Климат как экологический фактор жизнедеятельности человека Григорьева Елена Анатольевна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Климат как экологический фактор жизнедеятельности человека (обзор литературы) 13

1.1. Влияние климата на человека, его жизнедеятельность и здоровье 13

1.1.1. Изучение климата и здоровья человека на Дальнем Востоке 18

1.1.2. Основные причины изменения климата, его глобальные и региональные проявления 19

1.1.3. Влияние изменений климата и изменчивости погоды на человека и его здоровье

1.2. Тепловой баланс тела человека 23

1.3. Температура тела человека. Классификация тепловых состояний 26

1.4. Понятие теплового комфорта 30

1.5. Адаптация и акклиматизация 42

ГЛАВА 2. Район работ, материалы и методы исследования 53

2.1. Район работ. Природно-климатические особенности российского Дальнего Востока 53

2.2. Материалы и методы исследования 63

ГЛАВА 3. Классификация комплексных биоклиматических индексов и их ранжирование 70

3.1. Биоклиматические индексы – определение, классификации 70

3.2. Разработка новой современной классификации биоклиматических индексов 75

3.3. Ранжирование биоклиматических индексов 90

ГЛАВА 4. Оценка теплового состояния человека в климатических условиях дальнего востока 98

4.1. Многоуровневость территориальной дифференциации при реализации биоклиматических исследований 98

4.1.1. Обоснование выбора индексов для биоклиматической оценки 100

4.2. Пространственно-временная характеристика биоклимата на макроуровне

4.3. Пространственно-временная характеристика биоклимата на мезо- и микроуровнях 113

4.3.1. Динамика температурного режима и осадков 113

4.3.2. Характеристика биоклимата на мезоуровне 117

4.3.3. Характеристика биоклимата на микроуровне 124

4.4. Оценка тепловой дискомфортности климата ЕАО 127

ГЛАВА 5. Акклиматизационная нагрузка на органы дыхания человека при межрегиональных перемещениях 134

5.1. Теплопотери органами дыхания 134

5.1.1. Теплообмен органами дыхания и методы его расчёта 134

5.1.2. Теплопотери органами дыхания на Дальнем Востоке 137

5.2. Акклиматизационная нагрузка на организм человека при перемещениях и методы оценки климатических контрастов 143

5.2.1. Акклиматизация органов дыхания к теплу и холоду 151

5.3. Акклиматизационная нагрузка на органы дыхания при передвижениях 154

5.3.1. Особенности акклиматизационной нагрузки на человека при передвижениях на Дальнем Востоке России 155

5.3.2. Влажность воздуха как фактор, влияющий на особенности акклиматизации органов дыхания при перемещениях 157

5.3.3. Индекс акклиматизационной нагрузки для межрегиональных перемещений 161

ГЛАВА 6. Климат и здоровье человека на дальнем востоке России 165

6.1. Смертность как показатель состояния популяционного здоровья. Сезонность смертности 165

6.2. Оценка влияния погоды на смертность на территории Дальнего Востока России. Разработка оперативной системы предупреждения влияния экстремально высоких температур на здоровье человека 176

6.3. Неблагоприятные погодные факторы, влияющие на формирование кардиореспираторной патологии 182

ГЛАВА 7. Волны тепла и смертность населения на дальнем востоке России 192

7.1. Подходы к определению волн тепла 192

7.2. Волны тепла и смертность населения в г. Хабаровске. Пространственно-временная динамика волн тепла на юге Дальнего Востока России 202

Заключение 211

Список сокращений и условных обозначений 215

Список литературы

• Влияние изменений климата и изменчивости погоды на человека и его здоровье
• Материалы и методы исследования
• Разработка новой современной классификации биоклиматических индексов
• Пространственно-временная характеристика биоклимата на мезо- и микроуровнях

Введение к работе

Актуальность исследования. Происходящие в экосистемах процессы многогранны и взаимообусловлены. Получение знаний о взаимодействии человека с окружающей средой, как на индивидуальном, так и на популяционном уровне, и исследование влияния на него условий обитания составляют важнейшую задачу экологии человека. Здоровье человека, его самочувствие и физическая активность, нормальная жизнедеятельность зависят от большого количества воздействующих на него взаимосвязанных факторов, в том числе природных, к которым он должен адаптироваться (работы Н.А. Агаджаняна, А.Г. Воронова, П.Ф. Кику, Ю.П. Лисицина, С.В. Рященко, Н.К. Христофоровой и др.). Согласно выводам Всемирной организации здравоохранения¹, ведущая роль в формировании физического и психического здоровья населения признается за социально-экономическими условиями, но пространственно они относительно однородны, тогда как природные экологические факторы имеют различия даже на близких территориях. Следовательно, для оценки экологической ситуации и отклика на неё организмов необходимо выяснить воздействие природных факторов среды, и их климатическая составляющая является первостепенной (работы В.Р. Эккарда, К. Бюттнера, Ю. Одума, А.Д. Слонима, А.А. Исаева, С.В. Тромпа и др.).

Актуальность данной работы определяется необходимостью выявления причинно-следственных связей между климатом и погодой, с одной стороны, и жизнедеятельностью человека – с другой, на основе комплексного анализа условий существования для предупреждения и профилактики климатозависимых заболеваний.

