Землепользование и изменение климата в США

    Оглавление:

 

    Оглавление___________________________________________________________1 

    Введение_____________________________________________________________2 

    Влияние урбанизации__________________________________________________6 

    Добыча  полезных ископаемых карьерным способом_______________________ 22 

    Сведение  лесов______________________________________________________ 27 

    Осушение  болот_____________________________________________________ 30 

    Орошение земель____________________________________________________ 33 

    Заключение_________________________________________________________35 

    Список  использованной литературы____________________________________39 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение.

 
 

    Люди  долго находились в составе наземной биоты, будучи почти наверху трофической пирамиды. Человек-собиратель зависел от прихотей среды обитания и был вынужден «ждать милостей от природы». Век отдельной личности краток, а амбиции непомерны. Поэтому, став покорителем природы, человек брал от нее сколько мог и продолжает делать это в огромных масштабах.

    В эру техногенеза и демографического взрыва развитые страны благодаря научному прогрессу достигли, так называемой, постиндустриальной стадии. Однако, очень  похоже, что не всегда достижения науки  и необходимые для их реализации важнейшие политические решения «идут в ногу».

      В богатых странах обществу  чрезвычайно трудно от господства  перейти к сбалансированному  сосуществованию с природной  средой в силу сложившихся  традиций избыточного потребления,  а в бедных –  в первую  очередь из-за отсутствия денег не только на природоохранные цели, но и на выживание. А непонимание и невнимание к экологическим проблемам в такой ситуации ординарное явление.

          Природа продолжает удивлять людей своими возможностями  терпеть насилие над ней, хотя во многих случаях жестоко мстит людям за бездумную эксплуатацию. Между тем, информация об эволюционно-катаклизменном прошлом биосферы и даже о современных разрушительных откликах глобальной экосистемы на вторжение Человека-Покорителя – все это для сильных мира сего проблемы второго плана.  Тем не менее, движение в сторону  баланса между природой и обществом осуществляется, хотя и с меньшей эффективностью, чем это необходимо.  

         Еще недавно ученые относились к влиянию изменения землепользования на климат, как к влиянию капли воды на циркуляцию водных масс в океане, считая, что главная причина потепления климата - это все увеличивающиеся выбросы парниковых газов. Но данные об отклике приземных температур на изменение использования земель, заставляют задуматься в другом направлении. Следует отметить, что в трактовке парниковой парадигмы преуменьшена роль солнечно-земных связей; создается впечатление, что не зависимо от того, насколько будет изменена поверхность Земли, соотношение явного и скрытого тепла не изменится. Но ведь при вовлечении земель в хозяйственное использование изменяются составляющие радиационного и теплового баланса, в частности,  понижается альбедо, а также  нарушается естественный гидрологический цикл, что естественно уменьшает поток скрытого тепла и повышает поток явного тепла в атмосферу. Несмотря на примерно одинаковые концентрации парниковых газов, в средних и нижних слоях атмосферы, в средних ее слоях наблюдается похолодание, тогда как температура в нижних ее слоях растет. В тропической тропосфере от 9 до15 км и в стратосфере до высоты 23 км для периода 1958-1992 гг. фиксируется похолодание. Небольшое потепление, фиксируется для интервала высот 1,3-9 км (Горшков,2007). Итак, верхняя тропосфера и нижняя стратосфера остаются без признаков глобального потепления  и характеризуются небольшим похолоданием. Между тем, они доступны для парниковых газов, в той же мере, как и подстилающая часть воздушной оболочки Земли. Суммарный эффект – почти нулевой глобальный тренд в нижней тропосфере, контрастирующий с существенным глобальным потеплением у поверхности Земли. Контраст между явным тропосферным похолоданием в тропиках и заметным приземным потеплением поразителен. (Горшков,2007)

    Все это говорит в пользу того, что  именно изменение земельного покрова  суши оказывает влияние на температурные тренды в нижней тропосфере.

    За  период с  середины 18 века поверхность  суши изменилась до неузнаваемости. Влияние  на природные ландшафты оказывают  сведение лесов, осушение болот, интенсивный  выпас скота, земледелие, урбанизация. С 18 века сохраняется тенденция к росту освоенных человеком территорий.

