Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы 6
1.1. Прирост растений как объект мониторинга изменений климата .. 6
1.2. Строение и структура дерева 8
1.3. Рост дерева 16
1.4. Влияние экологических факторов нарост дерева 29
Глава 2. Методология и исходные данные 46
Глава 3. Долговременные характеристики температуры в приповерхностном слое воздуха и осадков на двух исследованных экополигонах. 63
Глава 4. Взаимосвязь межгодовых колебаний прироста и аномалий климатических переменных 69
Выводы 82
Литература 83
- Прирост растений как объект мониторинга изменений климата
- Методология и исходные данные
- Долговременные характеристики температуры в приповерхностном слое воздуха и осадков на двух исследованных экополигонах.
Введение к работе
Актуальность темы.
Антропогенное воздействие физической и химической природы на экологические и климатическую системы достигло в наши дни значительного масштаба. В частности, меняются долговременные значения таких переменных, как температура приземного воздуха, количество осадков, их распределение в пространстве и во времени, что отмечено во Втором и Третьем оценочных докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата - МГЭИК [146, 147, 148, 149]. Обеспокоенность этими масштабными изменениями состояния атмосферы и климата привела к поиску, обоснованию и внедрению в практику мониторинга ряда новых биотических показателей. Однако один из основных вопросов, связанных с оценкой опасности изменения климата, все еще не решен, а именно, насколько существенны с экологической точки зрения последствия наблюдаемых и прогнозируемых изменений климата? Для ответа на этот вопрос необходимо, прежде всего, создать методы и провести оценку климатической составляющей изменчивости важнейших экологических процессов, что даст информацию об их чувствительности к изменению климата. Это в полной мере относится к лесным ресурсам, в частности, к базисному процессу - к приросту леса.
Данная работа посвящена одной из проблем данного направления - исследованию и оценке климатогенной составляющая прироста ювенильных растений сосны обыкновенной Pinus sylvestris L.
Цель работы
Цель работы состоит в выявлении в локальном масштабе (1 - 10 км) и оценке составляющей межгодовых колебаний прироста по высоте ювенильных растений сосны обыкновенной, обусловленных колебаниями суммы осадков и температуры в приповерхностном слое воздуха.
Задачи исследования.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
обоснован и осуществлен выбор двух модельных древостоев пространственного масштаба 1 -10 км в регионе Поволжья;
оценены особенности и степень сходства климатических условий мест их расположения;
проанализирован ход прироста по высоте ювенильных растений сосны обыкновенной для двух выбранных модельных древостоев;
оценены коэффициенты корреляции годичного прироста по высоте ювенильных растений сосны с аномалиями метеорологических переменных (суммы осадков и температуры в приповерхностном слое воздуха) месячного разрешения;
выделены общие для выбранных древостоев климатические факторы формирования годичного прироста ювенильных растений сосны по высоте.
Научная новизна работы.
Для древостоев, расположенных вблизи южной границы ареала Pinus sylvestris L. на Европейской территории Российской Федерации впервые оценена в локальном масштабе (1 - 10 км) составляющая межгодовых колебаний прироста ювенильных растений сосны обыкновенной по высоте, обусловленных колебаниями суммы осадков и температуры в приповерхностном слое воздуха.
Соискатель выносит на защиту:
Результаты измерений временного хода прироста по высоте ювенильных растений сосны обыкновенной в двух выбранных модельных древостоях.
Обобщенные оценки межгодовых колебаний прироста по высоте ювенильных растений сосны обыкновенной, построенные по результатам этих измерений.
Количественные характеристики взаимосвязи межгодовых колебаний прироста по высоте ювенильных растений сосны обыкновенной (по отношению к линии возрастного тренда) с аномалиями метеорологических переменных - значениями месячной суммы осадков и среднемесячной температуры в приповерхностном слое воздуха для вегетационного периода текущего и предыдущего годов.
Практическое значение.
Полученные результаты позволяют оценить степень влияния межгодовых изменений климатических переменных - месячной суммы осадков и среднемесячной температуры в приповерхностном слое в различные месяцы текущего и предыдущего вегетационных периодов - на межгодовые колебания прироста по высоте ювенильных растений сосны обыкновенной. Эта информация, характеризующая чувствительность прироста сосны к изменению климатических переменных, может быть использованы как входная в моделях последствий изменения климата для экосистем и лесных ресурсов.
Внедрение.