Несмотря на большое количество публикаций российских и иностранных авторов, посвященных изучению различных аспектов причинно-следственных связей в системе «Климат и погода – Жизнедеятельность человека», наименее освещёнными остаются вопросы климатической комфортности в условиях континентального муссонного климата, отдельных аспектов её сезонной изменчивости и адаптации к ним. Имеются работы, посвящённые биоклиматическим особенностям отдельных территорий Дальнего Востока, акклиматизации, а также воздействию климата на здоровье человека². Однако в современных условиях необходимы исследования, направленные на выявление общих закономерностей этого воздействия и позволяющие расширить научные представления по данному вопросу. В частности, нуждается в изучении на принципах комплексного системного подхода проблема влияния на человека континентального муссонного климата Дальнего Востока на территориях разных иерархических уровней; акклиматизационных аспектов межсезонных, внутрисезонных и экстремальных изменений погодного режима и межрегиональных климатических контрастов.

Для формализации описания интегрального воздействия факторов, определяющих уровень тепловой нагрузки погоды и климата в целом на организм человека или риск для его здоровья, используют комплексные биоклиматические индексы, полученные на основе параллельных метеорологических и физиологических наблюдений. Целью большинства из них является определение тепловых ощущений, возникающих у человека под влиянием тех или иных метеофакторов при различной физической нагрузке и в одежде с разными теплозащитными свойствами. Известно немало попыток упорядочить огромное количество индексов³. Тем

¹ Comparative Quantifi cation of Health Risks: Global and Regional Burden of Disease Attributable to Selected Major
Risk Factors / M. Ezzati, A.D. Lopez, A. Rodgers and C.J.L. Murray (eds.). Vol. 1. Global and Regional Burden of Disease
Attributable to Selected Major Risk Factors. Geneva: World Health Organization, 2004. 1175 p.

² Матюхин В.А. Биоклиматология человека в условиях муссонов. Л. : Наука, 1971. 136 с.; Кривоборская А.А.
Природно-экономический потенциал зоны БАМ. Новосибирск : Наука, 1987. 78 с.; Деркачёва Л.Н., Русанов В.И. Климат
Приморского края и его влияние на жизнедеятельность человека. Владивосток : ДВО АН СССР, 1990. 136 с.; Мотавкина
Н.С., Косолапов А.Б., Деркачева Л.Н. Медико-географические аспекты распространения бронхолегочной патологии на
Дальнем Востоке. Владивосток : ДВО АН СССР, 1991.128 с.; Деркачёва Л.Н. Медико-климатические условия Дальнего
Востока и их влияние на респираторную систему // Бюлл. физиол. и патол. дыхания. 2000. Вып. 6. С. 51–54; Косолапов А.Б.
Лимитирующие факторы туризма. Владивосток : Изд-во ДВГАЭУ, 2000. 156 с.; Веремчук Л.В., Иванов Е.М., Кику П.Ф.
Среда обитания и заболеваемость органов дыхания в Приморском крае. Владивосток : Дальнаука, 2008. 218 с.; Максимов
А.Л., Белкин В.Ш. Биомедицинские и климатоэкологические аспекты районирования территорий с экстремальными
условиями среды проживания // Вестник ДВО РАН. 2005. № 3. С. 28–39.

³ Романова Е.Н., Гобарова Е.О., Жильцова Е.Л. Методы использования систематизированной климатической
и микроклиматической информации при развитии и совершенствовании градостроительных концепций. СПб. :
Гидрометеоиздат, 2000. 160 с.; Исаев А.А. Экологическая климатология. М. : Научный мир, 2003. 472 с.; Parsons K.

не менее, все они характеризуются смешением показателей и критериев, используемых для выделения классов; многие индексы или пропущены, или вообще не могут быть включены ни в одну из категорий, поэтому ни одну из этих классификаций нельзя назвать полной. Следовательно, представляется необходимым создание новой классификации биоклиматических индексов, охватывающей все из них и позволяющей ориентироваться в выборе адекватных методов для биоклиматической оценки территории в зависимости от поставленных научных теоретических и практических задач.

Для реальной оценки термического влияния окружающей среды на здоровье человека важно учитывать региональные особенности изменения минимальных и максимальных температур приземного воздуха, так как именно они отражают степень температурной комфортности климата⁴; исследовать циклические изменения температурного режима во всём тепловом диапазоне с определением тенденций регулярных (квазипериодических) колебаний, выявлением «оптимальной» температуры, при которой негативное воздействие на здоровье минимально.

Кроме того, актуальными и не изученными для континентального муссонного климата являются периоды прохождения волн тепла или холода и связанные с ними резкие скачки ежедневной смертности, когда наблюдается чрезмерное напряжение терморегуляции организма, возникает повышенный риск заболеваемости и смертности, особенно от заболеваний сердечнососудистой и дыхательной систем⁵. Общепризнанного критерия для выделения волн нет, и определение понятия экстремально высоких температур, которые характерны не только для каждого района, но даже для отдельных местностей, имеет большое значение для Дальнего Востока России.

