации и их фазы у растений и холоднокровныхживотных, менее зависимы теплокровные животные. Для теплокровных животных помимо влияния климата и погоды большое значение имеет среда обитания и ее изменения, кормовая база и другие процессы.

В последние годы внимание к многолетним фенологическим рядам как источникам информации о межгодовой изменчивости состояния популяций и экосистем в связи с межгодовой изменчивостью метеорологических величин существенно возросло как в России, так и в мире. В качестве фенологических индикаторов изменения климата используются даты начала цветения растений, сдвиг сроков которых в сторону более ранних дат во второй половине XX века в умеренных широтах северного полушария составил 6–7 суток и более [9]. Так даты распускания листьев у березы бородавчатой Betula pendula Roth смещаются более ранние сроки на 7-8 суток, что отражает изменение срока перехода температуры через 5°C весной.

Это хорошо согласуется с другим надежным показателем фенологических событий для растений, а именно с продолжительностью вегетационного периода. Как показал анализ аномалий и трендов изменения температуры воздуха на территории Ленинградской области, в среднем увеличение продолжительности вегетационного периода составило 11 суток за счет более раннего наступления вегетации весной (5-10 сут.) и более позднего ее завершения осенью (3-5 сут.). При анализе данных до 2000 года, основной вклад в изменение продолжительности теплого и вегетационного периода вносила весна, тогда как осенью переход температуры через 0°C имел тенденцию к более ранним датам, за счет похолодания в осенние месяцы. В последнее десятилетие осенью наблюдается повсеместный рост температуры воздуха.

Основными факторами, определяющими распространение древесных пород, являются климат и плодородие почвы. Климат влияет на производительность лесов и разнообразие лесной флоры и фауны, направленность и динамику нежелательных сукцессий, гидрологический режим, устойчивость лесных биогеоценозов к неблагоприятным природным и антропогенным факторам. Границы распространения древесных пород определяются крайними значениями количества тепла и влаги, а оптимальные их значения обусловливают наиболее высокое качество и продуктивность древостоев. Изолинии максимального прироста естественных древостоев проходят в подзоне хвойно-широколиственных лесов. Наибольшее хозяйственно-экономическое значение имеют хвойные леса. Продуктивность естественных хвойных лесов максимальна в зонах южной тайги и смешанных лесов, в том числе в Ленинградской области.

Основные изменения породного состава в настоящее время отмечаются на границе тайга-тундра и степь-лес. Обе эти границы не затрагивают Ленинградскую область. В настоящее время достоверных опубликованных данных о смещении зон южной тайги и подтайги на территории области не обнаружено.

Ожидаемое изменение климата приведет в целом к повышению продуктивности бореальных лесов продолжаться отмечаемое уже сейчас общее повышение пожарной опасности в лесах и на торфяных болотах. В ближайшее десятилетие для большей части территории увеличение числа дней с пожароопасной обстановкой составит до пяти дней за сезон.

Климатические ресурсы для лесного хозяйства, рассчитанные на основе специализированных климатических показателей (БКП, показатель пожароопасности, повторяемость скорости ветра более 15 м/с и температуры воздуха ниже –30 °С) и с использованием нормализованного дифференциального вегетационного индекса по ансамблю климатических моделей для двух периодов 1940-2003 гг. и 2041-2060 гг. приведены в [29] в виде карт, из которых следует, что заметных изменений не произойдет.

Границы растительных зон будут в основном сдвигаться к северу. Из-за изменения уровня грунтовых вод во многих лесных областях (в том числе на северо-западе России) во все больших масштабах будет отмечаться нарушение экологического равновесия, вытеснение одних биологических видов другими. В частности, возможна частичная замена хвойных пород лиственными.

В настоящее время достоверных оценок замещения хвойных пород лиственными не существует. Однако, увеличится вероятность массового размножения вредителей леса, а ожидаемое повышение повторяемости сильных ветров может привести к более частым буреломам.

 Выполнен анализ статистических данных по лесообразующим породам Ленинградской области [31,32]. По данным учета на 01.01.98 г. основными лесообразующими породами являются сосна, ель, береза, осина, также, как и в последующие, до 2013, годы. В структуре запасов древесины лесного фонда Федеральной службы лесного хозяйства Ленинградской области сосна составляет 36%, ель – 29, береза – 26, осина – 7%. На рисунке 27 показана динамика покрытых лесом площадей по преобладающим породам, из чего следует, что никаких изменений в породном составе не наблюдается. Изменения площади под осиной с 336,7 тыс. га в 2009 г. до 355,1 тыс. га в 2013 г. (примерно 5%) не позволяют сделать вывод об увеличении доли лиственных пород.

  Породный состав лесного фонда, на начало года, тыс. га

Рисунок 27 — Породный состав лесного фонда, на начало года, тыс. га

В 2020–2030 гг. заметных сдвигов в положении экотонов не будет. Изменения коснутся внутренней структуры сообществ, причем в первую очередь они проявятся в составе подроста деревьев и кустарников и в составе трав. В зоне бореальных лесов, в подзоне темнохвойной тайги из-за угнетения более холодолюбивых видов в коренных ценозах в подросте увеличится численность березы и осины. В подзоне хвойно- широколиственных лесов климатические условия станут более благоприятными для широколиственных пород, в частности дуба черешчатого, и их участие в подросте увеличится. В коренных фитоценозах появятся береза и осина. Вблизи южной границы подзоны уменьшится ценотическая роль ели [9].

В середине столетия в бореальной подзоне лесной зоны возможно начнется проникновение более термофильных растений (преимущественно трав) на север. В подзоне хвойно-широколиственных лесов усилится роль широколиственных пород. На юге подзоны ель будет испытывать угнетение из-за повышения температуры зимой. В составе коренных лесных ценозов заметную роль будут играть береза и осина. Однако, вероятно, продвижение границы леса к северу не превысит 20–30 км, учитывая малую скорость расселения древесных пород.

Особый интерес для оценки влияния изменения климата представляют экосистемы заповедников и особо охраняемых территорий, так как заповедники расположены в зонах минимального антропогенного влияния. Экосистемы заповедников, а так же другие биотические и абиотические системы, в том числе водные объекты, являются фоновыми или эталонными, их можно использовать для сравнения с системами, объектами, природной средой, находящейся в зоне антропогенного прямого или косвенного воздействия. Непосредственное хозяйственное воздействие (вырубка леса, охота, хозяйственная деятельность, свалки, строительство и т. д.) на территориях, подверженных антропогенному влиянию, является мощным фактором, маскирующим климатический сигнал, а на территории заповедников эти факторы либо отсутствуют, либо их действие сильно ограничено, либо находится под контролем. 

Кроме того, заповедники обычно расположены на репрезентативных территориях, сохранивших естественные (основные) характеристики, признаки, элементы их экосистемы. Это позволяет надеяться, что изменения состояния экосистем заповедников происходят только под воздействием климата и типичны для конкретного региона.

Изучение механизма влияния климата на редкие или находящиеся под угрозой исчезновения виды растений и животных может помочь сохранению этих видов, что является одной из основных функций заповедных территорий.

Особо охраняемые природные территории (ООПТ) представляют собой участки земли, водной поверхности и воздушного пространства над ними, где располагаются природные комплексы и объекты, которые имеют особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значения, которые изъяты решениями органов государственной власти полностью или частично из хозяйственного использования и для которых установлен режим особой охраны.

Целью создания ООПТ является сохранение типичных и уникальных природных ландшафтов, разнообразия животного и растительного мира, а также охрана объектов природного и культурного наследия. Они находятся под особой охраной. Особо охраняемые природные территории относятся к объектам общенационального достояния.

В Ленинградской области с 1980 года действует Нижне-Свирский государственный природный заповедник, созданный с целью сохранения природных комплексов Южного Приладожья. Площадь заповедника 41,4 тысячи гектаров, в том числе покрытая лесом - 19,8, лугами - 0,3, занятая водоемами - 5,7 тысячи гектаров. По данным ежегодного учета (с 2001 г. по 2009 г.) в охраняемой зоне в естественных природных условиях находятся: 44 вида животных, 262 вида птиц, 43 вида рыб и 1363 вида растений. Данные представленные на сайте заповедника в настоящее время (http://www.n-svirsky.ru) различаются на 1 вид млекопитающих и уменьшение видов рыб. В публикациях сотрудников Нижне-Свирского государственного заповедника информации, подтверждающей изменение биоразнообразия не обнаружено. Растительный и животный мир заповедника типичен для подзоны средней тайги и отличается большим богатством и разнообразием.

В лесах заповедника обычны: лось, медведь, кабан, волк, бобр, барсук, норка, лисица, лесная куница, заяц, белка, глухарь, тетерев, белая куропатка, рябчик. Водоёмы заповедника являются местами нерестилищ и нагула многих видов рыб. Наиболее распространены: лещ, судак, окунь, щука, жерех, плотва, уклея и др.

Ожидаемые изменения климата могут изменить природную среду заповедных территорий. Значительная часть заповедников, расположенных в лесной зоне, оказывается уязвимой при изменении климата вследствие, прежде всего, чувствительности сообществ растений. Повышение температуры на 1°С (а возможно на еще большую величину) может заметно изменить их состав и функционирование фитоценозов [9]. В особо уязвимом положении оказываются некоторые виды крупных животных, обитающие в лесах, и почти 9% видов деревьев, которые уже подвержены в той или иной степени риску исчезновения [9]. Дополнительное изменение климата может оказаться критическим для них.

Отношения в области организации, охраны и использования особо охраняемых природных территорий в целях сохранения уникальных и типичных природных комплексов и объектов, достопримечательных природных образований, объектов растительного и животного мира, их генетического фонда, изучения естественных процессов в биосфере и контроля за изменением ее состояния, экологического воспитания населения регулирует Федеральный закон «Об особо охраняемых природных территориях».

2.8 Экстремальные метеорологические явления

Изменения климата в последние десятилетия существенно различаются в разных регионах, но общая тенденция свидетельствует о росте температуры воздуха и изменениям сумм осадков. На фоне изменения климата наблюдаются изменения в экстремальных метеорологических явлениях, таких как минимальная температура воздуха, продолжительность периода с низкой температурой, максимальная температура воздуха и продолжительность периода, сильные ливни, сильный ветер.

Эти экстремальные явления становятся опасными гидрометеорологическими явлениями при определенном значении и продолжительности. Так, при температуре ниже -35°С или выше 35°С в течение 5 дней эти явления становятся опасными.

Такие экстремальные значения температуры воздуха не наблюдались на территории области по средним месячным значениям, однако среди абсолютных значений, (наблюдаемых в отдельные сроки) такие температуры выявлены.

Самым холодным является декабрь, для всех станций в этом месяце отмечены рекорды минимумов температуры, на 7 станциях они были ниже -35°С. Анализ абсолютных минимумов температуры показывает, что за период климатической нормы ВМО 1961-1990 гг. отмечено только несколько случаев сильного мороза -35°С. За весь период наблюдений (с 1881…1936 гг. до настоящего времени) ни для одной станции средний из абсолютных минимумов не был меньше -34 °С. В таблице 2.1 представлены данные о числе дней с минимальной температурой ниже экстремальных значений. За период в последние 30 лет их число уменьшилось.

Важной характеристикой сильного мороза является его продолжительность, особенно непрерывная, однако данные таких наблюдений практически отсутствуют. Для западной части области средняя непрерывная продолжительность мороза -25°С составляет в январе и феврале 9 -12 часов, а максимальная до 100 часов

Экстремально высокая температура воздуха (не менее 35ºС в течение более 5 суток) наблюдается редко и средняя непрерывная продолжительность периода с температурой выше 25°С отмечается от 7 до 15 часов (июнь-июль) и от 6 до 16 часов в августе.

Экстремальные значения скорости ветра не менее 25 м/с, (включая порывы), на территории области наблюдаются редко и почти во всех случаях на побережье Финского залива или Ладожского озера.

По данным станций только на острове Гогланд наблюдаются скорости близкие к шквалистому ветру: в январе и декабре скорость ветра 28-34 м/с и порывы до 40 м/с. В Выборге при скорости 20 м/с были зарегистрированы порывы до 29 м/с в январе, марте, июле, октябре и декабре. На Ладожском побережье (мс Свирица) порывы до 29-30 м/с отмечены в январе и августе. В Тихвине порывы зафиксированы в январе 30 м/с, а на побережье Финского залива (Кингисепп) порывы 29 м/с (август-сентябрь и ноябрь). Характерно, что порывы в 2 раза превышают максимальную скорость ветра (сильный ветер) и 5-10 раз превышают среднюю скорость ветра для конкретных станций.

Экстремальные осадки (сильные ливни и снег) - явления единичные и за период климатической нормы число случаев ни для одной станции не превышает 2. Анализ среднего максимального суточного количества осадков показал, что такие суммы осадков (не менее 50 мм за период не более 12 часов) редко выпадают даже за сутки и по многолетним данным максимальных суточных сумм за период климатической нормы наблюдались в июле в Выборге (76 мм в 1967 г.), в Свирице (73 мм в 1967 г.).

Снегопады, когда выпадает не менее 20мм за период не более 12 ч. создают большую снеговую нагрузку на крыши зданий, затрудняют работу транспорта и т.д. Число случаев таких снегопадов не велико, чаще они наблюдаются на западе области. Самое большое количество сильных снегопадов зафиксировано для мс Сосново- в феврале, ноябре, декабре и апреле, по одному случаю. На территории области выпадают продолжительные сильные дожди, которые длятся не более 12 часов. Так, в Новой Ладоге 5 сентября 2000 года наблюдался сильный дождь, когда в течение 9 ч. 23 мин выпало 61 мм осадков, что примерно соответствует месячной норме осадков. 

При изменении климата меняется не только среднее значение параметра, но и его дисперсия, характеризующая разброс значений вокруг среднего. Это учитывается при построении перспективных оценок. Анализ возможного изменения экстремальности климата в работе [7] выполнен по значениям процентилей вероятностных функций распределения значений температуры и суммы осадков для последних десятилетий ХХ и ХXI веков. Основные перспективы изменения экстремальности для исследуемого региона совпадают с наметившимися тенденциями последних десятилетий, а именно: существенно уменьшится повторяемость экстремально низкой температуры зимой, при этом уменьшится диапазон изменчивости среднесуточной температуры; летом возможно увеличение диапазона изменчивости среднесуточной температуры, что связано с увеличением повторяемости экстремально высокой температуры воздуха. К концу XXI века диапазон изменчивости суточной суммы осадков в зимний сезон увеличится, тогда как уменьшится годовая сумма осадков. Интенсивность осадков может увеличиться на 0,25 мм в сутки, или примерно на 10%; число суток с сильными осадками увеличится с 26–27 до 30–31%

Среди последствий экстремальных метеорологических явлений, такие явления, как засухи, наводнения и лесные пожары, являются наиболее значимыми по площади распространения и значительному экономическому ущербу.

Засухи характерны для многих зернопроизводящих регионов страны, однако приурочены в основном к черноземной зоне России, это относится как к атмосферным засухам, так и к почвенным. Ленинградская область относится к области достаточного и избыточного увлажнения и засуха является очень редким явлением. Засухи 1972 и 2002 гг., охватившие значительную части ЕТР, затронули Ленинградскую область в меньшей степени.

 Однако при развитии процесса потепления прогностические сценарии не исключают возможность роста экстремально высокой температуры воздуха (волны тепла), и уменьшения влагосодержания почвы. Оба эти процесса, особенно если они возникают в комплексе, могут привести к возникновению засух. 

Для Ленинградской области одним из неблагоприятных гидрометеорологических явлений является наводнение. Наводнение — это экстремальное гидрологическое явление, возникающие при отклонениях гидрологических характеристик реки, озера, водохранилища, моря от средних многолетних значений. Причинами наводнений могут быть экстремальные метеорологические явления, ливневые или продолжительные осадки большой продолжительности, интенсивное снеготаяние при резком повышении температуры воздуха при адвекции теплой воздушной массы.

Наводнения на реках Ленинградской области могут быть вызваны прохождением высокой волны весеннего половодья, дождевого или снегодождевого паводка редкой повторяемости, заторами и зажорами льда, а также совокупным действием этих факторов. Наиболее распространенным типом наводнений являются наводнения, связанные с интенсивным таянием снежного покрова. Они приобретают катастрофический характер, если сочетаются с весенними дождями и обильным увлажнением почвогрунтов поздней осенью и в начале зимы. Возможны зимние наводнения при паводках от таяния снега в период оттепелей, которые длятся несколько дней.

Повторяемость интенсивных наводнений такого типа составляет примерно один раз в 10–25 лет. Зажорные и заторные наводнения (в первом случае — резкое сужение проходного русла из-за накопления льда, во втором — перегораживание водотока льдом) характерны для равнинных рек в весенний период. Зажорные подъемы уровней воды в реках, вызванные скоплениями шуги и внутриводного льда, несмотря на зимнюю межень, могут превышать в некоторые годы уровни весенне-летнего половодья. На 54 реках бассейна Невы и южного побережья Финского залива отмечаются заторные явления. На большинстве малых и средних рек заторные подъемы уровня воды не превышают 1,5 м, на некоторых реках бассейна Невы (Свирь, Сясь, Оять, Паша) случаются заторные подъемы до 3 – 4 м

Анализ данных о наводнениях, ущерб от которых был определен, за период 1991– 2005 гг., показал, что в Ленинградской области зафиксировано 14 наводнений [9].

Весеннее половодье на реках Ленинградской области начинается в конце марта - начале апреля и заканчивается в конце мая - начале июня, на востоке области во второй декаде июня. Период весеннего половодья длится в среднем 60-70 суток. Весенние максимумы наступают во второй и третьей декадах апреля. Подъем уровня рек в среднем составляют 2 - 4 м, а в годы с высоким половодьем 5 - 7 м. Самые значительные половодья, наблюдались в 1955 и 1966 годах. Подтапливались города Тихвин, Любань и Тосно.

В Ленинградской области также возникают подтопления прибрежных территорий на озерах, их причинами являются локальные эпизодические подъемы воды из-за особых метеорологических условий в течение нескольких предшествующих лет. Дополнительным фактором подъема воды на крупных озерах являются сгонно-нагонные явления (ветровые нагоны, сейши, длинные волны). Подъем воды при нагонах достигает 50-100 см, амплитуда сейшевых колебаний 10-15 см. При соответствующих условиях циркуляции (скорости и направлении ветра) эти подъемы накладываются на общий повышенный уровень воды в озере. Такие наводнения сопровождаются затоплением и подтоплением пониженных участков берега и долин рек, впадающих или вытекающих из озера. Отмечаются такие явления обычно в весенне-летний период и могут совпадать и усиливаться заторными явлениями на устьевых участках рек. Затопление происходит постепенно и приводит к длительному (60-80 сут. и более) стоянию высокой воды с колебаниями уровня.

Такие подтопления возникают на юге Ладожского озера (поселки Свирица, Новая Ладога, Кобона и др. в 1924 году затапливались на 5 месяцев, в 1955 году – на два месяца). В годы с высоким уровнем воды Ладожского озера в п. Свирица могут наблюдаться подтопления. Поселок Свирица (междуречье р. Свирь и р.Паша) находится в зоне подтопления в результате подъема уровня Ладожского озера. В 2005 г подтопление огородов длилось с мая до последней декады июля.

Вследствие различия сроков формирования основных фаз гидрологического режима в отдельных речных бассейнах, обусловленного разным временем «добегания» стока по руслам рек, в настоящее время не представляется возможным определить на перспективу внутригодовой речной сток для водосборов или отдельных территорий. В настоящее время для территории области и бассейнов малых рек не разработаны прогностические модели, а МОЦАО предназначены для оценок масштаба континента и полушария.

Анализ изменения климата за последние десятилетия показал, что имеются предпосылки для роста числа наводнений в Ленинградской области.

Основанием для ожидаемого роста количества наводнений являются выявленные современные изменения внутригодового распределения сумм атмосферных осадков, а именно, увеличение зимних осадков в виде дождя и смешанных осадков. Сравнение сумм осадков в период 1981-2010 гг. с нормой, показало увеличение осадков в январе, феврале и марте на всех станциях, кроме метеостанции Выборга, для которой в эти месяцы осадки уменьшились.

Важным фактором, который может привести к возникновению опасных явлений и наводнений в холодный период года, является повышение температуры в зимний период и, в результате, возникновение оттепелей. Анализ данных показал, что число дней с оттепелью увеличилось во все зимние месяцы на территории Ленинградской области в среднем на 2 дня. Кроме того, отмечается увеличение максимальной температуры в период оттепели. Наибольшие значения температуры наблюдаются при продолжительных оттепелях или «волнах тепла» зимой, когда наблюдается повышение максимальной температуры до 5-10.°С. Значения температуры в отдельные сроки достигают 10°С в декабре, 8 °С в январе и 7-8 °С в феврале. Именно продолжительные периоды теплой погоды зимой, а затем переход к отрицательным значениям, оказывают влияние на водные ресурсы поверхностных и подземных вод и являются наиболее неблагоприятным явлением практически для всех сфер жизни.

Выполненное исследование колебаний стока рек Ленинградской области (Отчет 2 этап, раздел 2) и тенденций его изменения, показало, что основной особенностью современных изменений годового и сезонного стока на реках Вуокса, Луга, Нарва, Нева, Сясь является увеличение в последние десятилетия зимнего стока. Тренды зимнего стока рек положительны и статистически значимы.

Кроме того, реки Ленинградской области значительно различаются условиями формирования годового стока, хотя основным стокоформирующим фактором является снеговое питание.

Закономерности в сроках вскрытия и замерзания по длине реки Вуоксы не наблюдается. Порожистые участки не замерзают в течение всей зимы; на них образуются только забереги и ледяные перемычки между выступающими из воды камнями. Замерзание плесов обычно происходит в ноябре-декабре. Вскрытие наступает в среднем в конце апреля – начале мая. Для реки Вуоксы характерны резкие подъемы уровня воды, обусловленные зажорами и заторами на суженных участках реки. В последние десятилетия отмечается увеличение стока летом и осенью (8%).

Реки Сясь и Тихвинка вскрываются во второй половине апреля. На обеих реках в нижнем течении при замерзании образуются зажоры, а при вскрытии - заторы льда. Зажоры формируются ниже порожистых участков. Толщина льда в зажорах достигает 1 м, а в заторах - 4 м, поэтому последним соответствуют и бóльшие подъемы уровней: до 8 м над меженным уровнем (р.Сясь.- с.Колчаново). Подпор от заторов в устье распространяется на расстояние до 20 км. Повторяемость заторов льда на различных участках рек находится в пределах от 13% до 60%. Для этих рек выявлена тенденция роста максимальгого стока и уменьшения годового стока

На реке Луга отмечается тенденция увеличения годового стока и уменьшения, хотя и незначительное, весеннего стока и уменьшение максимального стока.

Таким образом, на фоне глобального потепления, в перспективе сохранения его тенденции, возможно увеличение зимнего стока на ряде рек, увеличение максимального стока на некоторых реках, и повышение повторяемости зажорных и заторных явлений, для рек, где эти процессы наблюдаются в настоящее время. Именно увеличение максимального стока, возможное увеличение стока летом, ледовые явления могут приводить к возникновению подтоплений и наводнений.

Расчеты с помощью большинства МОЦАО указывают на то, что в XXI веке повышение температуры воздуха наиболее значительно зимой, что опосредованно влияет на увлажнение почвы, протаивание и поверхностный сток. Прогностические оценки осадков в силу их большей пространственной и временной изменчивости обладают большей степенью неопределенности, чем температуры воздуха, поэтому тенденции на перспективу не достаточно надежны. Однако практически все модели предсказывают значительные изменения в гидрологическом цикле при развитии процесса глобального потепления, и увеличение осадков в умеренных широтах, а также увеличение повторяемости экстремальных осадков, что может стать причиной увеличения риска наводнений. [9]. Перспективные оценки вероятности и параметров наводнений основываются на учете многих факторов. Важнейшими из них являются количество, распределение и интенсивность выпадения атмосферных осадков, запасы воды в снежном покрове и интенсивность снеготаяния в бассейнах рек. Эти оценки необходимо учитывать для большей части территории при оценках риска опасных наводнений в будущем при весенних и весенне-летних половодьях на больших и средних реках, в том числе с образованием ледовых заторов, и вероятности наводнений при дождевых паводках на малых и средних реках.

Большую опасность представляют прогнозируемые конвективные осадки и дождевые паводки редкой повторяемости на малых водосборах площадью 25–50 км2 и менее. Дождевые паводки в летне-осенний период приводят к затоплению городов, деревень, промышленных объектов, сельскохозяйственных угодий, наносят значительный ущерб, снижая урожайность возделываемых культур, а зачастую приводя к их гибели.

Приведенные выше оценки в целом указывают на то, что наметившаяся в конце ХХ века тенденция к увеличению максимального стока рек и, следовательно, повторяемости наводнений может сохраниться до конца XXI столетия.

В [9] отмечается, что обострение проблемы наводнений в России непосредственно связано также с прогрессирующим старением основных фондов водного хозяйства

вследствие постоянного уменьшения объемов капиталовложений в водную отрасль, с авариями на гидротехнических сооружениях. Основными причинами аварий на гидротехнических сооружениях являются их неудовлетворительное техническое состояние и низкий технический уровень эксплуатации, дефекты при строительстве, неправильная оценка гидрологической обстановки при пропуске половодий и паводков, ошибки при проектировании.

Наводнения оказывают существенное и неоднозначное влияние на природную среду. Их экологические последствия определяются интенсивностью и продолжительностью наводнений, глубиной затопления речной поймы и прилегающих пониженных участков. Они проявляются в изменении химического состава и ухудшении качества воды, в нарушении состояния почвенного и растительного покрова, среды обитания животного мира. Изменения состояния растительного покрова при наводнениях зависят от сроков и глубины затопления, уровня грунтовых вод, температуры воды.

Поскольку в последние десятилетия на территории наблюдаются значительные изменения температуры воздуха, осадков, и, как следствие, гидрологического режима рек, то можно в принципе оценить характеристики стока по данным наблюдений за этот период и принять их в качестве прогнозных на перспективу. Однако возможная реализация такого подхода вызывает сомнение, по крайней мере, по двум причинам: во- первых, продолжительность данной выборки крайне недостаточна для таких оценок, а во- вторых – и это главное – вполне возможно, что наблюдаемый многолетний период повышенной водности обусловлен естественными циклическими колебаниями стока, на который наложилась составляющая, обусловленная антропогенными изменениями климата. Хорошо известно, что в колебаниях природных процессов присутствуют циклы различной продолжительности, которые можно выявить лишь при наличии очень длительных рядов наблюдений (порядка сотен лет).

На современном уровне развития науки невозможно объективно выделить в происходящих изменениях вклад естественных циклических флуктуаций климата и антропогенную составляющую, что может повлечь очень значительные ошибки при практическом использовании этих результатов в водохозяйственной практике.

Значение лесного комплекса в экономике Ленинградской области определяется огромными запасами древесины, широким территориальным распространением лесных ресурсов и тем, что в настоящее время практически нет такой сферы экономики, где бы не использовались древесина или ее производные. Важным фактором является то, что леса имеют ключевое значение в смягчении потепления климата. Более 50% территории Ленинградской области занимают леса, заповедники и парки. Площадь особо охраняемых территорий составляет около 6% общей площади Ленинградской области. Благодаря запасам лесных ресурсов область занимает одно из первых мест в Северо-Западном федеральном округе по лесозаготовкам, деревообработке и лесному экспорту [О Концепции социально-экономического развития Ленинградской области на период до 2025 года].

Площадь, покрытая лесами, в Ленинградской области составляет 5679, 6 тыс. га по данным [31,32].

В таблице 2.6 приведены данные Комитета по природным ресурсам Ленинградской области о лесном фонде Ленинградской области. Существенных изменений не наблюдается в площади лесного фонда и в площади лесных земель. Колебания лесистости в пределах 22% не отражают наблюдаемых тенденций изменения климата (56,6% по данным учета на 01.01.1998 г., 79% по данным учета на 01.01.03 года, затем снижение до 56% на 01.01.2006 г. и рост до 79% на 01.01.06 года).

Таблиц 2.6 — Лесной фонд 1) Ленинградской области [31,32].

  2.6 — Лесной фонд 1) Ленинградской области [31,32].

 

Серьезной проблемой лесного фонда являются лесные пожары. Пожароопасная обстановка в лесах создается при установлении сухой и жаркой погоды и нарастает с увеличением продолжительности периода с такими условиями погоды. При возникновении таких экстремальных условий пожар может возникнуть как по естественной причине (например, из-за разряда молнии), так и по антропогенной причине — неосторожного обращения с огнем.

Распространение пожара от очага его возникновения уже не зависит от причины, а определяется в первую очередь метеорологическим и гидрологическим режимом, условиями погоды, состояние и типом почвы. Распространение пожара происходит тем быстрее, чем суше лесная подстилка, выше температура воздуха, меньше его относительная влажность и больше скорость ветра. Такие условия создаются при развитии и стационировании обширного антициклона, как правило, в нашей климатической зоне, в летнее время.

Нарушения человеком требований пожарной безопасности в лесу, в сельской местности, в лесных массивах на торфяниках, имеющих широкое распространение в области, приводит к тому, что до 80% возгораний связаны с человеческим фактором.

Нарушения человеком требований пожарной безопасности в лесу, в сельской местности, в лесных массивах на торфяниках, имеющих широкое распространение в области, приводит к тому, что до 80% возгораний связаны с человеческим фактором.

Потери от лесных пожаров велики, это не только уничтожение лесных массивов, но и гибель животных и растений, загрязнение атмосферы вредными примесями, дополнительная эмиссия СО2 в атмосферу (вклад в антропогенное усиление парникового эффекта), дополнительная эрозия почв, ущерб здоровью и часто жизни людей. А ведь леса занимают значительную часть территории и лес обеспечивает важную функцию в природе в поддержании и сохранении биоразнообразия и как поглотитель углерода и источник кислорода, а также как источник биоресурсов.

В таблице 2.7 приведены данные по лесным пожарам на территории Ленинградской области с 2000 по 2013 год, а на рисунке 28 число случаев лесных пожаров за тот же период.

Выявить динамику в числе случаев не представляется возможным из-за значительной доли влияния человеческого фактора. Однако влияние метеорологических условий проявляется в экстремальном количестве числа пожаров в 2002 и 2006 годах.

В эти годы в июле наблюдалась жаркая погода (хотя средняя температура воздуха в 2000 и 2001 гг. была выше, чем в 2002 г.), а количество осадков в августе было в некоторых районах меньше нормы в 2 раза, т.е. наблюдалась сухая погода).

Таблица 2.7 — Динамика лесных пожаров на территории Ленинградской области и их характеристика

Факторы уязвимости в современных и ожидаемых климатических условиях для Северо-Запада России и Ленинградской области

Динамика лесных пожаров на территории Ленинградской области и их характеристика  Факторы уязвимости в современных и ожидаемых климатических условиях для Северо-Запада России и Ленинградской области

 Динамика числа случаев лесных пожаров и площади пройденной пожаром (га) на территории Ленинградской области

Рисунок 28 — Динамика числа случаев лесных пожаров и площади пройденной пожаром (га) на территории Ленинградской области

Изменение в лесной площади, пройденной пожаром (га), леса на корню (тыс. куб. м), лесной площади, пройденной пожаром на один случай (га) и сгоревшего и поврежденного пожаром леса на корню на один случай (тыс. куб. м) находятся в зависимости от числа случаев лесных пожаров. Сравнение некоторых параметров пожаров представлено на рисунках 28 и 29.

Лесные пожары причиняют огромный ущерб экономике, не только прямые потери от лесных пожаров, под которыми понимается стоимость полностью сгоревших и поврежденных заготовленных лесоматериалов, древесины на корню и молодняков лесных пород, но и затраты на тушение леса, восстановление леса и земель, экологические и природоохранные мероприятия.

 Динамика характеристик лесных пожаров на территории Ленинградской области

 Рисунок 29 — Динамика характеристик лесных пожаров на территории Ленинградской области

 Таким образом, учащение лесных пожаров и увеличение их интенсивности в конце ХХ — начале XXI веков потенциально могут быть связаны с современными изменениями климата. 

В теоретическом исследовании (Шерстюков, Шерстюков, 2007) изменений индекса горимости для территории России приведена карта горимости для летних месяцев за период 1971-2004 гг., из которой следует, что на территории области горимость увеличилась на 25%.

Ожидаемое изменение климата в XXI веке может привести к увеличению пожароопасности лесов в некоторых регионах России. Соответствующая количественная оценка была сделана на основе индекса Нестерова в работе (Шерстюков, Шерстюков, 2007). При этом в качестве климата XXI века была принята среднемодельная оценка, полученная с помощью трех МОЦАО — CGCM2, HadCM3 и ECHAM4. На преобладающей части лесопокрытой территории в первой половине XXI века ожидается увеличение числа суток в году с потенциальной горимостью леса “высокой и больше” на 20–60% на ЕТР. Таким образом, в первой половине XXI века ожидается постепенное усиление потенциальной пожароопасности леса в ряде обширных регионов России, имеющих существенные лесопокрытые территории. На территории Ленинградской области к 2025-2050 гг. изменение горимости, оцененная в (%) числа суток в году со значениями индекса горимости “высокими и больше” вырастет на 12- 20%.

3 Комплекс организационно - технологических рекомендаций по адаптации к изменениям климата на территории Ленинградской области

3.1 Состояние проблемы смягчения последствий потепления и адаптации к ним

 На протяжении всей истории развития общества человечество приспосабливались к климату, изменчивости климата и экстремальным явлениям погоды и окружающей среды. Однако современные изменения климата, которые наблюдаются в мире в последние десятилетия, происходят намного быстрее, чем что-либо в истории Земли за последнюю 1 000 лет

Проблема изменения климата в целом и глобального потепления в частности стала одной из самых актуальных и важных, наряду с охраной окружающей среды и другими направлениями научно-исследовательской деятельности на современном этапе. В настоящее время этой проблемой занимаются ведущие институты во многих развитых и развивающихся странах, а также практически все международные организации, консолидирующие усилия и разрабатывающие программы сотрудничества по решению проблемы глобального потепления. Одной из ведущих организаций в этой области является Всемирная Метеорологическая Организация, которая координирует и осуществляет сотрудничество в этой области, включая осуществление международных конвенций и соглашений, таких как Рамочная Конвенция ООН об изменении климата и Киотский Протокол.

Одной из причин глобального потепления является парниковый эффект, который создаётся парниковыми газами (CO2, CH4, N2O, и некоторыми другими). Этот факт является научно обоснованным и поэтому проводится огромная научно-техническая, политическая, экономическая, юридическая деятельность по снижению выбросов парниковых газов в атмосферу промышленными и другими источниками (энергетика, транспорт, промышленные процессы, сельское и лесное хозяйство, отходы).

Такая деятельность позволит «смягчить» последствия изменения климата. Смягчение последствий изменения климата — это действия, предпринимаемые в целях снижения количества выбрасываемых в атмосферу парниковых газов (ПГ) или удаления этих газов из атмосферы, на которую в значительной степени направлены киотские соглашения.

С доиндустриального периода увеличение сжигания ископаемого углеродного топлива и рост эмиссии парниковых газов в атмосферу вследствие деятельности человека привели к заметному увеличению их концентрации в атмосфере.

Однако, выбросы парниковых газов продолжают расти, растет концентрация углекислого газа в атмосфере. С 1990 г. глобальные выбросы парниковых газов возросли почти на 25%. В результате мирового экономического кризиса 2008 г. выбросы несколько снизились, но это не изменило общую тенденцию к росту концентрации парниковых газов в атмосфере.

Согласно прогнозам специалистов [5,6,11,13], к 2030 году объемы выбросов основных парниковых газов увеличатся на 25–90% по сравнению с показателями 2000 года при современном уровне состояния мировой экономики.

При использовании правильной стратегии можно замедлить и в итоге стабилизировать повышение количества выбросов парниковых газов в атмосферу.

Наибольший рост глобальных выбросов ПГ в период 1970-2004 гг. был обусловлен вкладом сектора Энергетика (увеличение на 145%). Рост прямых выбросов в этот период от транспорта составил 120%, от промышленности - 65%, от землепользования, изменений в землепользовании и лесного хозяйства (ЗПИЗПЛ) - 40%. За период с 1970 по 1990 год прямые выбросы за счёт сельского хозяйства возросли на 27% и за счёт строительства на 26%. Строительная отрасль отличается высоким уровнем потребления электричества и, следовательно, общее количество прямых и непрямых выбросов в этой отрасли значительно больше (75%), чем прямых выбросов.

В 2010 г., правительства стран, членов ООН пришли к решению о необходимости удерживать глобальное потепление ниже уровня 2°C (по сравнению с концом 19 века). Такое решение было принято на основании выводов ученых, которые ясно доказывают, что единственной возможностью избежать худших последствий изменения климата является удержание потепления 2°C [4,12].

В настоящее время развитые страны опубликовали свои целевые показатели снижения выбросов к 2020 году, но большинство из этих значений далеко отстают от намеченного МГЭИК [5] диапазона, устанавливающего снижение в 2020 году объема выбросов на 25–40% ниже уровня 1990 года, что необходимо для ограничения роста температуры воздуха более, чем на 2°C по сравнению с концом 19 столетия.

Согласно заявлению 3 Рабочей группы МГЭИК, удержание потепление ниже указанного уровня и даже до 1,5°C возможно, но для этого потребуется широкомасштабное преобразование системы энергетического обеспечения во все мире, с одновременным быстрым и эффективным снижением выбросов. А это означает, что необходимо перейти на неуглеродные виды топлива, в 3-4 раза увеличить использование безуглеродных или низкоуглеродных источников энергии к 2050 г.

Необходимо быстрое внедрение «чистых» технологий в частном секторе, а также их широкое использование, чего также можно достигнуть при помощи технологического сотрудничества между промышленно развитыми и развивающимися странами. Однако, решение проблемы изменения климата требует постоянного усовершенствования и разработки новых технологий.

 Если не предпринять никаких действий или если все будут продолжать «замалчивать проблему», то в течение нескольких ближайших десятилетий выбросы парниковых газов на планете будут продолжать расти и глобальная температура может повыситься в этом столетии более чем на 6,4°C.

Сокращение выбросов парниковых газов возможно, если вместо использования ископаемого топлива для производства энергии использовать альтернативные источники энергии, такие как солнечная энергия, энергия ветра и воды.

Важным поглотителем из атмосферы углекислого газа являются леса, поэтому лесонасаждение имеет очень большое значение. К сожалению, вырубка лесов имеет огромные масштабы на уровне регионов, стран, континентов, а это приводит к возвращению (эмиссии) углерода в атмосферу, что является одной из основных причин высокого содержание углерода в атмосфере и представляет на сегодняшний день серьезную проблему.

Хотя большая доля вины за изменение климата лежит на развитых странах, однако стремительный процесс индустриализации в развивающихся странах, вызвавший потребность в вырубке лесов и использовании ископаемого топлива, привел к увеличению количества парниковых газов, производимых этими странами.

Обезлесение вызывает до 20% мировой эмиссии парниковых газов, при этом большинство лесных вырубок производится в сельскохозяйственных целях, то есть для обеспечения первостепенной жизненной потребности в продуктах питания. Если эффективно управлять лесами, они представляют собой естественные поглотители углерода, способные абсорбировать одну десятую мировых эмиссий углекислого газа, образуя биомассу, почву и лесную продукцию.

Важным источником парниковых газов (в основном метана) являются всевозможные виды отходов человеческой деятельности, количество которых стремительно растет, в том числе без переработки. Строгий контроль за отходами, их переработка и вторичное использование могут создать возможность косвенного способа ослабления изменений климата за счет сбережения энергии и материалов.

К сожалению, предотвратить полностью прогнозируемые изменения климата человечеству вряд ли удастся. Однако необходимо принять меры по их смягчению и сдержать темпы роста температуры с тем, чтобы избежать опасных и необратимых последствий в будущем.

Основные меры по смягчению последствий ожидаемых изменений климата:

—  ограничения и сокращения потребления ископаемого углеродного топлива (угля, нефти, газа),

— повышения эффективности потребления энергии,

—  внедрения мер по энергосбережению,

—  более широкого использования неуглеродных и возобновляемых источников энергии,

—  развития новых экологически чистых и низкоуглеродных технологий,

—  предотвращение лесных пожаров

—  восстановление лесов, поскольку леса – естественные поглотители углекислого газа из атмосферы.

Второй не менее важный аспект решения проблемы современного глобального потепления - адаптация основных отраслей экономики и социальной сферы, в том числе, промышленности, сельского хозяйства, здравоохранения к изменениям климата на национальном и международном уровнях.

Деятельность по смягчению (ослаблению) изменений климата направлена на борьбу с причинами изменений, в то время как, деятельность по адаптации направлена на устранение или предотвращение последствий этих изменений.

 Согласно принятой терминологии IPCC [5] под адаптацией следует понимать «приспособление естественных или антропогенных систем в ответ на фактическое или ожидаемое воздействие климата или его последствия, которое позволяет уменьшить вред или использовать благоприятные возможности». Таким образом, разработка стратегии адаптации и конкретных мер адаптации позволит человечеству предотвратить, или уменьшить неблагоприятные воздействия, а в некоторых случаях (для некоторых стран / регионов / отраслей хозяйства / природных экосистем), извлечь выгоду из предстоящих изменений климата.

Вместе с тем, неопределенность прогнозов будущего изменения в климатической системе, особенно на региональном уровне, ставит перед адаптационной стратегией важную задачу: следует быть готовыми к любому сколько-нибудь вероятному развитию событий, то есть стратегия адаптации должна быть гибкой и «настраиваемой» на новые данные по мере углубления наших знаний и поступления новой информации о состоянии и динамике климатической системы. 

Разработка способов адаптации является жизненно необходимым. Это предполагает принятие мер в связи с последствиями изменения климата. Средств адаптации множество: от технологических средств, таких как увеличение морских заграждений или строительства домов на сваях, защищенных от наводнений, до направленности социального поведения на индивидуальном уровне к экологическому мышлению (экономное потребление воды и других природных ресурсов).

Другие методы адаптации включают системы раннего предупреждения чрезвычайных ситуаций, улучшенное управление рисками, средства страхования, сохранение биологического разнообразия с целью уменьшения влияния изменений климата на людей.

Кроме того, меры адаптации включают улучшение просвещения, повышение уровня информированности и профессиональной подготовки по вопросам последствий изменения климата, а также осуществление реальных действий на уровне гражданского общества, таких как посадка растений, культура поведения в лесах, на болотах, в экологических заказниках и др.

Адаптация на глобальном и национальном уровнях включает разработку эффективной реализации стратегии адаптации, что подразумевает улучшение научной базы для принятия решений, создание методов и средств для определения стоимости адаптации, разработку общеобразовательных программ, улучшение практической подготовки и повышение общественной осведомленности об этой проблеме, особенно среди молодежи, мобилизацию сил на индивидуальном и институционном уровнях, технологическое развитие и передачу технических достижений, а также поддержание местных стратегий преодоления негативных последствий.

Кроме того, возможные начальные действия по адаптации могут включать разработку соответствующего законодательства и нормативно-правовой базы для поддержания адаптационной деятельности. Используя проблему изменения климата как катализатор начала благоприятных действий, можно фактически ускорить процесс достижения целей стабильного развития, способствуя достижению адаптационных ориентиров.

Способность людей приспосабливаться к изменениям зависит от уровня их дохода, здоровья, доступа к безопасному жилью, поддержки социальных служб, а также от политики, проводимой местными властями. Правильная политика в области развития должна учитывать потребности в адаптации, и страны и регионы все больше ориентируются на такую политику. 

Изменение климата уже ставит под угрозу жизнь, здоровье и источники существования сотен миллионов людей, которые не располагают финансовыми, техническими и организационными ресурсами для адаптации.

В государственном и частном секторах, а также в отдельных субъектах хозяйствования регионов, происходит осознание необходимости разработки адаптационных мер, или присоединения к уже существующим на более высоком уровне, а также постепенно накапливается опыт в области адаптации территорий.

Правительства разных уровней приходят к необходимости и начинают разрабатывать планы и программы адаптации и включать соображения, касающиеся изменения климата, в более масштабные планы развития.

Примеры адаптации в разных регионах обобщенно можно приведены ниже.

В Европе политика в области адаптации была принята на всех уровнях правительств, при этом определенное планирование адаптации стало частью менеджмента прибрежной зоны и водных ресурсов, охраны окружающей среды и землеустройства, а также менеджмента риска бедствий.

В Азии содействие адаптации в некоторых областях оказывается посредством включения мер по адаптации к климату в субнациональное планирование развития, системы раннего предупреждения, комплексный менеджмент водных ресурсов, систему агролесомелиорации и облесение прибрежных зон мангровыми деревьями.

В Северной Америке правительства занимаются все более активной оценкой адаптации и ее планированием, особенно на муниципальном уровне. Осуществляется определенная активная адаптация с целью защиты долгосрочных инвестиций в сектор энергетики и общественную инфраструктуру.

Заблаговременные действия по адаптации могут принести заметную экономическую выгоду и свести к минимуму угрозы в отношении экосистем, здоровья человека, экономического развития, собственности и инфраструктуры. Подсчеты затрат на выработку адаптационных мер по предотвращению негативных последствий повышения уровня моря, паводков, а также переход на использование более устойчивых альтернативных источников энергии подтверждают, что выгода от принятия разумных решений может быть весьма существенной.

Стратегия адаптации должна включать в себя научные оценки рисков, уязвимости и потенциальных выгод предполагаемых климатических изменений на основе учета природно-географических, экономических, социальных и иных особенностей конкретного региона или отрасли экономики. Кроме того, важная задача - проведение экономических оценок затрат и выгод предлагаемых адаптационных мер для обеспечения их максимального эффекта на единицу вложенных средств и разработки оптимальной стратегии по адаптации к изменению климата для принятия хозяйственных решений с целью сохранения/поддержания устойчивого развития.

В настоящее время характер мышления и подходы к адаптации к климатическим изменениям сместились от реагирования на катастрофы, стихийные бедствия и опасные природные явления, в том числе связанные с загрязнением окружающей среды, к предупреждению и управлению рисками. Яркий пример этому – внедрение в ряде стран систем раннего оповещения о волнах тепла (Португалия, Испания, Франция, Великобритания, Италия, Венгрия).

Другие меры касаются долговременного изменения климата, включая разработку национальных планов действий и мер по адаптации к изменениям климата, более конкретные меры включены в европейские и национальные стратегии развития для сельского хозяйства, энергетики, лесного хозяйства, транспорта и других отраслей, а также в различные проекты, способствующие адаптации к изменению климата.

Так, в течение последних нескольких лет в европейском регионе финансируются несколько крупных исследовательских проектов моделирования регионального климата, оценки последствий его изменения и смягчения последствий и адаптации.

Так, в настоящее время проводится крупный европейский исследовательский проект ADAM, который оценивает затраты и эффективность осуществления политики смягчения последствий и адаптации с целью обеспечения рационального перехода периода экологического развития, когда глобальное изменение климата будет обусловлено повышением температуры не более чем на 2ºC по сравнению с доиндустриальным периодом. Целью этой международной программы является разработка важных стратегических решений и мероприятий на длительный срок.

В 2009 году Европейская комиссия приняла к исполнению Белую книгу «Адаптация к изменению климата: на пути к европейской программе действий» (Adapting to climate change: Towards a European framework for action), которая предлагает скоординированную программу по смягчению последствий изменений климата. Для координации и осуществления программы была создана Руководящая группа по адаптации к изменениям климата (Impact and Adaptation Steering Group). Ее работу поддерживает ряд технических групп, обеспечивающих взаимодействие в ключевых секторах экономики: сельском и лесном хозяйстве, водопользовании, энергетике,здравоохранении и др. Комиссия будет регулярно рассматривать ход выполнения поставленных задач с целью их корректировки.

Государства, поддержавшие Рамочную конвенцию ООН об изменении климата, создали несколько возможностей для финансирования адаптационных проектов. Среди них — Глобальный экологический фонд (ГЭФ) и три специальных фонда: Фонд для наименее развитых стран, Специальный фонд для борьбы с изменением климата и Адаптационный фонд Киотского протокола [35].

Таким образом, достигнуто понимание того, что проблема глобального потепления и изменения климата регионов и стран может стать самой большой угрозой биологическому разнообразию для многих, если не для большинства, экосистем, а также угрозой для нормальной человеческой деятельности. Поэтому вопрос адаптации к его изменениям становится все более жизненно важным и требует принятия соответствующих мер для его решения.

3.2 Состояние проблемы адаптации для Российской Федерации

Изменение климата, проявляющееся, в частности, в увеличении повторяемости опасных метеорологических явлений, обусловливает настоятельную необходимость разработки стратегии адаптации экономики к наблюдаемым и ожидаемым климатическим изменениям, как на национальном уровне, так и на уровне регионов.

Адаптация определяется как приспособление природных и антропогенных систем к произошедшим или ожидаемым изменениям климата или к их последствиям и зависит от чувствительности, уязвимости и меняющейся во времени приспособляемости систем к этим изменениям.

Адаптационная стратегия дополняет меры по смягчению изменения климата и одновременно является альтернативной им. Поэтому адаптационные меры должны согласовываться с мерами по смягчению изменения климата, и, наоборот.

Хотя целью адаптации является также использование благоприятных возможностей изменений климата, наиболее важные адаптационные мероприятия осуществляются в целях снижения неблагоприятных последствий изменения климата.

Ряд стран уже разработали и приняли государственные стратегии адаптации, а поскольку проблема адаптации стала всеобщей, она нашла отражение и в международной деятельности.

 В нашей стране имеются значительные возможности адаптации экономики и социальной сферы к изменениям климата, которые позволят уменьшить отрицательные последствия и увеличить возможности использования положительных последствий. 

 Одним из важных направлений государственной политики России в области экономики и природопользования являются оценки последствий изменения климата, требующие принятия адаптационных мер. 

 Решение о необходимости адаптации принимаются в результате анализа настоящего и ожидаемого развития технических отраслей экономики (энергетики, строительства, транспорта, ЖКХ и др.). Развитие данных секторов определяют принятые в настоящее время стратегии до 2020 г., а для некоторых из отраслей — до 2030 г. 

 В соответствии с принятой стратегией развития энергетики в Российской Федерации важнейшими стратегическими ориентирами являются энергобезопасность, энергетическая эффективность экономики, экономическая (бюджетная) эффективность энергетики, экологическая безопасность. Из стратегических установок вытекают главные векторы перспективного развития ТЭК, и, прежде всего: 

 - изменение структуры и масштабов производства, 

- переход на путь инновационного развития,

- интеграция в мировую энергетическую систему.

Реально осуществляются следующие действия:

—  развивается инфраструктура (до 2020 г. установленная мощность атомных станций возрастет вдвое, угольных — более чем в два раза, ГЭС — на 45 %, газовой генерации — более чем на 40 %);

—  последовательно реализуются программы газификации российских регионов;

—  на российском нефтегазовом рынке уже работают международные газовые компании

На макромасштабном уровне адаптация в энергетике должна заключаться, прежде всего, в ее децентрализации и диверсификации с максимально полным использованием возможностей источников энергии, альтернативных углеродным (углю и нефти).

 Важным направлением в осуществлении адаптационных мер является развитие возобновляемой энергетики. Большое разнообразие возобновляемых источников энергии позволяет выбрать такие, которые можно использовать для энергоснабжения удаленных регионов, а также решить вопрос об автономном энергоснабжении компрессорных станций, уменьшив риск перерывов в энергоснабжении при авариях на ЛЭП, и повысить энергоэффективность за счет выбора наиболее экономичных и подходящих к определенным климатическим условиям ветроэнергетических установок (ВЭУ). Например, для обеспечения теплом загородного строительства на всей территории России за исключением области вечной мерзлоты одним из перспективных направлений является использование тепловых насосов. В целях обеспечения устойчивого тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного и неустойчивого централизованного электроснабжения рекомендуется создавать независимые источники энергии на базе ВЭУ. 

Важнейшим адаптационным направлением является страхование — один из способов управления экономическим риском в сфере надежности электроснабжения. Максимальная готовность страховых компаний к чрезвычайным ситуациям и снижение продолжительности последующего периода восстановления позволяют выделить эти действия в особую категорию «риск—менеджмент».

Технической адаптацией такого же масштаба можно считать модернизацию трубопроводного транспорта на всем пространстве России, а также развитие энергосервисных компаний (ЭСКО), которые обеспечивают учет, контроль и оптимизацию энергопотребления. В результате деятельности ЭСКО обеспечивается ресурсо-эффективный технологический уровень государства. Это очень важное обстоятельство, так как в настоящее время энергоемкость ВВП в России в 2—4 раза превышает показатели западных стран.

 В целом решение проблемы адаптации к наблюдаемым и прогнозируемым изменениям климата имеет три главных аспекта:

-собственно проблема изменения климата (диагноз и прогноз);

-оценка влияния происходящих изменений климата на устойчивое развитие региона, определение и анализ возникающих при этом рисков;

-разработка методов управления для адаптации систем различного уровня и масштаба к новым климатическим условиям на основе комплексных, скоординированных исследований.

3.3 Организационно - технологические рекомендации по адаптации к изменениям климата на территории Ленинградской области

На основании выполненного исследования климата Ленинградской области, изменения его основных параметров в различные периоды, выделение тенденций и трендов этих изменений и направленности ожидаемых изменений климатических условий на фоне глобального потепления предложены рекомендации по адаптации к

обнаруженным и возможным изменениям климата. Разработка таких адаптаций основана на проведенном анализе последствий изменения климата для природных и антропогенных систем территории Ленинградской области и их возможный отклик на потепление большего масштаба, ожидаемого к середине и концу текущего столетия.

Изменения климата, средних значений метеорологических характеристик и их экстремальных значений, оказывают все возрастающее влияние на сельское хозяйство, водные ресурсы, транспорт, строительные конструкции, здания и сооружения, на моря и озера, леса, морские и наземные биологические системы.

 Представленные в настоящем отчете данные о метеорологическом режиме за последние 30-40 лет свидетельствуют о реальности современного глобального потепления и объективности трендов и тенденций изменения термического режима и режима увлажнения для территории Ленинградской области. 

 Несмотря на невысокую достоверность и значительную неопределенность существующих климатических прогнозов (как эмпирических, так и модельных), игнорирование проблемы глобального изменения климата, а так же бездействие, оправдываемое его недостаточной изученностью, неблагоразумно, что может быть чревато серьезными рисками для устойчивого развития отраслей хозяйства области и страны. 

 Современные и предстоящие изменения климата и природной среды необходимо учитывать в планах развития, особенно долгосрочных, быть готовым к новым изменениям и заранее адаптироваться к ним.

 Для территории Ленинградской области разработан ряд мер по адаптации отраслей хозяйственной деятельности к современным и ожидаемым изменениям климата в регионе.

 Меры адаптации разработаны для сельского хозяйства, строительной отрасли (состояние зданий и сооружений, отопительный период, транспорт), лесное хозяйств, водные ресурсы.

 Адаптация сельского хозяйства

Стратегия адаптивной интенсификации земледелия определяется, прежде всего, эффективностью использования адаптивного потенциала культивируемых растений и других биологических компонентов агроэкосистем, но должны включать принципы экономии энергетических ресурсов и природоохранной направленности земледелия и растениеводства.

 Проблема обеспечения устойчивого функционирования растениеводческого комплекса решается приведением в соответствие требований культурных растений к световому, температурному и влажностному режимам с физическими, физико-химическими и агрохимическими параметрами изменяющейся внешней среды. При этом адаптивные возможности видов и сортов играют главенствующую роль.

Для Ленинградской области к адаптационным мерам в современных климатических условиях могут быть отнесены: селекция районируемых здесь сортов; оптимизация севооборотов, доз и сроков внесения удобрения; известкование почв; использование дренажных систем; оптимальность сроков сева; страхование посевов.

 Для Ленинградской области (и для Северо-Западного региона) к адаптационным мерам ожидаемых изменений климата, в рамках разрабатываемой стратегии адаптации, которая может состоять в расширении базы растениеводства, помимо уже перечисленных мер адаптации, целесообразны следующие меры: выращивание высокоурожайных сортов силосной кукурузы; культивирование подсолнечника на фураж; культивирование рапса; переход на сорта с более продолжительной вегетацией; использование сортов, обладающих высокой устойчивостью к болезням. 

В связи с ожидаемыми положительными для сельского хозяйства тенденциями изменения агроклиматических условий в области принципы адаптации и меры адаптивного характера могут быть следующие:

 —   мониторинг земель сельскохозяйственного назначения, в том числе экологический;

—   расширение площадей, занятых озимыми зерновыми, более урожайными, чем яровые культуры;

 —  пересмотр видового и сортового состава возделываемых сельскохозяйственных культур с целью отбора более позднеспелых и более продуктивных видов (сортов) для использования дополнительных тепловых ресурсов, обусловленных потеплением климата;

 —  расширение посевов теплолюбивых сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза; 

 —  развитие биотехнологий и селекция новых сельскохозяйственных культур, адаптированных к условиям изменяющегося климата;

—  создание резервных зернохранилищ;

—  обеспеченность хозяйств современной посевной и уборочной техникой;

—  развитие агрострахования, в первую очередь субсидируемого государством;

—  страхование урожая от рисков, которые будут возникать при увеличении экстремальности климата;

—  обязательное страхование от гибели посевов;

—  добровольное страхование от пострадавших посевов;

—  применение мелиоративных мероприятий;

—  восстановление и поддержание уже существующих систем мелиорации;

—  защита почв, включая борьбу с эрозией;

—  использование органических и минеральных удобрений, обеспечивающих экологическое земледелие;

—  использование средств защиты растений по нормам, принятым для аналогичных (новых) почвенно-климатических условий;

—  применение методик точного земледелия;

—  развитие малых форм фермерских хозяйств для производства конкурентно-способной экологической сельскохозяйственной продукции на основе методик точного земледелия;

—  селекционная работа по созданию новых сортов полевых культур:

—  изучение адаптационного потенциала существующих сортов;

—  получение сортов, устойчивых к температурным стрессам;

—  изменения ареала возделывания отдельных видов;

—  внедрение высокоточных агрономических технологий

—  применение агротехнологий, адаптируемых к изменяющимся условиям внешней среды;

—  использование геоинформационных систем (ГИС) для улучшения наблюдения за структурой землепользования и выявления признаков деградации почв, вызванной изменением климата и деятельностью человека;

—  использование схем севооборотов на основе принципов плодосменности, совместимости, специализации, уплотненности, экономической и биологической целесообразности:

Принцип плодосменности предлагает ежегодную смену культур из разных хозяйственно-биологических групп. В полной мере это принцип реализуется при такой структуре посевных площадей, в которой зерновые занимают 50%, пропашные - 25%, многолетние травы и зернобобовые - 25%.

Принцип совместимости предусматривает размещение культур по предшественникам из одной и той же хозяйственно-биологической группы для возделывания повторной культуры. Например, предшественником яровых зерновых культур могут быть озимые и яровые других видов, картофель можно выращивать на одном месте два года подряд -повторно.

Принцип специализации указывает на возможность насыщения севооборота до научно-обоснованного уровня одной или несколькими культурами, с близкой биологией и технологией возделывания. При разработке специализированных севооборотов, необходимость которых часто вызвана отсутствием достаточных площадей почв, пригодных для возделывания определенных культур, учитывают обеспеченность хозяйства удобрениями, средствами защиты растений и сельскохозяйственной техникой.

Принцип специализации указывает на возможность насыщения севооборота до научно-обоснованного уровня одной или несколькими культурами, с близкой биологией и технологией возделывания. При разработке специализированных севооборотов, необходимость которых часто вызвана отсутствием достаточных площадей почв, пригодных для возделывания определенных культур, учитывают обеспеченность хозяйства удобрениями, средствами защиты растений и сельскохозяйственной техникой.

Принцип уплотненности посевов реализуется в севооборотах с промежуточными культурами, которые высеваются после рано убираемых основных культур.

Принцип экономической и биологической целесообразности предусматривает введение в севооборот занятых паров, выводного поля, учитывает выбор наиболее оптимального срока использования многолетних трав.

—  использование смешанных посевов:

Создание смешанных посевов. Среди целей, для которых создаются смешанные посевы, в рассматриваемом климатическом контексте следует отметить следующие:

1. Снижение колебания урожая в различные годы вследствие изреживания травостоя при экстремальных проявлениях факторов среды (вымокание, вымерзание). Для этого к основному виду - доминанту добавляются для страховки два-три других, более устойчивых к экстремальным условиям и быстро заполняющим пустоты в изреженном травостое.

2. Повышение урожая и долголетия травостоев многолетних трав в полевых севооборотах в районах с неблагоприятными условиями перезимовки. К этому типу смешанных посевов относится, например, травосмеси клевера с тимофеевкой, люцерны с кострецом.