Результаты исследования по теме диссертации были использованы и используются:
при выполнении темы Плана НИР Росгидромета 1.4.2.26 «Оценка состояния, тенденций и динамики изменения фонового и трансграничного загрязнения атмосферного воздуха. Обеспечение выполнения обязательств по международным программам ЕМЕП, ЕАНЕТ, МСП ПКМ»;
при выполнении темы Плана НИР Росгидромета 1.4.2.32 «Комплексная оценка состояния, тенденций и динамики изменения загрязнения природной среды Российской Федерации».
Публикации.
Основные результаты диссертации опубликованы в 6 научных трудах соискателя.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации представлялись на научных семинарах Института географии РАН, Института глобального климата и экологии Росгидромета и РАН, Московского государственного университета леса (МГУЛ), а также на следующих научных конференциях:
Всемирная конференция по изменению климата, Москва, Россия, 29 сентября - 3 октября 2003 г.;
Всероссийское совещание «Дендрохронология: достижения и перспективы», Красноярск, 27-30 октября 2003 г.;
Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава и аспирантов МГУЛ по итогам научно-исследовательских работ за 2004 год, Москва, 2 февраля 2005 г.;
Международная научно-практическая конференция «Лесопользование, экология и охрана лесов: фундаментальные и прикладные аспекты», Томск, 21-22 марта 2005 г.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из Введения, 4 глав и Выводов. Работа изложена на 97 страницах,
содержит 1 схему, 6 рисунков, 5 таблиц. Список литературы содержит 177 наименований.
Прирост растений как объект мониторинга изменений климата
Антропогенное воздействие физической и химической природы на геофизические среды (атмосферу, гидросферу, литосферу) и биосферу достигло в конце XX века глобального масштаба. Достаточно упомянуть об изменении химического состава атмосферы и об изменении климата [50]. Как и сами воздействия, эти изменения многофакторные. В атмосфере в континентальном и глобальном масштабах меняются концентрации диоксида углерода, озона, метана, закиси азота, оксидов азота и серы, тяжелых металлов, некоторых органических соединений. Климат претерпевает изменения в отношении таких параметров, как температура приземного воздуха, осадки, их распределение в пространстве и во времени, приземный поток солнечной радиации и его спектральный состав, частоты экстремальных климатических явлений [146,147].
Обеспокоенность этими крупномасштабными изменениями состояния атмосферы и климата привела, в том числе, к формированию и введению в действие специальных программ мониторинга состояния атмосферы и климата [174, 163]. Получаемые в ходе этих наблюдений и измерений данные являются основанием для оценки текущего состояния атмосферы и климата, а также тенденций его изменения во времени и в пространстве [64, 65,115, 157, 169; 170].
Следует, однако, иметь в виду, что правильная оценка значимости и опасности упомянутых изменений в составе атмосферы и в климате невозможна без учета их последствий для важнейших реципиентов - объектов воздействия этих изменений, прежде всего, человека, экосистем и социально-экономических систем. Ведь последствия даже заметных изменений в содержании определенных веществ в атмосфере могут для ряда реципиентов быть весьма малыми или вовсе отсутствовать. Так, например, с доиндустриальных времен до 1992 г. концентрации закиси азота N2O и метана СНЦ в атмосфере существенно возросли - с 275 ppbv до 311 ppbv для N2O и с 700 ppbv до 1714 ppbv для СРЦ [145]. Однако никаких непосредственных воздействий на продуктивность наземных растений это не оказало, данные газы нефитоактивны. Кроме того, изменения в составе атмосферы по некоторым веществам могут оказывать разнонаправленные воздействия на продуктивность растений. Например, антропогенное увеличение концентрации СОг с 280 до 355-365 ррт за последние 100-150 лег должно оказывать стимулирующее воздействие на рост наземных растений. Положительный эффект составляет в среднем примерно 10 %. В то же время антропогенное увеличение концентрации озона в приземном слое атмосферы в ряде районов Западной и Центральной Европе до уровня 50 - 60 ppbv (доиндустриальный уровень - 25 ppbv) вызывает снижение продуктивности наземных растений в среднем при 7 мерно на 10 % [115]. Таким образом, эффекты подобных заметных изменений в составе атмосферы в некоторых районах Европы уравновешивают друг друга, и никаких последствий для наземных растений фактически не возникает.