Методологической и теоретической основой исследования явились фундаментальные разработки отечественных и зарубежных учёных по биоклиматологии, прикладной климатологии, медицинской географии, экологии (работы П.Г. Мезерницкого, Л.А. Чубукова, М.И. Будыко, Н.А. Даниловой, К.Я. Кондратьева, Б.А. Айзенштата, Д. Ассмана, К. Бютнера, А. Бартона, О. Эдхолма, В.Г. Бокши, Н.М. Воронина, А.П. Авцына, Е.М. Ратнера, В.И. Русанова, Б.А. Ревича, А.А. Исаева, Л.Б. Башалхановой; К.И. Уинслоу (C.E.A. Winslow), Л.П. Херрингтона (L.P. Herrington), А.П. Гаги (A.P. Gagge), П.О. Фэнгера (P.O. Fanger), С.В, Тромпа (S.W. Tromp), Р.Г. Стедмана (R.G. Steadman), Г. Джендрицкого (G. Jendritzky), К.Р. де Фрейтаса (C.R. de Freitas), Л.С. Калькстейна (L.S. Kalkstein), К. Блажечика (K. Blazejczyk), др.); адаптации и акклиматизации (Ф.3. Меерсона, И.Ф.Адольфа (E.F. Adolph), В.П. Казначеева, А.Д. Слонима, Н.А. Агаджаняна, И.С. Кандрора, А.Г. Марачева, В.Г. Евдокимова, Г.С. Шишкина, Т.В. Козыревой, М.А. Якименко, О.В. Гришина, и др.). Использован также опыт предшествующих авторов, занимавшихся экологией, прикладной климатологией и обобщением биоклиматического материала в дальневосточном регионе, проблемами воздействия муссонного климата на человека и адаптации к его особенностям (А.А. Заниной, Г.Н. Витвицкого, В.А. Матюхина, Л.Г. Манакова, А.Н. Разумова, Е.С. Петрова, В.Г. Туркеня, В.П. Тунеголовца, М.Т. Луценко, С.С. Целуйко, А.Г. Приходько, Ю.М. Перельмана, В.П. Колосова, Е.М. Иванова, Н.К. Христофоровой, А.Л. Максимова, Л.Н. Деркачёвой, П.Ф. Кику, Л.В. Веремчук, и др.).

Цель исследования: разработать методические подходы к оценке закономерностей влияния климатических условий на жизнедеятельность человека (на примере Дальнего Востока России).

Задачи исследования:

1. Разработать классификацию биоклиматических индексов, отобрать наиболее адекватные для характеристики биоклимата человека на Дальнем Востоке.

Human Thermal Environments – The effects of hot, moderate and cold environments on human health, comfort and performance. London : Taylor and Francis, 2003; Руководство по специализированному климатологическому обслуживанию экономики / под ред. д-ра геогр. наук, проф. Кобышевой Н.В. СПб. : ГГО им. А.И. Воейкова, 2008. 336 с.; Трубина М.А. Методы биоклиматической оценки Северо-Западного региона России // Учёные записки РГГМУ. 2010. № 13. С. 121–137.

⁴ Напрасников А.Т. Гидролого-климатический подход к оценке комфортности геосистем как среды обитания
человека // География и природные ресурсы. 2004. № 4. С. 134–141.

⁵ Robinson P.J. On the defi nition of a heat wave // J. Appl. Meteorol. 2001. Vol. 40. P. 762–775; Basagaa X., Sartini
C., Barrera-Gmez J., [et al.] Heat waves and cause-specifi c mortality at all ages // Epidemiology. 2011. Vol. 22. P. 765–772;
Ревич Б.А., Шапошников Д.А. Изменения климата, волны жары и холода как факторы риска повышенной смертности
населения в некоторых регионах России // Проблемы прогнозирования. 2012. № 2. С. 122–139.

1. Определить степень адаптационного напряжения, вызываемого контрастностью климатических условий; разработать индекс акклиматизационной нагрузки для межрегиональных перемещений.

2. Установить закономерности воздействия муссонного климата Дальнего Востока на здоровье человека.

Научная новизна. Предложена классификация комплексных биоклиматических индексов, которая включает восемь классов индексов, различающихся по количеству учитываемых параметров, по сложности расчётной схемы и по использованию моделей теплового баланса тела человека.

Для континентальной части Дальнего Востока России выявлены общие и частные закономерности пространственной и сезонной динамики биоклиматических условий, определяющих дифференциацию теплового комфорта.

Разработан индекс акклиматизационной нагрузки для межрегиональных перемещений, позволяющий планировать передвижения по критерию минимума адаптационного напряжения с учётом маршрутов и времени года.

Впервые определены некоторые показатели популяционного здоровья населения континентальной части Дальнего Востока в летний сезон при прохождении волн тепла.

Практическая значимость. Теоретические положения и результаты исследования могут быть использованы при формировании планов социально-экономического развития территории и организации медико-экологического мониторинга. Они могут найти применение при разработке нормативных экологических показателей для зонирования и нормирования территории по природно-климатической дискомфортности. Схема функционирования системы предупреждения влияния экстремально высоких температур на здоровье человека является необходимой для своевременного оповещения населения и предупреждения угроз здоровью. Материалы могут быть использованы органами здравоохранения для совершенствования организации медицинской помощи населению; в учебной и научной работе преподавателей; при подготовке аспирантов, специализирующихся в области геоэкологии, географии, экологии и других естественнонаучных отраслей знания. Результаты исследования применялись при разработке и чтении лекционных курсов и проведении практических занятий по дисциплинам «Мониторинг окружающей среды», «Экология», «Медицинская география» для студентов Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Предложенная классификация биоклиматических индексов, отличающихся по набору предикторов и уровню сложности, позволяет сориентироваться в выборе адекватных методов для оценки условий среды обитания.

2. Многоуровневый подход при изучении комфортности климата позволяет провести интегральную оценку погодно-климатических условий и их воздействия на жизнедеятельность человека: фоновые характеристики на макроуровне дают возможность перейти к анализу на мезоуровне и детализации воздействия погоды на показатели популяционного здоровья на микроуровне.

3. Индекс акклиматизационной нагрузки на органы дыхания даёт возможность
прогнозировать степень адаптационного напряжения организма человека не только при
перемещении между климатически контрастными регионами, но и при межсезонном изменении
погоды.

4. Установленные закономерности влияния погоды на показатели популяционного здоровья
позволят повысить эффективность предупредительного и текущего медико-экологического
контроля для минимизации потерь населения.

Личный вклад автора. Автором разработана программа исследований, осуществлено планирование и организация работы по всем разделам диссертации: основная идея работы, постановка задач исследования и выбор методик для их решения. Доля участия автора в накоплении материала составляет 80 %. Анализ и обобщение результатов выполнены автором лично в полном объеме – 100 %.

Репрезентативность работы обеспечена выбором методологических подходов и комплексностью теоретических разработок; использованием современных научных методов исследования; применением современных, апробированных на практике средств сбора и обработки информации и программных продуктов; объемом, содержанием и глубиной

информационной базы проведенного исследования, построенного на первичных данных работы Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, ВНИИГМИ – МЦД и показателях медицинской статистики.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы представлялись и обсуждались на российских и международных конференциях, а также на научных семинарах кафедры экологии Дальневосточного федерального университета. Устные доклады сделаны на 19 международных конференциях за рубежом: конгрессах Международного биометеорологического общества (Гармиш-Партенкирхен, Германия, 2005, Токио, Япония, 2008, Окленд, Новая Зеландия, 2011, Кливленд, США, 2014); Третьем рабочем совещании «Климат, туризм и рекреация», Александрополис, Греция, 2007; Второй международной научно-технической конференции «Окружающая природная среда – 2007», Одесса, Украина, 2007; 7 Международной конференции по биометеорологии, Фрайбург, Германия, 2010; Международной конференции по проблемам изменения климата, Брисбен, Австралия, 2010; Генеральной ассамблее Европейского совета по геонаукам, Вена, Австрия, 2011; Ежегодных конференциях Ассоциации американских географов, США (Нью-Йорк, 2012, Лос-Анджелес, 2013, Тампа, 2014, Чикаго, 2015, Сан-Франциско, 2016); конференциях Всемирного географического союза: 32 Международном конгрессе географов (Кёльн, Германия, 2012) и Ежегодных региональных конференциях (Киото, Япония, 2013 и Москва, Россия, 2015); Четвертой международной конференции «Климат, туризм и рекреация», Стамбул, Турция, 2015; Международном симпозиуме «Глобальные проблемы здоровья в Азии», Тэджон, Южная Корея, 2015.

Работа выполнена в рамках НИР ИКАРП ДВО РАН «Анализ состояний, тенденций и перспектив освоения геосистем Приамурья и смежных районов» (№ГР 01201355726), «Исследование состояния и динамики геосистем юга Дальнего Востока России» (№ГР 01201257101), «Анализ тенденций и моделирование развития социально-экономической системы региона в условиях глобализации (на примере Еврейской автономной области)» (№ГР 01201457185). Исследования по теме диссертации были поддержаны ДВО РАН: проекты 2002, 2004, 2005, 2006–2008, 2009–2011 гг., в которых автор был руководителем. Автор был также руководителем грантов, поддержанных Немецкой службой академических обменов для стажировки в университете г. Фрайбург, Германия, 2011 (июль); Программой Фулбрайт по обмену ученых для стажировки в университете г. Майами, США, 2012 (февраль – июль); руководителем с российской стороны международного российско-американского проекта RUG1-7062-BB-12, поддержанного Грантом фонда CRDF и ДВО РАН, 2012–2014 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 56 научных работ, в том числе 32 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах из списка ВАК РФ, из них 8 статей в научных журналах, включённых в международные базы данных.

Соответствие паспорту научной специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 03.02.08 – Экология (биологические науки) в пункте «Экология человека – изучение общих законов взаимодействия человека и биосферы, исследование влияния условий среды обитания на людей (на уровне индивидуума и популяции)».

