ГИС-технологии для моделирования компонентов природной среды Сибирского региона

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Геофизика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 528. 4
Л. А. Михайлова, Н. Ф. Харламова Алтайский государственный ун-т, Барнаул
ГИС-ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ СИБИРСКОГО РЕГИОНА
Региональные оценки современного проявления глобального потепления в Алтайском регионе (юго-восток Западной Сибири и Алтайская горная область) свидетельствуют о его заметной величине (1,8°С за 100 лет). Многие прогнозные расчеты и сценарии ожидаемых климатических изменений подтверждают сохранение тенденции потепления с возможным усилением [1, 2, 3, 4]. Выявление экологических последствий подобных изменений входит в число актуальных проблем географии, поскольку изменения климата могут способствовать крупномасштабным преобразованиям природной среды. Наиболее эффективным путем выявления кризисных экологических ситуаций и поиска путей их ликвидации является региональный подход в ландшафтно -экологическом прогнозировании [5].
Появление средств геоинформационного картографирования и обновление гидрометеорологической информации позволяют перейти к составлению серии новых карт по оценке современных термических ресурсов и условий увлажнения территории региона. Процесс моделирования компонентов природной среды с использованием географических информационных систем предусматривает формирование банка данных, который включает гидрометеорологические данные на изучаемый район и сопредельные территории, цифровую модель рельефа и серию производных карт, а также космические снимки.
Использование математико-статистических методов для определения эмпирических зависимостей сумм активных температур выше +10°С и коэффициента увлажнения Д. И. Шашко (Md) позволило рассчитать их как функцию высоты местности (7), широты (ф) и долготы (X):
I t & gt-10°С =, ф, X)
Для этой цели был выполнен корреляционный и множественный регрессионный анализы данных с использованием пошаговой регрессии с включением в программе Statistica 6.0. Оценка значимости и адекватности модели выполнялись по стандартной методике. При этом конструировались цепочкообразные модели, в которых каждый новый элемент создается на основе результата реализации предыдущего элемента. Такое конструирование позволяет на любом этапе при построении карт корректировать набор показателей (например, был исключен из расчетов показатель экспозиции склонов и уклоны поверхности) и производить определенный анализ, необходимый для познания всего явления, характеризуемого целым набором показателей в их взаимной связи [6].
Эмпирические зависимости определялись для территории Алтайского края, Республики Алтай [7, 8] и Новосибирской области с использованием геотопологического подхода [9].
Таблица. Коэффициенты корреляции зависимостей сумм активных температур и коэффициента увлажнения Д.И. Шашко
Регион 1& gt-10°С /определяющие факторы Ма/определяющие факторы
Алтайский край 0,81 (2, ф, X) 0,82 (г, X).
Республика Алтай 0,92 (2, ф) 0,67 (г, ф)
Новосибирская область 0,89 (2, ф) 0,81 (г, ф)
Необходимо отметить, что созданные модели не являются окончательными и будут уточняться и корректироваться по мере обновления исходных данных и использования более точных математических методов.
Выявленные зависимости позволили перейти к созданию новых моделей суммы активных температур воздуха и увлажненности. За основу была взята цифровая модель рельефа GTOPO30.
Реализация полученной модели сумм активных температур воздуха в современный период представлена на рис. 1.
& lt-1000
1000−16 000
1600−1800
1800−2000
2000−2200
2200−2400
& gt-2400
отсутствует период Т10
Рис. 1. Сумма температур воздуха выше +10°С на Алтайский регион и
Новосибирскую область
На основании определенных зависимостей создана серия карт-моделей для современных условий и различных сценариев развития климата, составленных с учетом вывяленных тенденций, согласно которым через четверть века в регионе возможно повышение годовой температуры воздуха на 1 °C, с увеличением сумм активных температур на 300 °C. Проведенный анализ полученных моделей позволил выполнить расчет соотношения площадей, характеризующихся определенными ресурсами тепло- и влагообеспеченности, для различных временных срезов (рис. 2).
Полученные результаты свидетельствуют: на территории Алтайского края в настоящее время преобладают термические условия теплые (Хмо°С ^2000−2200°С — 40%), очень теплые (2200−2400°С — 26%) и умеренно-теплые (1800−2000°С — 22%), через четверть века они могут соответствовать жарким (& gt-2400°С — 49%), очень теплым (31%) и теплым (13%). Лесостепная зона в пределах края может смениться засушливой степной, которая, в свою очередь, — сухостепной. На месте сухих степей вероятно появление опустыненных степей. Несмотря на изменение термических условий в лесной зоне, значительного сокращения площади лесов не будет отмечаться благодаря особенностям микроклимата лесных комплексов и их возможности к саморегуляции.
В настоящее время 58% территории Республики Алтай характеризуются? М0°С & lt-1000°С (холодные условия), 28% - 1000−1600°С (умереннохолодные). Через 25 лет возможно уменьшение первой категории земель на 14% и увеличение площади вторых на 8%. На 6% могут сократиться площади территорий, где нет устойчивого перехода температуры воздуха через +10°С, с появлением новых категорий — 8% площадей умеренно-теплых (1800−2000°С) и 3% - теплых (2000−2200°С). Подобные изменения, на первый взгляд, будут благоприятны, однако уже на данном этапе исследований выявляется достаточное количество отрицательных последствий, связанных с деградацией многолетней мерзлоты, сокращением оледенения и пр.