Приведенные выше примеры показывают, насколько важно мониторинг собственно физических и химических параметров состояния атмосферы и климатических параметров дополнить мониторингом состояния непосредственно важнейших реципиентов воздействия. Именно по реакции объектов воздействия можно судить о благоприятных или же неблагоприятных тенденциях в состоянии атмосферы и климата, а также оценивать степень их критичности. Эта идея была успешно реализована на материале лишайников, которые демонстрируют большую чувствительность не только к загрязнению атмосферы, но и к изменениям климата. Эпифитные и эпилитные лишайники успешно используются для оценки изменений состояния природной среды и климата по биологическим показателям в различных системах мониторинга [51, 108, 160, 161,162, 175].
Однако лишайники являются весьма чувствительным, но не самым важным в био-гехимическом смысле элементом биосферы. Являясь эффективным инструментом раннего обнаружения изменений климата и уровня загрязнения атмосферы, они не могут в полной мере служить биологическими показателями нарушений крупномасштабных биогеохимических процессов. Для биологической оценки последних очевидно более перспективными являются показатели биопродукции и состояния древесных растений [65, 142, 159], в частности, прирост растений [83, 115, 166,]. Эти показатели напрямую связаны с потоками макроэлементов из косного компонента экосистем в живой компонент. Известно, что прирост растений изменяется под воздействием многих из упомянутых выше факторов, в том числе, при изменениях концентраций СС 2, Оз, SCh в атмосфере и при изменениях климата (температуры, осадков, ФАР - фотосинтетически активной радиации). Кроме того, помимо биогеохимической значимости мониторинг по показателям прироста общей биомассы или биомассы частей растения (корней, ствола, листьев/хвои, репродуктивных органов) и прироста их линейных размеров (высоты, длины ветвей, диаметра ствола) дает информацию о биологических ресурсах - сельскохозяйственной продукции и продукции древесины. Таким образом, использование прироста растений для мониторинга состояния природной среды целесообразно как в биогеохимическом плане, так и в ресурсном. В данной работе мы для условий России ограничимся рассмотрением такого показателя, как прирост древесных растений.
Выбор в качестве объекта исследований сосны обыкновенной обусловлен тем, что на территории РФ существует довольно ограниченная группа пород древесных растений, дающих только один визуально различимый годичный побег за вегетационный сезон. Аномальные побеги, формирующиеся в конце лета.
У некоторых деревьев в конце вегетационного периода наблюдается аномальный взрыв побегообразования из только что сформированных почек, которые должны были бы раскрыться на следующий год. Позднеосенние побеги бывают двух основных типов: ива-новы побеги, появляющиеся из терминальной почки, и пролептические побеги, образующиеся за счет пробуждения боковых почек у основания терминальной почки. На одном и том же дереве могут быть побеги только одного вида - Ивановы или пролептические, либо появляются и те и другие вместе. Они могут быть короче или длиннее побегов, появляющихся в первый ранний период побегообразования. Аномальные позднесезонные побеги характерны для многих голосеменных и покрытосеменных. Они обнаружены у Quercus, Fagus, Carya, Alnus, Ulmus, Pinus, Pseudotsuga.
Формированию Ивановых и пролептических побегов часто способствуют обильные осадки в конце вегетационного периода. Но способность к образованию этих побегов находится под строгим генетическим контролем. Ивановы и пролептические побеги не всегда достаточно зимостойки, поэтому они часто повреждаются зимой. Такие побеги могут стать причиной неправильного формирования ствола. Раздвоение ствола вызывается появлением пролептических побегов. При формировании на одной и той же ветви Ивановых и пролептических побегов между ними возникает конкуренция за приоретет в апикальном доминировании.
Методология и исходные данные
Методы оценки таких показателей состояния древесных растений, как площадь поперечного сечения ствола, высота дерева и объем древесины, обоснованы и методически обеспечены в классических работах лесоводов [5, 6, 71, 73, 138, 144]. Именно лесотакса-ционные измерения, широко осуществляемые на регулярной основе в РФ в системе лесного хозяйства, являются наряду с результатами исследовательских работ основой для оценки состояния лесного фонда. Огромную роль в лесоведении и лесоводстве играет такой информационный продукт, как таблицы хода роста деревьев [74, 122], которые, в частности, являются основой для оценки бонитета деревьев.