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 301 странице, состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы (786 источников, в том числе 428 иностранных) и 14 Приложений. Работа содержит 27 таблиц, 49 рисунков.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность за критические замечания и неоценимую помощь на всех этапах работы научному консультанту доктору биологических наук, профессору кафедры экологии ДВФУ Н.К. Христофоровой; благодарность за помощь, рекомендации и замечания научному консультанту д-ру мед. наук, профессору П.Ф. Кику; сотрудникам ИКАРП ДВО РАН: чл.-кор. РАН д-ру биол. наук Е.Я. Фрисману, канд. геогр. наук Т.М. Комаровой, канд. геогр. наук Д.М. Фетисову, К.В. Шлюфману, А.В. Досовой; сотрудникам ИВЭП ДВО РАН: д-ру геогр. наук З.Г. Мирзехановой, д-ру биол. наук Н.А. Рябинину, канд. геогр. наук Е.М. Климиной; сотруднику ФГБУ «Дальневосточное УГМС» Н.Я. Чичик; доценту кафедры сервиса и туризма ДВФУ канд. геогр. наук Л.Н. Деркачевой; студенту Берлинского технического университета А.С. Григорьеву. Особую благодарность автор выражает своим зарубежным коллегам профессорам К.Р. де Фрейтасу (C.R. de F reitas), Новая Зеландия; Л.С. Калькстейну (L.S. Kalkstein), США; А. Мацаракису (A. Matzarakis), Германия, за совместное проведение исследований и обсуждение результатов работы.

Влияние изменений климата и изменчивости погоды на человека и его здоровье

Биоклиматические условия являются важнейшим фактором, определяющим жизнедеятельность человека, эффективность и направленность его существования. Определение биоклиматологии было сформулировано как исследование взаимосвязей между атмосферной средой, её геофизическими и геохимическими характеристиками, с одной стороны, и живыми организмами – растениями, животным, человеком – с другой [257, 252]. «Медицинская климатология или биоклиматология человека» – это «прикладной пограничный раздел климатологии и медицины, изучающий влияние климатопогодных факторов на организм человека в условиях трудовой деятельности и отдыха, методы их использования в лечебно-профилактических целях, т.е. особенности климата и погод с точки зрения их влияния на организм человека» [46, с. 101].

Таким образом, климат и в своём прошлом, и в перспективном развитии является важнейшим экологическим фактором окружающей человека природной среды; экологическая климатология или биоклиматология исследует климатические вопросы общей экологии, а истоки её как науки определяются задачами экологии [141, 329]. Более того, по мнению А.А. Исаева [141], целесообразно использовать именно словосочетание «экологическая климатология», тем самым акцентируя внимание на начальной экологичности климата. В своей работе при изучении климата как фактора, обеспечивающего жизнедеятельность человека, мы будем использовать как синонимы оба термина – биоклиматическая и эколого-климатическая оценка.

Действие погоды может быть благоприятным и неблагоприятным; метеочувствительность, метеолабильность или метеотропность – это ответ организма человека на воздействие неблагоприятных погодных факторов развитием патологических реакций [248, 278]. Метеотропными реакциями называют структурно-функциональные изменения жизнедеятельности организма адаптивного характера, в развитии которых ведущими являются метеофакторы, в первую очередь их периодические и непериодические изменения [25, 28]. Прежде всего, это нарушения жизнедеятельности человека – заболеваемость и летальные исходы. В то же время, важным является выявление тех особенностей климата конкретной территории, которые можно использовать в целях укрепления здоровья.

Многообразие влияния климата на функциональное состояние человека осуществляется путём прямых и косвенных воздействий [257]. Под косвенными подразумеваются сумма всех климатических влияний на растительность, животных, микроорганизмы, которые в свою очередь влияют на здоровье человека [52]; например, на сезонную ритмику в природе [83], агроклиматические условия растениеводства [81, 85, 515, 529], воздействие на самоочищающую способность атмосферы [93] и т.д. Однако в период пребывания под открытым небом человек подвергается прямому и непосредственному воздействию погодных условий, которое сказывается, прежде всего, на его тепловом состоянии. Таким образом, биоклиматическая оценка различных районов требует учёта и изучения влияния климата на тепловое состояние человека.

Термические условия окружающей среды наиболее важны для организма человека: температура воздуха интегрирует в себе воздействие солнечной радиации, характера подстилающей поверхности и атмосферной циркуляции [114]. Существование на Земле заставляет человека адаптироваться к колебаниям температуры среды от -60 до +40 С. Ежегодные и ежесуточные перепады также могут быть очень велики и составлять соответственно 50–60 и 10–20 С. Этот диапазон температур может быть освоен человеком как крупным гомойотермным млекопитающим только при включении сложной системы терморегуляции и поведенческих актов [26, 138, 349].

Температура зависит преимущественно от количества приходящей солнечной радиации, поэтому возникают периодические – суточные и сезонные – температурные колебания. Отмечаются также внезапные (непериодические) изменения температуры, связанные с общими процессами циркуляции атмосферы.

Атмосферное давление и его изменение существенно воздействуют на функции организма, вызывая головную боль, боли в области сердца и других органах, нарушение функций сердечно-сосудистой системы: изменение артериального давления, возникновение сосудистых кризов и внутренних кровоизлияний; обострение радикулита и заболеваний седалищного нерва, и др. [182, 307, 313, 353]. На снижение атмосферного давления реагируют больные неврозом, гипертонической болезнью, ишемической болезнью сердца, сосудистыми заболеваниями мозга, с заболеваниями органов дыхания.

