Реакции пространственной структуры ландшафтов
реклама
Санкт-Петербургский государственный университет На правах рукописи Гаврилкина Светлана Андреевна РЕАКЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ЛАНДШАФТОВ ВЫСОКОГОРНОГО МАССИВА МОНГУН-ТАЙГА (ЗАПАДНАЯ ТУВА) НА ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА 25.00.23 – Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук Научный руководитель: д.г.н., профессор К.В. Чистяков Санкт-Петербург – 2015 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ........................................................................................................................................ 3 Глава 1 Район исследования и специфика физико-географической обстановки .......... 6 Обоснование выбора данного района .................................................................................. 6 Положение массива. Геологическое строение и рельеф .................................................. 9 Климатические черты региона ........................................................................................... 14 Гидрологическая сеть массива, современное оледенение ............................................. 16 Характеристика растительного покрова .......................................................................... 19 История исследования региона .......................................................................................... 21 Глава 2 Высотно-экспозиционные закономерности ландшафтной структуры массива Монгун-Тайга............................................................................................................................. 22 Высотная структура ландшафтов массива ...................................................................... 22 Анализ распределения групп растительности по типам рельефа ............................... 33 Оценка связи высотных и геоморфологических особенностей на распределение растительности на массиве .................................................................................................. 43 Методика обработки метеорологической информации ................................................. 49 Анализ климатических условий распределения геосистем .......................................... 55 Глава 3 Потенциальные реакции пространственной структуры ландшафтов на изменение климата ....................................................................................................................................... 61 Выбор сценария изменения климатических условий .................................................... 61 Оценка изменений высотно-ярусной структуры массива при изменении климата 64 Оценка степени чувствительности геосистем к изменению климата ........................ 78 Составление прогнозной схемы типов геосистем ........................................................... 82 Заключение ................................................................................................................................. 85 Список литературы .................................................................................................................. 87 Приложение ................................................................................................................................ 94 3 Введение Решение проблемы прогнозирования изменений окружающей среды и природных рисков в горных регионах невозможно без оценки трансформации ландшафтных структур под влиянием неизбежных изменений климата. Высокогорные регионы представляют значительный теоретический, методический и прикладной интерес для динамического ландшафтоведения изза высокой степени пространственно-временной изменчивости структуры и функционирования геосистем, обусловленной активностью экзогенных и эндогенных процессов. Высотные, экспозиционные градиенты температур и осадков, котловинные и барьерные эффекты приводят к существенно большей по сравнению с равнинными территориями мозаичности ландшафтной структуры. Даже незначительные колебания климата приводят в горах к быстрым и существенным изменениям высотно-ярусных структур, тогда как на равнинах изменения гораздо более растянуты по времени и пространстве. Количественная оценка факторов ландшафтной дифференциации позволяет не только выявить закономерности распределения геосистем, но и спрогнозировать на основе принципов эргодичности изменения структуры ландшафтов как результат смены климатического фона. Объектом проведённых в работе полевых и модельных исследований является изолированный высокогорный массив Монгун-Тайга. Он расположен в резкоконтинентальной аридной провинции в центре Алтае-Саянской горной страны и отделён от западных и северозападных территорий с континентальным климатом Шапшальским хребтом и хр. ЦаганШибету. Монгун-Тайга характеризуется значительным ландшафтным своеобразием и несущественной антропогенной нагрузкой и освоенностью. В физико-географическом отношении массив расположен на стыке широтных зон степей и полупустынь и долготноклиматических секторов с континентальным и резко-континентальным климатом, что на фоне значительного перепада высот в сильно расчленённом высокогорном рельефе и на разноуровневых поверхностях выравнивания создаёт мозаичное многообразие ландшафтов Цель диссертационной работы состоит в оценке потенциальных реакций пространственной структуры ландшафтов на современные климатические изменения. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: среднемасштабное ландшафтное картографирование массива Монгун-Тайга (в масштабе 1:100000), дополнение и корректировка тематических карт для их сопоставления с цифровой моделью рельефа; количественный анализ высотного и экспозиционного распределения геосистем массива Монгун-Тайга; 4 моделирование полей климатических характеристик (среднелетних температур воздуха и суммарного количества атмосферных осадков за лето) на основе цифровой модели рельефа, данных гидрометеорологических станций и полевых измерений вертикальных градиентов гидрометеорологических характеристик; оценка диапазонов значений климатических характеристик, оптимальных для современных длительновременных состояний ландшафтов; моделирование возможных трансформаций ландшафтной структуры при реализации выбранного сценария климатических изменений; анализ степени чувствительности геосистем к возможным колебаниям климата в пределах прогнозируемых изменений последнего. Исходными материалами для анализа высотной структуры массива послужила дополненная и переработанная ландшафтная карта масштаба 1:100 000, составленная на основе полевых материалов, полученных в ходе комплексных экспедиций географов СПбГУ, в которых автор принимала участие в некоторых сезонах. При составлении карты такж использовались геоморфологическая схема массива, схемы криогенных комплексов, данные дистанционного зондирования. Сравнительный анализ ландшафтной структуры высотных ступеней и выявление экспозиционных особенностей распределения геосистем картографических и картометрических методов (ArcGIS), проводился с помощью в том числе с использованием цифровой модели рельефа с шагом 1 арк-секунда. Математическое моделирование полей пространственного распределения основных климатических характеристик проводилось на основе данных режимных и полустационарных полевых наблюдений и цифровой модели рельефа и позволило выявить диапазоны значений климатических характеристик, отражающие оптимальные условия функционирования геосистем. Научная новизна работы заключается в том, что проведённый комплексный анализ современного состояния ландшафтной структуры массива Монгун-Тайга позволил выявить особенности высотного и экспозиционного распределения ландшафтов. На основе моделей распределения климатических характеристик были выявлены их диапазоны, отражающие оптимальные условия существования различных сообществ в разных геоморфологических условиях. Разработана картографическая модель наиболее вероятного пространственного распределения геосистем при реализации выбранного климатического сценария на срок до 2050 года; дана оценка возможным площадным изменениям в структуре горных ландшафтов. Практическая значимость работы состоит в том, что комплексные знания о структуре ландшафтов, взаимосвязи их компонентов, динамике необходимы для прогнозирования возможных изменений в зависимости от колебаний климата. В настоящее время Монгун-Тайга 5 является кластером биосферного заповедника "Убсунурская котловина", на базе которого осуществляется мониторинг последствий глобальных изменений климата. Помимо того, что массив, несомненно, является замечательным памятником природы, для коренного населения Тувы Монгун-Тайга является сакральным объектом. Модель потенциальных изменений ландшафтной структуры массива Монгун-Тайга может быть использована при выборе стратегий регионального освоения и развития и, в том числе, иметь практическое значение при оценке опасных природных процессов. Основные защищаемые положения работы: 1. Региональная специфика ландшафтной структуры высокогорий, сформированной в условиях резко континентального аридного климата на стыке Алтая и Танну-Ола, заключается в отсутствии чётко выраженных высотных поясов. Вместо них образуются мозаичные сочетания горно-степных, горно-тундровых, горно-луговых геосистем. 2. Разнообразие типов геосистем приблизительно в равной мере определяется действием геолого-геоморфологических и высотно-экспозиционных факторов. 3. Значительные различия высотного положения однотипных геосистем северной и южной частей массива, достигающие 300-400 м, обусловлены неравномерным распределением тепла и влаги вследствие морфологических особенностей массива. 4. При реализации сценария «потепление на фоне иссушения» на северном макросклоне массива произойдет увеличение площади степных геосистем за счет сокращения площадей луговых и тундровых, а на южном – увеличение доли луговых за счет тундровых при сохранении доли степных. Площади территорий, преимущественно лишенных растительности в современных условиях, а также снежно-ледовых образований, сократятся на обоих макросклонах массива. 5. Построенная модель реакции ландшафтов на прогнозируемое изменение климата показала, что наиболее чувствительными типами растительности являются мохово-ерниковые тундры, кобрезиевые пустоши и разнотравно-злаковые степи. Результаты исследований докладывались на заседаниях кафедры физической географии и ландшафтного планирования СПбГУ, научно-практической конференции «Изменение климата в Алтае-Саянском экорегионе – стратегии смягчения и адаптации» (Барнаул, 2011), III Международной научно-практической конференции «Современные проблемы географии и геологии» (Томск, 2014). По теме диссертации опубликовано 3 работы, из них 2 статьи в журналах из списка, рекомендованного ВАК. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Список литературы включает 98 наименований. Общий объем работы составляет 102 страницы, включая 48 рисунков, 11 таблиц и 4 приложения. 6 Глава 1 Район исследования и специфика физико-географической обстановки Обоснование выбора данного района Алтае-Саянская горная страна – обширная территория, лежащая к востоку от равнин Средней Азии. Она занимает западную часть гор Южной Сибири и включает в себя горные системы, хребты и котловины, возникшие в процессе орогенеза, начавшегося в конце палеогена и продолжавшегося в неогене 1 . Границы её определены разломами блоковых структур, образовавшиеся в результате многократных тектонических смещений. Формирование фундамента завершилось в герцинскую (для Алтая) и каледонскую (для Саян) эпохи, рельеф же сформировался в кайнозойскую, поэтому тектонические структуры не определяют ориентировку горных хребтов, созданных в результате эрозионного расчленения [52]. Что касается разделения Алтая и Саян, то четкой естественной границы нет. Так, например, Шапшальский хребет Алтая смыкается с Западным Саяном и хр. Карлыган; хребет Корбу, отходящий от восточного побережья Телецкого озера, – с Абаканским хребтом; и др. Ядром Алтайской системы являются узлы Горного Алтая, Южного и Рудного Алтая, а также Калба-Нарымская зона, расположенные в поясах каледонской и герцинской складчатостей. Основа их в настоящее время приподнята на высоты до 4000 м. Рельеф Алтая характеризуется наличием сильно рассеченных хребтов, простирающихся в основном в северозападном или субширотном направлении, узких и глубоких речных долин и обширных межгорных котловин. Переход между хребтами и котловинами четко выражен в рельефе: часто эти участки совпадают с тектоническими разломами. Например, грабен долины р. Каргы, открывающийся к востоку а котловину оз. Ачит-Нур. На днищах разноуровневых котловин располагаются крупные озера (Джулу-Куль, Хиндиктиг-Холь, Урэг-Нур и др.). Горный Алтай состоит из хребтов: Катунского (с самой высокой точкой Алтае-Саянской страны - г. Белуха, 4506 м), Северо- и Южночуйского, Курайского, хр. Листвяга, Теректинского, Холзун и др. (Рис. 1). Их разделяют Абайская, Курайская, Уймонская, Чуйская межгорные котловины. Южнее протягиваются в субширотном направлении от хребта Сайлюгем системы Табын-Богдо-Ола, Южный Алтай, Тарбагатай. Хребты Шапшальский и Чихачева имеют северо-западное простирание. Так как в четвертичное время Алтай был очагом мощного, неоднократно повторявшегося оледенения, для высокогорного рельефа Алтая характерны 1 При описании орографического строения горной страны использовались монография Гвоздецкого Н.А. и Михайлова Н.И. (1978), Маринина А.М. и Самойловой Г.С. (1987), а также работы Адаменко О.М. (1969), Барышникова Г.Я. (1992), Борисова Б.А. (1984) 7 многочисленые альпинотипные формы (цирки, кары, троги и пр.) и наличие современного оледенения. Специфика рельефа заключается и в наличии поверхностей выравнивания на разных высотных уровнях, что определяет ступенчатый облик рельефа. В восточном и северовосточном направлении от Алтая высота хребтов понижается. Рис. 1 Орографическая схема Алтае-Саянской страны (Г.Н. Огуреева, 1980) Саяны состоят из двух горных систем: Восточного и Западного Саяна, круто обрывающегося к Минусинской и Тувинской котловинам и прорезанного узкой и порожистой долиной Енисея. Западный Саян протягивается с юго-запада на северо- востоке до Восточного Саяна и состоит из хребтов Ергак-Таргак-Тайга, Куртушибинский, Араданский, Саянский, Ойский, Джойский, Джебашский, Кулумыс и др. с преобладающими высотами 1800-2500 м. Южнее лежит горная дуга Западного и Восточного Танну-Ола, примыкающая к Сангиленскому нагорью, и система хребта Академика Обручева. Между хребтами на разных гипсометрических уровнях также лежат котловины (Тоджинская, Тувинская, Минусинская и др.), а в пределы Тувинской республики заходит часть Убсунурской впадины, принадлежащей бессточной и наиболее аридной области Внутренней Азии, где хребты имеют средневысотный характер и не несут современных ледников. И котловины, и разделяющие их хребты простираются в субширотном направлении, подчеркивающем структуру древнего каледонского фундамента [52]. 8 Положение Алтае-Саянской горной страны во внутренней части материка в условиях преобладающего западного переноса воздушных масс, но вблизи центра Сибирского антициклона обусловливает большое разнообразие климатических условий, вплоть до чрезвычайно аридных. Большую часть года здесь преобладают континентальные воздушные массы, сформированные над центрально-азиатскими нагорьями, которые в условиях горнокотловинного рельефа создают континентальный, а в межгорных котловинах - резко континентальный климат. Сочетание малого количества осадков с большим диапазоном высот приводит к большому разнообразию ландшафтов. Характерной чертой горной страны является резкое отличие в степени увлажнения наветренных и подветренных макросклонов горных систем и увеличение степени континентальности климата с запада на восток. Ороклиматические барьеры на территории Алтае-Саянского региона (Монгольский Алтай Южный Алтай - Караалахинские горы - Катунский хребет; Тургени-Нуру - Цаган-Шибету Шапшальский – Абаканский - Кузнецкий Алатау; Западный Саян - Восточный Саян Хангайский хребты) отделяют друг от друга резкоконтинентальные районы Внутренней Азии и более влажные хребты Западного Саяна, Западного Танну-Ола и Хемчикской котловины [68, 74]. То есть направление хребтов на северо-западе горной страны определяет свободное продвижение воздушных масс, а Котловина Больших озер оказывается в значительной степени изолирована от влагонесущих западных потоков. На этом климатическом рубеже и был выбран конкретный регион исследований, а именно ‒ высокогорный массив Монгун-Тайга, расположенный на ороклиматической границе Шапшальского хребта и его продолжения – субширотного участка хребта Цаган-Шибету. Это регион, являющийся переходным по направлению смены климата от континентального к резкоконтинентальному. По схеме физико-географического районирования Внутренней Азии рассматриваемая территория лежит на границе Внутриазиатской и Алтае-Саянской физикогеографических стран, неоднородных как в климатическом, так и орографическом и гляциологическом отношениях [84]. Анализ ландшафтной структуры, сформировавшейся на границе смены типов высотных структур, позволит выявить особенности этой региональной специфики и понять механизм формирования ландшафтов. 9 Положение массива. Геологическое строение и рельеф Горный массив Монгун-Тайга с одноименной вершиной (в прошлом Мунку-Хаирхан-Ула) расположен к югу от главного азиатского водораздела, отделяющего бассейны рек Северного Ледовитого океана от зоны внутреннего стока, и относится к бассейну Котловины Больших Озер (Рис. 2). Массив с 2000 года является кластером биосферного заповедника «Убсунурская котловина», созданного в целях сохранения ландшафтного и биоразнообразия. Кластер и охранная зона охватывают не только вершину с ледниковой частью, но и верховья рек Балыктыг, Мугур, Моген-Бурен вплоть до государственной границы Российской Федерации с Монголией. Главная вершина массива имеет высоту 3970,5 м и координаты 501630 с.ш. и 908 в.д. Рис. 2 Положение массива Монгун-Тайга (Landsat) Высокогорный массив Монгун-Тайга находится в самом центре Алтае-Саянской горной страны в районе сочленения хребтов Горного и Монгольского Алтая и системы Танну-Ола. Ближайшие к массиву горные сооружения хребтов Цаган-Шибэту с севера и северо-востока, Шапшальского с северо-запада, Чихачева с запада и юго-запада отделены межгорными понижениями - долиной реки Каргы (1800-2200 м), котловиной с озерами Джулу-Куль (у.в. 2200 м) и Хиндиктиг-Холь (у.в. 2306 м) и Ачитнурской впадиной (1500-1700 м). К юговостоку протягивается среднегорная прерывистая цепь поднятий - хр. Бармен (2300-2800 м), идущий от высокогорий массива через среднегорья гор Байрам-Ула (2960 м) до высокогорий Тургэн-Ула (3960 м) и Хархира-Нуру (4037 м). Границы массива отчетливы на севере (по резкой смене горных склонов по правобережью реки Мугур), западе (по склону у левобережных притоков реки Моген-Бурен) и юге, где 10 ступенчатый склон массива спускается к понижениям и конечно-моренным шлейфам (Рис. 3). На востоке массив ограничен горными возвышениями (до 2200-2600 м) между бассейнами низовьев реки Мугур и верховьев реки Ак-Адыр. Общая площадь рассматриваемой территории составляет чуть более 1500 кв. км. Северный макросклон массива в целом гораздо короче южного и прорезан неглубокими долинами притоков р. Каргы. В южной части массива реки текут по глубоким (800-1000 м) троговым долинам, обрамленным крутыми, местами отвесными, склонами. В центре массива в силу развития современного оледенения сформировались альпинотипные формы рельефа (цирки, кары, пикообразные гребни), чередующиеся со скальными осыпями и современными моренами. Рис. 3 Гипсометрическая схема массива (изогипсы проведены через 200 м) Первое подробное описание массива Монгун-Тайга было сделано Ю. П. Селиверстовым, в дальнейшем информация о геоморфологических характеристиках массива пополнялась сотрудниками факультета географии и геоэкологии СПбГУ в ходе полевых работ. В работе история развития региона исследования была описана с помощью работ С.С. Воскресенского, Л.К. Зятьковой, Г.А. Чернова [13, 35, 69]. 