3. Повышение устойчивости бобовых культур к полеганию путем включения соответствующих неполегающих компонентов. К таким смесям можно отнести: вико- овсяную смесь, тройную смесь (горох кормовой +овес +подсолнечник); скороспелые коротко-стебельные и высокорослые "усатые" формы гороха, но с наиболее устойчивыми к полеганию сортами ячменя и овса.

Для эффективной подготовки конкретного хозяйства к прогнозируемым изменениям климата необходимо составить соответствующие стратегические проекты адаптивных севооборотов. В таком плане устанавливается не только перспективное новое размещение культур по полям, но и указываются основные агротехнические, мелиоративные мероприятия по адаптации к изменяющимся тепло- и влагообеспеченности, климатически обусловленным срокам проведения основных полевых работ, нормативы, обеспечивающие информационную поддержку новых технологических программ по каждой культуре севооборота.

Требования сельскохозяйственных культур к почвам различны, и оценка одной и той же почвы в отношении благоприятности ее для различных культур не может быть одинаковой. Дифференциация полевых культур по почвенным условиям – один из факторов, определяющих возможность изменения районирования видов.

 Так, например, в нечерноземной зоне предпочтительно размещать: на суглинистых почвах такие зерновые, как озимая пшеница и рожь, яровая пшеница, ячмень и овес, из зернобобовых - кормовой люпин и горох, из технических культур - лен; на супесчаных почвах - из зерновых озимую рожь, ячмень, овес, из корнеплодов -картофель, морковь, свеклу и брюкву; на песчаных почвах - из зерновых озимую рожь и овес, из зернобобовых - кормовой люпин, из корнеплодов картофель и т.д. 

Приведенные выше основные принципы и меры адаптации земледелия к изменению климата позволяют предложить комплекс адаптационных мер. По назначению адаптаций он включает:

—  корректировку агрономических приёмов и агротехнических мероприятий;

—  оптимизацию технологий применения удобрений и агромелиораций;

—  улучшение селекции сортов путём придания им большей устойчивости к экстремальным факторам - жаре, засухе, избытку влаги, к вредителям и болезням.

По форме адаптационные меры могут быть разделены на следующие:

—  совершенствование агротехнологий;

—  совершенствование приёмов и способов возделывания;

—  развитие программ страхования от сельскохозяйственных рисков;

—  управление сельскохозяйственными финансами.

 Адаптация к изменяющемуся климату должна удовлетворять требованиям ведения устойчивого сельского хозяйства, способствовать совершенствованию хозяйственной практики, в том числе, основанной на системе точного земледелия [32]. Это предполагает увеличение разнообразия сортов и видов культур, рациональное размещение растениеводства в связи с экономическими и экологическими рисками, возникающими при изменении климата. 

В регионе должны улучшаться условия для животноводства в результате роста кормовой базы и сокращения периода стойлового содержания скота. Ожидается повышение продуктивности сенокосов и пастбищ, в том числе и за счет увеличения продолжительности безморозного периода.

Состояние зданий и сооружений, отопительный период, транспорт

Особая актуальность принятия мер по адаптации строительства и содержания зданий и сооружений к изменениям климата обусловлена необходимостью обеспечения долговечности и безопасности этих объектов (жилые и общественные здания, магистральные газо- и нефтепроводы, дороги и др.). Среди наиболее актуальных мер адаптации следует привести следующие:

—  использование материалов, рассчитанных на большее число циклов замораживания и оттаивания;

—  использование современных высоко-технологичных материалов, обеспечивающих повышенную коррозийную устойчивость различных элементов конструкций;

—  разработка и применение конструктивных решений, обеспечивающих уменьшение возможности промачивания стен (соответствующим образом заделанные стыки панельных зданий, ориентация здания, козырьки над входами и др.)

—  мониторинг современного состояния систем отопления;

—  системы резервного обеспечения бесперебойной подачи тепла в случаях экстремальных явлений;

—  внедрение современных систем отопления, обеспечивающих автоматическое регулирование подачи тепла;

—  введение жестких требований и обеспечение их соблюдения по нормированию ветровых нагрузок при оценке рисков, связанных с ветровыми нагрузками;

—  дополнительно учитывать усиление эффектов, обусловленных совместным воздействием

—  ветровых нагрузок, температурных деформаций и коррозионного разрушения (в связи с повышением экстремальных температур и увеличением количества осадков при проектировании навесных фасадных систем, предназначенных для утепления и облицовки внешних ограждающих конструкций;

—  устанавливать нормативные снеговые нагрузки на основе принятия достаточно высокой вероятности их не превышения в течение всего расчетного периода эксплуатации (т.е. с учетом ожидаемого изменения климата) в условиях увеличения вероятности экстремально высоких снеговых нагрузок при проектировании ответственных сооружений (например, большепролетных зданий социального назначения);

—  создание современных сетей теплоснабжения является наиболее важным техническим адаптационным мероприятием.

Кроме того, стратегия развития строительства в качестве одного из наиболее важных направлений предписывает совершенствование нормативной базы, включая информацию о меняющемся климате. В настоящее время разработана электронная система «Реформа технического регулирования». В этой системе предусматривается разработка проектов национальных стандартов по утвержденным техническим регламентам. Также предусматривает учет изменения климата и актуализация СНиП «Строительная климатология» и «Нагрузки и воздействия».

Водные ресурсы

 Меры по адаптации этого сегмента экономики имеют выраженные регионально- бассейновые особенности. При перспективном планировании развития водохозяйственного комплекса бассейнов рек необходимо учитывать неблагоприятный сценарий развития. Для улучшения ситуации с неблагоприятными явлениями и наводнениями необходимы:

—  создание бассейновых систем прогнозирования, предупреждения и защиты от наводнений;

—  реорганизация существующей системы гидрометеорологических наблюдений, техническое перевооружение сети Росгидромета;

—  упорядочение землепользования в зоне риска наводнений;

—  заблаговременная оценка зон затопления;

—  оценка уязвимости и рисков зон затопления для предотвращения экологических неблагоприятных последствий;

—  системы оповещения населения с достаточной заблаговременностью;

—  совершенствование нормативно-правовой базы, устанавливающей ответственность федеральных органов и местной администрации за последствия катастрофических наводнений;

—  создание современной системы страхования от наводнений.

Лесное хозяйство

Среди мероприятий по адаптации лесного хозяйства к изменениям климата основными являются следующие:

—  улучшение качества посадочного материала;

—  ведение лесного семеноводства на селекционно-генетической основе;

—  усиление борьбы с вредителями и болезнями;

—  повышение продуктивности биомассы лесных насаждений;

—  расширение объемов природного обновления;

—  предупреждение лесных пожаров и борьба с ними;

—  создание системы мониторинга состояния лесных ценозов, поражения их болезнями и вредителями;

—  круглогодичное комплексное управление лесами;

—  обеспечение функции лесоохраны, а также противопожарные функции;

—  оснащение служб охраны лесов современными средствами, технологиями, в том числе для быстрого и эффективного реагирования в случае пожара или эпифитотии.

На основе выполненного исследования современных и ожидаемых в будущем тенденций изменения параметров климата на территории Ленинградской области предложен комплекс организационно-технологических рекомендаций и конкретных мер адаптации для отдельных отраслей хозяйства, водных ресурсов, окружающей среды. Эти меры в некоторой степени совпадают с мерами, предложенными в [10] для Северо- западного региона и представлены в таблице 3.1.

4 Карта основных климатических характеристик

Для представления картографического материала использован комплексный подход, позволяющей на одной карте представить несколько (основной комплекс) характеристик

На рисунке 30 представлена картограмма основных климатических характеристик Ленинградской области: средняя годовая температура воздуха, сумма осадков за год, преобладающее направление ветра за год, теплый и холодный периоды года. Кроме средних климатических характеристик приведены данные по экстремальности климата, а именно, абсолютные максимальная и минимальная температура воздуха

 

Рисунок 30 — Карта основных характеристик климата Ленинградской области

Такое комплексное представление дает достаточно полное представление о климате области. Изотермы демонстрируют изменение среднегодовой температура воздуха от 3,8-4,5°С на акватории Балтики и в западных районах области до 2,0-3,0°С в восточных районах. Такое распределение годовой температуры обусловлено большой протяженностью области с запада на восток, разнообразием ландшафта и близостью крупных водоемов (Финский залив, Ладожское и Онежское озера).

Годовые суммы атмосферных осадков распределены по территории области довольно равномерно, плавно уменьшаясь в северо-восточном направлении, и только орографические особенности определяют их изменение от 550 мм/год на Приладожской низменности до 700-800 мм на Карельском Перешейке и Лодейнопольской возвышенности. Вместе с уменьшением температуры воздуха с запада на восток растет продолжительность периода со снегом, от 127 суток на побережье Финского залива до 161 суток на побережье Онежского озера.

Дополнительная цифровая информация об абсолютных значениях температуры воздуха позволяет оценить максимальную амплитуду ее изменчивости. Экстремальные осадки представлены на карте в виде максимальных суточных сумм осадков по отдельным станциям.

Климат Ленинградской области изменяется последние десятилетия на фоне современного глобального потепления. Однако оценки линейных трендов показывают, что большинство их статистически не значимы, за исключением отдельных месяцев и года по температуре воздуха. Поэтому целесообразно на карте представить аномалии (разности за два тридцатилетних периода, один из которых – климатическая норма) годовой температуры воздуха и атмосферных осадков. Эти данные представлены цифрами на карте для отдельных станций, в соответствии с легендой карты.

Заключение

На основе выявленных трендов во временных рядах климатических переменных изучены произошедшие изменения климатических параметров (температура, осадки, ветер, экстремальные характеристики) на фоне современного глобального потепления. Исследовано влияние современных изменений климата на природные системы и объекты хозяйственной деятельности на территории Ленинградской области.

Несмотря на невысокую достоверность и значительную неопределенность существующих климатических прогнозов (как эмпирических, так и модельных), игнорирование проблемы глобального изменения климата, а так же бездействие, оправдываемое его недостаточной изученностью, неблагоразумно, и может привести к неблагоприятным последствиям, как в окружающей среде, так и хозяйственной и социальной жизни населения.

Современные и предстоящие изменения климата и природной среды необходимо учитывать в планах развития, особенно долгосрочных, быть готовым к новым изменениям и заранее адаптироваться к ним.

