§ 3.8.2. Моделирование современных климатических условий.
С помощью специального многооконного модуля (рис. 93) были
произведены вычисления значений каждой из семи перечисленных выше переменных в тех ячейках карты Кисловодской котловины, в которых находились 493 используемых в работе объекта.
Обобщенные статистические характеристики особенностей современного климата по группам объектов приводятся в Таблице 5. Здесь мы видим, что в среднем для мест, где обнаружены аланские поселения, в настоящее время характерны годовые суммы среднесуточных температур от1156,8 до 2532,1°С (медиана 2013,4°С), годовая сумма радиационного баланса
2 2
имеет значения 1,68-2,84 гДж/м (медиана 2,01 гДж/м ), годовая сумма осадков - от 127 до 667 мм (медиана 273 мм). За год имеется от 152 до 184 дней с осадками (медиана 176) и от 209 до 259 дней со среднесуточной температурой выше 10°С (медиана 249). Соотношение осадков и температуры, выраженное в гидротермическом коэффициенте, имеет значение от 0,3 до 1,0 мм/°С, а
Для поселений кобанской культуры характерны аналогичные
климатические характеристики (Таблица 5). Несколько большим представляется минимум суммы среднесуточных температур (1226,3°С), меньшей - максимум годовой суммы осадков (544 мм; медиана 237 мм). Остальные климатические переменные очень близки вышеописанным. Близкие характеристики имеют данные о современном климате в зоне террасного земледелия. Имеются некоторые отличия в годовых суммах среднесуточных температур,
радиационного баланса и осадков для террас первого типа. Для зоны их
распространения характерны несколько меньшие температурные (медиана
2
1921,7°С) и большие радиационные (медиана 2,10 гДж/м) и влажностные (медиана 306 мм) характеристики. Места расположения террас второго типа имеют близкие показатели климата к местам размещения поселений кобанской и аланской культур (Таблица 5).
Как было показано в цитируемых выше работах, рассматриваемые переменные значительно зависят от высотного расположения измеряемых ячеек, в которых находятся археологические памятники (Афанасьев и др., 2004.
С. 83-84; Афанасьев, Коробов, 2007; 2008. С. 223; Коробов, 2007). Это наглядно демонстрируют коэффициенты множественной корреляции (Таблица 6), рассчитанные для используемых климатических переменных в сочетании с высотой расположения памятника. Из таблицы становится очевидной сильная зависимость практически всех климатических характеристик от высоты расположения памятника, за исключением показателя годового количества дней с осадками. Очень высокие коэффициенты корреляции у годовых сумм среднесуточных температур выше 10°С (-0,92), радиационного баланса и осадков (0,89 и 0,86 соответственно), а также количества дней со среднесуточной температурой выше 10°С (-0,90). При этом, устанавливается отрицательная зависимость температурных характеристик от высотности расположения объекта исследования и положительная - от количества солнечной радиации и осадков.Меньшие по своей силе, но все же значимые связи отмечаются для взаимозависимости высоты расположения памятников и гидротермического коэффициента (коэффициент корреляции 0,74), а также радиационного индекса сухости (-0,73), то есть в более высоких участках котловины наблюдается более высокая влажность и меньшая сухость, что уже отмечалось выше по данным других используемых показателей. Имеются зависимости климатических характеристик между собой, порой весьма сильные. Эти связи демонстрируют очевидные особенности современных климатических условий, когда более теплые участки котловины характеризуются меньшей влажностью, но при этом получают меньшее количество солнечной радиации. Примечательно, что показатель числа дней с осадками за год не связан ни с одним из используемых в анализе.
Если рассчитать коэффициенты корреляции отдельно для каждой группы анализируемых объектов, наглядно проявляются отмеченные выше
закономерности. Как для поселенческих памятников кобанской и аланской культуры, так и для участков террасного земледелия обоих типов выявляется взаимозависимость температурно-влажностных характеристик от высотности расположения памятника (коэффициенты корреляции 0,74-0,93 для аланских и 0,80-0,94 - для кобанских поселений, 0,78-0,87 для террас первого и 0,70-0,85 для террас второго типа).
Постараемся проанализировать эти характеристики более подробно.Для группировки поселений со схожими климатическими особенностями в современных условиях применялся кластерный анализ. Подобная работа уже выполнялась Г.Е. Афанасьевым для нескольких укреплений долины Аликоновки и Эшкакона, выбранных в качестве эталонных (Афанасьев и др., 2004. С. 81-84; Афанасьев, Коробов, 2007; 2008. С. 223). Аналогичный метод позволил мне также сравнить между собой климатические параметры разных участков котловины, характерные для современности и для моделируемых условий эпохи раннего
Для более подробного анализа используемых в данной работе поселений и участков террасирования кластеризации подверглось 493 объекта, описанных по семи используемым признакам (годовые суммы среднесуточных температур выше 10°С, годовая сумма радиационного баланса, годовая сумма осадков, число дней с осадками за год, число дней со среднесуточной температурой выше 10°С, гидротермический коэффициент и радиационный индекс сухости). Использовался метод сводимых окрестностей путем вычисления Евклидова расстояния (минимальным приращением второго момента разбиения), для анализа применялась компьютерная программа DATASCOPE. В результате на расстоянии между объектами примерно в 267,96 единиц иерархическое дерево было разделено на три кластера (рис. 118). Данные о статистических характеристиках каждого из них сведены в Таблица 7.