11 Рассматриваемая область сформировалась на месте протерозойско-палеозойской геосинклинали. В течение кембрия здесь располагалось открытое море; первые участки суши образовались только в конце силура. Таким образом, в позднем палеозое установился переходный от моря к континенту режим. В течение всего палеозоя развивался СаяноТувинский разлом, а также продолжалось накопление мощных толщ осадков, которые в конце карбона были смяты в складки с интрузиями гранодиоритов. В результате геосинклинальная зона Западной Тувы превратилась в жесткий массив, продолжая при этом погружаться. В раннем карбоне территория Тувы сохраняла низко-среднегорный рельеф, поскольку Алтай размывался, превращаясь местами в пониженную равнину с крупными бассейнами типа эпиконтинентальных морей и озер. В позднем палеозое к югу от Западно-Саянского поднятия продолжал существовать Тувинский прогиб, осадочные отложения которого были смяты в складки в конце пермского периода. Кроме того, в скрепленных интрузиями породах, которые тектонические движения не смогли смять в складки, произошли глубокие и длинные разрывы. В начале мезозоя территория Тувы представляла собой холмистую равнину: в это время преобладало разрушение отложений и вынос их за пределы области, горная страна в целом была размыта и имела вид пенеплена. В течение юрского периода происходило накопление мощных отложений (в частности в Убсунурской котловине, Котловине Больших Озер, Каргинской впадине). На рубеже мезозоя и кайнозоя происходило денудационное выравнивание и образование кор выветривания на всей территории Алтае-Саянской горной области. Это привело к формированию поверхностей выравнивания, которые в настоящее время широко распространены в горах Алтая и Саян на всех высотных ступенях. Литологический состав третичных отложений в целом однороден, следовательно, кое-где были невысокие пологие возвышенности, небольшие речки и много озер; понижения и впадины являлись областями аккумуляции, где накапливались озерно-аллювиальные отложения. К концу палеогена происходит поднятие хребтов Танну-Ола, Западный Саян, расчленение поверхностей выравнивания и более четкое ограничение впадин, испытывавших относительные понижения. Толщи отложений были разбиты мощными тектоническими разломами на ряд отдельных глыб, с неравномерным перемещением их и частичным надвиганием одних на другие, но не сопровождающееся вулканизмом. В раннечетвертичную эпоху происходят интенсивные поднятия Шапшальского хребта, Западного Танну-Ола и других хребтов. На последнем этапе развития рельефа Тувы (средне-позднечетвертичное время) этот горный узел был очагом мощного, неоднократно повторявшегося оледенения, за счет которого и создавались в итоге морфоскульптурные особенности гор. Вплоть до настоящего времени в высокогорьях встречаются полные комплексы ледниковых отложений с мощными дугами 12 морен, многочисленные моренные озера, изборожденные и отполированные скалы, крупные эрратические валуны, глубокие троги и кары. Вместе с тем продолжалась и продолжается тектоническая активность. Геологическое строение массива Монгун-Тайга было подробно описано Ю.П. Селиверстовым 58. Значительная часть массива сформирована гигантской интрузией раннесилурийских гранитов и гранодиоритов, внедрившейся в раннекембрийские эффузивы с песчаниками, сланцами и кварцитами. Породы, слагающие массив, малоустойчивы к денудации (кембрийские сланцы, песчаники и филлиты). В долинах рек (в частности Мугур, Восточный Мугур) встречаются красноцветные породы среднего девона (песчаники и алевролиты). Правобережье долины реки Каргы занято ордовикскими терригенными песчаниками, алевролитами, аргиллитами, конгломератами и позднекембрийско-раннеордовикскими глинистыми и филлитовыми сланцами с песчаниками и алевролитами. Из молодых отложений озерн-речного генезиса распространены миоценовые песчано-глинистые, реже галечники. Тектонические процессы продолжаются в регионе до сих пор, о чем свидетельствуют землетрясения: район относится к зоне землетрясений силой 7-8 баллов [58]. Последнее оледенение носило долинный характер; сохранились многочисленные морены, которые послужили причиной образования многочисленных горных озер. Некоторые ледниковые долины оказались перегорожены моренными отложениями и река оставляла свою ледниковую долину и пропиливала новую – узкую, эрозионную. Долины главных рек оказались переуглубленными по отношению к долинам притоков и образовались водопады. После озерной фазы послеледникового времени, когда талые воды заполняли многие долины-грабены, возобновился эрозионный процесс. Одной из особенностей рельефа массива является наличие разноуровневых поверхностей выравнивания, представляющих собой остатки некогда единой поверхности выравнивания и на данный момент формирующих ступенчатый облик массива. Однако в целом массив в значительной степени расчленен. Современный характер рельефа массива свидетельствует о неоднократных оледенениях: здесь характерно наличие трогов, цирков и каров, разделенных острыми высокими гребнями; значительные площади на массиве покрыты моренными образованиями, различными по возрасту, генезису, мощности морфологией, распространением. В нижних частях скалистых крутых склонов наблюдаются большое скопление осыпей и моренные отложения. Кроме того, на массиве распространены так называемые висячие долины, образование которых связано с ледниковой экзарацией. В южной части массива выделяются глубокие троговые долины (Толайты, Орта-Шегетей), где крутые склоны поднимаются до высот 3600 м и выше при урезах русел около 2400 м. Корытообразная форма и троговые плечи наиболее ярко выражены именно в долинах Орта-Шегетей и Толайты, но характерны для всех 13 речных долин массива. Это говорит о том, что мощности ледникового покрова были значительно больше современных и ледники опускались до высот 2000 м [25]. В северной части массива долин с такими амплитудами высот нет: северную окраину образует холмистое предгорье с высотами 2400-2600, прорезанное правыми притоками реки Каргы. На восточной окраине массива также нет глубоко врезанных долин, рельеф сглажен. Южная часть массива область перехода от высокогорий к Ачитнурскому понижению, она сформирована в основном моренными образованиями. Более подробно типы рельефа высокогорного массива Монгун-Тайга будут рассмотрены в следующей главе. В целом современное состояние и морфологические особенности массива говорят об активном участии ледников (экзарационная, аккумулятивная) в процессе формирования морфоскульптур на тектонически созданной структуре. 14 Климатические черты региона Горный массив Монгун-Тайга расположен в умеренных широтах центральной части азиатского материка на юго-восточной периферии Алтае-Саянской горной страны. Географическое положение описываемой территории, как в целом гор юга Сибири, находящихся почти в центре материка и значительно удалённых от морей и океанов, обусловливает основные черты климата: большая годовая амплитуда температур воздуха, малое количество осадков и их неравномерное внутригодовое распространение, отрицательная среднегодовая температура воздуха (-2,4 С). Сложный рельеф и значительные абсолютные высоты горного массива обусловливают неоднородность распределения тепла и влаги в зависимости от высоты, экспозиции и форм рельефа, что находит своё отражение в высотной и горизонтальной дифференциации ландшафтов [27, 58]. Основой для оценки климатических условий территории послужили данные метеостанции в пос. Мугур-Аксы, расположенной на высоте 1830 м в долине р. Каргы (в 20 км от массива). Эта метеостанция находится в орографической тени и отображает условия среднегорья; высокогорная же часть массива и Алтая в целом до сих пор не охвачена сетью гидрометеорологических станций. Поэтому для характеристики условий тепло- и влагообеспеченности высокогорного пояса необходимо привлекать материалы экспедиционных исследований (наблюдения на массиве Монгун-Тайга ведутся только в течение летнего периода). Другая ближайшая метеостанция расположена в 65 км к югу в п. Бух-Мурен, однако станция уже не действует и ряды наблюдений её значительно короче. Для зимних условий характерно развитие западного отрога Азиатского антициклона [21]; преобладают западные и северо-западные ветра. В связи с развитием зимой температурных инверсий и преобладанием нисходящих воздушных потоков количество осадков крайне мало (в среднем 10 мм за три зимних месяца) [70]. Кроме того, характерной особенностью циркуляции атмосферы региона является преобладание антициклонов в течение всего года, особенно зимой. Устойчивая антициклональная погода здесь может наблюдаться на протяжении 5-6 месяцев [55]. Поэтому большую роль в формировании ледников и снежников играет метелевый перенос снега и накопление его в отрицательных формах рельефа, что, в свою очередь, влияет на распределение не только мерзлотных форм рельефа но также и растительных сообществ. Распределение влаги в пределах массива значительно варьирует в зависимости от конкретного мезорельефа: увеличение количества атмосферных осадков характерно для наветренных склонов и возвышенных участков. По нашим оценка годовая сумма осадков достигает 300-400 мм, летняя – крайне редко превышает 300 мм (при этом в поселке Мугур-Аксы средняя годовая 15 сумма осадков за период наблюдений 1963-2013 гг. составила 140 мм). Кроме того проявляются резкие горизонтальные контрасты в распределении осадков, так как в зоне «орографической тени» массива годовая сумма в среднем составляет 160 мм. Летом усиливается циклоническая деятельность, которая обусловливает годовой максимум осадков: на три летних месяца приходится 70 % их общей суммы (монгольский тип [64]). При этом преобладают южные и юго-западные ветры. Летом за счет интенсивного прогрева поверхности благодаря рельефу территории развивается местный циклогенез: так, в глубоких узких долинах южной части массива усиливается циркуляционный эффект. Особенно активен циклогенез при контакте холодного арктического воздуха, поступающего с северозападными потоками по долине реки Чулышман, с теплым воздухом хорошо прогревающейся Котловины Больших озер, что в итоге приводит к обильным снегопадам и временному прекращению таяния в высокогорных частях массива. К непериодическим ветрам относятся ледниковые ветры, развивающиеся у края ледника в долинах [58]. Средняя температура летних месяцев в поселке Мугур-Аксы) составляет 12,8 С (по непрерывному ряду наблюдений с 1963 по 2012 гг.), в самом холодном месяце года (январь) температура воздуха может опускаться до -29 С. По данным многолетних экспедиционных исследований средняя величина высотного градиента температуры воздуха в летний период от метеостанции Мугур-Аксы до высокогорного пояса составляет по данным наблюдений 0,69С/100 м 58. В целом по климатическим условиям, характеру распределения ледников и структуре растительности можно отметить значительные отличия друг от друга северной и южной частей массива, обусловленные в первую очередь именно циркуляционными факторами [16]. 16 Гидрологическая сеть массива, современное оледенение Рассматриваемая территория расположена в области внутреннего стока материка. Реки массива берут начало в высокогорной части, нередко от языков ледников; водотоки принадлежат бассейнам рек Каргы (Балыктыг, Мугур, Восточный Мугур, Правый Мугур) и Моген-Бурен (Дуруг-Су, Холаш, Джаарс, Мугур-Шегетей, Орта-Шегетей, Шара-Хорагай, Толайты), текущих в озера Урэг-Нур и Ачит-Нур, соответственно. В силу асимметрии и формы массива («подкова», открытая к югу) долины рек южной части значительно длиннее и глубже северных. Глубины водотоков, как правило, невелики (около 1 м), русла сильно завалунены. В долинах рек Толайты, Орта-Шегетей, Холаш отмечаются участки сильного заболачивания днищ и заозеренности, что является одновременно результатом перераспределения поверхностного сток по склонам и признаком деградации многолетней мерзлоты на днищах долин. Поймы у большинства рек отсутствуют или имеют небольшую ширину. Стационарных гидропостов в рассматриваемом районе нет; за гидрологическим режимом рек массива сотрудниками факультета географии и геоэкологии в ходе многолетних экспедиций ведутся наблюдения. Результаты этих наблюдений позволяют говорить о том, что в формировании речного стока основную роль играют ледники и снежники, что определяет суточные колебания уровня воды (в соответствии с изменением температуры воздуха в течение дня). Это же влияет и на значительную мутность речных вод в периоды пика стока [23]. Максимум осадков и таяние летом способствуют тому, что наибольший сток наблюдается именно в середине лета. Меженный уровень рек наблюдается в августе-сентябре. Для ряда рек массива (Толайты, Орта-Шегетей, Дуруг-Су) в регулировании стока участвуют связанные с ними озера. Происхождение озер массива Монгун-Тайга во многом связано с мерзлыми толщами моренных отложений и рельефообразующей деятельностью ледников. Так, часто сильно увлажнены и покрыты термокарстовыми озёрами предгорные моренные шлейфы; многие озёра располагаются на дне каров или в понижениях, связанных с ледниковой экзарацией; цепочки озёр на днищах корытообразных троговых долин южной части массива образовались вследствие подпруживания моренными образованиями. Многие озера, ранее располагавшиеся в нижней части массива (ниже 2500 м), уже спущены. Об их существовании свидетельствуют лимногляциальные отложения, в том числе, и в тех частях массива, где в современное время озёр нет. На северо-западе массива находится наиболее крупное на рассматриваемой территории озеро Хиндиктиг-Холь, площадью примерно 67 кв. км. По нашим подсчетам суммарная 17 площадь остальных озёр составляет чуть более 10 кв. км. На территории массива их насчитывается более 200 (включая мелкие, площадью примерно 0,001 кв. км (Рис. 4)). Рис. 4 Термокарстовые озера в районе р. Балыктыг (фото Гузэль Н.И.) С 1988 г. Центрально-Азиатская экспедиция факультета географии и геоэкологии СанктПетербургского Государственного университета проводила комплексное изучение высокогорных ландшафтов массива Монгун-Тайга. Согласно проведённым работам к концу 1990ых гг. ледники массива покрывали площадь 23,3 кв. км. По состоянию на 2010 г. насчитывалось 20,3 кв. км, покрытых снежно-ледовыми образованиями [25]. Кроме того, имеются и погребённые моренными отложениями льды. Ледники массива Монгун-Тайга – остатки более мощного оледенения, но до сих пор активные. Они располагаются в высотном интервале 2800-3970 м, причем наиболее низкие положения концов ледников наблюдаются у долинных, карово-долинных и каровых ледников [16]. Наиболее крупные ледники – Восточный Мугур, ледник Селиверстова (3,84 и 2,78 кв. км соответственно по состоянию на 2010 г. [25]); особое место принадлежит куполовидному леднику вершины Монгун-Тайга, который представляет собой ледниковый комплекс с единой зоной питания, разделяющийся на самостоятельные ледниковые потоки. В целом для массива характерно преобладание малых форм оледенения (ледники площадью менее 0,5 кв. км). Оледенение массива приурочено в основном к северо-восточным склонам, где сочетаются малые величины инсоляции и питание за счет метелевого переноса [17]. Ледники массива могут быть обособлены друг от друга или объединяются в комплексы с единой зоной питания. На сегодняшний день для массива характерна деградация ледников, что выражается в сокращении площадей, отступании концов ледников и повышении их высотного положения, 18 распаде крупных ледников на малые, более живучие формы [19]. На территории массива распространены также многочисленные снежники. Сезонное таяние ледников и снежников играет значительную роль в водном балансе территории, обеспечивая дополнительное увлажнение почв в летний период, что находит отражение в структуре растительного покрова высокогорий. На территории массива распространена многолетняя и сезонная мерзлота, существование которой в значительной мере определяет дифференциацию растительного покрова. 19 Характеристика растительного покрова Согласно схеме геоботанического районирования Куминовой А.В. территория массива расположена в Монгун-Тайгинском горно-тундровом опустыненном округе в составе ЮгоВосточной Алтайской горно-степной провинции, расположенной в юго-западной части Тувы и отгороженной от остальной части республики на севере хр. Цаган-Шибэту [46]. В силу климатических особенностей, значительных абсолютных высот массива и особенностей его рельефа для распределения растительности создается довольно широкий диапазон условий. Согласно районированию Огуреевой Г.Н. в пределах Алтая выделяется 6 основных растительных поясов: степной, лесостепной, лесной или лесо-луговой, субальпийский, альпийско-тундровый и гляциально-нивальный [61]. Однако на массиве Монгун-Тайга альпийский и субальпийский пояса не представлены: здесь луга зачастую соседствуют с тундровыми и степными сообществами. Так что структура растительного покрова не поясная, а скорее мозаичная. Краткая характеристика сообществ представлена в соответствии с экологическими рядами, выделенными В. Дирксен [29]. В целом по характеру распределения растительности можно отметить значительные отличия северной и южной частей массива, обусловленные именно циркуляционными факторами: наиболее крупные ледники сосредоточены в северной части, лиственничные массивы отсутствуют на юге (встречаются в виде единичных деревьев), подножия южной части массива имеют гораздо более аридный облик и покрыты различными видами степных ассоциаций, в отличие от тундровых северных. Согласно классификации В. Дирксен растительные сообщества массива Монгун-Тайга можно объединить в четыре экологических ряда: криоксерофильный, криогигрофильный, мезофильный и пойменный. Сообщества криоксерофильного ряда (криофитные типы растительности, криофитноразнотравные кобрезники и криофитные степи) обитают в наиболее холодных и сухих условиях высокогрья, где занимают пространства с практически отсутствующим снежным покровом (снег сдувает с выровненных поверхностей пологих склонов и поверхностей выравнивания), с резкими суточными колебаниями температуры в вегетационный период. Они в основном имеют вид подушечников (Sibbaldia tetrandra, Eritrichium villosum, Chamaerhodos altaica) и розеточных растений (Saxifraga melaleuca, Crepis chrysanta). Растительный покров прерывистый, проективное покрытие максимум 50 % при заметном участии петрофитов на каменистых россыпях. Характерной чертой растительности высокогорного пояса Монгун-Тайги является сочетание высокогорных тундровых (криофитных) и степных (ксерофитных) видов в структуре ассоциаций. Так например, вид Kobresia участвует в составе как высокогорных тундр на 20 высотах более 2600 м, так и в горных степей, покрывающих гипсометрические ступени до 2200 м. Кобрезники также выделяются и в идее лугов. То есть, определение того или иного типа растительности идёт не по доминированию конкретного вида, а по характерному сочетанию нескольких видов. Растительные сообщества криогигрофильного ряда включают различные виды тундр. Они занимают довольно значительные площади и характеризуются приуроченностью к сравнительно более влажным местоположениям, чо связано с сезонной деградацией многолетней мерзлоты. Растительный покров в тундрах более сомкнут, нежели в высокогорных ксерофитных сочетаниях. В мезофильном ряду выделяют разнотравные лугов, распространение которых определяется свойствами местоположений, способствующими дополнительному притоку влаги (затененность, локальные понижения, впитывающие способности грунтов и пр.). В работах Куминовой, Седельникова и других исследователей не упоминается о присутствии луговых сообществ в структуре растительного покрова Монгун-Тайги [11, 47, 71, 73]. Они занимают небольшую площадь, не образуют сплошного пояса, однако нами выделяются как региональный специфичный признак высотной структуры ландшафтов массива. В пойменном ряду сообществ ассоциации формируются в зависимости от каменистости субстрата и высотного положения. Это влияет на общее проективное покрытие растительности и участие в структуре ассоциаций петрофитных. Исследования, проведённые В. Дирксен на массиве, показали, что в общую структуру высотной поясности значительные изменения может вносить влияние внутридолинной циркуляции, барьерных эффектов, экспозиционных контрастов склонов. Лесной пояс как целостное явление выпадает из структуры поясности массива; лиственничные перелески встречаются на более увлажненных и защищенных от ветра территориях. Лиственничные редколесья распространены в основном в пределах высотного интервала 2000-2400 м, отдельные низкорослые лиственницы могут встречаться под защитой скал вплоть до высоты 2550 м. На территории района они представлены лишайниковоерниковым с хорошо выраженными ярусами подлеска, кустистыми лишайниками и мхами в напочвенном покрове и разнотравными разреженными лиственничниками, где в травянокустарничковом ярусе наиболее часто встречаются Poa sibirica, Carex orbicularis, Bistorta major, Astragalus frigidus, доминируют Festuca sphagnicola, Poa sibirica, Myosotis suaveolens. 21 История исследования региона Крупнейшие исследователи Сибири неоднократно посещали отдельные части Алтая и Саян (П. А. Кропоткин, И. Д. Черский, В. А. Обручев, В. В. Сапожников и многие другие). Большие работы до 1917 г. были проведены учеными Томского университета. Первые сведения о массиве появились именно после путешествия профессора Томского университета В.В. Сапожникова в 1909 г.. Он отметил наличие на массиве нескольких ледников, описал характер распределения моренных отложений и определил абсолютную высоту главной вершины. В середине ХХ в. было совершено первое восхождение на вершину массива; Ефимцевым Н.А. составлена схема предполагаемого максимального оледенения, описаны стадиальные морены. С появлением аэрофотоснимков территории массива были уточнены очертания ледников массива, определена общая площадь оледенения. Первое же подробное описание гляциально-нивального пояса было выполнено в 1965 г. Ю.П. Селиверстовым, который не только дал характеристики всем ледникам, но также и закартировал их. В настоящее время долинный ледник, расположенный в верховьяхреки Шара-Хорагай, носит имя Селиверстова. Впоследствии наблюдения за оледенением массива вели Ревякин В.С., составивший каталог ледников, Мухаметов Р.М., выполнивший реконструкцию оледенения, и др. Первые систематические исследования растительности были выполнены на рубеже XIXXX вв. Профессор П. Н. Крылов составил сводную характеристику растительности Алтая, описал высотную поясность. Работы по изучению флоры и растительности проводил также и В.В. Сапожников. В конце 1970-х гг. Ревушкин А.С. исследовал флору непосредственно на территории массива Монгун-Тайга: в ходе этих исследований была найдена ископаемая древесина. С 1980-х гг. и по настоящее время высокогорья Азии в целом и территория массива Монгун-Тайга в частности являются областью интереса и объектом исследования географов Санкт-Петербургского (Ленинградского) университета. Пристальное внимание, уделяемое высокогорному массиву Монгун-Тайга, позволяет в итоге получить массу оригинального материала по отдельным компонентам ландшафтов массива, сравнительно мало освоенных и практически не затронутых антропогенным воздействием. Исследовательские работы географов СПбГУ заключаются не только в маршрутных обследованиях, но и стационарных и полустационарных метеорологических и гидрологических наблюдениях в разных частях массива, балансовых исследованиях ледников, тематическом картировании и составлении комплексных ландшафтных описаний и пр. 22 Глава 2 Высотно-экспозиционные закономерности ландшафтной структуры массива Монгун-Тайга Высотная структура ландшафтов массива Высокогорный массив Монгун-Тайга, являющийся своеобразным связующим звеном между Алтаем и Западным Саяном, расположен на стыке широтных зон степей и полупустынь и долготно-климатических секторов с континентальным и резко-континентальным климатом. В ландшафтной структуре массива Монгун-Тайга помимо явной высотной дифференциации, обусловленной гипсометрическим перепадом от 1800 до почти 4000 м и повсеместным развитием многолетней мерзлоты, прослеживаются существенные различия между северным и южным макросклонами. Это определяется преимущественно морфологическими особенностями массива, а также его положением по отношению к преобладающему западному переносу воздушных масс, определяющим неравномерность распределения осадков по склонам (как летних, так и зимних, перераспределяемых за счет метелевого переноса) [16]. Исходными материалами для анализа высотной структуры массива послужила дополненная и переработанная ландшафтная карта масштаба 1:100 000 (Рис. 5) [25], составленная с использованием геоморфологической схемы и схемы криогенных комплексов массива [58], данных дистанционного зондирования, а также материалов многолетних полевых исследований сотрудников кафедры физической географии и ландшафтного планирования СПбГУ. Сравнительный анализ ландшафтной структуры высотных ступеней и выявление экспозиционных особенностей распределения геосистем на одинаковых высотных уровнях проводился с помощью картографических и картометрических методов, в том числе с использованием цифровой модели рельефа с шагом 1 арк-секунда (около 30 м) [97]. Особенности орографического строения территории на фоне общей циркуляции атмосферы, различия в солярных и ветровых экспозициях определяют черты высотной поясности массива. В ландшафтной структуре массива Монгун-Тайга сочетаются современное оледенение высокогорной части, горно-тундровые, горно-луговые и горно-степные геосистемы (Рис. 6). Подобное сочетание в целом характерно для аридного горнотундрового-горностепного типа поясности [57]. Центральная высокогорная часть массива отличается развитым горным оледенением (в интервале высот 2800-3970 м) площадью чуть более 20 кв. км, наличием альпинотипных форм рельефа, большим количеством цирков, каров и многолетних снежников. 23 Рис. 5 Ландшафтная карта массива 24 Ледники Лишенные растительности Кобрезиевые пустоши Дриадовые тундры Мохово-ерниковые тундры Разнотравно-осоковые тундры Разнотравные альпийские луга Кобрезиеворазнотравные луга Злаково-осоковоразнотравные луга Лиственничники Разреженные злаковополынные степи Моренные и флювиогляциальн ые западины Днища троговых долин 1 2 3 4 5 6 8 23 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 24 25 26 27 28 29 30 37 38 31 22 32 33 42 43 53 44 54 34 35 40 41 39 Пойменные ивняки Разнотравно-злаковые степи Кустарниковые степи Дренируемые террасы рек и зандры делювиальной аккумуляции Волнистые вюрмские морены максимума оледенения Склоны Холмистоувалистые рисские морены Холмистозападинные вюрмские морены Педименты Пологие склоны делювиального сноса Среднекрутые склоны Поверхности выравнивания Склоны гравитационного сноса, осыпи Ледники Группы растительности и снежно-ледовые образования Современные морены Местоположения 45 55 46 47 48 50 51 52 56 57 58 49 59 60 36 25 Верхний предел распространения растительности, представленной криопетрофитными группировками на слаборазвитых криозёмах и литозёмах, достигает 3400 м. В высотном интервале 3200-3600 м, где доминируют гольцовые геосистемы, почвенно-растительный покров развит фрагментарно и, в основном, на высокогорных поверхностях выравнивания, прогреваемых склонах, либо на защищенных от ветра каменистых россыпях современных морен. Растительные сообщества здесь не отличаются большим видовым разнообразием и представлены криоксерофитами розеточного и подушечного типов (Waldheimia tridactylites, Saxifraga oppositifolia, S. Melaleuca, Crepis nana, C.chrysanta, Leiospora exscapa, Sibbaldia tetrandra, Draba alpina и др.). Общая площадь, занимаемая криофитами и подушечниками, составляет около 200 кв. км. Рис. 6 Типы геосистем массива Многообразие тундровых сообществ, распространенных на территории массива, в данной работе было объединено в четыре основных группы по доминирующим видам растительности, проективному покрытию, мозаичности внутренней структуры: каменистые кобрезиевые пустоши, дриадовые тундры, мохово-ерниковые и травяные тундры. Всего тундровые геосистемы занимают чуть менее третей части площади массива. Более 80% площади тундр приурочены к высотному интервалу 2200-3000 м. На наиболее высоких гипсометрических 26 уровнях (вплоть до высоты 3400 м) на выровненных пространствах, практически лишенных снежного покрова в зимнее время вследствие выдувания, распространены кобрезиевые пустоши на грубогумусовых крио- или литозёмах, не образующие сомкнутого покрова и характеризующиеся преобладанием Kobresia myosuroides, Kobresia humilis при общей бедности видового состава, в целом имеющего ксероморфный облик (мелкие, прижатые к стеблю листья, опушение, восковой налёт и пр.). Холодный климат высокогорий не способствует полному разложению органических переувлажненных веществ, местоположениях что в вызывает составе накопление торфа криофитно-разнотравных в почве. В кобрезников присутствуют осоки. Значительные площади (около 40 % площади всех тундровых сообществ) занимают дриадовые тундры на криозёмах и местами – серо-гумусовых почвах. Они более разнообразны по видовому составу: содоминантами стелющегося кустарничка Dryas oxyodonta в зависимости от щебнистости поверхности, степени выраженности мерзлотных процессов и пр. являются кобрезии, различные виды осок и лишайников. Также в сообществах принимают участие криофитные виды разнотравья, приспособленные к резким перепадам температур и неглубокому залеганию мерзлоты (Polygonum viviparum, Papaver nudicaule, Pedicularis uliginosa и др.). К группе мохово-ерниковых тундр были отнесены сообщества, развитые на крио- и глеезёмах, с выраженным преобладанием в напочвенном покрове зеленых и политриховых мхов и Betula rotundifolia с участием в травостое Festuca ovina, Poa altaica, нескольких видов рода Carex, Polygonum viviparum, Thalictrum alpinum, Empetrum nigrum и др. Травяные (разнотравно-осоковые) тундры приурочены к переувлажненным понижениям и западинам в высотном интервале 2400-2800 м. Так, значительные площади травяных заболоченных тундр расположены на днищах обращенных к югу троговых долин (рек Толайты, Орта-Шегетей), где конечно-моренные перемычки препятствуют стоку рек, в результате чего широкие долины оказываются переувлажненными, что особенно сильно проявляется в период половодья и интенсивного таяния ледников. В зависимости от степени заболачивания среди доминантов могут быть Carex melanantha, C. orbicularis, C. sempervirens, C. stenocarpa, Eriophorum polystahion и др. Хотя луговые геосистемы нетипичны для аридных высокогорных областей и не образуют выраженного высотного пояса, они играют важную роль в ландшафтной структуре массива. Распространение луговой растительности обусловлено сезонным таянием ледников и снежников, что обеспечивает дополнительное увлажнение почв в вегетационный период. В данной работе нами выделено 3 группы лугов: кобрезиевые, альпинотипные и злаково-осоковоразнотравные. Кобрезиевые луга – своеобразные сообщества на гумусово-гидрометаморфических почвах с доминированием криофитной осоки Kobresia myosuroides и проективным покрытием 30-40 %, 27 которые целесообразно относить к лугам, а не к тундрам, поскольку в составе ассоциации присутствуют некоторые виды альпийского разнотравья (Gentiana, Primula и др.), а участие многолетников, тундровых кустарничков и кустарников (Betula, Salix) здесь незначительно. В более увлажненных местообитаниях кобрезники сочетаются с криофитно-разнотравными осочниками с доминированием Carex melanantha. Чаще всего кобрезиевые луга приурочены к местоположениям, где есть дополнительный приход влаги (например, на склонах под снежниками). Альпинотипные луга (на бурозёмах) фрагментарно распространены в основном в высотном интервале 2400-3000 м, в основном, приурочены к прогреваемым склонам южной экспозиции. Сообщества имеют сомкнутый покров, в котором преобладают Saxifraga sibirica, Draba sibirica, Aster alpinus, Trollius asiaticus, Dracocephalum grandiflorum, Gentiana grandiflora, различные виды осок. Злаково-осоково-разнотравные, местами закустаренные, луга распространены преимущественно в высотном интервале 2000-2800 м. Они характеризуются большим разнообразием разнотравья и злаков (Festuca ovina, F. kryloviana, Poa altaica, Galium verum, Polygonum viviparum, Dracocephalum grandiflorum, Sajania monstrosa, Senecio asiatica, Campanula rotundifolia, Potentilla gelida и др.), а также наличием тундровых и степных кустарничков (Betula rotundifolia, Juniperus pseudosabina, Spiraea alpina, S.media, Salix reticulate, S.glauca). Не образуют самостоятельного пояса и лиственничники (разнотравно-злаковые, дриадово-ерниковые). Они тяготеют к ложбинам и понижениям на склонах северной экспозиции, обращенным в долины рек Каргы и Мугур, в северной части массива на высотах 2000-2400 м. Единичные лиственницы и небольшие массивы встречаются на наклонных поверхностях стадиальных вюрмских морен, также обращенных к северу. Верхняя граница леса поднимается на массиве в среднем до 2500 м, где представлена лиственничниками дриадовоерниковыми с разреженным невысоким древостоем (проективное покрытие не превышает 30 %) и значительным участием в напочвенном покрове ерников. Кроме доминирующей Betula rotundifolia встречаются также Lonicera altaica, Juniperus sabina, несколько видов рода Salix. Основная часть лесных массивов (более 80 %) сосредоточена в интервале 2000-2400 м и представлена лиственничниками разнотравными. Для них характерна большая сомкнутость и высота древостоя (проективное покрытие около 40 % при средней высоте деревьев 15-16 м) и разнообразие в травяно-кустарничковом ярусе (Poa altaica, Festuca ovina, Ranunculus grandifolius, бореальное разнотравье с участием тундровых видов – Dryas oxyodonta, Papaver nudicaule; Lonicera altaica, L. hispida, Trollius asiaticus, Geranium sylvaticum, Polemonium caeruleum, Atragene sibirica, Swertia obtusa. На нижней границе леса (около 2000 м) в напочвенном покрове – значительно участие степных видов среди бореального разнотравья (Artemisia tanacetifolia, Eritrichium pectinatum, Pentaphylloides fruticosa, Atragene sibirica, 28 Potentilla pensylvanica). Кроме того, к лесным массивам на Монгун-Тайге относятся и заросли нескольких видов рода Salix, приуроченные к пойме долины реки Мугур, где в напочвенном покрове содоминантами Equisetum fluviatile являются Setaria pumila, Artemisia palustris, Geranium sylvaticum, Oxytropis deflexa. Степи занимают около трети площади массива и распространены от подножий до высоты 2800 м. Разнообразные степи массива объединены в работе в три группы: разнотравнозлаковые, кустарниковые и полынные. Наибольшие площади занимают разнотравно-злаковые степи (более 300 кв. км). Среднее проективное покрытие травостоя обычно составляет порядка 30%, и помимо преобладающих злаков (Festuca squamulosa, F. kryloviana, Setaria viridis, Poa attenuata и др.) в структуре растительного покрова значительная роль принадлежит разнотравью (Erigeron krylovii, Aster alpinus, Potentilla transtuvinica, Eritrichium rupestre, Saxifraga bronchialis, Oxytropis sp., Astragalussp. и др.). Полынные разновидности степей почти не поднимаются выше уровня 2600 м. Видовой состав ассоциации устойчив: среди доминирующих видов Artemisia depauperata, Festuca lenensis, Ephedra fedtschenkoae встречаются Festuca valesiaca, Goniolimon tataricum, Astragalus tschuensis, A. laguroides, Eritrichium villosum. Наименьшие площади среди степей занимают кустарниковые с Caragana, Berberis, Dasiphora fruticosa, кустарничковыми формами полыни; также в травостое встречаются Eritrichium pauciflorum, Androsace bungeana, A. dasyphylla, Stellaria petraea, Alyssum obovatum, Clausiaaprica, Orostachys spinosa, Potentilla astragalifolia, Saxifraga spinulosa и др. В целях выявления экспозиционных особенностей распространения геосистем по высотным интервалам территория массива была разделена по осевой части хребта на северную и южную. Существенная разница (около 400 м) высотного положения подножий северной и южной частей определяет асимметрию массива (Рис. 7); схожие типы геосистем располагаются на разных высотных уровнях макросклонов и, соответственно, неодинаково соотношение их площадей на одних и тех же высотах. Так, на склоне массива, обращенном к югу, степи поднимаются вплоть до высоты 2800 м, тогда как на северном они распространены в основном ниже 2600 м; тундровые и луговые геосистемы южного макросклона поднимаются примерно на 200 м выше. Кроме того, на южной стороне массива луга занимают в два раза большую площадь, нежели на северной. Тундровые сообщества на высотной ступени 2400-2600 м южного макросклона занимают незначительные доли площади, а на северном общая доля тундр на этих высотах достигает 80 %. 29 Рис. 7 Распределение суммарных площадей (кв. км) основных типов геосистем по высотным интервалам насеверном (N) и южном(S) макросклонах массива Выше 2600 м площади тундр южной части массива уже немного больше, чем на северной. Отметим, что в ландшафтной структуре северного макросклона присутствуют лесные массивы. Таким образом, ниже пояса гольцов экспозиционные различия распределения геосистем проявляется на всех высотных уровнях. Высотные диапазоны распространения основных типов геосистем северной и южной частей массива Монгун-Тайга могут различаться на 300-400 м, при этом наибольшим разнообразием ландшафтной структуры отличается интервал высот 24002800 м, где наблюдаются максимальные величины облачности [5]. В целях количественной оценки особенностей высотного распределения растительного покрова массива был проведен сравнительный анализ структуры высотных ступеней, для чего применялся коэффициент сходства (Кс) долей площади разных типов растительных сообществ между разными высотными ступенями. Расчет коэффициента проводился для 13 групп растительности (без учета ледников) по формуле: К С min Pa , Pb 13 (1), 1 где Ра, Рb – доли площади данных групп растительности на сравниваемых 200-метровых высотных интервалах а и b. Значения коэффициента сходства изменяются в диапазоне от 0 до 1. В случае если коэффициент сходства равен 0, на двух рассматриваемых высотных ступенях структура растительного покрова кардинально различается, т.е. одинаковых типов нет. При коэффициенте равном 1, структуры двух интервалов идентичны. Выявление степени сходства проводилось с помощью кластерного анализа (методом «ближайшего соседа») [32]. Диаграммы для северного 30 и южного макросклонов строились на основе коэффициентов различия, рассчитанных по формуле: К 1 К Р (2) С Кластерная диаграмма различия структуры растительности северного макросклона массива (Рис. 8) показывает, что в интервале 2200-3000 м интегральные показатели встречаемости очень близки, структура растительного покрова высотных ступеней схожа. Надо отметить, что коэффициенты различия в целом изменяются в очень небольшом диапазоне. Рис. 8 Кластерная диаграмма различий структуры растительного покрова высотных ступеней северного макросклона (Кр - коэффициент различия) Структура низкогорного пояса (1800-2000 м) существенно отличается от остальных: здесь порядка 70 % площади занимают различные виды степей и около 20 % площади интервала – заросли пойменных ивняков, присутствующих на массиве только на данной высотной ступени. Структура растительного покрова высокогорья (выше 3000 м) проста, растительный покров развит фрагментарно и представлен кобрезиевыми пустошами. Более наглядно проявляется отсутствие выраженной поясности на южном макросклоне массива (Рис. 9). Наименьшим сходством отличается незначительная по площади высотная ступень 1800-2000 м, покрытая в основном злаково-разнотравными лугами в долине р. МогенБурен. Большее сходство наблюдается в диапазоне 2000-3000 м, где схожесть структуры выражается в специфической мозаичности «тундрово-лугово-степных» образований. В отличие от северного макросклона высотный интервал выше 3000 м в южной части массива в большей степени схож с нижележащей ступенью, поскольку здесь значительные доли площади ещё 31 заняты разреженными кобрезиевыми лугами, дриадовыми тундрами и кобрезиевыми пустошами, а не полностью лишены растительности. Рис. 9 Кластерная диаграмма различий высотных поясов южного макросклона массива по встречаемости типов растительности Для выявления эскпозиционных различий в структуре растительного покрова одинаковых высотных интервалах рассчитывались коэффициенты сходства долей площади групп растительности по каждой высотной ступени северного макросклона с аналогичной и вышележащими ступенями южного макросклона (Таблица 1). Таблица 1 Коэффициенты сходства и различия групп растительности массива по высотным ступеням Высотные интервалы южного макросклона, м Высотные интервалы северного макросклона, м 1800-2000 2000-2200 2200-2400 2400-2600 2600-2800 2800-3000 3000-3200 3200 и выше 18002000 20002200 22002400 0,117 0,249 0,202 0,751 0,524 0,356 0,260 0,798 0,644 0,471 0,352 0,344 24002600 0,740 0,648 0,446 0,376 0,494 26002800 0,656 0,624 0,658 0,249 0,644 28003000 30003200 3200 и выше 0,506 0,751 0,834 0,345 0,593 0,356 0,655 0,832 0,240 0,407 0,760 0,931 32 В верхней правой части и по диагонали таблицы 1 расположены коэффициенты сходства между высотными интервалами, а в нижней левой ‒ коэффициенты различия. Распределение коэффициентов отражает отсутствие ярко выраженного сходства одних и тех же уровней северного и южного макросклонов. Однако выше 2800 м отмечается высокая степень сходства структуры растительного покрова северного и южного макросклонов, поскольку экспозиционные различия становятся несущественными. Это иллюстрирует ослабевание гидротермической зависимости с высотой, поскольку колебания значений климатических параметров на склонах разной экспозиции становятся незначимыми, так как их значения находятся за пределами, допустимыми для произрастания высших растений. В интервале 2000-2800 м прослеживается сходство структуры растительного покрова высотных интервалов разных уровней на противоположных склонах (с разницей в 200-400 м) (Рис. 10). Таким образом, высотно-ярусная структура ландшафтов, сформированная в условиях резко континентального аридного климата на стыке Алтая и Танну-Ола, имеет ряд специфических черт, проявляющихся в отсутствии выраженных высотных поясов, вместо которых образуются сочетания горно-степных, горно-тундровых, горно-луговых типов геосистем. Рис. 10 Распространение групп растительности по высотным интервалам (кв. км) на северном (N) и южном(S) макросклонах массива 33 Анализ распределения групп растительности по типам рельефа Равновероятное присутствие как тундровых, луговых, так и степных геосистем на одних высотах, т.е. в схожих климатических условиях, обусловлено широкой экологической амплитудой различных природных комплексов. Это объясняет необходимость уточнения условий местообитания в аридных высокогорьях, где пространственное размещение геосистем в наибольшей степени обусловлено эдафическими и орографическими факторами [25, 73]. В данной работе под местоположениями понимаются формы рельефа, выделенные по преобладающим экзогенным процессам, характеру поверхностных отложений, особенностям увлажнения [39, 77]. Карта типов местоположений массива (Рис. 11) была составлена на основе схемы Ю.