    До  недавнего времени ученые пытались скорректировать воздействие землепользования на климат, приводя измерения температуры, взятые на метеостанциях в городах  и сельской местности, к единому значению. А скачки температуры приписывались, лишь урбанизации, игнорирую другие изменения в земельном покрове. Станции классифицировались по спутниковым измерениям ночных огней на городские и загородные. Среднее воздействие урбанизации на климат в США оценивалось как 0.006 ⁰C в декаду для городских станций и 0.015 ⁰C в декаду для загородных. Эти оценки не включают в себя изменения температуры, связанные с с/х освоением территории, осушением болот, ирригацией, индустриализацией, которые до неузнаваемости меняют земной покров. (Kalnay, Cai, Li, Tobin,2006)

    В начале 21 века в США был запущен  проект по оценке изменения в землепользовании и земельного покрова в стране (The Land Cover Trends project). Анализ изменений включает в себя дешифрирование аэрокосмических снимков земной поверхности, сделанных за последние 30 лет, и карт, составленных по этим снимкам за тот же период времени. По данным, собранным учеными в ходе исследования, были выделены 11 типов подстилающей поверхности. Затем по типу подстилающей поверхности были выделены 84 экорегиона. В 23 из этих 84 экорегионов были проведены исследования по выявлению связей между колебаниями температур и изменением земного покрова. 

    

    Рис 1. Карта  84 экорегионов США; в 23 проведены  исследования (закрашенные). Крестики – 366 метеостанций, расположенных не далее 10 км от местностей с сильно измененным земельным покровом; Закрашенные круги – 183 метеостанции, данные которых, были обработаны на компьютере. (Hale, Gallo, Owen, Loveland, 2006) 

    Наибольшую  ценность представляют данные метеостанций, расположенных на территориях с интенсивно измененным земельным покровом. Тренды температур, наблюдаемые до периода интенсивного изменения земного покрова в разных регионах США примерно поровну делятся на положительные и отрицательные. Тем временем температурные тренды (тренды минимальных, максимальных и средних температур) после периода интенсивного изменения земного покрова в подавляющем большинстве - 95% -  положительные. 

      

      Рис 2. Данные тридцатилетних наблюдений за многолетними минимальными температурами января на метеостанции близь г. Мемфиса (Теннеси). Жирная линия отображает изменения в температурных трендах до и после интенсивного изменения земельного покрова. (Hale, Gallo, Owen, Loveland, 2006) 

    На  основе данных Рис.2. выяснено, что до интенсивного изменения земного покрова изменения температуры для разных регионов страны колебались от - 0.26 до  + 0.56 ⁰ С в декаду, а после него показания термометров стали увеличиваться от 1.24 до 1.47 ⁰ в декаду. (Hale, Gallo, Owen, Loveland, 2006)

    В данной работе будут рассмотрены  основные виды землепользования:  сведение лесов, урбанизация, влияние мелиоративных  работ и промышленная разработка полезных ископаемых карьерным способом. А затем оценено примерное  воздействие каждого вида на климатические показатели в США. 
 
 
 
 

Влияние урбанизации

 

    Территория  США занимает приблизительно 930 миллионов  гектар, из них 150 миллионов занимает Аляска, земельные ресурсы которой  в силу суровых климатических  условий использованы сравнительно мало, а территория 48 смежных штатов материка - 760 млн.га. Несмотря на то, что США - это типичная страна городских агломераций (всего 300 агломераций; 10 городов - «миллионеров» и 50 агломераций - «миллионеров»), 

                     

    Рис.3 Агломерации-«Миллионеры»  США. (Максаковский, 2005)

    Рис.4 Мегалополисы США. (Максаковский, 2005)               

      всего лишь 24,6 миллионов гектаров  находится под городами, что составляет  примерно 3% от всей территории  страны, но на такой площади  сосредоточено 75 % населения США. Добавляя к этому еще 29,2 миллиона гектар площади под участками сельских жителей (из которых 17,6 млн. га под участками более площадью 4 и более гектар) получаем, что 55,6 млн. га или 6.1 % территории страны занято городами и сельскими населенными пунктами. Рост населения вызывает и рост земель, предназначенных для застройти, с каждым годом увеличивается площадь городских земли на душу населения, по оценке ученых в 2000 году она должна составлять примерно 0,08 га на человека (Горшков, 2007).

