Аномалии влагосодержания почвы весной на юге Европейской части России по наземным и спутниковым данным и их связь c изменениями климата

Выполнено сравнение фактической и объемной почвенной влажности в поверхностном и метровом слоях почвы в апреле на юге Европейской части России (ЕЧР) в период 1981-2020 гг. по наблюдениям на агрометеостанциях и по модели GLEAM, основывающейся на спутниковых данных. Показано, что влажность почвы по данным дистанционного зондирования по сравнению с данными in-situ воспроизводилась с минимальными искажениями в поверхностном слое. Влажность в метровом слое почвы по сравнению с наблюдениями на агрометеостанциях недооценивается GLEAM в среднем в 1.7 раза. Наибольшая согласованность межгодовых изменений влагосодержания почвы в апреле по наземным и спутниковым данным отмечалась в поверхностном слое почвы в период 2003-2020 гг.
Результаты исследования свидетельствуют об уменьшении запасов почвенной влаги в пахотном слое под яровыми зерновыми культурами в апреле в период 1981-2020 гг. по данным большинства рассмотренных агрометеостанций, расположенных на территории основных зернопроизводящих регионов на юге ЕЧР. В то же время, согласно спутниковым данным, тенденции уменьшения влагосодержания почвы в период наибольшего ее накопления в поверхностном, а также в метровом слое почвы наблюдались практически на всей территории исследования. Наибольшее и статистически значимое снижение влажности почвы в поверхностном и метровом слое почвы (до 12% и 14% за 10 лет соответственно) отмечалось в лесной зоне, на севере лесостепной зоны, а также на востоке степной зоны.
Исследованы климатические факторы, влияющие на изменения влагосодержания почвы. В лесной и лесостепной зоне тенденции статистически значимого уменьшения влажности почвы весной в период 1981-2020 гг. были обусловлены снижением влагосодержания почвы осенью, вариации которой в октябре объясняли от 30% до 50% изменчивости почвенных влагозапасов в апреле. За счет изменений количества твердых осадков в феврале происходило от 12% до 21% вариаций влажности почвы в апреле в лесной и лесостепной зоне. Влияние изменений количества твердых осадков на почвенные влагозапасы весной проявилось во всех суббореальных ландшафтах юга ЕЧР кроме полупустынной зоны. Установлено, что изменение осадков, накопленных за холодный период, является немаловажным фактором, формирующим от 10% до 24% изменчивости влагосодержания почвы весной в степной и полупустынной зоне. Вместе с тем, треть ее изменений в полупустынной зоне была связана с осадками в апреле, количество которых ощутимо снижалось с начала XXI-го века.
Полученные результаты вписываются в рамки современной парадигмы, согласно которой регионы с засушливым климатом вследствие наблюдаемых климатических изменений становятся суше, а регионы с влажным климатом – более влажными (Chou et al., 2013) с учетом того, что на юге ЕЧР в последние сорок лет наблюдалась тенденция уменьшения влагосодержания почвы в теплый период года (Титкова и др., 2023). Результаты исследования также согласуются с тем, что более влажная фаза атмосферного увлажнения на юге ЕЧР, наблюдаемая в течение сорока последних лет прошлого века, в начале текущего столетия сменилась современным более сухим периодом (Золотокрылин, Черенкова, 2013).

Сравнение влажности почвы по наземным и спутниковым данным проведено в рамках темы государственного задания Института географии РАН АААА-А19-119022190173-2 (FMGE-2019-0009). Анализ связи изменений влажности почвы с климатическими факторами выполнен при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект 19-17-00242).