П. Селиверстова (1993). Анализ распределения растительных группировок по проводился по 13 типам местоположений: склоны различной крутизны; моренные образования, отличающиеся характером поверхности, возрастом, распространением; поверхности выравнивания и цокольные педименты; ложбины и западины. Самым распространенным типом местоположений являются разнообразные склоны. Наиболее крутые каменистые склоны гравитационного сноса (S1) (в том числе осыпи) «охватывают» поясом высокогорную часть массива (в основном в интервале высот 26003400 м). Они практически лишены растительности, за исключением фрагментарно развитых петрофитных сообществ. Следует отметить, что почти располагается на этих крутых склонах и осыпях (Таблица 2). половина площади гольцов 34 Рис. 11 Карта типов местоположений массива 35 Таблица 2 Распределение групп растительности по местоположениям ( кв. км) Лишенные растительности Кобрезиевые пустоши Дриадовые тундры Мохово-ерниковые тундры Разнотравно-осоковые тундры Разнотравные альпийские луга Кобрезиеворазнотравные луга Злаково-осоковоразнотравные, иногда закустаренные луга Лиственничники Пойменные ивняки Разнотравно-злаковые степи Кустарниковые степи Разреженные злаковополынные степи Общий итог Поверхности выравнивания Среднекрутые склоны Пологие склоны делювиального сноса Педименты Холмистозападинные вюрмские морены Холмистоувалистые рисские морены Волнистые вюрмские морены максимума оледенения Склоны делювиальной аккумуляции Дренируемые террасы рек и зандры Днища троговых долин Моренные и флювиогляциальн ые западины Gh S1 Ps S2 S3 P Gvh Gr Gvm S4 Ad U U2 32,2 77,4 20,9 16,5 11,9 5,3 32,2 77,4 65,3 2,9 Итог Склоны гравитационного сноса, осыпи Группы Современные морены Местоположения и их индекс на карте 54,7 16,6 47,6 6,0 25,0 16,9 198,7 33,0 162,1 94,2 47,3 14,4 49,0 27,0 231,9 1,9 1,0 7,4 48,3 3,2 11,5 80,0 16,4 49,8 36,2 31,7 5,7 2,2 12,4 68,3 96,4 36,7 6,1 0,6 2,7 10,5 169,3 70,7 1,1 6,9 4,7 21,0 6,4 12,2 1,4 18,1 65,1 30,5 628,4 22,3 263,3 9,4 10,5 4,0 85,1 8,9 117,7 22,3 86,5 35,6 56,3 22,1 9,6 3,3 10,1 5,1 163,7 42,5 13,4 309,9 12,4 15,3 43,6 21,9 5,1 148,2 1493,1 36 Значительные площади в массиве (почти 900 кв. км) занимают пологие склоны (S3) (крутизной менее 10 °) с широко развитыми криогенными процессами, в первую очередь солифлюкционными, и денудационные среднекрутые склоны (S2) общей площадью около 630 кв. км, крутизной 10-15°, с сильным эрозионным расчленением. Сравнение распределения растительных сообществ на склонах разной крутизны на соответствующих высотных уровнях и макроэкспозициях позволило выявить некоторые особенности. Ниже 2000 м среднекрутые склоны встречаются только в северной части массива, где на более выпуклых частях они заняты разреженными разнотравно-злаковыми и полынными степями, а по эрозионным ложбинам –злаково-разнотравными лугами. В интервале 2000-2200 м ярко проявляется разница между степными склонами южной части массива и северными, частично покрытыми злаково-разнотравными лугами и богато разнотравными лиственничниками. Наибольшие экспозиционные различия на этих склонах наблюдаются в интервале 2200-2600 м (Рис. 12). Рис. 12 Нормированное распределение групп растительности (%) по высотным интервалам на среднекрутых склонах на северном (N) и южном(S) макросклонах массива Только на северном макросклоне есть массивы лиственничных лесов, более 90% площади которых приурочено к северным среднекрутым склонам долин рек Мугур и Каргы. В северной части горного массива мохово-ерниковые тундры покрывают до 40 % площади высотной ступени 2400-2600 м, тогда как в южной части они практически отсутствуют. При этом диапазон распространения ерников на северном макросклоне на 200 м больше, чем на южном. Значительные доли площади на южном макросклоне заняты полынными разновидностями 37 степей, на северном встречаются только разнотравно-злаковые. Высотный диапазон распространения осоково-разнотравных лугов в северной части массива почти на 400 м шире, чем в южной, а более ксерофитные кобрезиевые луга развиваются преимущественно на южном макросклоне массива. Кроме того, важную роль в структуре высотных ступеней вплоть до высоты 2600 м на южном склоне играют полынные степи, доля которых сокращается от 30% до 10%. На пологих склонах, занимающих пятую часть от общей площади рассматриваемой территории, что составляет около 260 кв. км, пределы распространения геосистем на северном и южном макросклоне отличаются значительно большим диапазоном, чем на других типах рельефа. Экспозиционные контрасты в распределении растительности проявляются во всех высотных интервалах (Рис. 13). Рис. 13 Нормированное распределение растительных группировок (%) по высотным интервалам на пологих склонах на северном (N) и южном (S) макросклонах массива Ниже 2000 м пологие склоны, как и среднекрутые, представлены только в северной части массива и покрыты преимущественно разнотравно-злаковыми степями. На нижних и верхних высотных ступенях структура растительного покрова наиболее простая: пологие склоны подножия массива имеют степной облик, наиболее высокие пологие склоны покрыты криоксерофитными группировками. Доля разреженных полынных степей в целом и их роль в формировании облика растительности на пологих склонах невелика. В отличие от среднекрутых склонов, где полынные степи доминируют на нижних высотных ступенях южной части массива, здесь распространены преимущественно разнотравно-злаковые степные 38 ассоциации. Высотный диапазон распределения степей отличатся на противоположных макросклонах массива более чем на 200 м: по склонам, обращенным к югу, они поднимаются на более высокие уровни и занимают около 30% площади даже в интервале 2600-2800 м; на северном же - злаковые степи не поднимаются выше 2600 м. В северной части массива в диапазоне 2000-2400 м всего 5 кв. км занимают лиственничные леса. Хотя площадь тундр примерно одинакова в северной и южной частях массива, доля их в структуре высотных поясов южного макросклона существенно ниже. В структуре высотных ступеней южного макросклона горные тундры занимают более 30% площади только в интервале 2800-3000 м, тогда как северные пологие склоны характеризуются устойчивым преобладанием тундр с высоты 2200 м вплоть до 100% в интервале 2800-3000 м. В целом пологие склоны в южной части массива характеризуются значительно большей площадью территорий, лишенных растительности, которые в среднегорье представлены группировками ксероморфного облика (с Artemisia, Ephedra), а выше 2800 м криопетрофитами. Особенностью распределения гольцов на пологих склонах является их существенная доля в структуре нижних (в виде ксерофитных) и верхних (криофиты) ступеней. Аккумулятивные склоны (S4) расположены преимущественно ниже 2600 м в восточной части массива Монгун-Тайга. Их наклонные поверхности заняты разнотравно-злаковыми и разреженными злаково-полынными степями. Вследствие незначительного распространения (общая площадь не превышает 60 кв. км) в рассматриваемом масштабе на этих склонах не удалось выявить экспозиционных различий в распределении растительных сообществ. Общая площадь моренных комплексов массива составляет около 320 кв. км. Результаты многолетних полевых исследований совместно с дешифрированием аэро- и космических снимков высокого разрешения позволили выявить несколько типов морен: наиболее древние отложения рисского оледенения; предгорные морены вюрмского оледенения; более молодые горно-долинные морены вюрмского оледенения; наиболее молодые – современные малой ледниковой эпохи. Современные морены (Gh) не опускаются ниже 2800 м и представляют собой незадернованные поверхности, примыкающие непосредственно к ледниковым комплексам вершины массива. Остальные моренные образования вследствие более продолжительного периода формирования почвенно-растительного покрова характеризуются разнообразным сочетанием длительновременных состояний геосистем. Стадиальные вюрмские западинные и грядовые морены (Gvh) общей площадью около 85 кв. км покрывают нижние части склонов троговых долин, слагают моренные перемычки, 39 препятствующие долинному стоку, а также формируют плоские заозеренные поверхности в северной части массива. Они отмечаются в значительном диапазоне высот от 2200-3000 м. В верхней части троговых долин рек Толайты и Орта-Шегетей вокруг подпрудных озер и на северном макросклоне морены покрыты осоково-ерниковыми и кобрезиево-дриадовыми тундрами в сочетании с разнотравными альпийскими лугами; в более низких частях троговых долин луга закустарены, местами заболочены; на более открытых пространствах и сухих местоположениях распространены злаковые, полынные и кустарниковые степи (практически все степи этих морен приурочены к южным подножиям массива). Вюрмские морены периода максимума оледенения (Gvm) отмечаются в интервале высот 2000-3000 м и представляют собой сглаженные почти плоские поверхности, сложенные валунниками, песками, ленточными суглинками. Поверхности морен сильно перемыты водными потоками и покрыты многочисленными мелкими озерами термокарстового происхождения (заозёренность вюрмских морен периода максимума оледенения превышает местами 10 %). В целом на моренах массива выше 2400 м доминируют лишайниководриадовые и мохово-ерниковые тундры, а в интервале 2000-2400 м в растительном покрове преобладают злаковые и полынные степи. Более древние моренные отложения рисского оледенения (Gr) расположены ближе к краям массива и выше 2800 м не поднимаются. Рисские морены северной части массива занимают около 70 кв. км и полностью заняты тундровыми группировками. На южном макросклоне рисские морены занимают около 40 кв. км и покрыты в основном разнотравнозлаковыми и кустарниковыми степями. Поверхности выравнивания (Ps) ‒ участки с малыми уклонами (2-3°), обусловливающие характерную ступенчатую структуру массива, занимают чуть менее 70 кв. км и встречаются на всех высотных интервалах, но наибольшие их площади сосредоточены в диапазоне 28003200 м. На среднегорных поверхностях выравнивания (ниже 2800 м) доминируют злаковые разновидности степей, высокогорные заняты преимущественно каменистыми кобрезиевыми пустошами. Выше 3200 м поверхности выравнивания практически лишены растительности. Цокольные педименты (P) представляют собой выровненные наклонные поверхности на низких абсолютных высотах по периферии массива. Это поверхности, созданные в процессе денудационного выравнивания, и перекрытые впоследствии аккумулятивным покровом малой мощности. Уклоны их невелики и создаются в основном потоками вод. На массиве педименты заняты в основном разреженными полынными степями. В качестве отдельных типов рельефа были выделены ложбины и западины (U, U2), в том числе днища трогов, переувлажненные речные террасы, зандры, понижения в моренных отложениях, а также дренируемые высокие речные террасы (Ad). Несмотря на малую площадь, 40 они вносят разнообразие в ландшафтную структуру массива, создавая нехарактерные для аридного региона геокомплексы, отражающие ведущую роль рельефа в формировании почвенно-растительного покрова. Так, днища корытообразных троговых долин, перекрытые ледниковыми отложениями, заняты заболоченными травяными лугами, местами закустаренными, общей площадью менее 30 кв. км; пойменные ивняки приурочены к увлажненным террасам и поймам долины реки Мугур; во флювиогляциальных западинах практически повсеместно развиты осоковые сообщества. Дренируемые террасы рек МогенБурен и Каргы покрыты злаково-разнотравными лугами, а также разреженными злаково- полынными степями. Дополнительный анализ влияния уклона на распределение групп растительности не проводился, поскольку наложение ландшафтной карты на цифровую модель уклонов показало, что в выбранном масштабе исследований зависимости между величиной уклона и распространением геосистем не выявляется. Наложение геоморфологической схемы на цифровую модель уклонов, созданную на основе модели рельефа с шагом 30 м, подтвердило корректность выделения типов рельефа, что очень важно в случае моделирования возможных трансформаций ландшафтной структуры. Поскольку соотношение «температура-осадки» на самом деле не отражает реальных условий увлажнения в силу того, что неучтенными остаются испарение и сток [10], грамотное составление геоморфологических схем и карт позволяет косвенно учитывать особенности увлажнения, как неотъемлемые свойства местоположений (Рис. 14). Рис. 14 Совмещенная модель уклонов и типов рельефа 41 При анализе особенностей ландшафтной структуры массива, помимо распределения растительных сообществ по типам местоположений, было рассмотрено влияние уклонов и экспозиции. Экспозиционные различия рассматривались как на уровне макросклонов, так и на уровне мезорельефа, для чего использовалась цифровая модель рельефа с разрешением 30 м. Данный анализ был проведен с целью уточнения условий местообитания для каждой из выделенных геосистем, поскольку в одних и тех же высотных диапазонах, а, значит, в одних и тех же климатических условиях, наблюдается некая «размытость» границ экологоклиматических ниш. Как уже отмечалось, ниже пояса гольцов (ниже 2800-3000 м) экспозиционная контрастность распределения геосистем проявляется на всех высотных уровнях, особенно ярко в интервале 2200-2600 м. Это обусловлено циркуляционными факторами и разной влагообеспеченностью макросклонов массива на разных уровнях: воздушные массы, приходящие по замкнутой долине Каргы, максимум осадков приносят на северные и северовосточные части массива, оставляя южные в орографической тени. В соответствии с этим зоны климатических условий, оптимальных для растительных сообществ, на противоположных макросклонах расположены на разных уровнях. Анализ распределения локальных экспозиций местоположений показал, что приуроченность растительных сообществ к экспозиции определяется преимущественно ориентацией самой формы рельефа. Так, например на вюрмских моренах периода максимума оледенения распределение дриадовых и мохово-ерниковых тундр, злаковых и полынных степей аналогично положению самого типа рельефа на массиве (Рис. 15). Подобная закономерность выявлена и для остальных типов местоположений (Приложение 1). Это позволяет сделать вывод о том, что ориентация местоположения является главенствующей для распределения длительновременных состояний геосистем вне зависимости от макросклона массива. Исключение составляют лишь лиственничники, приуроченные к затененным склонам северной экспозиции (Рис. 16). Последние же распространены во всех частях массива и ориентированы равномерно по всем направлениям. Подобная особенность расположения отмечается и у лиственничных массивов системы хребта Чихачева [91]. 42 Рис. 15 Распределение групп растительности по волнистым моренам периода максимума оледенения в зависимости от экспозиции (кв. км) Рис. 16 Распределение групп растительности по среднекрутым склонам в зависимости от экспозиции ( кв. км) 43 Оценка связи высотных и геоморфологических особенностей на распределение растительности на массиве Поскольку в распределении типов растительности на массиве отмечается не только закономерная их смена с высотой, но и внутренняя мозаичность, обусловленная многообразием типов местоположений, при моделировании возможных трансформаций нельзя не учитывать совместного влияния этих факторов на дифференциацию растительного покрова. Так, например, минимально допустимые для высших растений значения температуры достаточны для существования низкотравных психрофитных сообществ, но при этом необходима малая мощность снежного покрова. Возникновение подобных условий возможно на массиве при наличии на высотах более 2800 м открытых поверхностей выравнивания или коренных щебнистых склонов с малыми уклонами, с которых происходит выдувания снега, что усиливает вымерзание. С другой стороны метелевый перенос обусловливает накопление в ложбинах, западинах, подветренных склонах снежного покрова, достаточного для благополучной перезимовки стенотермных ерников или лиственничников. Для количественной оценки мозаичности растительного покрова использовалась мера разнообразия в распределении растительности по высотным интервалам и типам местоположений, а также проведено сравнение биноминальных распределений по методу Вальда [41], которое позволило определить, так называемые «высотные» и эдафически обусловленные типы растительности. Высота рассматривалась, как интегральный показатель климатических условий. Для оценки меры разнообразия (S) использовалась формула: 10 S 1 log P P 2 i (3), i где Рi – встречаемость данной группы растительности в конкретном высотном интервале массива, 10 – число высотных интервалов (интервалы выше 3600 м не учитывались в расчетах в виду отсутствия растительности). Для нормирования полученных значений (меняющимся в границах между 0 и 1) находилось частное суммарного значения S для каждого типа растительности по всем интервалам и двоичного логарифма числа рассматриваемых интервалов. Значения нормированных S стремятся к 0, если данная группа растительности встречается только в одном высотном интервале, и к 1, если во всех. Аналогично была проведена оценка меры разнообразия по выделенным типам местоположений (Pi встречаемость данной группы растительности на каждом из 13 типов). Мера разнообразия подсчитывалась отдельно для каждого макросклона массива, чтобы более точно уловить для сообществ диапазон распространения и встречаемость, которые, как уже отмечалось, на разных 44 макросклонах могут существенно отличаться. Схожесть полученных показателей для северного и южного макросклонов позволила использовать интегральный показатель для всего массива. В качестве примера приведён фрагмент таблицы расчета S для северного макросклона массива (Таблица 3). Результаты расчета для тундровых геосистем показывают, что в наименьшим разнообразием в высотном распределении отличаются травяные (осоковые) тундры, наибольшим – кобрезиевые пустоши. Таблица 3 Матрица расчета меры разнообразия (S) для тундровых геосистем северного макросклона массива по высотным интервалам (фрагмент) Высотные интервалы 1600-1800 1800-2000 2000-2200 2200-2400 2400-2600 2600-2800 2800-3000 3000-3200 3200-3400 3400-3600 Суммарное значение S Нормированное значение S Моховоерниковые тундры Кобрезиевые пустоши Дриадовые тундры Травяные тундры 0,08128 0,49037 0,46088 0,34376 0,29759 0,53063 0,05266 0,01641 0,35296 0,52185 0,50675 0,42258 0,13996 0,08128 0,53049 0,50852 0,33469 0,13630 0,01249 2,3 2,0 1,6 0,8 0,67947 0,59017 0,482779 0,2422 0,14770 0,23960 0,41728 В результате сравнения нормированных показателей было выявлено, что наименьшими (S<0,2) значениями меры разнообразия по типам рельефа отличаются кобрезиевые луга, лиственничные массивы и кустарниковые степи, встречающиеся только на двух типах местоположений. Низкие значения S косвенно позволяют выявить высокую степень приуроченности к местоположениям (Рис. 17). Наибольшими значениями характеризуются злаково-осоково-разнотравные луга и полынные степи, которые встречаются на 7 из 13 выделенных типов местоположений. Меры разнообразия остальных групп растительности варьируют от 0,2 до 0,6. Сравнение меры разнообразия групп растительности по высоте обращает внимание на то, что наибольший показатель свойственен для преимущественно лишенных растительности геосистем. Это объясняется их присутствием практически во всех высотных интервалах (за исключением площадей, занятых снежно-ледовыми образованиями). Следует отметить, что при составлении ландшафтной карты в данный тип условно были объединены сообщества с одинаковым характерным незначительным проективным покрытием и большой щебнистостью 45 территории. Однако в их флористический состав на разных высотных уровнях входят разные виды, существование которых обусловлено соответствующей теплообеспеченностью. Также значительного размаха (до 800 м) достигают интервалы распространения кобрезиевых пустошей, дриадовых тундр, кобрезиево-разнотравных и злаково-осоково-разнотравных лугов, разнотравно-злаковых степей. Наиболее узкими интервалами высот и, соответственно, климатических условий характеризуются травяные осоковые тундры и пойменные ивняки. Рис. 17 Распределение интегральных значений мер разнообразия (энтропии) групп растительности по высотным интервалам и типам местоположений Оценивая параметры разнообразия различных групп растительности, можно сделать вывод о том, что низкие значения показателя могут объясняться высокой обусловленностью климатическими условиями или жесткой привязкой к типу местоположения, а высокие указывают на то, что у сообщества широкая экологическая амплитуда. Это позволяет косвенно оценить чувствительность тех или иных групп растительности при климатических колебаниях. При этом, чем больше разница между показателями по высотным интервалам и по рельефу, тем более очевиден ведущий фактор в распределении растительности. Так, например, 46 ни высота, ни рельеф не являются определяющим фактором в распределении дриадовых тундр или разнотравно-злаковых степей, поскольку значения энтропии близки. В случае, если оба показателя маленькие, для этой группы растительности изученность факторов дифференциации в масштабе исследования недостаточна. Также подобное соотношение разнообразия двух факторов косвенно указывает на то, что наличие большего количества типов рельефа в одном высотном интервале способствует сохранению или увеличению мозаичности ландшафтной структуры, как, например, наличие в рельефе массива поверхностей выравнивания способствует сохранению с высотой участков кобрезиевых и дриадовых сообществ (то есть уменьшение с высотой температуры воздуха играет в высокогорьях относительно меньшую роль, чем геоморфологические факторы). Значения нормированной энтропии отражают только разнообразие условий существования растительных группировок. Для выявления обусловленности распределения сообществ сочетанием рассматриваемых факторов, для каждого из групп растительности сравнивались встречаемости в определенных высотных интервалах и на каждом из выделенных типов местоположений. Для этого в работе использовался критерий χ², расчет которого проводился по формуле: P P 2 2 (4), i P где Pi ‒ доля площади данного сообщества от общей площади высотной ступени, Р ‒ доля общей площади сообщества на рассматриваемом макросклоне массива (в силу разницы в высотном положении однотипных геосистем северный и южный макросклоны рассматривались отдельно). Затем вычислялась сумма средневзвешенных показателей χ² (с учетом вклада каждого типа в общее разнообразие) по формуле: 13 X 2 1 S S i (5), где, Si - площадь группы растительности на каждой высотной ступени в пределах одного макросклона массива, S - общая площадь рассматриваемого макросклона. Пример расчета Х приведён в таблице 4, где итоговый показатель для полынных степей составил 0,192. Подобным образом был произведён расчет меры обусловленности распределения групп растительности фактором высоты (по 11 двухсотметровым интервалам). Для полынных степей южного макросклона массива он составил 0,273. Это говорит о том, что на распределение разреженных полынных степей в меньшей степени влияет разнообразие типов местоположений: это сообщества, существование которых на массиве сильнее обусловлено сочетанием термических и влажностных условий. 