60
50
40
30
20
10
0
3 4 1
18
I-I-
29
22
-У'-. --'-. !
38 40
1
13
26
31
12
[7771
I
1000−1600 1600−1800 1800−2000 2000−2200 2200−2400
& gt-2400
Т10
? При уменьшении на 1 °CСовременные условия ШПри увеличении на 1°С
5
1
Республика Алтай
60 58
44
36
21
7 1
19
28
7 8
си

О
|_
О
о
0
0
0
о
о
со
I
о
о
0
0
8
0
0
6
0
0
0
2
-
0
0
8
0
0
2
2
-
0
0
? При уменьшении на 1 °CСовременные условия ШПри увеличении на 1°С
ПТ10
8
3
со
80
60
40
20
0
66
13
1000−1600
Новосибирская область
53
50
32 35
32
1600−1800
1800−2000
13
2000−2200
Т10
? При уменьшении на 1 °CСовременные условия ППри увеличении на 1°С
Рис. 2. Изменение площадей при уменьшении или увеличении среднегодовой температуры на 1 °C относительно современного состояния
2
2
2
В пределах территории Новосибирской области на долю умереннохолодной зоны приходится 2% от общей площади, умеренной — 35%, умеренно-теплой — 54%, теплой — 13%. Предполагаемые климатические изменения могут привести к почти полному (или существенному) сокращению площадей умеренно-холодной и умеренной зон теплообеспеченности, значительному изменению в соотношении площадей умеренно-теплой и теплой зон и появлению новой категории — с очень теплыми термическими ресурсами.
Рассчитанные величины потенциальных климатических изменений к 2025 г. использовались при составлении прогностических карт для различных сценариев климатических изменений:
1 сценарий — ^& gt-10°С соврем. + 10% годовых осадков-
2 сценарий — ^& gt-10°С + 300 °C + 10% годовых осадков-
4 сценарий — Xt& gt-10°C + 300 °C + 20% годовых осадков,
где 1-й и 2-й сценарии смоделированы при сохранении современной температуры и возможном увеличении осадков на 10 или 20% от наблюдаемых в настоящее время. 3-й и 4-й сценарии учитывают также и возможное увеличение сумм активных температур на 300 °C.
Рассмотрен также вариант уменьшения годовой температуры на 1 °C.
Для верификации созданных моделей использованы глобальные месячные значения нормированного разностного вегетационного индекса (NDVI) с разрешением 0,1° за период наблюдений с 1982 по 2000 гг. [10]. Эти данные хранятся и пополняются на сайте NASA в Интернете [11].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глобальные изменения природной среды (климат и водный режим). — М.: Научный мир, 2000. — 304 с.
2. Глобальные и региональные изменения климата и их природные и социальноэкономические последствия. — М.: ГЕОС, 2000. — 263 с.
3. Региональные изменения климата и угроза для экосистем, выпуск 1, Алтай -Саянский экорегион. Ноябрь 2001 г., WWF, Москва, Россия.
4. Ревякин В. С., Харламова Н. Ф. Изменения климата Внутренней Азии в XIX—XXI вв. / Забайкалье в геополитике России. Материалы межд. симпозиума «Изменения климата и окружающей среды Центральной Азии» 1 сен. 2003 г., г. Чита. — Улан-Удэ: Изд-во Бурятского научного центра СО РАН, 2003. — С. 57−63.
5. Коломыц Э. Г. Ландшафтно-зональные системы Волжского бассейна в условиях предполагаемого глобального потепления / Изв. РАН. Серия географ. 2004, № 3. — C. 92 105.
6. Основы геоинформатики: В 2 кн. Кн. 1: Учебное пособие для студ. вузов. — М.: Изд. центр «Академия», 2004. — 352 с.
7. Михайлова Л. А., Харламова Н. Ф. Использование ГИС-технологий для оценки
современного состояния и возможных изменений различных природных комплексов / ИнтерКарто/ИнтерГИС 10: устойчивое развитие территорий: геоинформационное
обеспечение и практический опыт. Материалы Международной конференции, Владивосток, Чанчунь (КНР), 12−19 июля 2004 г. — Владивосток-Чанчунь, 2004. — С. 63−65.
8. Харламова Н. Ф., Михайлова Л. А. Возможные изменения экосистем Алтая в связи с региональными изменениями климата / Материалы Междун. Казахстанско-Российской научно-практич. конф. «Проблемы трансграничного загрязнения территорий». Усть-Каменогорск, 5−6 окт. 2004 г. Усть-Каменогорск. Часть 2. 2004. С. 197−201.
9. Романова Е. Н., Гобарова Е. Л., Жильцова Е. Л. Методы мезо- и микроклиматического районирования для целей оптимизации размещения сельскохозяйственных культур с применением технологии автоматического расчета. -СПб.: Гидрометеоиздат, 2003. — 104 с.
10. Золотокрылин А. Н. Климатическое опустынивание. М.: Наука, 2003. — 246 с.
11. DAAS: Distributed active archive center. Pathfinder AVHRR land data // ftp: //daac. gsfc. nasa. gov/
© Л. А. Михайлова, Н. Ф. Харламова, 2005

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой