Динамика площади озер в степной зоне Алтайского края в условиях антропогенного воздействия и климатических изменений

Неотъемлемым элементом степных равнин Алтайского края, в частности Кулундинской низменности, является наличие большого количества различных по площади реликтовых озер. На основе данных дистанционного зондирования (космические снимки Landsat и Sentinel-2) за период 1989–2020 гг. проведен анализ динамики площадей водоемов в двух бессточных озерных системах Кулундинской низменности – Кулундинской и Плотавской. Выявлено отсутствие выраженных тенденций к направленному сокращению площадей водоемов. Несмотря на наличие нескольких сильных засух за последние 30 лет, водоемы Кулундинской и Плотавской озерных систем не испытывали каких-либо чрезвычайно резких сокращений площадей водной поверхности. Для оценки продолжительности и интенсивности засушливых периодов в работе был использован индекс SPEI. Показано, что межгодовая динамика водоемов слабо зависит от колебаний метеорологических условий конкретного года. Статистически значимые взаимосвязи обнаружены только с длительными 24- и 36-месячными индексами засушливости SPEI, что в целом указывает на определенную устойчивость механизмов питания озерных систем в Кулунде. Несмотря на значительную разницу в площади водоемов и размерах водосборных бассейнов, Кулундинская и Плотавская озерные системы характеризуются высокой синхронностью межгодовых колебаний площадей водоемов. Относительный размах внутригодового варьирования внутри небольшой Плотавской озерной системы был существенно выше, чем в значительно большей Кулундинской системе. Определенная стабильность функционирования озерных систем Кулундинской равнины может быть связана с весьма умеренным антропогенным воздействием на питающие их водотоки в последние десятилетия: отсутствие масштабного забора воды и регулирования стока гидротехническими сооружениями.

1. Булатов В.И., Ротанова И.Н., Черных Д.В. Ландшафтно-экологический и картографический анализ озерно-бассейновых систем юга Западной Сибири (озера Чаны и Кулундинское) // Сиб. экол. журн. 2005. № 2. С. 175–182.

2. Губарев М.С., Рыбкина И.Д., Стоящева Н.В. Инвентаризация состояния прудов на притоках реки Алей в степной зоне Алтайского края // Вестн. Алтайского гос. аграрного ун-та. 2017. № 6 (152). С 61–68.

3. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2020 год. М.: Росгидромет, 2021. 104 с.

4. Обзор экологического состояния озера Чаны (Западная Сибирь) / отв. ред. О.Ф. Васильев, Я. Вейн. Новосибирск: Академическое изд-во “Гео”, 2015. 255 с.

5. Орлова И.В. Проблемы развития ирригации в Алтайском крае и вопросы ее экологической безопасности // Ползуновский вестн. 2011. № 4–2. С. 93–97.

6. Черных Д.В., Золотов Д.В., Бирюков Р.Ю., Першин Д.К. Пространственно-временная динамика аквальных и сопряженных с ними геосистем на юге Западной Сибири в условиях климатических изменений: Матер. науч. конф. Деградация земель и опустынивание: проблемы устойчивого природопользования и адаптации. М., 2020. С. 135–140. https://doi.org/10.29003/m1694.978-5-317-06490-7/135-140

7. Argyilan E.P., Forman S.L. Lake level response to seasonal climatic variability in the Lake Michigan–Huron system from 1920 to 1995 // J. Great Lakes Res. 2003. Vol. 29. P. 488–500. https://doi.org/10.1016/S0380-1330(03)70453-5

8. Bai J., Chen X., Li J., Yang L., Fang H. Changes in the area of inland lakes in arid regions of central Asia during the past 30 years // Environ. Monitoring and Assessment. 2010. Vol. 178. Iss. 1. P. 247–256. https://doi.org/10.1007/S10661-010-1686-Y

9. Beguería S., Vicente-Serrano S.M., Reig F., Latorre B. Standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) revisited: parameter fitting, evapotranspiration models, tools, datasets and drought monitoring // Int. J. Climatol. 2014. Vol. 34. Iss. 10. P. 3001–3023. https://doi.org/10.1002/joc.3887

10. Che X., Feng M., Sexton J., Channan S., Sun Q., Ying Q., Wang Y. Landsat-Based Estimation of Seasonal Water Cover and Change in Arid and Semi-Arid Central Asia (2000–2015) // Remote Sens. 2019. Vol. 11. P. 1323. https://doi.org/10.3390/RS11111323

11. Congalton R., Green K. Assessing the Accuracy of Remotely Sensed Data: Principles and Practices. 2nd Ed. Boca Raton: CRC/Taylor & Francis, 2009. 183 p.

12. Degefie D.T., Fleischer E., Klemm O., Soromotin A.V., Soromotina O.V., Tolstikov A.V., Abramov N.V. Climate extremes in South Western Siberia: past and future // Stoch. Environ. Res. Risk Assess. 2014. Vol. 28. P. 2161–2173. https://doi.org/10.1007/s00477-014-0872-9

13. Fang L., Tao S., Zhu J., Liu Y. Impacts of climate change and irrigation on lakes in arid northwest China // J. Arid Environ. 2018. Vol. 154. P. 34–39. https://doi.org/10.1016/J.JARIDENV.2018.03.008

14. Groisman P.Ya., Blyakharchuk T.A., Chernokulsky A.V., et al. Climate changes in Siberia // Reg. Environ. Changes in Siberia and Their Global Consequences / Groisman P.Ya., Gutman G. (Eds.). Dordrecht: Springer Environmental Science and Engineering, 2013. P. 57–109. https://doi.org/10.1007/978-94-007-4569-8_3

15. Hayashi M., van der Kamp G., Rosenberry D.O. Hydrology of Prairie Wetlands: Understanding the Integrated Surface-Water and Groundwater Processes // Wetland. 2016. Vol. 36. P. 237–254. https://doi.org/10.1007/s13157-016-0797-9

16. Kharlamova N.F. Climatic Variability of the Kulunda Steppe // KULUNDA: Climate Smart Agriculture. South Siberian Agro-steppe as Pioneering Region for Sustainable Land Use / Frühauf M., Guggenberger G., Meinel T., Theesfeld I., Lentz S. (Eds.). Springer Int. Publ., 2020. P. 19–32. https://doi.org/10.1007/978-3-030-15927-6

17. Leibowitz S.G., Vining K.C. Temporal connectivity in a prairie pothole complex // Wetlands. 2003. Vol. 23. Iss. 1. P. 13–25. https://doi.org/10.1672/0277-5212(2003)023[0013:TCIAPP]2.0.CO;2

18. Lenters J.D., Kratz T.K., Bowser C.J. Effects of climate variability on lake evaporation: Results from a longterm energy budget study of Sparkling Lake, northern Wisconsin (USA) // J. Hydrol. 2005. Vol. 308. P. 168–195. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2004.10.028

19. McFeeters S.K. The use of normalized difference water index (NDWI) in the delineation of open water features // Int. J. Remote Sens. 1996. Vol. 17. P. 1425–1432. https://doi.org/10.1080/01431169608948714

20. Mikkola K. A remote sensing analysis of vegetation damage around metal smelters in the Kola Peninsula, Russia // Int. J. Remote Sens. 1996. Vol. 17. P. 3675–3690. https://doi.org/10.1080/01431169608949177

21. Ozesmi S.L., Bauer M.E. Satellite remote sensing of wetlands // Wetl. Ecol. Manag. 2002. Vol. 10. Iss. 5. P. 381–402. https://doi.org/10.1023/A:1020908432489

22. Prishchepov A.V., Radeloff V.C., Baumann M., Kuemmerle T., Müller D. Effects of institutional changes on land use: agricultural land abandonment during the transition from state-command to market-driven economies in post-Soviet Eastern Europe // Environ. Res. Lett. 2012. Vol. 7. P. 1–13. https://doi.org/10.1088/1748-9326/7/2/024021

23. Sada R., Schmalz B., Kiesel J., Fohrer N. Projected changes in climate and hydrological regimes of the Western Siberian lowlands // Environ. Earth Sci. 2019. Vol. 78. Iss. 2. P. 1–15. https://doi.org/10.1007/s12665-019-8047-0

24. Shaw D.A., van der Kamp G., Conly F.M., Pietroniro A., Martz L. The fill-and-spill hydrology of prairie wetland complexes during drought and deluge // Hydrol. Processes. 2012. Vol. 26. P. 3147–3156. https://doi.org/10.1002/hyp.8390

25. Shulgina T.M., Genina E.Yu., Gordov E.P. Dynamics of climatic characteristics influencing vegetation in Siberia // Environ. Res. Lett. 2011. Vol. 6. № 4. P. 1–7. https://doi.org/10.1088/1748-9326/6/4/045210

26. Silio-Calzada A., Barquín J., Huszar V.L.M., Mazzeo N., Méndez F., Álvarez-Martínez J.M. Long-term dynamics of a floodplain shallow lake in the Pantanal wetland: Is it all about climate? // Sci. of The Total Environ. 2017. Vol. 605–606. P. 527–540. https://doi.org/10.1016/J.SCITOTENV.2017.06.183

27. Svoboda M., Hayes M., Wood D. Standardized Precipitation Index User Guide. Geneva: World Meteorological Organization, 2012. 24 p.

28. Thornthwaite C.W. An approach toward a rational classification of climate // Geograph. Rev. 1948. Vol. 38. P. 55–94. https://doi.org/10.2307/2107309

29. Tiner R.W. Geographically isolated wetlands of the United States // Wetlands. 2003. Vol. 23. Iss. 3. P. 494–516. https://doi.org/10.1672/0277-5212(2003)023[0494:GIWOTU]2.0.CO;2

30. Vicente-Serrano S.M., Beguería S., López-Moreno J.I. A Multiscalar Drought Index Sensitive to Global Warming: The Standardized Precipitation Evapotranspiration Index // J. Climate. 2010. Vol. 23. Iss. 7. P. 1696–1718. https://doi.org/10.1175/2009JCLI2909.1

31. Walker D.A., Acevedo W. Vegetation and a Landsat-derived land cover map of the Beechey Point Quadrangle, Arctic Coastal Plain, Alaska. Hanover, NH: U.S. Army Cold Regions Engineering and Research Laboratory, CRREL Report 87–5, 1987. 63 p.

32. Zhang J., Ding J., Wu P., Tan J., Huang S., Teng D., Chen W. Assessing arid Inland Lake Watershed Area and Vegetation Response to Multiple Temporal Scales of Drought Across the Ebinur Lake Watershed // Sci. Reports. 2020. Vol. 10. Iss. 1. P. 1–17. https://doi.org/10.1038/s41598-020-57898-8