47 Таблица 4 Таблица расчета меры обусловленности распределения (Х) для полынных степей южного макросклона массива (по типам местоположений) Площадь группы растительности Ad 7,8 2,8 Gh 21,6 Gr 44,1 8,9 Gvh 53,6 4,0 Gvm 22,2 13,2 N 15,5 P 4,2 3,1 Ps 48,2 S1 58,2 S2 284,9 19,1 S3 130,9 18,6 S4 17,2 11,4 U 11,8 U2 4,4 724,59 81,078 Общий итог *обозначение типов местоположений так же, как на Рис. 11 Типы Площадь местоположений местоположений χ² 0,536521 0,111895 0,073411 0,012461 2,077299 0,111895 3,436011 0,111895 0,111895 0,018010 0,008137 2,706608 0,111895 0,111895 Х 0,00576 0,00334 0,00447 0,00092 0,06366 0,00239 0,02009 0,00744 0,00899 0,00708 0,00147 0,06427 0,00182 0,00068 0,19237 Для сравнения влияния рассматриваемых факторов на размещение растительных группировок было рассчитано отклонение меры обусловленности (как разность между Х по высоте и Х по рельефу). В их влиянии прослеживаются некоторые особенности. На рисунке. 18 положительные значения показателя выявляют большую обусловленность высотой, отрицательные – рельефом. Так, в большей степени (разница показателя более 0,05) климатическими факторами (высотой) обусловлено распространение дриадовых тундр и разнотравно-злаковых степей, то есть сообществ, характерных для аридного типа поясности, согласно принятому районированию данного региона [11, 61, 73]. С другой стороны, к типам местоположений четко приурочены злаково-осоково-разнотравные луга, пойменные ивняки и кустарниковые степи. Примерно в равной степени обусловлено рассматриваемыми факторами распространение мохово-ерниковых тундр, лиственничных массивов и кобрезиевых лугов, характеризующихся наименьшими значениями Х и приуроченных преимущественно к одной форме рельефа и к сравнительно узкому диапазону значений температуры. 48 Рис. 18 Распределение значений отклонения меры обусловленности (Х) распределения групп растительности высотными интервалами и типами местоположений По результирующим показателям, отражающим общий вклад двух факторов (высота, местоположение) на зависимый признак (растительность) можно сказать, что они вносят практически равный вклад в формирование комплексной ландшафтной структуры массива. Так, значение ∑X для распределения растительных сообществ по высотным ступеням составил 0,10377, а по типам рельефа – 0,10211. При этом ведущая роль геоморфологического фактора проявляется в наличии видов мезо- и гигрофильного ряда, а высотного – закономерных высокогорных крио-и ксерофитных. 49 Методика обработки метеорологической информации Недостаточная гидрометеорологическими обеспеченность данными горных метеостанций и территорий постов режимными затрудняет адекватную интерполяцию значений климатических параметров с учетом орографических особенностей территории. Кроме того, расположение метеостанций в крупных межгорных долинах и котловинах делает их не вполне репрезентативными для характеристики климатических особенностей среднегорий и высокогорий, так как на термические условия котловин сильное влияние оказывают мощные зимние инверсии температур, а в распределении осадков проявляются эффекты барьерных теней и подножий. В данной работе применялись методики обработки метеорологической информации и создания моделей пространственного распространения полей основных климатических характеристик в горном и горно-котловинном рельефа с учётом высотного изменения температуры воздуха и количества осадков, включая территории, лишённые режимных наблюдений, разработанные сотрудниками факультета географии и геоэкологии СПбГУ [34]. Такие модели создаются на основе пространственной модели рельефа, представляющей собой регулярную сетку точек, где каждой присвоены значения абсолютной высоты, пространственных координат и др., необходимые для создания и изучения пространственных полей климатических параметров и впоследствии оценки возможных ландшафтных изменений по высоте и площади. В работе использовались модели рельефа с шагом 30 и 300 м. Моделирование пространственного распределения полей температуры и осадков в высокогорье имеет ряд особенностей (увеличение влияния общей атмосферной циркуляции; охлаждающее воздействие снежно-ледового покрова; наличие горно-долинной циркуляции) и трудностей, главной из которых является отсутствие метеостанций и постов. В связи с этим особую ценность приобретают данные, полученные в ходе экспедиционных полустационарных исследований высокогорных территорий. Основой моделирования полей распределения температуры и осадков для массива Монгун-Тайга, помимо непрерывных многолетних рядов данных метеостанции Мугур-Аксы (1830 м), расположенной в долине реки Каргы примерно в 20 км к северо-востоку от массива, послужили данные сезонных полевых наблюдений, полученные в долинах рек Шара-Хорагай (3140 м) и Восточный Мугур (2260 и 2620 м) [25]. Годовой ход среднемесячной температуры воздуха хорошо выражен и отражает типичные для резко континентального климата внутригодовые колебания температуры воздуха (около 35°С). Самый теплый месяц в году – июль, самый холодный – январь (Таблица 5). Весна в связи с поздним сходом снега наступает поздно: устойчивый переход среднемесячных температур через 0°С происходит только в мае. Лето довольно прохладное: за период 50 наблюдений максимальная температура июля составила 17,5°С и была отмечена в 2007 г. Значение средней многолетней температура воздуха летних месяцев за период наблюдений с 1963 по 2013 гг. составляет на станции 12,8 °С. Таблица 5 Среднемесячные значения температуры воздуха за период наблюдения станции Мугур-Аксы и данные экспедиционных наблюдений на р. Восточный Мугур (за полевые сезоны 1990ых гг.) (°С) Абс. высота, м I II МугурАксы (1830 м) -20, 6 -17, 7 III -9, 9 IV -0, 9 V VI 6, 7 2260 м Месяцы VII VIII 12, 5 14 11, 9 9, 9 11, 5 9, 4 IX X XI XII 6, 0 -1, 9 -11, 4 -18, 0 Средн егодо вая -2, 4 Построение полей пространственного распределения значений среднелетней температуры воздуха проводилось на основе данных метеостанции Мугур-Аксы и цифровой модели рельефа. Для каждой точки цифровой модели были рассчитаны значения среднелетней температуры воздуха с учетом полученных ранее значений склонового термического градиента для летнего сезона [25, 58] (0,69°С/100 м) по уравнению: Т 12,8 Х 1830 0,69 (6), 100 где Х – абсолютная высота (м) точки цифровой карты рельефа. Следует отметить, что по данным аэрологических станций для южных районов бассейна р.Хемчик (хр.Цаган-Шибету) для периода апрель-июль был выявлен такой же вертикальный градиент температуры воздуха [24]. При расчетах использовались данные за период 1963-2012 гг. (Данные предоставлены Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ГУ ВНИИ Гидрометеорологической Информации – Мировой центр данных) [70]. В работе использовались значения среднелетней температуры воздуха, поскольку только в течение летних месяцев среднемесячная температура воздуха у подножья массива (2200 м) стабильно превышает порог 5°C. Что касается сумм активных температур, по нашим расчетам значение показателя стремится к 0 уже в интервале 2400-2500 м; соответственно, применение данного показателя, как и ГТК Селянинова, для характеристики высокогорных ландшафтов в данном случае не целесообразно. Пространственное распределение рассчитанных с учётом высоты среднелетних температур воздуха для массива отражает существенный разброс значений этого показателя (Рис. 19). 51 Рис. 19 Схема пространственного распределения значений среднелетней температуры воздуха, рассчитанных с учетом вертикального градиента изменения температур (изолинии проведены через 2˚С). Область со среднелетней температурой воздуха выше10 °C приурочена к наиболее низким участкам долин рр. Мугур и Каргы (ниже 2200 м). Более 50 % площади горного массива характеризуются значениями данного показателя от 6 до 10 °C, что примерно соответствует высотному интервалу 2200-2600 м. До высоты 3200 м среднелетняя температура воздуха не поднимается выше 2 °C. Минимальные же значения температуры (ниже 2 °C) возможны только в высокогорной части (выше 3200 м), отрицательные – в области современного оледенения (3600-4000 м). Основным источником влаги в регионе являются северо-западные и западные воздушные массы. Максимальное многолетнее годовое количество осадков, замеренное на метеостанции за период наблюдений 1966-2013 гг., не превышает 180 мм (1970 г.), а среднее составляет около 52 144 мм (Таблица 6). Основная особенность внутригодового хода осадков в этом аридном районе – ярко выраженный летний максимум. Таблица 6 Суммы осадков по месяцам за период наблюдения станции Мугур-Аксы мм Абс. высота, м МугурАксы (1830 м) I II 3, 9 III 2, 4 2, 9 IV V 4, 2 7, 4 Месяцы VI VII 21, 2 44, 6 VIII 28, 6 IX 11, 1 X XI 5, 2 7, 4 XII 5, 0 Годова я сумма 143, 8 За период, когда среднемесячные температуры воздуха положительны, выпадает более 60 % годового количества осадков. Минимальное количество осадков характерно для второй половины зимы - начала весны (январь-март). Доля зимних осадков в годовой сумме составляет менее 10%. Построение полей пространственного распределения значений сумм летних осадков проводилось на основе данных метеостанции Мугур-Аксы, данных экспедиционных наблюдений на р.Восточный Мугур за полевые сезоны 1990ых гг. (суммы летних осадков за период наблюдений на метеостанции составляют 91,4 мм, на высоте базового лагеря около 125 мм) и цифровой модели рельефа с учетом высоты местности. Для каждой точки цифровой модели были рассчитаны значения сумм летних осадков (R) с применением двух вертикальных градиентов: 7 мм /100 м для высот ниже 2200 м и 12 мм/100 м – выше 2200 м [25], соответственно по уравнениям: R 91,4 ( Х 1830) 7 100 и R 125 ( Х 2200) 12 100 (7,8), где Х – абсолютная высота (м) точки цифровой карты рельефа. Область с наименьшими (до 100 мм) суммами осадков летнего периода приурочена к южной части массива ниже 2300 м (Рис. 20). На высотах 2300-2700 м сумма рассчитанных осадков составляет 150-200 мм за лето. Выше 2700-2800 м экспозиционные различия в распределении осадков сглаживаются, и количество летних осадков на склонах массива 200 мм. Только для наиболее высоких частей массива (выше 3400 м) рассчитанные значения летних осадков составляют более 250 мм. 53 Рис. 20 Схема пространственного распределения значений суммарных осадков за лето, рассчитанных с учетом вертикального градиента изменения количества осадков (изолинии проведены через 50 мм) Созданные климатические модели отражают современные показатели количества атмосферных осадков и значений температуры. Безусловно, многие факторы, определяющие увлажнения территории, влияют на формирование разнообразия ландшафтной структуры (перераспределение стока и фильтрационная способность грунтов, глубина протаивания деятельного слоя в разных частях массива, значения испарения и испаряемости). Однако создание моделей с учетом подобных показателей обосновано только наличием данных многолетних режимных наблюдений. В нашем случае использование данных по испарению, поверхностному стоку и пр. невозможно в силу малоизученности территории и отсутствия и нехватки данных [6, 45]. Наличие только краткосрочных наблюдений сотрудников факультета непосредственно на массиве дает возможность лишь «первого приближения» к выявлению факторов, определяющих формирование высотной структуры ландшафтов. Также следует 54 отметить, что срочные наблюдения за атмосферными осадками проводились не выше уровня фирновой границы ледников массива, тогда как в высокогорье возможен и инверсионный ход осадков с уровня максимальной облачности [1, 3, 33, 53]. Соответственно, высокогорные высотные ступени могут быть менее увлажнены, нежели среднегорье. В подобных условиях в аридном и холодном климате посредством метелевого переноса и происходит формирование пассивного оледенения. 55 Анализ климатических условий распределения геосистем В структуре нижней части массива (ниже 2200 м), где расчетные значения среднелетней температуры воздуха в среднем составляет 10,5-12 °С, а сумма летних осадков не превышает 125 мм, абсолютно доминируют степи. Тем не менее, в данных условиях на среднекрутых склонах северной части массива развивается древесная растительность. По нашим расчетам величиной, определяющей нижнюю границу леса можно считать величину 110 мм осадков за лето [25]. Существование лиственничных массивов при столь низких суммах атмосферных осадков может быть объяснено дополнительным увлажнением за счет поверхностного стока. К пологими аккумулятивным склонам приурочены злаково-разнотравные луга, разнотравнотипчаковые и полынные степи. Более половины площади высотной ступени 2200-2400 м занимают пологие и среднекрутые склоны, для которых характерна схожая структура растительного покрова, а именно – сочетание лиственничников и степей с участием разнотравных лугов на северном макросклоне. Экспозиционные различия проявляются в присутствии мохово-ерниковых тундр на северном макросклоне (на склонах и моренах). Кроме того, на южной стороне массива вариации полынных степей распространены на всех типах местоположений в отличие от противоположной северной стороны, где они почти отсутствуют. Наличие в структуре растительности заболоченных разнотравно-осоковых тундр и их локализация в переувлажненных местоположениях обусловлены превышением суммарного увлажнения по сравнению с рассчитанными значениями атмосферных осадков за счет поверхностно стока и сезонного оттаивания почвы [26]. Чуть менее четверти площади всего массива лежит в интервале высот 2400-2600 м, где на всех местоположениях прослеживаются четкие экспозиционные различия состояний геосистем (Рис. 21). В целом северный макросклон на этой высоте имеет тундровый облик (тундры практически полностью покрывают обширные моренные образования); южная часть массива характеризуется преобладанием степей со значительным участием злаково-разнотравных лугов и гораздо меньшей долей тундр. Ввиду морфологических особенностей широкие троговые долины (Толайты, ОртаШегетей) переувлажнены (особенно в период половодья и интенсивного таяния ледников) и покрыты осоковыми тундрами и злаково-осоково-разнотравными лугами. Следует отметить, что на массиве Монгун-Тайга верхний предел распространения лесов, представленных ерниковыми лиственничниками, находится на высоте соответствует значениям среднелетней температуры 8 °С. около 2500 м, что примерно 56 Рис. 21 Распределение растительных группировок (кв. км) по типам местоположений на высотах 2400-2600 м на северном (N) и южном (S) макросклонах массива (обозначение типов местоположений – как на схеме типов рельефа ) В высотном интервале 2600-2800 м площадью около 250 кв. км также велик контраст растительного покрова северного и южного макросклонов высокогорного массива (Рис. 22). Так, разнотравно-злаковые степи приурочены исключительно к местоположениям макросклона южной экспозиции (пологие и среднекрутые склоны, волнистые поверхности рисских морен). Однако, в целом участие степей в структуре растительного покрова данной высотной ступени, где среднелетняя температура воздуха меняется в интервале 6- 7, 5 °С, не превышает 20% площади высотного интервала. Разнотравные луга и травяные осоковые тундры занимают небольшие площади и локализованы в замкнутых понижениях пологих склонов или на днищах долин в южной части массива. На пологих склонах и холмисто-западинных моренах различного возраста наиболее широкое распространение получили сочетания тундровых и гольцовых группировок; альпинотипные луга приурочены в основном к среднекрутым склонам. На склоне северной экспозиции тундры образуют сомкнутую полосу с фрагментами альпийских лугов. 57 Рис. 22 Распределение растительных группировок ( кв. км) по типам местоположений на высотах 2600-2800 мна северном (N) и южном(S) макросклонах массива (обозначение типов местоположений – как на Рис. 11) На высотах 2800-3000 м, где согласно расчетам максимальные значения среднелетней температуры воздуха составляют 6-6,5 °С, ландшафтная дифференциация обусловлена не столько климатическими, сколько геоморфологическими факторами. Так, характерным элементом структуры являются петрофитные и лишайниковые группировки, развитые на каменистых россыпях, крутых склонах и незадернованных современных моренах. В целом гольцовые геосистемы занимают около 50 кв. км при общей площади интервала 2800-3000 м около 170 кв. км и доминируют при значительном участии некоторых разновидностей тундр и альпийских лугов. На пологих склонах и моренах южной части массива доля тундр и лугов примерно одинакова. На более крутых склонах в целом распространены отдельными фрагментами высокогорные кобрезиевые луга. На южных склонах отдельными вкраплениями встречаются разнотравно-злаковые степи. Выше 3000 м растительный покров в целом имеет дискретный характер распространения. Ландшафтная структура высотной ступени 3000-3200 м и характеризуется в основном преобладанием разреженных криопетрофитных группировок. В целом для массива характерно увеличение с высотой уклонов. Соответственно, увеличиваются с высотой и площади осыпных поверхностей современных морен и склонов гравитационного сноса, практически лишенные растительности и почв. Здесь они занимают более 30 кв. км при общей площади интервала 100 кв. км. Условия, при которых среднелетняя температура воздуха не поднимается выше 4 °С 58 являются критическими для произрастания высших растений, но в локальных понижениях возможно фрагментарное распространение кобрезиевых группировок, максимальная встречаемость которых приурочена к интервалу температур 4-6 °С, а сумм осадков за лето 150200 мм. Несмотря на оптимальное для ерниковых тундр количество расчетных осадков, здесь распространены только кобрезиево-дриадовые и кобрезиево-пустошные варианты тундр, поскольку снег со склонов сдувается и промерзание грунтов максимально. Следует отметить также незначительное присутствие на южном макросклоне на высотах 3000-3200 м кобрезиеворазнотравных и альпийских лугов. Луговые сообщества, таким образом, распространены по всему высотному профилю и существуют при широком интервале среднелетних температур 49 °С. Таким образом, анализ распределения различных типов геосистем в зависимости от условий тепло- и влагообеспеченности наглядно показывает, что в довольно однородных климатических условиях возможно существование нескольких растительных сообществ, для которых данные климатические условия являются благоприятными. Наложение полей распространения расчетных значений температуры и осадков на ландшафтную карту позволило выявить диапазоны климатических характеристик, в которых встречаемость геосистем наибольшая/наименьшая и провести анализ высотной структуры массива с учетом среднелетней температуры воздуха и суммарного количества осадков за лето (Рис. 23) (Приложение 2). Рис. 23 Распределение тундр в зависимости от условий тепло- и влагообеспеченности (кв. км) В дальнейшем для каждой высотной ступени массива был проведен анализ встречаемости различных геосистем и оценка меры ландшафтного разнообразия (Рис. 24). Встречаемость рассчитывалась как отношение площади геосистемы к общей площади высотной ступени. 59 Полученная энтропия (как производная от встречаемости [12]) отражает вариативность экологических условий и, соответственно, возможное разнообразие ландшафтов, для которых сложившиеся условия будут оптимальными. Наименьшее разнообразие физико-географических обстановок характерно для высокогорий массива, особенно в северной его части, поскольку с высотой происходит сокращение набора возможных форм рельефа и ужесточение климатических условий. Однако даже на контакте с гляциальным поясом энтропия ландшафтной структуры не нулевая, так как наличие поверхностей выравнивания в высокогорьях способствует сохранению разнообразия растительных сообществ (так, по сравнению со своими склоновыми аналогами горные луга и тундры встречаются на поверхностях выравнивания выше на 400 м). В перспективе возможно несколько вариантов развития высокогорных геосистем (например, при отступании ледников и формировании почвенно-растительного покрова на выположенных поверхностях можно предполагать существенное усложнение ландшафтной структуры высокогорного пояса.). Рис. 24 Значения энтропии ландшафтной структуры массива Монгун-Тайга Однообразие ландшафтной структуры нижних ступеней массива обусловлено преобладанием аридных сообществ вследствие малого количества атмосферных осадков. В случае роста количества осадков вероятно усложнение ландшафтной структуры; а в случае сокращения значимые изменения структуры не ожидаемы. Наибольшие значения энтропии отмечаются в высотном интервале 2400-2800 м, причем в южной части массива они 60 максимальны. Соответственно, изменение климатических обстановок скорее всего приведет к перестройкам внутренней структуры (изменению высотных диапазонов, соотношений площадей основных геосистем), но не к её усложнению. 