    Города  США отличаются широким развитием  индивидуального транспорта, а так  же стихийным разрастанием пригородной  зоны. Это связано с тем, что  среднестатистический американец предпочитает жить в собственном доме, но, как  правило, не может позволить купить его в черте города из-за высоких цен на землю. Огромные агломерации формируют мегалополисы, которых в стране на данный момент 3 - Северо-Восточный (Бостон -Вашингтон - «Босваш»), Приозерный ( Чикаго- Питсбург - «Чипитс») и Калифорнийский ( Сан-Франциско – Сан-Диего - «Сансан»). Их расположение на территории США показано на Рис.4.

    Сельское  население живет, как правило, на отдельных фермах. Но, ввиду того, что условия быта сельских жителей  не сильно отличаются от городских, городской  образ жизни безраздельно господствует в стране. Территории, вокруг городов и других населенных пунктов характеризуются весьма хаотичным использованием земель и быстрым изменением структуры земельного фонда.

    Хочется еще раз отметит, что среднее  воздействие урбанизации на температурные тренды в США  составляет примерно 0,006⁰ С в декаду для городских станций и 0,015⁰ в декаду для пригородных станций. Различия в метеорологических показателях между станциями в городах и сельской местности за период 1997-2002 г. приведены в таблице: 

    Таблица 1.

    Различия  между климатическими показателями  городов и  сельской местности.

    (Cai, Kalnay, 2003) 
 

 

    Далее более подробно рассмотрим изменения  в климате, наблюдаемые в городах, а именно: состав воздуха, радиационный и тепловой баланс, скорость ветра, поле влажности, количество осадков. 
 

    Состав  воздуха в городах 

    Учеными неоднократно отмечалось, что основное отличие воздуха города от воздуха  сельской местности – присутствие  в нем загрязняющих веществ в  крайне высоких концентрациях. Деревенский  воздух также не является чистой газовой смесью азота, кислорода, углекислого газа, аргона, радона, криптона, ксенона, неона, в нем можно обнаружить следы озона, а также твердых частиц в основном сдуваемых ветром с верхнего слоя почвы. В нем присутствуют продукты распада органического вещества (сероводород и аммиак). Однако, в атмосфере города в добавлении к вышеперечисленным можно найти примеси, обязанные своим происхождением деятельности человека. Это двуокись серы, окись азота, двуокись азота, угарный газ (окись углерода), ряд органических соединений, а также продукты фотохимических реакций с участием кислорода. Кроме того, в городском воздухе содержится множество частиц, называемых аэрозолями. (Dai, Trenberth, Karl,1999). К аэрозолям относятся: алюминий, мышьяк, углерод, железо, хром, марганец, никель, свинец, титан, ванадий, цинк, медь. Основные источники выброса данных частиц – автотранспорт, ТЭС, сжигание мусора, промышленные предприятия, обогрев помещений. Помимо химических реакций, существуют и другие источники образования атмосферных аэрозолей. Это – сажа, летучие частицы пепла и множество других газообразных продуктов промышленных процессов. (Ландсберг,1983). Учитывая направление преобладающих ветров и географическое положение города, можно определить районы с высоким потенциалом загрязнения. Для США это западные и юго-западные районы. Плохое рассеяние частиц наблюдается также в городах, расположенных в долинах, естественных котловинах и впадинах.

    Большое количество аэрозолей в воздухе  над городами в США, по мнению ученых, влияет на  атмосферную циркуляцию и радиационный баланс в городах. Антропогенные аэрозоли могут быть связаны с изменениями в циркуляции облаков и выпадением осадков из них, что в свою очередь связано с изменением температуры. Повышенная облачность днем снижает температуру воздуха, рассеивая солнечную радиацию, а ночью препятствует интенсивному охлаждению суши, задерживая излучение идущее от земной поверхности; выпадение осадков из облаков в любое время суток снижает температуру воздуха.  Так на севере Аляски, на мысе Барроу отмечено длинноволновое дообогревание приземного воздуха на 1 - 1,6⁰ С  при наличии облачности, возникновение которой стимулировано аэрозолями, принесенными из отдаленных среднеширотных районов (Горшков,2007).