Ветер и изменения ветрового режима вызывают патологические состояния человека – анемопатии, воздействуя на систему терморегуляции и оказывая механическое воздействие [62, 63, 608]. Сильный ветер создает сложности в передвижении человека и способствует утомлению и истощению нервной системы, затрудняет функцию внешнего дыхания, вызывает раздражение заложенных в коже механорецепторов.

Климатические факторы обладают свойством синергизма, действуют на организм человека сочетано, усиливая или ослабляя друг друга. При этом может меняться скорость протекания физиологических процессов в организме, усиливается или снижается оздоровительный или патогенный эффект. Доказан сложный механизм воздействия за счёт развития условных терморегуляционных рефлексов [46, 248].

Материалы и методы исследования

Исследованиями В.Ю. Милевского [211] выявлено, что американская зона комфорта по НЭЭТ оказалась чрезмерно завышенной для населения средней полосы Европейской территории бывшего СССР. В США эта зона была определена в пределах 17,2–21,7 С для людей, живущих вблизи 30 с. ш. По мнению автора, во все месяцы тёплого периода года правильно отражает комфортность климатических условий Европейской территории СССР НЭЭТ в пределах 10,0–18,0 С. Согласно предлагаемым величинам, большая часть исследуемой территории находится в условиях комфорта в течение всего лета; в середине лета зона комфорта смещена несколько к югу, в начале и в конце сезона – несколько к северу. В мае и сентябре комфортной является южная часть территории, в октябре – только Южный берег Крыма, район Сочи и долина Кубани [211].

Как видно, авторами предлагаются очень разные значения для зоны комфорта, которые могут быть обусловлены также и различными подходами к её определению. Так, В.И. Русанов [279] отмечает, что у разных исследователей за зону комфорта принимается диапазон НЭЭТ, в котором хорошее самочувствие было у 50–90 % испытуемых.

Все рассуждения о терморегуляции и о тепловом комфорте относятся к «среднему», или «стандартному» человеку [37, 52, 187, 149, 308, 477]. В реальности этот процесс зависит от множества других физиологических и психологических факторов: пола, возраста, телосложения, расовой принадлежности, степени акклиматизации, времени суток, условно-рефлекторной деятельности, закаливания, тренированности, уровня здоровья, бытовых привычек (устройство жилищ, форма одежды) и др. [37, 46, 52, 113, 118, 148, 202, 277, 279, 323, 405, 470, 531, 672].

Величины метеопараметров, обеспечивающих тепловой комфорт, могут значительно отклоняться. При этом от 5 до 10 % человек могут испытывать в таких условиях даже ту или иную степень дискомфорта [477, 566]; различия в предпочтениях по температуре воздуха могут достигать 10 С [531]. В литературе встречается несколько методов оценки человеком ощущения комфорта – дискомфорта; среди них выделяется два основных: семантический и бихевиористический [202]. Последний метод достаточно сложен, так как основан на выявлении особенностей поведения человека в зависимости от поведенческих реакций и предполагает определение в лабораторных условиях таких характеристик испытуемых, как температура тела или кожи, потребление кислорода, скорости потоотделения и др.

Наиболее просты семантические методики, когда испытуемых просят описать свои ощущения словами, затем их оценивают для выявления корреляции с изменениями в окружающей среде, одежде, виде деятельности и др. Тепловые ощущения человека обычно группируют по нескольким категориям с последующей регистрацией частоты выявления в них тех или иных признаков [202].

При изучении теплового комфорта семантическими методами принято выявлять посредством опроса участников эксперимента их впечатления об окружающей среде по шкале тепловых ощущений, где каждой словесной характеристике соответствует определённое число. В таблице 1.3 перечислены некоторые шкалы тепловых ощущений, используемых в практике термофизиологических исследований [210, 364–366, 387, 389, 444, 477, 707].

Согласно стандартам Американского общества инженеров по отоплению, холодильным установкам и кондиционированию воздуха (American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, ASHRAE), на шкале тепловых ощущений человека выделяется семь баллов. Баллы считаются в симметричной числовой шкале от -3 до +3 [365, 366, 426, 477], что логически более верно, но может вызвать замешательство при использовании отрицательных цифр; в этом случае применяют цифры от 1 до 7 [364, 387, 389]. Баллы интерпретируют в категориях от «холодно» до «жарко»; среднее положение соответствует словесной характеристике «нейтрально».

Как отмечает D.A. McIntyre [640], разделение шкалы на 7 ступеней изначально было предложено интуитивно и долгое время считалось оптимальным и единственно возможным. В то же время, эти шкалы были разработаны для оценки тепловых ощущений внутри помещения, и для использования вне помещения было предложено расширить их до 9 [444] и даже до 10 [707] и 11 [632] баллов за счёт добавления дополнительных категорий теплоощущения на «холодном» и на «жарком» концах.

Тепловой комфорт – это субъективное состояние, которое определяется по субъективным тепловым предпочтениям. Таким образом, восприятие тепла человеком состоит из двух основных компонентов: а) чувствительности к теплу, оцениваемой по шкале тепловой чувствительности, или тепловых ощущений, и б) уровня ощущаемой «приятности» [444], оцениваемой по шкале тепловых предпочтений (таблица 1.3). C.R. de Freitas [444] предлагает оценивать зависимость между тепловым состоянием тела и субъективным восприятием этого состояния по температуре кожи. При этом оптимальное условие, или комфортное состояние, отвечает температуре кожи 33,3 С, что почти соответствует результатам других исследователей [13, 37, 61, 113, 137]. Каждому уровню на шкале теплоощущений соответствует свой уровень теплового баланса: при нейтральном (комфортном) состоянии он равен нолю и значительно увеличивается в сторону отрицательных или положительных значений при усилении теплового дискомфорта (таблица 1.3).

Следует также обратить внимание на разницу в словесном описании среднего состояния. T. Bedford [387, 389] и в последующем российские учёные [210] используют характеристику «комфортно», т.е. среднее состояние названо ими по положительным эмоциям (ни прохладно, ни тепло). В других шкалах используется описательный термин «нейтрально» [364–366, 444, 477, 707], который определяется как условие, при котором индивидуум не знает, предпочёл бы он более тёплое или более прохладное состояние по шкале предпочтений [444, 663]. Отмечается, что суждение людей о нейтральной или оптимальной температуре может сместиться в сторону общего «теплового опыта», что понимается как средняя температура окружающей среды в течение проводимых наблюдений [202].

Разработка новой современной классификации биоклиматических индексов

ДВ обладает сложным контрастным рельефом, для которого характерно сочетание горных хребтов и межгорных котловин [66]. Северо-Притихоокеанская страна отличается сложной тектонической структурой и резкими орографическими контрастами с преобладанием средневысотных горных систем; встречаются плоскогорья, нагорья и низменности. Основное простирание горных систем и низменностей идёт вдоль береговых линий, преобладающее направление которых с северо-северо-востока на юго-юго-запад. Низкогорные и среднегорные массивы средней высотой от 500-600 до 1500–1700 м расчленены густой сетью глубоких долин. Для хребтов Камчатки, Чукотского и Корякского нагорий характерен высокогорный рельеф с многочисленными формами, созданными четвертичными и современными ледниками.

Геологическая структура южной Амуро-Сахалинской страны неоднородна: мезозойская складчатость на большей части Приамурья и Приморья, герцинидская в бассейне рек Зея и Бурея, байкальский комплекс южного обрамления Сибирской платформы вдоль южного склона Станового хребта, а также кайнозойская складчатость на большей части прибрежной полосы Приморья (кроме юга) и на Сахалине [65]. Горные системы имеют в основном выраженное северо-восточное направление вдоль побережий морей; северозападные и широтные простирания менее характерны. Складчатые хребты формируют предгорья основных горных систем; вместе с разрозненными очаговыми низкогорьями они ярко выделяются на фоне низкогорного рельефа. Равнины занимают обширные межгорные депрессии вдоль рек и морских побережий, вокруг озёр [351].

Географическая широта, солнечная радиация, циркуляционные процессы, высота над уровнем моря (рельеф) и свойства подстилающей поверхности являются основными географическими факторами, которые формируют климатические особенности территории [23, 157]: расположение на определенной географической широте влияет на радиационный режим, температуру воздуха и суммы атмосферных осадков. Строение рельефа и высота над уровнем моря трансформируют климатические факторы в широтном направлении: радиационный баланс и его составляющие, общие циркуляционные процессы атмосферы, режим метеорологических элементов. Особенности атмосферной циркуляции и дальневосточные муссоны. Как уже отмечалось, расположение на стыке обширного Евроазиатского материка и Тихого океана определяет наличие муссонной циркуляции, которая прослеживается практически до 70с.ш., оказывая влияние на формирование климатов и обусловливая основные синоптические процессы. Распределение областей муссонов и муссонных тенденций носит азональный характер [189, 230, 330].

В соответствии с расчётами индекса муссонности С.П. Хромова [330], представляющего собой полусумму повторяемостей преобладающих направлений ветра в январе и июле, на ДВ выделяется три основные муссонные области (рисунок 2.2а): наиболее устойчивый субтропический к югу от 45с.ш. с индексом устойчивости муссона около 70%; активная область муссонов умеренных широт – в зоне 45-65с.ш. (индекс устойчивости 40–60%) и сравнительно слабый полярный около 70 параллели [66, 230]. Для уточнения границ муссона на ДВ был предложен индекс, суммирующий «ветровой» компонент по Хромову и составляющую по осадкам. Вторая часть представляет собой «процентное соотношение осадков за период с июня по август к годовой сумме за вычетом процентного отношения амплитуд среднемесячных температур воздуха к максимально наблюдённым на Земном шаре амплитудам» [66, с. 126]. В соответствии с суммарным индексом, на севере ДВ и в зоне холода муссонная область исчезает, на побережье морей сохраняется муссонная тенденция; в Приморье центральная и западная часть относятся к территориям с муссонной тенденцией, юг и восточное побережье – к муссонной области (рисунок 2.2б).

В зимний сезон в Восточной Сибири и Монголии формируется область повышенного атмосферного давления; алеутский барический минимум устанавливается над северной частью Тихого океана, в районе Алеутских островов, где основная циклоническая деятельность сосредоточена на тихоокеанском и арктическом фронтах (рисунок 2.3а). Преобладают переносящие континентальный воздух северные направления ветров. Муссонный поток простирается до значительных высот [22, 66, 133, 330].