61 Глава 3 Потенциальные реакции пространственной структуры ландшафтов на изменение климата Выбор сценария изменения климатических условий В последние десятилетия многие мировые климатические сценарии основываются на расчетах техногенных выбросов парниковых газов в атмосферу и предполагают повышение средней глобальной температуры поверхности Земли почти на 6 С к 2100 году [36]. Эта тенденция в целом коррелирует с динамикой солнечной активности [56, 81, 87] и сторонники теории «потепления» указывают на очень высокий темп современного процесса [9,37]. При этом прогнозные сценарии предполагают одновременное увеличение атмосферных осадков [76, 93, 98]. Однако расчлененный горный рельеф всегда дает гораздо более разнообразную картину потенциальных климатических изменений. Так, в рассматриваемом регионе прослеживаются тренды, согласно которым в низкогорных областях (ниже 900 м) среднегодовая и среднелетняя суммы осадков по данным стационарных наблюдений в целом остаются стабильными или изменяются незначительно на протяжении полувека (Кызыл, ТоораХем, Сосновка); а по данным метеостанций, расположенным выше 900 м (Эрзин, Мугур-Аксы), на протяжении периода наблюдений количество осадков стабильно сокращается (Таблица 7). Таблица 7 Характеристика изменений значений климатических показателей за период наблюдений* Метеостанция (высота, м) Кызыл (626 м) Тоора-Хем (919 м) Сосновка (947 м) Эрзин (1100 м) Мугур-Аксы (1830 м) Уравнение изменения значений среднелетей температуры воздуха в течение ряда наблюдений (x – порядковый номер года) Уравнение связи значений сумм осадков за лето наблюдений (x – порядковый номер года) 1943-2013 y = 0,024x + 17,54 y = 0,085x + 213,6 1945-2013 y = 0,024x + 12,48 y = 0,123x + 323,5 1964-2013 1949-2013 y = 0,029x + 15,38 y = 0,031x + 16,09 y = -0,282x + 357,1 y = 273,4x-0,12 Период наблюдений за температурой воздуха, гг. -0,20 y = 149,8x 1963-2013 y = 0,050x + 11,49 *период наблюдений за количеством атмосферных осадков для всех названных метеостанций – 1966-2013 гг. Глобальная климатическая модель EGISS также прогнозирует развитие термоаридного тренда в регионе [95]. Согласно данной модели средняя температура июля поднимется на 11,5С к середине XXI века. Увеличение значений среднелетней температуры воздуха фиксируется и метеостанциями Тувинской котловины и Каргинской впадины на всех высотных уровнях. Согласно нашим расчетам по данным метеостанции Мугур-Аксы к 2050 62 году температура может повыситься на 2С по отношению к современному значению. Это примерно соответствует расчетным значениям сценария RCP 8.5 2 на 2047 год, по которому температура воздуха увеличится на 2,12С. Данный сценарий широко используется в прогнозных расчетах многих гляциологических, метеорологических и других исследований, однако поправки для сценария RCP 8.5 рассчитаны для точки, удаленной от массива более чем на 100 км и необходима трансформации этого глобального климатического сигнала в локальный. Кроме того смоделированное по сценарию RCP 8.5 распределение значений температуры и осадков для территории массива Монгун-Тайга (сценарий предполагает увеличение к 2047 году сумм осадков на 23%) показало, что почти на 90% исследуемой территории могут возникнуть условия, которых сейчас не существует. Моделирование изменений ландшафтной структуры по данному сценарию затруднительно, поскольку, чтобы выявить возможные сдвиги в высотно-поясной структуре массива, необходимо изучить структуры других – сходных – экосистем, отображающих вероятные смены длительновременных состояний при климатических колебаниях, то есть найти аналоги с прогнозируемыми климатическими нишами. Также рассмотрение рядов наблюдения метеостанций региона показало, что корреляционная зависимость количества летних атмосферных осадков и температуры воздуха отрицательная (Приложение 3). Поэтому в работе используется климатический сценарий, в основу которого положены тренды рядов наблюдения метеостанции Мугур-Аксы (Рис. 25), а именно увеличение к 2050 году значений среднелетней температуры воздуха на 2С на фоне сокращения осадков на 12%. 2 сценарий группы Representative Concentration Pathway антропогенного воздействия на климатическую систему, рассчитанный по величине предполагаемого радиационного воздействия, создаваемого парниковыми газами 63 Рис. 25 Среднемноголетние изменения значений среднелетней температуры и сумм летних осадков по ст. Мугур-Аксы 64 Оценка изменений высотно-ярусной структуры массива при изменении климата Факторы повышения температуры и сокращения количества осадков действуют однонаправлено, то есть при одновременном их действии нивелирования влияния климатических факторов друг на друга не происходит [31], как, например, небольшая сумма осадков может компенсироваться влажностью воздуха за счет низких температур, уменьшающих транспирацию растений [90, 94]. Таким образом, тренды изменения значений температуры воздуха и осадков одновременно усиливают аридизацию территории. Более того, согласно оценке увлажнения почв высокогорья повышение среднеиюльской температуры на 1С по силе воздействия на гидротермический режим почв равнозначно изменению годового количества осадков не менее чем на 80-100 мм [43]. Поэтому рост температуры скорее всего будет способствовать ещё большему сокращению увлажнения территории, нежели по прогнозу изменения сумм осадковПо рассчитанным значениям метеопараметров в каждой точке цифровой модели был произведен перерасчет значений температуры и осадков, смоделированы изолинейные поля распределения измененных характеристик и определены площади, в которых значения среднелетней температуры воздуха и суммарного количества летних атмосферных осадков соответствуют выделенным интервалам. Изменения в распределении значений метеорологических параметров затронули все высотные уровни, распределение площадей различных градаций существенно изменилось. Так, при повышении температуры воздуха и сокращении количества осадков наиболее заметные изменения затронут подножия массива и наиболее высокие его части (Таблица 8). В частности, сократятся площади, характеризующиеся температурами ниже 2 С и наибольшим количеством осадков (более 250 мм), где в настоящее время развито оледенение массива. Более чем в 10 раз увеличатся площади со среднелетней температурой воздуха выше 10 С и количеством летних осадков меньше 150 мм. Резкое увеличение крутизны уклонов и сокращение площадей высотных ступеней на массиве происходит примерно с высот 2700-2800 м, соответственно выше этого уровня при изменении климата наиболее существенно изменятся площади, где значения среднелетних температур будут ниже 8 C. В целом более половины территории массива может оказаться в условиях с температурой 8-12 С и количеством осадков 100-200 мм. Вместе с тем с увеличением температуры возникнут ранее не характерные для исследуемой территории области со значениями среднелетней температуры воздуха выше 14 С и крайне скудным увлажнением (менее 90 мм за лето). Это малые по площади участки, расположенные в наиболее низких частях долины р. Каргы и представленные в настоящее время зарослями пойменных ивняков и участками сухих полынных степей на пологих и аккумулятивных склонах массива. Следует отметить, что согласно модели распределения прогнозируемых расчетных значений 65 среднелетней температуры воздуха область со значениями сумм активных температур, превышающих 0 C, расширится вплоть до высоты 2500 м (выше современного уровня примерно на 252 м). Таблица 8 Распределение современных и смоделированных площадей по интервалам расчетные площади современное состояние Значений климатических характеристик (кв. км) количество осадков за лето, мм 50-100 100-150 150-200 200-250 250-300 300-350 Итого 50-100 100-150 150-200 200-250 250-300 Итого Интервалы значений среднелетней температуры воздуха, С -2_0 7 7 - 0_2 2_4 4_6 6_8 8_10 10_12 12_14 28 1 29 6 6 10 231 241 93 93 417 417 193 43 236 231 206 437 99 331 430 262 262 437 437 4 21 25 52 210 262 59 38 97 16 10 26 14_16 Итого 0 25 25 4 514 633 290 66 8 1515 77 746 524 152 16 1515 Поскольку границы высотных поясов систем гор Внутренней Азии имеют тенденцию к повышению в юго-восточном направлении, что связано с усилением континентальности климата [72, 84], можно предположить, что при прогнозируемой аридизации высотная структура ландшафтов массива тоже условно «сдвинется» вверх вслед за климатическими интервалами. Значит, можно ожидать сокращения площадей тундровых и увеличения площадей степных геосистем (в соответствии с геоморфологическими чертами массива). Существование разных растительных сообществ в схожих климатических условиях предполагает возможность перехода одних типов в другие при реализации сценария. Соотношение климатических ниш в данном случае указывает на направление возможных трансформаций структуры растительного покрова при соответствующей смене климатических условий. Следует помнить, что на прогнозный период (к 2050 г.) трансформации ландшафтной структуры, скорее всего, приведут не к полному разрушению и замене одних ландшафтов другими, а лишь к тому, что ландшафты вышележащих ярусов приобретут черты более низких высотных ступеней [59, 66]. Так, например, в соответствии с термоаридным трендом наиболее вероятными будут процессы олуговения тундр и остепнения разнотравных климатические ниши которых в настоящее время частично пересекаются (Рис. 26). лугов, 66 Рис. 26 Распределение растительных сообществ на вюрмских моренах в диапазонах климатических характеристик (красная стрелка иллюстрирует направленность климатических изменения) Даже в пределах одного макросклона климатические ниши отображают равновероятное существование разных сообществ в одних и тех же градациях климатических характеристик. А наложении изогиет на современную ландшафтную структуру обоих макросклонов дает ещё более плотное пересечение климатических ниш разных геосистем. То есть одни и те же геосистемы противоположных макросклонов, расположенные на разных высотных уровнях, характеризуются одними и теми же интервалами значений температуры и осадков (Рис. 27). Но многолетние полевые наблюдения показывают, что южная сторона массива в нижней части в целом имеет более аридный облик, нежели северная на тех же высотах. Поскольку расчет распределения значений климатических параметров производится по данным одной метеостанции для обоих макросклонов массива (отсутствие метеорологических данных по южной части массива не дает возможность достоверно отразить распределение значений климатических параметров), необходимо для адекватного отражения распределения различных геосистем по условиям увлажнения проводить анализ эколого-климатических ниш северного и южного макросклона отдельно. 67 Рис. 27 Распределение групп растительности на среднекрутых склонах в зависимости от изменения условий тепло- и влагообеспеченности с высотой на северном (N) и южном (S) макросклонах массива При характеристике и анализе климатической обусловленности ландшафтов наиболее оптимальным может быть выявление гидротермических свойств почвы [14], характеризующих непосредственно условия увлажнения как результат одновременного влияния механических свойств грунта и форм микрорельефа. В таком случае местоположения могут быть неотъемлемым признаком растительного сообщества, как например, эрозионные ложбины на склонах средней крутизны, покрытые лиственничными массивами. Однако в масштабе существующих тематических карт невозможно учесть зимнее вымерзание, летнюю деградацию многолетней мерзлоты, криотурбационные изменения почвенных профилей, переувлажнение за счет активного сезонного поверхностного стока и др. Кроме того, в рамках данной работы не рассматриваются требования растений к почвенным условиям, так как трансформация почвенного профиля заведомо происходит намного медленней, нежели смена растительного сообщества. В целом местоположения с переменным в течение вегетационного периода режимом почвенного увлажнения нередко характеризуются совместным произрастанием растений разных экологических рядов [40]. Также и под одинаковыми группировками могут встречаться различные почвы [15]. Так, в ходе полевых исследований не раз было выявлено несоответствие процесса почвообразования и типичного сообщества [49]. В частности, в Каргинской впадине сформировались грубогумусовые тундровые почвы под степными 68 сообществами низкогорья. Кроме того, почвопостоянными сообщества можно считать только условно: в целом постоянством они не отличаются, и потому как индикаторы почвенных условий используются только при подробном анализе сопутствующих условий либо лишь для крупных почвенных единиц [89]. Так, зимнее вымерзание, образование бугров пучения, солифлюкционные процессы могут привести к постепенному смещению участков напочвенного покрова. Таким образом, моделирование в данной работе ограничено условиями, в которых аргументированно при комплексной оценке, анализе и прогнозировании можно использовать только подробные ландшафтные описания; возможности для многофакторного анализа нет (с учетом фильтрационной способности грунтов, водно-физических свойств поверхности, глубины протаивания деятельного слоя в разных частях массива и пр. [42, 45]). Для выявления тенденций в трансформации ландшафтной структуры для каждого из длительновременных состояний была составлена матрица вероятностей встречаемости, которые рассчитывались как отношение площади состояния при определенном сочетании условий тепло- и влагообеспеченности к общей его площади на массиве без учета приуроченности к типу местоположения (Таблица 9). Таблица 9 Распределение вероятностей встречаемости дриадовых тундр массива Интервалы значений температуры воздуха, С Интервалы значений суммарного количества осадков, мм 100-150 150-200 200-250 2_4 0,000 0,000 0,007 4_6 0,000 0,008 0,175 6_8 0,000 0,543 0,000 8_10 0,108 0,157 0,000 10_12 0,002 0,000 0,000 Расчет вероятной площади того или иного сообщества при измененных климатических условиях производился путем умножения прогнозного значения площади ячейки «температураосадки» на встречаемость данного сообщества в современных условиях. Расчеты возможных трансформаций площадей геосистем по климатической обусловленности в целом отражают тенденцию сокращения доли психрофитных сообществ высокогорий почти наполовину, увеличения площадей ксерофитных сообществ нижней части массива до полутора раз (Таблица 10). Ожидаемые тенденции к в целом соблюдаются, но вместе с тем расчет показывает, что при применении данного подхода неизбежно возникают необоснованно завышенные/заниженные изменения площадей таких геосистем, климатические ниши которых характеризуются наибольшей обособленностью (например, пойменные ивняки). 69 Таблица 10 Потенциальные изменения площадей групп растительности при реализации сценария «потепление при аридизации» Группы растительности Преимущественно лишенные растительности Каменистые кобрезиевые пустоши Дриадовые (иногда с ерником) тундры Мохово - ерниковые тундры Травяные тундры Разнотравные альпийские луга Кобрезиево-разнотравные луга Злаково-осоково-разнотравные, иногда закустаренные луга Лиственничники Пойменные ивняки разнотравнозлаковые Разнотравно-злаковые, местами разреженные степи Кустарниковые степи Разреженные злаково-полынные степи Общий итог Современная площадь, кв.км Расчетная площадь (по сценарию, кв.км) Расчетные изменения площадей, % от современно й площади 198,7 33 162 232 12 68 96 102 20 81 137 11 36 54 -49 -41 -50 -41 -12 -48 -44 164 43 187 30 +14 -30 13 107 +696 310 12 148 1514 381 12 355 1514 +23 -1 +140 Как известно, в высокогорьях наблюдаются значительные суточные радиационнотермические колебания, однако даже на высотах более 2600 м на массиве имеет место не абсолютное преобладание холодостойких ксероморфных доминантов, а мозаичное сочетание горно-тундровых, горно-луговых и горно-степных типов геосистем. Подобное исходное перекрытие ниш и высокая степень мозаичности говорят о взаимном приспособлении, обусловленном контрастностью геоморфологических условий [34]. Соответственно нельзя строить прогнозные модели, ориентируясь на доминирующую роль климата в распределении растительности, поскольку в условиях аридных высокогорий распространение растительности в наибольшей мере определяется проявлением геолого-геоморфологических и орографических факторов. Для всех выделенных типов местоположений, каждый их которых характеризуются общностью генезиса, литологического состава, уклона поверхности, возраста и пр., определялись вероятности существования растительных сообществ при различных сочетаниях термических и влажностных условий. При моделировании согласно сценарию современные площади умножались на рассчитанные вероятности. 70 В обобщенном виде площадные трансформации растительного покрова с учетом геоморфологических условий (Рис. 28) при потеплении на фоне сокращения количества осадков отражает существенное увеличение площади степей и сокращения тундр. Рис. 28 Потенциальные изменения площадей групп растительности массива при реализации климатического сценария (расчет произведён с учётом роли рельефа), % Площадь луговых геосистем в целом изменится незначительно, однако произойдет перестройка внутренней структуры горных лугов: расширяются мезофитные разнотравные луга при сокращении альпийского разнотравья и разреженных кобрезников. Размах ожидаемых площадных трансформаций довольно велик и может даже достигать двукратного. В моделировании потенциальных трансформаций ландшафтной структуры с учетом местоположений следует учитывать некоторые особенности. Так, например, если предполагать, что соотношение различных групп растительности на каждом типе рельефа при определенных сочетаниях климатических условий остается неизменным, то можно рассчитать потенциальные их площади при изменении климатической модели. Однако, в итоге подобного расчета для каждой ячейки «температура-осадки» (для каждой формы рельефа) выявляется несоответствие прогнозируемого распределения сообществ в пределах одного типа рельефа современному. Например, границы области встречаемости потенциального распределения дриадовых тундр на рисских моренах северного макросклона массива при сохранении их доли в диапазонах прогнозируемых значений температуры и осадков смещаются относительно современного 71 состояния по обоим климатическим показателям, перемещаясь в более холодные и влажные условия (Рис. 29). Рис. 29 Встречаемость дриадовых тундр (современная и прогнозируемая) на пологих склонах массива Это происходит вследствие того, что при моделировании наибольшие площади рассматриваемого ландшафта оказываются на высотных ступенях, гораздо меньших по площади, нежели в оптимальном распределении их современного состояния. Кроме того, влияние какого-либо сообщества на соседнюю растительность зависит в том числе и от размера исходного участка, занимаемого данным сообществом [54], а при вероятностном перерасчете в такое же нормированное состояние оказываются возможными площадные трансформации, не адекватные исходным размерам маленьких участков. В целом для осуществления полной замены одного сообщества другим необходимо чтобы одно претерпело сильное нарушение, т.е. оказалось бы в неприемлемых условиях, чего на большей части территории массива не происходит (Рис. 30). Около 60 % площади всех сообществ при смещении границ климатических диапазонов не выходят за пределы своих современных оптимумов и, следовательно, нет оснований заменять существующие ландшафты прогнозными. Таким образом, моделированию в работе подлежат участки ландшафтов, характеризующиеся пограничным положением в своих климатических нишах, которые при применении сценария и наложении прогнозных климатических границ они покидают. 72 Рис. 30 Схема распределения территориий, подлежащих моделированию при реализации выбранного сценария (оранжевым цветом обозначены участки геосистем, выходящие за пределы климатических оптимумов) Следует добавить, что в рамках моделирования по данной методике не учитывается возможное увеличение скорости экзогенных процессов рельефообразования и существеных тектонических подвижек. Общей тенденцией динамики высокогорных ландшафтов массива Монгун-Тайга в настоящее время является сокращение площадей снежно-ледовых образований и подъем нижней границы их распространения [18, 19]; большинство долинных ледников на массиве отступают в последние 40 лет со скоростью 7-11 м/год [25]. При потеплении и одновременном уменьшении количества осадков согласно расчетам на массиве сохранятся 9 ледников суммарной площадью 8,9 кв. км. Таким образом, сокращение площади ледников составит около 56 % по отношению к состоянию оледенения на 2010-2013 гг. Соответственно, ожидаемы площадные изменения в структуре рельефа, возникающие при деградации снежноледовых образований массива: увеличения площади осыпей, современных морен и, возможно, поверхностей выравнивания, которые на срок сценария так и останутся незадернованными. Надо, однако, учитывать, что расчетное превышение температуры над современным значением будет достигаться постепенно, поэтому с учетом линейности тренда по температуре, вносящего основной вклад в сокращение ледников, реально стаивать будет меньше. 73 Проблеме взаимоотношений между растениями в разных сообществах посвящены работы таких ученых, как Лавренко, Лысенко, Погребняк, Сукачев, Огиевский и других. Понятно, что любое растительное сообщество представляет собой не застывшее во времени, а непрерывно изменяющееся образование. Эта закономерность и является индикатором функционирования природных экосистем [78]. Сформировавшиеся на данный момент сообщества развивались не при неизменных условиях тепло- и влагообеспеченности, а в процессе эволюции естественных условий. Однако спрогнозировать можно лишь краткий временной отрезок – этап сукцессии, аналогичный современному распределению. Кроме того, сами сообщества непрерывно изменяются – не только сезонно, но также и заменяют друг друга или заселяют новые местообитания, образуя новые типы ландшафтов. В итоге при резкой смене климатических условий на фоне общей мозаичности ландшафтной структуры вследствие разнообразных откликов на внешние воздействия и разной адаптивной способности геосистем возникает комплексное разнообразие [48], при котором небольшие участки разных сообществ перемежаются, образуя ещё большую пестроту в структуре. Это может быть как заселение новых местоположений, ранее не занятых растительным покровом, так и смена одного сообщества другим. растительному покрову Так, например, согласно работам В.