Итак, для памятников, отнесенных к первому кластеру (Таблица 7; 99 объектов), характерны высокие значения годовой суммы среднесуточных
температур выше 10°С (от 2299,4 до 2532,1°С, медиана 2362,6°С) и годовой
2 2
суммы радиационного баланса (от 1,68 до 1,84 гДж/м , медиана 1,79 гДж/м ), низкая годовая сумма осадков (от 127 до 223 мм, медиана 199 мм). Для кластера характерно большое число дней в году со среднесуточной температурой выше 10°С (256 дней), относительно большое количество дней с осадками за год (152184 дня, медиана 178 дней), низкий гидротермический коэффициент (0,3-0,4 мм/°С) и высокий радиационный индекс сухости (3,2-5,3, медиана 3,6).
Памятники, объединенные в этот кластер, находятся в основном в нижней части котловины на высотах от 700 до 1140 м, в большинстве своем в интервале от 700 до 1000 м; все они характеризуются достаточно теплыми и относительно влажными климатическими условиями. Лишь семь объектов располагались на высоте от 1000 до 1140 м; примечательно, что пять из них относится к участкам террасирования первого типа. Среди объектов, попавших в данный кластер, 47 поселений аланской и 36 поселений кобанской культуры, 12 участков террас первого и 4 участка второго типа.Значительно отличаются от предыдущих в сторону более холодного и влажного климата поселения, объединившиеся во второй кластер (Таблица 7; 229 памятников). Для них характерны значения годовой суммы среднесуточных температур выше 10°С от 1918,3 до 2239,3°С (медиана 2036,9°С), а годовой суммы осадков - от 180 до 330 мм (медиана 258 мм). При этом количество солнечной радиации в этих местах больше по сравнению с предыдущим: значение годовой суммы радиационного баланса в местах расположения объектов данного кластера составляет от 1,76 до 2,21 гДж/м2 (медиана 2,01 гДж/м2). На более прохладный климат указывает также меньшее число теплых дней в году - в среднем их количество равно 250. Число дней с осадками адекватно аналогичному показателю у поселений других кластеров (от 155 до 184 дней, медиана - 176 дней). Объекты данного кластера характеризуются большим гидротермическим коэффициентом (0,4-0,7) и меньшим радиационным индексом сухости (2,6-4,5 мм/°С). Памятники этого кластера обнаружены на абсолютных высотах от 730 до 1360 м, но большинство из них (193 из 229) лежат выше 1000 м над уровнем моря. Среди попавших в данный кластер объектов 32 поселения кобанской культуры, 69 поселений эпохи раннего Средневековья, 57 участков террасирования первого и 71 участок - второго типа. Интересным представляется преобладание последних среди объектов данного класса - большинство террас второго типа попадает именно во второй кластер по современным климатическим характеристикам.
Показатели современного климата, характерные для поселений третьего кластера (Таблица 7; 165 объектов), еще в большей степени отличаются в сторону более холодного и влажного климата по сравнению с вышеописанными. Годовая
сумма среднесуточных температур выше 10°С колеблется от 1156,8 до 1875,2°С
2
(медиана 1755,2°), годовая сумма радиационного баланса - от 1,87 до 2,84 гДж/м (медиана 2,23 гДж/м2). Годовая сумма осадков составляет 270-667 мм (медиана 347 мм), а число дней с осадками за год - 155-183 дня (173 дня - значение медианы). Примерно адекватно памятникам, объединенным в первый кластер,
число теплых дней в году - их в третьем кластере в среднем 242. Для данных объектов характерны еще большие значения гидротермического коэффициента (0,5-0,9) и меньшие - радиационного индекса сухости (1,7-3,6 мм/°С). Очевидно, что объекты, объединившиеся в третий кластер, расположены на максимальных абсолютных высотах от 910 до 1820 м, т.е. в самой верхней части Кисловодской котловины. Большинство из них (112 из 165) лежит на высоте выше 1200 м. Среди объектов данного кластера 32 поселения кобанской культуры, 57 памятников аланской эпохи, 61 участок террасирования первого типа и 15 участков второго типа.
Полученное деление климатических характеристик изучаемых поселений и участков террасирования на кластеры прекрасно подтверждается методом дискриминантного анализа при использовании упоминавшихся выше семи климатических характеристик и высоты расположения объектов (рис. 119). Таблица ошибочной классификации объектов наглядно демонстрирует обоснованность выделения всех трех кластеров памятников (Таблица 8). Все объекты первого и третьего кластеров отнесены дискриминантным анализом к своим группам, лишь два объекта второго кластера соотносятся по своим характеристикам с объектами первого кластера и один - с объектами третьего. Очевидно, что мы вправе выделить три климатические зоны в условиях современного климата, в которых располагаются обнаруженные поселения разных эпох и сопровождающие их участки земледелия (рис.