В зимний сезон в Восточной Сибири и Монголии формируется область повышенного атмосферного давления; алеутский барический минимум устанавливается над северной частью Тихого океана, в районе Алеутских островов, где основная циклоническая деятельность сосредоточена на тихоокеанском и арктическом фронтах (рисунок 2.3а). Преобладают переносящие континентальный воздух северные направления ветров. Муссонный поток простирается до значительных высот [22, 66, 133, 330].

Летом взаимодействие восточной депрессии на материке и тихоокеанского (гонолульского) субтропического максимума определяют развитие синоптических процессов на полярном и арктическом фронтах; при этом преобладает перенос на континент влажного морского воздуха (рисунок 2.3б) [133]. Летний муссон состоит из двух стадий [296]: в первой половине лета холодные влажные воздушные массы распространяются юго-восточными ветрами с термически холодной поверхности океана, на побережье характерны туманы и моросящие осадки; во второй тёплый морской воздух из более низких широт переносит на континент обильные летние осадки.

Пространственно-временная характеристика биоклимата на мезо- и микроуровнях

Приводится размерность представления результата: в идеальном варианте это градусы Цельсия (С); также могут быть единицы измерения энергетических величин, единицы измерения термоизоляционных свойств одежды, уровни напряжения терморегуляторного аппарата (Приложение 2, таблицы 1–4; Приложение 3, таблицы 1–2), баллы шкал тепловых ощущений при оценке климатической комфортности (таблица 1.3; Приложение 2, таблицы 1–4).

Анализ всех биоклиматических индексов позволяет выделить из всей их совокупности классы по разным показателям. Если за основу классификации взять диапазон оцениваемых температур, то больше половины индексов используется для характеристики тёплых погод, около 35 % для всех возможных температур и только около 15 % – для холодных условий.

По показателю учёта уровня активности можно сказать, что больше половины всех индексов рассчитывается для активного состояния человека, одна треть – для пассивного и около 13 % – для обоих уровней активности. Выделяются две большие группы по признаку относительности. Бльшая часть индексов относится к абсолютным; меньше 10 % – к относительным, за которыми остаётся преимущество, т.к. они могут использоваться для целей сравнения разных климатов, т.е. характеризуют контрастность условий окружающей среды. По показателю использования при разработке индекса модели теплового баланса всю их совокупность можно разделить на примерно две одинаковые группы. Около 60 % при разработке прошли проверку на валидность.

Более двух третей всех рассматриваемых методов оценки теплового состояния человека рассчитаны для характеристики нагрузки окружающей среды, и около 30 % – для физиологического напряжения организма.

Разнообразны индексы по количеству параметров, используемых при вычислении. Меньше одной пятой из них входят в группу простых биоклиматических индексов, т.е. рассчитываемых по двум и менее метеовеличинам: температуре воздуха или температуре и ветру для холодных условий и температуре и влажности – для тёплого времени года. Среди индексов, разработанных для оценки физиологического напряжения, есть такие, в которых используются только физиологические величины, взятые из лабораторных и экспериментальных исследований.

Отдельно можно сказать о том, что при классификации методов, используемых для описания теплового состояния человека, находящегося под влиянием окружающей среды, выделяется небольшая группа таких, которые одновременно характеризуют и степень изменчивости метеорологических факторов, т.е. оценивают влияние погоды на возникновение патологических реакций метеочувствительных людей, – это в основном разработки учёных из России. Выявлено также несколько индексов, учитывающих при расчёте степень акклиматизации человека к данным метеоусловиям.

В результате критического рассмотрения всех биоклиматических индексов и ранжирования по перечисленным показателям нами предложена их новая классификация [450], состоящая из 8 разных по уровню сложности классов (таблица 3.1). На рисунке 3.3 представлена диаграмма количественного распределения всех биоклиматических индексов с разбиением их по выделенным классам.

В первый и второй классы сгруппированы индексы – параметры атмосферы, измеренные с помощью простых (B) и сложных (A) приборов: сухого и смоченного термометров и приборов-симуляторов (кататермометр, эвпатоскоп и др.). В следующий класс вошли индексы, полученные как алгебраические комбинации метеопараметров (C), такие, например, как широко используемые в России индекс жёсткости погоды Бодмана и его модификация – индекс Осокина и др. Всего эти индексы составляют около 25 % от общего количества. Далее выделены индексы, полученные эмпирическим путём (классы D, E), их не так много – меньше 20 %. Больше всего балансовых индексов (в сумме более 40 %), основанных на использовании уравнения теплового баланса (классы F, G). Четыре последние класса разбиты на описывающие нагрузку окружающей среды (классы E, G) и индексы физиологического напряжения организма, наблюдаемого при воздействии среды на организм (классы D, F). Выделен также класс специальных индексов (H), например, для определения адаптационного напряжения при оценке погодно-климатических контрастов (рисунок 3.3).

Итак, все биоклиматические индексы разбиты на классы и сведены в алфавитном порядке по классам в единую таблицу, содержащую информацию по каждому индексу по 9 основным показателям (таблица 3.1). Такое разбиение позволяет достаточно легко перейти к следующему очень важному шагу – ранжированию индексов внутри каждого класса.