Г. Дирксен, посвященным и флоре массива Монгун-Тайга [30], при увеличении теплообеспеченности возможны подобные переходы: в криофильном ряду преобразование высокогорных подушечников в злаково- или дриадово-кобрезиевые ассоциации, ерниковых тундр – в закустаренные альпинотипные луга; кроме того в составе кобрезников вероятно увеличение доли овсяницево-разнотравных группировок; в мезофильном ряду (луговая растительность) возможна переходная стадия между хионофильными/криофитно-разнотравными лугами и закустаренными злаковоразнотравными; возможно формирование разновидности остепненных лугов и др. Обобщенные представления о потенциальных переходах, основанные на анализе возможных направленных трансформаций ландшафтной структуры, выглядят следующим образом. При зарастании скальных поверхностей и каменистых россыпей, освободившихся от снежно-ледовых образований, сообщества петрофитов сначала будут представлять собой разобщенные группировки, которые впоследствии при благоприятных условиях будут смыкаться. Существование кобрезиевых пустошей обусловлено в равной степени и климатическими условиями, и наличием выположенных поверхностей выравнивания или коренных склонов малой крутизны. Поэтому при возникновении более теплых условий можно говорить в первую 74 очередь о формировании более сомкнутого растительного покрова на месте современных разреженных пустошей, а также о небольшом расширении исходных площадей кобрезиевых сообществ за счет территорий, лишенных растительности на данный момент (т.е. образовании первых стадий зарастания на пролювиальных отложениях и высокогорных поверхностях выравнивания). Однако в целом площади пустошных сообществ, вероятно, сократятся за счет расширения площадей горно-тундровых и частично луговых. Преобразование дриадовых тундр возможно по двум направлениям: сокращение в областях с прогнозируемой среднелетней температурой воздуха выше 8 С с последующей заменой разновидностями разнотравных степей или остепненных лугов с кобрезией на среднекрутых склонах и злаково-разнотравными лугами на волнистых поверхностях вюрмских морен; расширение площадей шпалерно-кустарничковых сообществ за счет замещения кобрезиевых пустошей в прогнозируемом интервале температур 6-8 С. Массивы ерников с покровом из зелёных мхов могут заметно сократиться как в северной, так южной частях массива, поскольку их существование обусловлено довольно узкими температурными рамками. Так, на хорошо дренируемых среднекрутых или пологих склонах при реализации климатического сценария возникнут условия, неприемлемые для существования ерников (более 10С и менее 120 мм осадков за лето), но благоприятные для развития разнотравных лугов и степей. Подобная трансформация растительного покрова наблюдается, например, на склонах, обращенных к озеру Хиндиктиг-Холь, но сокращение ареалов мохово-ерниковых тундр в данном случае вызвано не иссушением, а чередой суровых малоснежных зим, которые значительные массивы ерников не пережили. Скорее всего в меньшей степени иссушение коснется моренных образований, сцементированных многолетней мерзлотой, на которых тундровые кустарниковые сообщества будут подпитываться влагой за счет протаивания грунтов. На пологих рисских моренах северного макросклона массива при среднелетней температуре 8-10 С ерники могут частично заменить осоковые тундры, образовав сообщества с травянистым напочвенным покровом. При сокращении количества осадков площади травяных (осоковых) тундр скорее всего изменятся не сильно в замкнутых троговых долинах вследствие перераспределения поверхностного стока по крутым обрамляющим склонам, но они могут замещаться луговыми сообществами, приобретая, таким образом, облик мезофитных разнотравных лугов с различными видами осок в качестве доминанты и альпийским разнотравьем в составе ТКЯ. Кобрезиево-разнотравные луга в силу своего сравнительно широкого климатического оптимума могут немного уменьшить площади только на самых нижних ступенях массива (в основном в северной части на среднекрутых склонах), где среднелетняя температура воздуха 75 согласно прогнозу превысит 10-12 С: здесь возможно их замещение злаково-разнотравными лугами или разнотравными разновидностями степей. В южной части массива кобрезиевые луга могут подняться по склонам вплоть до высотного интервала 3200-3400 м. Процесс олуговения, таким образом, приведет к тому, что тундровые сообщества будут оттесняться вверх по склонам. Общая площадь альпийских лугов в целом изменится не сильно. Они местами могут заменить разреженные кобрезиевые луга, при этом остепняясь на границе со злаковыми и полынными степями, особенно на южном макросклоне массива, где на нижних высотных ступенях в силу солярной экспозиции можно ожидать ощутимой аридизации сообществ. Это возможно приведёт к ещё большим экспозиционным различиям высотной структуры растительного покрова массива. На северном макросклоне повышение среднелетней температуры воздуха скорее всего приведет к образованию более густотравных луговых сообществ. Злаково-разнотравные разновидности лугов могут расширить ареалы на южном макросклоне массива за счет более холодолюбивых альпинотипных, а также пограничных ареалов тундровых сообществ в основном на высотах до 2600 м. На наиболее низких ступенях массива (до 2000 м), где значения среднелетней температуры будут достигать 16 С, в составе лугов возможно появление элементов степной растительности, но в локальных понижениях исходные разнотравные луга могут сохраниться и, более того, увеличить продуктивность [86]. Среднегорные ступени массива, таким образом, приобретут более мезофитный облик. На террасах долины реки Каргы, а также хорошо дренируемых склонах северной части массива, где при сокращении атмосферного увлажнения количество осадков за лето не превысит 100 мм, возможно формирование остепненных лугов (со значительной долей ксерофитных дерновинных злаков) или возникновение степей на месте злаково-разнотравных лугов. Горно-лесные геосистемы в силу своей высокой средообразующей способности, связанной с микроклиматической ролью биоты, обладают большей устойчивостью к воздействиям внешней среды, нежели горно-луговые и горно-степные при прочих равных условиях [8, 44, 67]. Согласно современному распределению расчетных значений осадков, нижняя граница леса, в среднем соответствующая величине 110 мм, расположена на высотах, близких к 2000 м (близкое значение допустимого минимума осадков было выявлено Зелепукиной Е.С. для лесов Убсунурской котловины [34]). В соответствии с заданным сценарием нижняя граница распространения лесных массивов при сохранении тенденции к потеплению может сместиться вверх по склонам примерно на 200 м, что впоследствии может привести к сокращению ареалов существования лиственничников. Следует учитывать, что неблагоприятные условия, вызванные изменением климатических факторов, для леса во 76 многом могут замещаться действием эдафических: так, фоновая сухость может нивелироваться поверхностным стоком для лесных массивов, расположенных в ложбинах, особенно в нижних частях высоких склонов и имеющих, таким образом, большую площадь водосбора (Рис. 31), поэтому, скорее всего, большого площадного сокращения не произойдет. Рис. 31 Массивы лиственничников северного макросклона Следует также отметить, что отклики на климатические изменения в лесных сообществах происходят в течение периода смены как минимум одного поколения древостоя (период трансформации для лиственничников может достигать 150 лет), в отличие, например, от луговых. Поэтому для лесных массивов прогноз к 2050 году позволяет определить не площадные изменения контуров массивов, а только потенциальные условия произрастания существующего ныне леса. При реализации этих условий в подлеске на нижней высотной границе распространения лесных массивов могут появиться степные элементы растительности, а на верхней - укрепится и разрастется лиственничный подрост. В дальнейшем возможно более масштабное олуговение или остепнение лиственничных массивов и их распад на редколесья, представляющие собой группы или полосы, разделенные участками лугов. Также возможна замена участков леса луговым разнотравьем, в том числе остепненным, что связано со способностью трав быстро разрастаться в стороны от корневищ и препятствовать распространению лиственничного подроста и лесовозобновлению, что облегчается неблагоприятным для леса изменением среды [63, 88]. Так, аридизация и повышение температуры вегетационного периода со временем будет способствовать изрежеванию древесного яруса, разложению подстилки и последующему формированию гумусового 77 горизонта почвенного профиля, благоприятного для проникновения и закрепления разнотравья. Распространение древостоя выше по склонам маловероятно, верхняя граница распространения лесных массивов скорее всего останется стабильной. Например, исследования верхней границы леса в Швейцарских Альпах показали, что при реализации климатического сценария «повышение температуры воздуха» продвижения деревьев вверх по склону не предполагается в течение как минимум 100 лет [96]. Большинство участков ивовых зарослей развито на местоположениях, характеризующихся дополнительным увлажнением (склоновое, грунтовое и пр.). Поэтому иссушение коснется их в меньшей степени в ложбинах, западинах, на низких террасах и пр. А на высоких дренируемых террасах рек Мугур и Каргы возможно угнетение пойменных ивняков и последующая их замена степями (при сохранении тренда на иссушение и за пределами периода прогнозирования). В низкогорном поясе наиболее вероятные изменения ландшафтной структуры связаны с процессом остепнения, который будет выражен в значительном увеличении суммарной площади степей (примерно на пятую часть от современной). Могут существенно увеличиться площади злаковых и разреженных полынных степей, семиаридные кустарниковые степи не претерпят существенных трансформаций. На высотах до 2400 м, особенно на солнцепечных сухих склонах, они могут полностью занять участки кобрезиевых, разнотравных лугов и даже ерниковых тундр (при иссушении, достаточном для деградации мохового покрова). Следует отметить, что определенный нами климатический оптимум степей не соответствует действительности, поскольку нижняя граница ареала степей усечена и не определяет реальный нижний предел распространения степных геосистем. Их существование характерно и для более низких гипсометрических уровней (ниже уровня 1800 м, которым ограничена на данный момент территория исследования), поэтому климатические колебания в сторону потепления и аридизации к сокращению их ареалов у подножия массива не приведут. Добавим, что значительное расширение степей возможно и при иссушении на фоне похолодания [91]. У подножия южной части массива можно ожидать появления полупустынных ландшафтов: например псаммофитных разреженных ковыльно-типчаковых или нанофитоновых сообществ, характерных для южных предгорий хребтов Танну-Ола [11, 75]. Это может привести к ещё большему контрасту между высотно-ярусным распределением типов растительности на разных макросклонах массива. 78 Оценка степени чувствительности геосистем к изменению климата Рассчитанные площадные трансформации вполне соответствует описанной ранее картине ландшафтного разнообразия: наиболее устойчивыми к изменению климата оказываются ландшафты среднегорного пояса, а наибольшая чувствительность характерна для ландшафтов подножия массива и приледниковой зоны. Количественная оценка чувствительности ландшафтов массива проводилась с помощью расчета изменчивости (Таблица 11). Рассматривая потенциальные реакции, можно отметить, что наиболее чувствительными являются кобрезиевые пустоши, которые при реализации сценария подвергнутся наибольшим сокращениям. Более чем на треть могут сократиться осоковые и ерниковые тундры. Значительное увеличение исходных площадей прогнозируется для дриадовых тундр, кобрезиевых лугов и разнотравно-злаковых степей. Менее всего ожидаемы площадные изменения альпийских лугов, лиственничников, ивняков и кустарниковых степей (менее 10% от современной площади). Таблица 11 Изменение площадей растительных сообществ массива (% от современной площади) при реализации сценария изменения климата группы растительности Преимущественно лишенные растительности Каменистые кобрезиевые пустоши Дриадовые (иногда с ерником) тундры Мохово - ерниковые тундры Травяные тундры Разнотравные альпийские луга Кобрезиево-разнотравные луга Злаково-осоково-разнотравные, иногда закустаренные луга Лиственничники Пойменные ивняки разнотравно-злаковые Разнотравно-злаковые, местами разреженные степи Кустарниковые степи Разреженные злаково-полынные степи Приращение современной площади (% от исходной площади группы) (абсолютная изменчивость) Приращение современной площади (% от площади массива (относительная изменчивость, с)) -21 -3 -75 -2 21 -39 -42 -1 29 2 -6 -0,5 0 2 11 -5 1 -0,1 -7 -0,1 23 -8 5 -0,1 17 2 79 Показатели относительной чувствительности (с) представляют собой долю прогнозируемой площадной трансформации каждой группы растительности от общей площади массива и рассчитываются по формуле с S i _ совр S i _ прогн S где Si_ совр (9), 100% – современная площадь группы растительности, Si_прогн – потенциальная площадь группы согласно расчетам по сценарию, S – общая площадь массива. Суммарное значение показателя для всего массива составляет 0. Расчет показателя производился для того, чтобы оценить значимость площадных изменений каждой из групп растительности в общей трансформаци структуры массива. Результаты расчетов показывают, что в наибольшей степени на ландшафтном облике массива отражаются площадные трансформации мохово-ерниковых тундр и разнотравно-злаковых степей; также хорошо заметны изменения в распространении дриадовых тундр, кобрезиеворазнотравных лугов, разреженных злаково-полынных степей. Следует отметить, что в равной степени характеризуются сохранением исходных площадей и закономерные для региона дриадовые тундры и злаковые степи, и те группы, которые ранее были определены, как обусловленные преимущественным влиянием геоморфологических факторов (разнотравные луга, лиственничники, кустарниковые степи). Это и сохраняет подвижное мозаичное равновесие ландшафтной структуры столь аридных регионов [80, 92]. Для учета достоверности прогнозируемых изменений проводилась проверка полученных результатов с помощью приведения вероятности к функции χ², а также с помощью функции Лапласа. Если в расчете функции Лапласа возможно и допустимо использование единиц измерения (кв. км), то при расчете критерия χ более актуален количественный показатель. Для этого было введено значение «операционной единицы», фактически представляющей собой наименьшую отображаемую на базовой ландшафтной карте площадную величину (0,1 кв. км). И расчет, таким образом, производился по количеству операционных единиц (равноценных количеству испытаний), что в итоге приблизило полученные результаты к значениям таблицы квантилей Стьюдента и сделало их сравнимыми. В расчете использовалась формула: ( x1 N x 2 N ) 2 N 1 x x 2 N x x N 2 2 2 1 2 1 (10), 2 где x1,x2 – количество операционных единиц в исходных контурах геосистем; N – все единицы рассматриваемой территории массива. Отношение полученных результатов к 80 границам доверительных интервалов позволило выявить наиболее чувствительные элементы растительного покрова. Для наиболее устойчивых выбор доверительного интервала оказался безразличным, так как их положение на графике не пересекает даже минимальный из отображенных (95%). С высокой степенью достоверности можно констатировать, что наибольшей чувствительностью к колебаниям климата отличаются мохово-ерниковые тундры, каменистые кобрезиевые пустоши и разнотравно-злаковые степи, для которых рассчитанные значения χ² значительно превышают критические (Рис. 32). К относительно устойчивыми можно отнести травяные тундры, разнотравные луга и полынные степи, положение которых на графике стремится к границам максимального доверительного интервала функции. Показатели χ² лиственничников, пойменных ивняков, кустарниковых степей, альпийских лугов близки к 0, что говорит о незначимых различиях в вероятности их существования при исходных и прогнозируемых климатических условиях. Скорее всего такое их итогвое положение на графике обусловлено доминирующей ролью рельефа в распределении их современных площадей. Рис. 32 Распределение значений критерия χ² как чувствительности и достоверности площадных изменений групп растительности Дополнительно применялась функция Лапласа, исследующая свойства динамических систем и показывающая, насколько достоверно изменились условия существования исходных состояний и, соответственно, произошло нарушение самих состояний [22]. Расчет производился 81 по формуле: m m n m m 1 m m 2 n 2 n 1 U 1 2 2 1 2 2 n (11), где m1 и m2 – исходная и прогнозируемая площади сообществ; n – площадь рассматриваемой территории. Полученные результаты сравнивались с двусторонней критической областью, границы которой определялись по таблице значений функции и составили 1,65 [22]. Наглядно степень изменчивости сообществ иллюстрирует диаграмма распределения значений U (Приложение 4), показывающая, что наиболее высокой степенью изменчивости характеризуются увеличивающие исходные площади кобрезиевые луга, дриадовые тундры, разнотравно-злаковые степи и сокращающиеся мохово-ерниковые тундры и каменистые кобрезиевые пустоши. К менее изменчивым относятся травяные тундры, злаково-разнотравные луга и полынные степи, положение которых на графике – в границах критической области функции. Показатели функции лиственничников, пойменных ивняков, альпийских лугов близки к 0, что выделяе их, как ниболее утойчивые. 82 Составление прогнозной схемы типов геосистем Экологические ряды для всех растительных группировок массива и их возможные переходы с учетом изменения свойств грунта, инертности, конкуренции, приспособляемости, и пр. пока не установлены. Поэтому при составлении прогнозной карты однотипные геосистемы были сгруппированы. Отметим, что полученная карта отражает по сути не размещение новых границ ареалов растительных сообществ, а иллюстрирует наиболее вероятные соответствующие новым климатическим условиям сдвиги в структуре. Для построения прогнозной модели распределения типов геосистем были использованы расчетные площади геосистем с учетом тех долей, которые подлежат замещению. Сообщества естественно не изолированы друг от друга и находятся в постоянном взаимодействии с другими, даже непосредственно не прилегающими. Тем не менее на расчетный срок в первую очередь принимались во внимание именно соседства, поскольку процесс преобразования всегда поначалу носит локализованный характер и начинается с наиболее чувствительных/уязвимых, к климатическим изменениям ареалов, расположенных в периферийной части экологоклиматических ниш [14, 83]. Поэтому в качестве замещающих в первую очередь были выбраны те соседние ландшафты, климатические оптимумы которых находились в тех же (или близких) диапазонах значений среднелетней температуры и количества летних осадков. Следует отметить, что при переходе к картированию возможных трансформаций принималось допущение о величине «поглощаемой» площади: участки заменяемых ландшафтов, оказавшиеся вне современных оптимумов, изменялись полностью (без учета времени релаксации замещающих). С помощью такого алгоритма была построена прогнозная схема распределения геосистем (Рис. 33). В обобщенном виде изменения площадей типов геосистем массива представлены на рисунке 34. Как видно, наибольшие приращения (более 20 % от исходной площади) характерны для горно-степных и гольцовых геосистем, что соответствует наименьшему на массиве разнообразию физико-географических обстановок подножий и приледниковой зоны. Так, аридный тренд изменения климата может привести к расширению площади горных степей почти на 100 кв. км (около 20 % площади) и сокращению более чем на 50 кв. км территорий с криофитами и подушечниками. В меньшей степени (до 20 %) изменятся площади горных тундр и лугов. Незначительные изменения ожидаемы для лесных комплексов массива, которые сократят свои первоначальные ареалы примерно на 5 %. 83 Рис. 33 Прогнозная схема распределения геосистем массива Рис. 34 Вероятные изменения соотношений площадей типов геосистем массива при разных подходах к моделированию 84 Площадь снежно-ледовых образований наиболее сильно будут реагировать на повышение температуры воздуха: так, возможно и сокращение более чем на 50 %. Следует отметить, что в пределах одного макросклона размах площадных изменений отдельных типов геосистем почти двукратный (например, горные луга южного макросклона). Очевидно, что образования более крупного ранга (типы геосистем), обладают больше устойчивостью, то есть подвержены большим площадным изменениям, чем составляющие их структурные единицы. Как отмечают в своих работах Исаченко А.Г [38] и Тишков А.А. [80], устойчивость геосистемы более высокого ранга создается именно подвижным мозаичным равновесием её элементов. Поскольку сценарий «потепление на фоне иссушения» среди прочих потенциально возможных в условиях резко-континентального аридного климата приводит к наиболее заметным изменениям в ландшафтной структуре [34], можно предполагать, что реальные изменения могут быть и более ощутимы. Так, разница в высотном положении однотипных геосистем северного и южного макросклонов массива, определяемая его положением по отношению к преобладающему направлению влагонесущих масс теплого периода, по-видимому станет ещё больше. То есть фоновые климатические колебания отобразятся не только на высотных, но и экспозиционных особенностях ландшафтной структуры массива. 