120). Для нижней высотной зоны характерны максимальные показатели годовой суммы среднесуточных температур выше 10°С и минимальные значения годовой суммы осадков и радиационного баланса. Противоположная картина наблюдается в верхней высотной зоне расположения археологических объектов. Между этими крайними зонами находится промежуточная зона как по высоте, так и по климатическим характеристикам.растений, что было показано в работах Г.Т. Селянинова еще в 1930-е годы (Мищенко, 2009. С. 86). Известно, что каждая из культур имеет свои специфические потребности в тепле, выраженные в биологических суммах температур воздуха. В данной работе мы принимаем используемый нами показатель годовых сумм среднесуточных температур выше 10°С за основной, тогда как в современной агроклиматологии не менее важными являются показатели сумм дневных и ночных положительных температур, а также оценки условий морозостойкости растений и другие климатические факторы, влияющие на урожайность (Мищенко, 2009. С. 122-129, 175-203). В цитируемой работе, являющейся первым учебником по агроклиматологии, изданным на русском языке, приводятся в табличном виде потребности основных
сельскохозяйственных культур в тепле, выраженные в биологических суммах температур воздуха на широте 55°. Используя приводимые автором поправки на один градус широты (реакцию на длину дня) (Мищенко, 2009. Табл. 4.4. С. 92), можно рассчитать необходимые для некоторых культур суммы годовых положительных температур воздуха для Кисловодской котловины, расположенной в пределах 43° северной широты. Для яровой мягкой пшеницы разных сортов скороспелости эти суммы температур колеблются от 1640 до 2000°С, для яровых твердых сортов - от 1580 до 1940°С; для озимой пшеницы этот показатель находится в интервале 1660-1760°С, для ячменя - 1490-1630°С, для овса - 1490-1790°С. Несколько заниженным представляются расчеты потребности в тепле для проса, имеющего для широты расположения Кисловодской котловины суммы температур 1390-1695°С при поправке в 15°С на один градус широты. Согласно широко известному исследованию А.Н. Новацкого, для высокой урожайности проса требуется годовая сумма положительных температур около 2300°С (Прянишников, Якушкин, 1936. С. 4445). Аналогичные наблюдения над отсутствием проса в качестве выращиваемой культуры в связи с недостаточностью суммы положительных температур приводятся авторами коллективной монографии о средневековом расселении в районе Белого озера (Макаров и др., 2001. С. 120).
Следует отметить, что нами принимались во внимание расчеты потребности в тепле только тех культур, которые зафиксированы на поселениях Кисловодской котловины разных эпох в процессе карпологического анализа, проводимого Е.Ю. Лебедевой в Отделе естественнонаучных методов Института археологии РАН (результаты находятся в обработке).
Если построить карты распределения годовых сумм положительных температур, рассчитанных с помощью климатического модуля для современного климата изучаемого региона, то становится очевидным, что нижняя часть Кисловодской котловины, находящаяся на высотах ниже 1100 м над уровнем моря, имеет вполне достаточное количество тепла для произрастания любой из перечисленных выше зерновых культур (рис. 121). Суммы температур здесь колеблются от 1750 до 2500°С, что представляется вполне достаточным для произрастания зерновых. В данную группу попадают почти все объекты, объединенные в первый кластер (98 из 99), более половины объектов второго кластера (153 из 229) и всего 12 памятников из 165, попавших в третий кластер. Остальная половина наблюдений приходится на абсолютные высоты выше 1100 м над уровнем моря, где годовые суммы положительных температур колеблются в пределах 1150-2400°С, но в большинстве случаев (181 из 245) лежат в пределах 1500-2000°С. Подобные суммы температур представляются достаточными для вызревания ячменя или овса, но рискованными для выращивания яровой пшеницы или проса. Примечательно, что в группу объектов с подобными температурными характеристиками попадает 68 поселений аланской культуры, 22 поселения кобанской, 72 участка террасирования первого типа и 19 участков второго. На высотах, для которых характерны суммы годовых положительных температур менее 1500°С, лежит 30 объектов, из которых 13 поселений кобанской культуры, 9 раннесредневековых поселений, 6 участков террас первого и два участка второго типа. Таким образом, примерно половина памятников, рассматриваемых в анализе, не обладает в настоящее время тепловыми условиями, достаточными для успешного культивирования зерновых культур. Примечательно, что суммы температур менее 2000°С в условиях современного климата характерны для большинства участков террасирования первого типа (83 из 130) и всего 34 из 90 участков террасирования второго типа. Следовательно, можно сделать вывод, что пространственное расположение террасного земледелия первого типа не приурочено к современной зоне с достаточным количеством тепла, тогда как террасное земледелие второго типа располагается в основном именно в этой теплой зоне.
Таковы проанализированные тенденции современных климатических условий тех мест, в которых были обнаружены поселения и участки террасирования разных эпох. Однако у нас есть все основания полагать, что в эти эпохи климат был несколько иным (см. Главу 2). Обратимся к моделированию климатических условий, характерных для «возмущенного» климата, и попытаемся проследить их характерные особенности.