На территории Ленинградской области к 2030-2050 гг. ожидается повышение температуры воздуха, особенно сильное зимой и несколько меньшее, летом. Увеличатся изменчивость температуры воздуха, повторяемость таких явлений, как оттепели зимой и заморозки весной. Летом возрастет пожароопасность в лесах. Возможно увеличение годовой суммы осадков и изменение внутригодового распределения осадков, а также изменение соотношения твердых/жидких/смешанных видов осадков.

На территории Ленинградской области к 2030-2050 гг. ожидается повышение температуры воздуха, особенно сильное зимой и несколько меньшее, летом. Увеличатся изменчивость температуры воздуха, повторяемость таких явлений, как оттепели зимой и заморозки весной. Летом возрастет пожароопасность в лесах. Возможно увеличение годовой суммы осадков и изменение внутригодового распределения осадков, а также изменение соотношения твердых/жидких/смешанных видов осадков.

Увеличатся атмосферные нагрузки на здания и сооружения (снеговые, ветровые и гололедные), что приведет к возможному увеличению числа аварий, если не будут приняты адаптационные меры, организован мониторинг состояния покрытий зданий, обледенения ЛЭП и автомобильных дорог.

Увеличение повторяемости оттепелей приведет к сокращению срока службы блочных и панельных зданий.

Ожидается уменьшение повторяемости весенних наводнений, вызванных снеготаянием.

Рост теплообеспеченности и удлинение вегетационного периода возможно приведут к сбалансированности ресурсов тепла и влаги, что существенно расширит возможности для развития высокоинтенсивного сельского хозяйства. Возможности увеличения продуктивности земледелия представляются тем более значительными, что современный уровень использования биоклиматического потенциала региона (всего СЗФО) составляет всего 12 % и является одним из самых низких показателей для России. 

На основании выполненного исследования климата Ленинградской области, изменения его основных параметров в различные периоды, тенденций и трендов этих изменений и направленности ожидаемых изменений климатических условий на фоне глобального потепления предложен комплекс мер по адаптации сельского хозяйства, строительной и транспортной отраслей, водных ресурсов и лесного хозяйства на перспективу.

В качестве рекомендации, которая следует из наших исследований, а также из исследований других авторов, можно предложить, чтобы существующая сеть наблюдений Росгидромета на территории Ленинградской области была модернизирована с учетом национальных, региональных и глобальных приоритетов. Существующая плотность метеорологической сети является недостаточной для изучения регионального климата и обеспечения задач территориального и экономического и социального развития. Особое внимание следует уделить привлечению данных альтернативных систем наблюдений и совмещению наземных и аэрокосмических наблюдений атмосферы и подстилающей поверхности.

На территории Ленинградской области кроме сети Росгидромета функционируют отдельные пункты метеорологических наблюдений других ведомств (Минобороны, Министерства здравоохранения и социального обеспечения, Министерства науки и образования, Российской академии наук и ряда других). Ведомственные сети (по экспертной оценке составляют 30–40% числа пунктов наблюдений Росгидромета) функционируют независимо от метеорологической сети Росгидромета. В то же время, для Ленинградской области учет климатических изменений становится одним из решающих факторов реализации стратегических планов и территориальных программ социально-экономического развития. Организационное решение данной проблемы возможно путем создания ситуационного климатического модуля в составе Ситуационного Центра Правительства Ленинградской области.

Список использованных источников

1. Школьник И.М., Мелешко В.П., Кароль И.Л., Киселев А.А., Надежина Е.Д., Говоркова В.А., Павлова Т.В. (2014) Ожидаемые изменения климата на территории Российской Федерации в XXI веке. – Сборник научных трудов. Труды ГГО, вып. 575, с. 64- 117.

2. Поляк И.И. (1975) Оценивание линейного тренда временных метеорологических рядов.- Труды ГГО, вып.364,Л., Гидрометеоиздат, с. 51-55.

3. Лемешко Н.А., Николаев М.В., Усков И.Б. 2009. Адаптация сельского хозяйства к изменению климата. Санкт-Петербург. “Лема”, 34 с.

4. Мирвис В.М. 2005. Оценки изменения продолжительности безморозного периода на территории России и ближнего зарубежья в ХХ веке. /В кн.: Современные проблемы экологической метеорологии и климатологии. Санкт-Петербург. «Наука», с.177-187.

5. IPСC, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment. Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. /S. Solomon et аl. (еds.). Cambridge, Cambridge University Press, United Kingdom and New York, NY, USA, 996 p.

6. Оценочный доклад «Об изменениях климата и их последствиях на территории Российской федерации» т.1. Изменения климата. – 2008. Москва. 230 с.

7. Мелешко В. П., Катцов В. М., Мирвис В. М., Говоркова В. А., Павлова Т. В., 2008б. Климат России в XXI веке. Часть 3: Будущие изменения климата, рассчитанные с помощью ансамбля моделей общей циркуляции атмосферы и океана CMIP3, Метеорология и гидрология, № 9, с. 5–19

8. Школьник И. М., Мелешко В. П., Катцов В. М., 2006. Возможные изменения климата на европейской части России к концу XXI века: расчет с региональной моделью ГГО, Метеорология и гидрология, № 3, с. 5–16.

9. Оценка макроэкономических последствий изменений климата на территории Российской Федерации не период до 2030 г. и дальнейшую перспективу / [В. М. Катцов, Н. В. Кобышева, В. П. Мелешко и др.]; под ред. д. ф.м. н. В.М. Катцова, д. э. н., проф. Б. Н. Порфирьева ; Федер. служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). – Москва: Д'АРТ: Главная геофизическая обсерватория, 2011. – 252 с.

10. Хандожко Л. А., 1981. Метеорологическое обеспечение народного хозяйства, Л., Гидрометеоиздат, 231 с

11. Оценочный доклад «Об изменениях климата и их последствиях на территории Российской федерации». - т.2. Последствия изменений климата. – 2008. Москва. 291 с

12. Кузнецов Е. П., Кобышева Н. В., 2004. Качество теплоснабжения городов, СПб, ПЭИПК, 293 с.

13. Материалы к стратегическому прогнозу изменений климата Российской Федерации на период до 2010–2015 гг. и их влияние на отрасли экономики России, 2005. М., Росгидромет, 28 с

14. Груза Г. В., Ранькова Э. Я., 2004. Обнаружение изменений климата: состояние, изменчивость и экстремальность климата, Метеорология и гидрология, № 4, с. 50– 66

14. Груза Г. В., Ранькова Э. Я., 2004. Обнаружение изменений климата: состояние, изменчивость и экстремальность климата, Метеорология и гидрология, № 4, с. 50– 66

16. Лемешко Н.А., Николаев М.В. 1999. Реакция земледелия в 21 веке на предстоящие изменения климата. Сб.: Прогноз развития метеоситуаций на ближайшие десятилетия 21 века и реакция на них сельскохозяйственных культур. Краснодар, «Плехановец», с. 24-34.

17. Лемешко Н.А., Николаев М.В., Усков И.Б. 2009. Адаптация сельского хозяйства к изменению климата. Санкт-Петербург. “Лема”, 34 с.

18. Лемешко Н.А., Сперанская Н.А. 2006. Особенности увлажнения Европейской территории России в условиях изменяющегося климата.// Современные проблемы гидрометеорологии. «Астерион». С. 38-54.

19. Лемешко Н.А. 1992. Изменение составляющих водного баланса суши при глобальном потеплении на 1С. Водные ресурсы. №4, с. 64-69.

20. Лемешко Н.А. 2002. Гидрологический режим суши при удвоении концентрации углекислого газа в атмосфере. В сб.: Современные изменения климата и их последствия. С.251-259.

21. Израэль Ю. А., Сиротенко О. Д., 2003. Моделирование влияний изменений климата на продуктивность сельского хозяйства России, Метеорология и гидрология, № 6, с. 5–17.

22. Сиротенко О. Д., Абашина Е. В. Современные климатические изменения продуктивности биосферы России и сопредельных стран // Метеорология и гидрология. 2008. № 4. С. 101—108

23. Николаев М.В. 2007. Учет климатических изменений при зонировании посевов зерновых культур на территории России. В кн.: Физические, химические и климатические факторы продуктивности полей. СПб: Изд-во ПИЯ РАН, с. 324-337.

24. Николаев М.В., Якушев В.П. 2004. Адаптация агротехнологий и рациональное размещение посевов в условиях изменяющегося климата. /В кн.: «Глобальные проявления изменений климата в агропромышленной сфере». М.: Изд-во РАСХН. с.274-299

25. Шикломанов И. А., Георгиевский В. Ю., 2002. Влияние антропогенных изменений климата на гидрологический режим и водные ресурсы, в кн.: Изменения климата и их последствия, СПб, Наука, с. 152–164.

25. Шикломанов И. А., Георгиевский В. Ю., 2002. Влияние антропогенных изменений климата на гидрологический режим и водные ресурсы, в кн.: Изменения климата и их последствия, СПб, Наука, с. 152–164.

27. Baltex. Baltic Sea Experiment. International BALTEX Secretariat. Publication № 34. 2006. 92 p.

28. Climate Change in the Baltic Sea Аrea, 2006. Draft HELCOM Thematic Assessment in 2006. HELCOM Stakeholder Conference on the Baltic Sea Action Plan, Helsinki, Finland, 7 March 2006.

29. Жигалова Н. Н., Пужакова Л. И., 2002. Состояние и межгодовая динамика развития зоопланктона в водах южной Балтики в 1997–2001 гг., в сб.: Промыслово- биологические исследования АтлантНИРО в 2000–2001 годах, т. 2, Балтийское море, Калининград, Изд-во АтлантНИРО, с. 12–24.

30. Климатические факторы возобновляемых источников энергии. Под ред. Н. В. Кобышевой, Г. И. Сидоренко, В. В. Елистратова. — СПб: Наука, 2011. 325 с.

31. Состояние окружающей среды Ленинградской области в 2012 году. Стат. сб./Петростат. – СПб., 2013. – 37 с

32. Состояние окружающей среды Ленинградской области в 2013 году. Стат. сб./Петростат. – СПб., 2014. – 37 с

33. Якушев В.П. 2002. На пути к точному земледелию. СПб: Изд-во ПИЯФ РАН, 458 с.

34. Шерстюков Б. Г., 2003. Метеорологические факторы горимости леса, засушливости погоды во второй половине ХХ века и экстремальные условия 2002 года в Московском регионе. Анализ климатической изменчивости и оценки возможных изменений климата, Труды ВНИИГМИ-МЦД, вып. 171, с. 79–88.