Евгений Борисенков - Климат и деятельность человека

Рассмотрим теперь, как климатические изменения влияют на влагооборот вообще и на сток. В гидрологии существует такое понятие, как соотношение между средней годовой потребностью в воде для данного района и необходимой емкостью водохранилища в процентах от среднего годового стока. Связь эта нелинейная. Так, при годовой потребности в 60% необходимая емкость водохранилища может составлять 20—30%, и здесь обычно не возникает серьезных проблем при расчете. Однако при годовой потребности 70—80% и более необходимая емкость водохранилища может достигать 100% и более. А это существенно меняет весь подход к проектированию и эксплуатации водохранилищ, особенно если речь идет о крупных.

Достаточно привести такой пример. В Бразилии на Рио-Гранде имеется каскад электростанций, в верхней части которого, в Фурнасе, расположено большое водохранилище емкостью 15 млн. м 3, площадь водосбора около 54 тыс. км 2. При использовании всей воды водохранилища можно выработать 22 770 МВт/мес энергии (почти 50% всей производимой энергии в районе). Однако зависимость расчетов от климатических данных такова, что при потребной выработке электроэнергии с использованием 80% среднего годового стока различные модели расчетов дают необходимую емкость водохранилищ от 48 до 84%. В первом случае в строительстве других электростанций и водохранилищ нет необходимости, во втором — есть, и это будет связано с большими экономическими затратами.

Для некоторых районов США, например, при одних и тех же осадках порядка 750 мм годовой сток будет меняться в 4 раза при изменении температуры примерно на 20° С. При понижении температуры сильно уменьшается испарение и увеличивается сток. Потенциально возможное испарение (эватранспирация) для влажных районов при средней годовой температуре (~4—5° С) составляет 500 мм, а при температуре около 27° С — уже около 1500 мм.

Колебания климатических условий требуют при проектировании и эксплуатации водохранилищ оптимального использования трех типов климатической информации: длительных рядов инструментальных измерений температуры, осадков, испарения (потенциальная эватранспирация); палеоклиматической информации; прогнозов будущих изменений климата с учетом как естественных, так и антропогенных факторов.

При строительстве крупных ирригационных сооружений крайне важно учитывать изменения климата. Известно, что во многих странах поливное земледелие — решающий фактор экономики. Поэтому знание прошлого климата, а также прогнозы его будущих изменений, в особенности осадков, температуры, испаряемости, всегда будут иметь огромное значение при проектировании сооружений. При этом потребность в данных о прошлом климатическом режиме и стоке часто возникает в необжитых районах, где рядов наблюдений нет или они ограниченны.

Важное значение имеет климат и для районов, где используется грунтовая вода из подземных скважин. Например, в Калифорнии (США) источники подземных вод составляют около 40%. В 1977 г. в связи с засухой было пробурено 10 тыс. новых скважин. Но из-за засухи скорость выкачивания подземных вод превышала скорость их восстановления за счет осадков. В результате фермеры бурили скважины все глубже. В 1977—1978 гг. скважины бурились на 270 футов (почти 80 м) глубже, чем до 1977 г. Стоимость воды здесь возросла почти вдвое.

Все эти примеры наглядно свидетельствуют о необходимости оптимального учета различных видов климатической информации при планировании и эксплуатации водохозяйственных сооружений, реализации водохозяйственных мероприятий.

Леса — важный источник сырья и продовольствия, а также органическая связь биосферы и всей климатической системы. Они очень чувствительны к изменениям климата, о чем легко можно судить по кольцам срезов деревьев. В свою очередь, ощутимые изменения лесного покрова отражаются на климате в региональном или глобальном масштабах.

Как известно, из 510 млн. км 2поверхности земного шара Мировой океан занимает 361 млн. км 2(71%), а суша 149 млн. км 2(29%). Поверхность суши, которая на 120 млн. км 2покрыта растительностью, по типам подстилающей поверхности распределяется следующим образом.

Полярные районы занимают площадь 15 млн. км 2(10% поверхности суши), тундра, болота, водоемы и реки — 30 млн. км 2(21 %), земная растительность — 24 млн. км 2(16%), засушливые пустыни — 9 млн. км 2(6%), культивируемые земли — 14 млн. км 2(9%), лесистая местность — 7 млн. км 2(5%). Леса занимают площадь 50 млн. км 2, или 33% поверхности суши. Земли более чем одной трети поверхности суши (37%) малопродуктивны или вовсе непродуктивны. Среди них тундра, водная поверхность и др. (21 %), пустыни (6 %), полярные районы (10 %).

В результате фотосинтеза и роста различных типов растительности годовое производство биомассы в пересчете на сухую массу составляет для всего земного шара 155·10 9т в год: 55·10 9т приходится на океан и 100·10 9т — на сушу. Из этого количества леса дают основную продукцию, составляющую около 65·10 9т в год при средней продуктивности леса 1,3·10 3т/км 2биомассы в год. Леса, следовательно, — самая продуктивная органическая система. Продуктивность лесов в 2—3 раза выше продуктивности других типов растительности суши и почти в 10 раз больше продуктивности океана.

Леса ответственны за газовый обмен, в частности за углеродный и кислородный циклы. Если принять годовой прирост древесины равным порядка 65·10 9т в год, то общее количество ее примерно в 30 раз больше, т. е. 2·10 12т. Поскольку на 1 кг древесины приходится 0,35—0,5 кг С, общее содержание его в лесах составляет от 700·10 9— 1000·10 9т. Считается, что для производства единицы массы сухого вещества нужно затратить 1,83 единиц массы CO 2. При этом в атмосферу выделяется около 1,32 единиц массы O 2.

Всего, таким образом, леса поглощают из атмосферы около 119·10 9т CO 2и выделяют в атмосферу 88·10 9т в год O 2. (Масса атмосферы — около 5,2·10 15т. В ней находится около 1,3·10 15т O 2и 2,57·10 12CO 2.)

Около 53% мировых запасов леса составляют тропические леса. Их вклад в мировую продукцию сухого вещества — около 75%. Главный лесной континент — Южная Америка (площадь тропических лесов 11·10 6км 2, или 55% площади всех тропических лесов).

Большие лесные массивы находятся в северной части умеренной зоны северного полушария. В табл. 9 приведено более детальное распределение лесов.

Средний запас древесины зависит от типа леса. В сухих субтропических лесах Южной Америки он составляет не более 40 м 3/га, а во влажных тропических лесах 200—300 м 3/га и более. Промышленная продукция леса по данным ФАО на площади 2,8·10 9га — около 1,45·10 9м 3в год. Таким образом, промышленное производство леса не превышает 1,5—2% годового прироста древесины. Из этой продукции около 59% идет в эксплуатацию и в другие виды промышленности и 41% используется как топливо.