85 Заключение Подводя итоги работы, можно сделать следующие выводы: анализ современной ландшафтной структуры высокогорного массива Монгун- Тайга показал, что чётко-выраженная высотная поясность на большей части территории массива (выше 2000-2200 м) отсутствует; вместо этого образуются мозаичные сочетания горнотундровых, горно-луговых и горно-степных геосистем, распределяющихся на некоторых высотных ступенях массива практически равномерно; подобная мозаичная структура в условиях континентального аридного климата территории массива определятся в не меньшей степени действием геолого-геоморфологических и орографических факторов, чем высотно-экспозиционных; разнообразие типов местоположений не только обусловливает наличие в ландшафтной структуре массива не типичных для региона растительных сообществ мезо- и гигрофильного ряда, но также способствует сохранению с высотой её мозаичности; высотные диапазоны распространения горно-тундровых, горно-луговых и горно- степных типов геосистем северной и южной частей массива могут различаться почти на 400 м, при этом наибольшим разнообразием ландшафтной структуры отличается интервал высот 24002800 м; при сохранении существующего ныне тренда на потепление на фоне иссушения высотные преобразования ярусов массива будут идти в сторону геосистем, расположенных ниже – в более теплых современных условиях; процессы олуговения и остепнения охватят среднегорные яруса северного и южного макросклонов соответственно; при реализации сценария скорее всего произойдет усложнение ландшафтной структуры, то есть произойдет увеличение комплексности растительного покрова; кроме того, возможно усложнение структуры за счет сокращения ледников и освобождения поверхностей выравнивания, где начнется процесс формирования почвенно-растительного покрова; также усложнение может быть вызвано усилением участия полупустынных элементов растительности, в настоящее время представленных фрагментарно; термоаридный тренд также может привести к усилению солярно-экспозиционной контрастности в распределении геосистем массива; построенная модель реакции ландшафтов на прогнозируемое изменение климата показала, что наиболее чувствительными к возможным колебаниям климата скорее всего окажутся мохово-ерниковые тундры и кобрезиевые пустоши, потенциально сокращающие 86 исходные площади, и расширяющие свои ареалы разнотравно-злаковые степи; в наибольшей степени останутся в современных границах своих ареалов те группы растительности, существование которых обусловлено эдафическими условиями местоположений; объединенные образования (типы геосистем) в случае изменения климатического фона обладают большей устойчивостью, чем составляющие их структурные единицы, то есть происходящая внутренняя перестройка способствует сохранению единиц более крупного ранга. 87 Список литературы 1. Адаменко М.Ф. Реконструкции динамики термического режима летних месяцев и оледенения на территории Горного Алтая в 14-20 вв. // автореферат дис. …канд. геогр. наук / М.Ф. Адаменко. – Новосибирск, 1985. – 16 с. 2. Адаменко О.М., Девяткин Е.В., Стрелков С.А. Алтае-Саянская горная область: История развития рельефа Сибири и Дальнего Востока / С.А. Стрелков, В. Вдовий. – М.: Наука, 1969. – 415 с. 3. Барри Р.Г. Погода и климат в горах / Р.Г. Барри.– Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 311 с. 4. Барышников Г.Я. Развитие рельефа переходных зон горных стран в кайнозое (на примере Горного Алтая) / Г.Я. Барышников. – Томск: Изд-во ТГУ, 1992. – 192 с. 5. Береснева И.А. Климаты аридной зоны Азии / И.А. Береснева // Серия Биологические ресурсы и природные условия Монголии. – М.: Наука, 2006. – 287 с. 6. Беручашвили Н.Л. Геофизика ландшафта / Н.Л. Беручашвили. – М.: Высшая школа, 1990. – 287 с. 7. Борисов Б.А. Алтае-Саянская горная область / Б.А. Борисов // Стратиграфия СССР. Четвертичная система (т. 2). – М.: Недра, 1984 – С. 331-351. 8. Бочаров А.Ю. Структура и динамика высокогорных лесов Северо-Чуйского хребта (Горный Алтай) в условиях изменения климата / А.Ю. Бочаров // Вестник Томского Государственного Университета. Серия Биология – 2011. – № 352. – С. 203-206. 9. Будыко М.И., Ефимова Н.А., Лугина К.М. Современное потепление / М.И. Будыко // Метеорология и гидрология. – 1993. – № 7. – С. 29-34. 10. Варлыгин Д.Л., Базилевич Н.И. Связи продукции зональных растительных формаций Мира с некоторыми параметрами климата / Д.Л. Варлыгин, Н.И. Базилевич // Изв. РАН. Сер. Географич., 1992. – № 1. – С. 23-32. 11. Волкова Е.А. Ботаническая география Монгольского и Гобийского Алтая / Е.А. Волкова. – СПб, 1994. – 131 с. 12. Волькенштейн М. В. Энтропия и информация / М.В. Волькенштейн. – М.: Наука, 2006. – 193 с. 13. Воскресенский С.С. Геоморфология Сибири / С.С. Воскресенский. – М.: изд-во Моск. ун-та, 1962. – 348 с. 14. Высокогорная геоэкология в моделях / Залиханов М.Ч., Коломыц Э.Г., Шарая Л.С., Цепкова Н.Л., Сурова Н.А.; отв.ред. Г.С. Розенберг, Г.К. Сафаралиев. – Ин-т экологии Волжского бассейна РАН; Высокогорный геофизический институт Росгидромета. – М.: Наука, 2010. – 487 с. 88 15. Высоцкий Г.Н. Учение о влиянии леса на изменение среды его произрастания и на окружающее пространство. Ч. 3: (Учение о лесн. пертиненции) / Г.Н. Высоцкий. – 2е изд. – М.Л.: Гослесбумиздат, 1950. – 104 с. 16. Ганюшкин Д.А., Чистяков К.В. Горные геосистемы внутриконтинентальных регионов Азии – структура и современная динамика / Д.А. Ганюшкин, К.В. Чистяков; отв. ред. В.М. Котляков, Ю.П. Баденков // Вопросы географии. – Моск. филиал ГО СССР. – Русское геогр. общество, Сб. 137: Горные исследования. Горные регионы северной Евразии. Развитие в условиях глобальных изменений. – М.: Издательский дом Кодекс, 2014, – С. 83-107. 17. Ганюшкин Д.А., Москаленко И.Г., Селиверстов Ю.П. Оледенение массива Монгун- Тайга (Внутренняя Азия) в максимум малой ледниковой эпохи и его эволюция / Д.А. Ганюшкин, И.Г. Москаленко, Ю.П. Селиверстов // Вестник СПбГУ. – Сер. 7 – 1998. – вып. 4 (№28). – С. 27-37. 18. Ганюшкин Д.А., Москаленко И.Г., Чистяков К.В. Особенности динамики многолетних снежников массива Монгун-Тайга в 1966–2011 гг. / Д.А. Ганюшкин // Лёд и снег. – 2013. – №. 4. – С. 53–41. 19. Ганюшкин Д.А., Чистяков К.В., Буева М.В. Изменчивость высотного положения фирновой линии на ледниках Алтае-Саянской горной страны и ее связь с климатическими параметрами / Д.А. Ганюшкин // Известия русского географического общества, 2013. – Т.145. – № 4. – С. 45-53. 20. Гвоздецкий Н.А., Михайлов Н.И. Физическая география СССР (Азиатская часть) / Н.А. Гвоздецкий, Н.И. Михайлов. – М.: Высшая школа, 1978. – 512 с. 21. Геоэкология горных котловин / Н.Н. Михайлов, К.В. Чистяков, М.А. Амосов [и др.]; под ред. Ю.П. Селиверстова. – Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1992. – 292 с. 22. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В.Е. Гмурман - М.: Высш. шк., 2003. – 479 с. 23. Голубев Г.Н. Формирование речного стока в горно-ледниковых районах / Г.Н. Голубев. – М.: Наука, 1968. – 88 с. 24. Гордеев И.Н. Вертикальные градиенты температуры воздуха в бассейне Саяно- Шушенского водохранилища / И.Н. Гордеев // Вестник Томского государственного университета. – 2011. – № 346. – С. 181-184. 25. Горный массив Монгун-Тайга / ред. К.В. Чистяков. – СПб: Арт-Экспресс, 2012. – 310 с. 26. Горчаковский П.Л., Шиятов С.Г. Фитоиндикация условий среды и природных процессов в высокогорьях / П.Л. Горчаковский. – М.: Наука, 1985. – 208 с. 89 27. Горы и люди: изменения ландшафтов и этносы внутриконтинентальных гор России / Коллективная монография под ред. К. В. Чистякова, Н. В. Каледина –. Санкт-Петербург, 2010 г. – 439 с. 28. Гродзинский М.Д. Выделение и классификация многолетних состояний геосистем / М.Д. Гродзинский // Физ. география и геоморфология. – Вып.36, 1989. – С.36-73 29. Дирксен В.Г. , Смирнова М.А. , Чистяков К.В. Растительность высокогорий массива Монгун-Тайга (Юго-Западная Тува) / В.Г. Дирксен // Вестник СПбГУ – сер. 7. – 1997. – вып. 1 (№ 7) – с. 12-28 30. Дирксен В.Г., Смирнова М.А. Характеристика растительности северного макросклона высокогорного массива Монгун-Тайга (Юго-Западная Тува) / В.Г. Дирксен, М.А. Смирнова // Ботан. журн., 1997. – T.82. – N 10. – С. 120-131. 31. Докучаев В.В. Наши степи прежде и теперь / В.В. Докучаев. – М.: Сельхозгиз, 1953. – 152 с. 32. Дюран Б. Кластерный анализ / Б. Дюран, П. Одел. – М.: Статистика, 1977. – 318 с. 33. Залиханов М.Ч. Осадки на Большом Кавказе / М.Ч. Залиханов // Тр. высокогор. геофизич. ин-та. – 1974. – Вып. 27. – С. 85-98. 34. Зелепукина Е.С. Количественная оценка природных факторов пространственной дифференциации геосистем горных котловин на примере Убсунурской впадины: дис. … канд. геогр. наук: 25.00.23 / Е.С. Зелепукина: ГОУВПО Санкт-Петербургский государственный университет. – 2009. – 134 с. 35. Зятькова Л.К. Структурная геоморфология Алтае-Саянской горной области / Л.К. Зятькова. – Новосибирск: Наука, 1977. – 214 с. 36. Изменение климата, 2001 г.: Обобщенный доклад MГЭИК / Албриттон Д.Л., Баркер Т., Башмаков И.; под ред. Уотсон Р.Т. – Geneva: World Meteorological Organization, 2003. – 200 с. 37. Израэль Ю.А., Груза Г.В., Катцов В.М., Мелешко В.П. Изменения глобального климата. Роль антропогенных воздействий / Ю.А. Израэль //Метеорология и гидрология. М.: ИЦ Метеорология и гидрология. – № 5 – 2001. – С. 7-19. 38. Исаченко А.Г. Широтная зональность и механизмы устойчивости ландшафтов к антропогенным воздействиям / А.Г. Исаченко // Известия Русского географического общества, 1997. – Т. 129. – № 3. – С. 15. 39. Исаченко Г.А., Резников А.И. Динамика ландшафтов тайги Северо-Запада Европейской России / Г.А. Исаченко, А.И. Резников. – СПб, 1996. – 166 с. 40. Келлер Б. А. По долинам и горам Алтая: ботанико-географические исследования / Б.А. Келлер. – Казань: Типолитогр. имп. ун-та, 1914. – Т. 1. – 446 с. 90 41. Кокс Д. Прикладная статистика. Принципы и примеры / Д. Кокс, Э. Снелл. – М.:Мир, 1984. –200 с. 42. Коломыц Э.Г. Информационно-статистический анализ структуры высокогорных экосистем и ее антропогенных изменений / Э.Г. Коломыц // Труды Высокогорн. геофиз. ин-та. – Вып. 58. – М., 1984. – С. 26-53. 43. Коломыц Э.Г. Локальные механизмы глобальных изменений природных экосистем / Э.Г. Коломыц. – М.: Наука, 2008. – 427 с. 44. Коломыц Э.Г. Прогноз влияния глобальных изменений климата на ландшафтную структуру горной страны / Э.Г. Коломыц // Известия АН СССР. Серия географическая, 1985. – №1. – С.14-30 45. Коломыц Э.Г. Теоретико-множественное моделирование высокогорных экосистем / Э.Г. Коломыц //Тр. высокогор. геофиз. ин-та, 1984. – вып. 52. – С. 65-83 46. Куминова А.В. Растительный покров Алтая / А.В. Куминова. – Новосибирск: РИО АН СССР, 1960. – 450 с. 47. Куминова А.В., Седельников В.П. и др. Растительный покров и естественные кормовые угодья Тувинской АССР / А.В. Куминова., В.П. Седельников. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1985. – 254 с. 48. Лавренко Е.М. Об изучении эдификаторов растительного покрова / Е.М. Лавренко // Сов. ботаника, 1947. – т.15. – № 1. – С. 5-16. 49. Лесовая С.Н., Горячкин С.В.. Криогенные почвы высокогорий Алтая: морфология, минералогия, генезис, проблемы классификации и связь с почвами полярных областей / С.Н. Лесовая, С.В. Горячкин // Материалы международной конференции «Криогенные ресурсы полярных регионов». – Салехард, 2007. – т.2. – С. 96-99. – июнь 50. Максимов Е. В. Ритмы на Земле и в Космосе / Е.В. Максимов. – Спб: изд. СПбГУ, 1995. – 324 с. 51. Максимов Е.В. Проблемы оледенения Земли и ритмы в природе / Е.В. Максимов.– Л.: Наука, 1972. – 296 с. 52. Малолетко А.М. Морфоструктура Алтайской и Саянской горных систем / А.М. Малолетко // Известия АГУ, 2001. – № 3. – С. 52-56. 53. Мальцев В.Н. О распределении осадков по Тувинской котловине / В.Н. Мальцев //География Западной Сибири. Очерки природы. Науч. Тр. Вып. 60. – Новосибирск: НГПИ, 1972. – С. 157-163. 54. Мамай И.И. Динамика ландшафтов: методик изучения / И.И. Мамай. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1992. – 167 с. 91 55. Маринин А.М., Самойлова Г.С. Физическая география Горного Алтая / А.М. Маринин, Г.С. Самойлова. – Барнаул: БГПИ, 1987. – 110 с. 56. Миланкович М. Математическая климатология и астрономическая теория колебания климата / М. Миланкович. – М. Л.: ГОНТИ НКТП СССР, 1939. – 207 с. 57. Москаленко И.Г., Новиков С.А., Селиверстов Ю.П. Современное оледенение массива Монгун-Тайга (Внутренняя Азия) и ороклиматические условия его существования / И.Г. Москаленко, С.А. Новиков // Матер. гляциол. исслед. – М.:МГИ, 1997 – вып.82 – с.33-42 58. Москаленко И.Г., Селиверстов Ю.П., Чистяков К.В. Горный массив Монгун-Тайга (Внутренняя Азия). Опыт эколого-географической характеристики / И.Г. Москаленко, Ю.П. Селиверстов, К.В. Чистяков – СПб.: изд-во РГО, 1993. – 94 с. 59. Мягков С.М. Опыт долгосрочного прогноза изменений природы гор к 2025 г. (на примере одного из участков зоны Иссыккульско-Чуйского ТПК) / С.М. Мягков // Инженерная география горных стран. – М., 1984. – С.190-226. 60. Николаев В.А. Проблемы регионального ландшафтоведения / В.А. Николаев. – М.: Изд- во моск. ун-та, 1979. – 160 с. 61. Огуреева Г.Н. Ботаническая география Алтая / Г.Н. Огуреева – М.: Наука, 1980. – 189 c. 62. Основы ландшафтного анализа / В.С. Преображенский, Т.Д. Александрова, Т.П. Куприянова; отв. ред. Розов М.А. – М.: Наука, 1988. – 191 с. 63. Поликарпов Н.П. Климат и горные леса Южной Сибири / Н.П. Поликарпов, Н.М. Чебакова, Д.И. Назимова. – Новосибирск: Наука, 1986. – 225 с. 64. Попова К.И. О типах годового хода атмосферных осадков на Горном Алтае / К.И. Попова // Гляциология Алтая. – Томск: изд-во Томского университета, 1972. – вып. VII. – С. 18-23. 65. Проблемы регионального географического прогноза / отв. ред. А.И.Капица. Ю.Г. Симонов. – М.: Наука, 1982. –260 с. 66. Проблемы устойчивости внутриконтинентальных горных ландшафтов в изменяющемся мире / Чистяков К.В., Селиверстов Ю.П., Москаленко И.Г. [и др.]. – СПб, 1994. – 94 с. 67. Пузаченко Ю.Г., Скулкин B.C. Структура растительности лесной зоны СССР / Ю.Г. Пузаченко. – М.: Наука, 1981. – 277 с. 68. Ревякин В.С. Природные льды Алтае-Саянской горной области (внутриконтинентальный вариант гляциосферы Земли) / В.С. Ревякин. – Л.: Гидрометеоиздат, 1981. – 288 с 69. Рельеф Алтае-Саянской горной области / Г.А. Чернов, В.В. Вдовин, П.А. Окишев [и др.] – Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1988. – 206 с. 92 70. Сайт «Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – Мировой центр данный» [Электронный ресурс]: архив метеоданных. – Режим доступа: http://meteo.ru/data (дата обращения 02.02.2014). 71. Самойлова Г.С. Ландшафтная структура физико-географических регионов Горного Алтая / Г.С. Самойлова // Вопросы географии. – М.: Мысль, 1982. – Сб. 121. – С. 154-164. 72. Севастьянов В.В. Климат высокогорных районов Алтая и Саян / В.В. Севастьянов. – Томск: Изд-во Томского ун-та, 1998. – 199 с. 73. Седельников В.П. Высокогорная растительность Алтае-Саянской горной области / В.П. Седельников. – Новосибирск: Наука. Сиб.отд-ние, 1988. – 223 с. 74. Сляднев А.П. Географические основы климатического районирования и опыт их применения на юго-востоке Западно-Сибирской равнины / А.П. Сляднев // География западной Сибири. – Новосибирск: Зап-Сиб. кн. изд-во, 1965. – С. 3-123. 75. Соболевская К.А. Растительность Тувы / К.А. Соболевская. – Новосибирск, 1950. – 139 с. 76. Состояние и комплексный мониторинг природной среды и климата: пределы изменений / ред. Ю.А. Израэль. – М.: Наука, 2001. – 242 с. 77. Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах / В.Б. Сочава. – Новосибирск: Наука, 1978 – 319 с. 78. Теблеева У. Ц. Функциональные модели эко и геосистем различного иерархического уровня / У.Ц. Теблеева. – М.: РАН Ин-и географии, 1995. – 175 с. 79. Типы лесов Южной Сибири / В.Н. Смагин [и др.]. – Новосибирск: Наука, 1980. – 336 с. 80. Тишков А.А. Роль сукцессий во временной организованности геосистем / А.А. Тишков // Геосистема во времени. – М.: Ин-т географии АН СССР, 1991. – С. 118-132. 81. Тушинский Г.К., Турманина В.И. Ритмы гляциальных процессов последнего тысячелетия / Г.К. Тушинский, В.И. Турманина // Ритмы гляциальных процессов. – М.: Изд-во МГУ, 1971. – С.154-160 82. Чистяков К. В., Селиверстов Ю. П. Естественные и антропогенные факторы в формировании геоэкологических ситуаций Внутренней Азии /К.В. Чистяков //Вестник СПбГУ. – Серия 7: Геология, география, 1992. – Вып. 3 (№21). – С. 57 – 65. 83. Чистяков К.В. Детерминизм в географии и ландшафтный прогноз / К.В. Чистяков. – Известия РГО, 2006. – Т.138. – Вып.6. – С.9-18. 84. Чистяков К.В. Региональная экология малоизмененных ландшафтов: Северо-Запад Внутренней Азии / К.В. Чистяков, Ю.П. Селиверстов. – Спб.: Изд-во СПбГУ, 1999. – 264с. 93 85. Чистяков К.В., Селиверстов Ю.П. Геосистемы Северо-Запада Внутренней Азии и их современная динамика / К.В. Чистяков // География и современность. – СПб, 1999. – Вып.8. – С.75-132. 86. Чистяков К.В. Анализ сезонной динамики для моделирования изменения ландшафтов во внутригорных впадинах Центрального Алтая: дисс. … канд. геогр. наук: 11.00.01/ Чистяков Кирилл Валентинович. – Ленинград, 1988 – 257 с. 87. Шнитников А.В. Изменчивость общей увлажненности материков Северного полушария / А.В. Шнитников // Записки геогр. об-ва СССР. Нов. серия. – М. Л.: 1957. – Т. 16. – С. 263-264 88. Ярошенко П.Д. О сменах растительного покрова / П.Д. Ярошенко // Бот. журнал. СССР, 1946. – Т.31. – № 5. – С. 29-40 89. Ярошенко П.Д. Основы учения о растительном покрове / П.Д. Ярошенко. – М.: Геогрфгиз, 1965. – 349 с. 90. Ярошенко П.Д. Развитие альпийского ковра в условиях средней горной зоны / П.Д. Ярошенко // Советская ботаника. – 1938. – №. 1. – С. 109–110. 91. Blyakharchuk T. A. et al. Late Glacial and Holocene vegetational history of the Altai Mountains (southwestern Tuva Republic, Siberia) / T. A. Blyakharchuk // Palaeogeogrphy. Palaeoclimatology. Palaeoecology. –2007. – Vol. 245. – P. 518-534 92. Borman F.H., Likens G.S. Catastrophic disturbance and the studying the Earth vegetation fom space / F.H. Borman // BioScience, 1984. – v. 34. – № 8. – p. 508-514 93. Riahi K. et al. RCP 8.5 – A scenario of comparatively high greenhouse gas emissions / K. Riahi // Clim. Change. – 2011. – Vol. 109. – P. 33-57. 94. Rübel E. The replaceability of ecological factors and the law of the minimum/ Е. Rübel // Ecology. – 1935. – Vol. 16. – № 3. – p.336 95. Schmidt G. A., Ruedy R., Hansen J. et al. Present-day atmospheric simulations using GISS ModelE: Comparison to in situ, satellite, and reanalysis data / G. Schmidt // J. Clim. – 2006. – Vol. 19. – P. 153-192. 96. Theurillat J.-P. et al. Sensitivity of plant and soil ecosystems of the Alps to climate change/ J.- P. Theurillat, F/ Felber, P. Geissler, J.-M. Gobat, M. Fierz, A. Fishlin, P. Küpfer, A. Schüssel, C. Velluti, G.-F. Zaho, J. Wiliams // Views from the Alps: Regional perspectives on climate change. Cambridge (Mass.): MIT press, 1998. – P. 225-308. 97. United States Geological Survey [Электронный ресурс]: Геологическая служба США – цифровая модель Aster Global DEM. – Режим доступа: http://gdex.cr.usgs.gov/gdex/ (дата обращения 04.01.2014) 98. Van Vuuren D.P. et al. The representative concentration pathways: An overview / D.P. Van Vuuren // Clim. Change. – 2011. – Vol. 109. – P. 5–31. 94 Приложение Приложение 1 Распределение групп растительности по типам местоположений в зависимости от экспозиции в северной (N) и южной (S) частях массива (за исключением современных морен и крутых склонов) Рис. 35 Распределение групп растительности по волнистым моренам периода максимума оледенения в зависимости от экспозиции (кв. км) 95 Рис. 36 Распределение групп растительности по дренируемым террасам в зависимости от экспозиции (кв. км) Рис. 37 Распределение групп растительности по поверхностям выравнивания в зависимости от экспозиции (кв. км) 96 Рис. 38 Распределение групп растительности по пологим склонам массива в зависимости от экспозиции (кв. км) Рис. 39 Распределение групп растительности по моренам рисского оледенения в зависимости от экспозиции (кв. км) 97 Рис. 40 Распределение групп растительности по аккумулятивным склонам в зависимости от экспозиции (кв. км) Рис. 41 Распределение групп растительности по среднекрутым склонам массива в зависимости от экспозиции (кв. км) 98 Рис. 42 Распределение групп растительности по холмисто-западинным моренам вюрмского оледенения в зависимости от экспозиции (кв. км) 99 Приложение 2 Распределение групп растительности в зависимости от условий тепло- и влагообеспеченности Рис. 43 Распределение тундр в зависимости от условий тепло- и влагообеспеченности (кв. км) Рис. 44 Распределение горных лесов в зависимости от условий тепло- и влагообеспеченности (кв. км) 100 Рис. 45 Распределение горных лугов в зависимости от условий тепло- и влагообеспеченности (кв. км) Рис. 46 Распределение горных степей в зависимости от условий тепло- и влагообеспеченности (кв. км) 101 Приложение 3 Поле корреляции значений температуры и осадков Рис. 47 Диаграмма отрицательной корреляции данных по среднелетней температуре воздуха и суммарному количеству осадков за лето по ряду наблюдений метеостанции Мугур-Аксы за период 1966-2011 гг. 102 Приложение 4 Рис. 48 Распределение значений критерия Лапласа как чувствительности и достоверности площадных изменений групп растительности