Однако все эти измерения в основном направлены на изучение состояния определенного древостоя (или типа древостоев) во времени с целью определения динамики запаса древесины. Переменные состояния дерева, например, высота или же годичный прирост по высоте имеют выраженный временой ход. [5]. Этот временной ход сам по себе не имеет отношения ни к изменению состава атмосферы, ни к изменению климата, поскольку имеет возрастное происхождение и связан с внутренними закономерностями роста деревьев. Атмосферные и климатические факторы могут лишь его модифицировать, т. е. изменять его характер. Кроме того, таксационные измерения достаточно трудоемки, а в ряде случаев сопряжены с рубкой модельных деревьев для обеспечения расчетов объема древесины необходимой информацией [138]. Это делает проблематичным использование таких методов для мониторинга крупномасштабных изменений прироста древесных растений, вызванных изменениями климата и состава атмосферы. Ведь такие оценки являются по определению оценками изменений средних значений измеряемого показателя по большим территориям. Упомянутые выше методы слишком трудоемки и дороги, чтобы осуществлять массовые измерения, обеспечивающие достаточную точность средних, лишь в целях мониторинга состояния атмосферы и изменения климата, особенно при экономических реалиях современной России. Применение этих методов также затруднительно на территориях, имеющих природоохранный режим, в частности, в заповедниках, где невозможно применение "разрушающих" методов мониторинга. А ведь природные заповедники - основные элементы сетей фонового мониторинга в РФ. Весьма эффективным методом оценки состояния и продуктивности лесных экосистем является дистанционный метод с использованием спутниковых и самолетных данных [158, 172, 173]. Однако с помощью этих методов можно получить лишь средние оценки первичной продукции надземной части всей лесной экосистемы, а не какого-то конкретного слоя, например, яруса. Это неизбежно снижает разрешающую способность метода. Кроме того, на эту оценку оказывают большое влияние неклиматические факторы, например, поражения от листо- и хвоегры-зущих насекомых. В дистанционном режиме невозможно выбрать для анализа неповрежденные деревья. Это затрудняет выделение последствий изменения климата и/или химического состава приземного слоя атмосферы по данным дистанционного мониторинга.
Наиболее обоснованным и популярным методом, применяемым для исторического мониторинга прироста деревьев, является дендрохронологический метод [11, 12, 20, 21, 22, 77, 99, 126, 167]. Колебания радиального прироста деревьев вокруг линии тренда, связанного с возрастом дерева и факторами конкуренции деревьев, часто являются климато-генными [22, 150, 167]. Метод этот является "неразрушающим", не требует рубок модельных деревьев. Однако применимость и этого метода для наших целей является ограниченной по следующим двум причинам. Во-первых, он весьма трудоемок в поле и требует дорогого оборудования для дальнейшего считывания информации с кернов, отобранных приростным буравом. Это препятствует массовым измерениям, необходимым для осуществления крупномасштабного мониторинга. Во-вторых, при отборе кернов последние примерно пять годичных колец часто деформируются, что осложняет анализ среднесрочной динамики радиального прироста.
Использованная методика оценки климатогенных колебаний прироста
Приведенные выше ограничения возможностей применения существующих лесо-таксационных и дендрохронологических методов в мониторинге крупномасштабных изменений состава атмосферы и изменений климата и их экологических последствий побудили СМ. Семенова и А.Е. Кухта в 1998 г. начать разработку иных (хотя и идеологически близких) методов, специально ориентированных на осуществление такого типа мониторинга. В качестве измеряемого показателя решено было использовать годичный линейный прирост, т. е. увеличение высоты дерева или же длины его ветвей за вегетационный период. Необходимо отметить, что изменения основных показателей роста годичных побегов (диаметра и длины) ранее были использованы для характеристики состояния сосновых лесов Кольского полуострова [13]. В указанной работе эти биометрические характеристики были положены в основу распределения древостоев региона по зонам в зависимости от степени поражения двуокисью серы (без учета динамики роста).
Для оценки климатогенной составляющей прироста деревьев по высоте в качестве объектов мониторинга используются ювенильные растения (подрост) не более 3 м высотой. Годичный прирост таких растений по высоте и годичный прирост их ветвей в длину можно измерять непосредственно в полевых условиях. Выбор в качестве объекта для из 48 мерения сосны обыкновенной обусловлен следующим. На территории России существует довольно ограниченная группа пород древесных растений, дающих только один визуально различимый годичный побег за вегетационный сезон. В этот круг входят сосна обыкновенная Pinus sylvestris L., клен платановидный Acer platanoides L. и береза повислая Betula pendula Roth. [17, 18]. Мы остановили свой выбор на сосне обыкновенной по причине ее весьма широкой распространенности на территории страны.
Ряд последовательных годичных сегментов сосны обыкновенной содержит информацию о межгодовой естественной изменчивости линейного прироста - прироста ствола по высоте или же ветвей в длину. В данной работе рассмотрение ограничивается годичными побегами (т.е. междоузлиями) стволика. При этом изучается не собственно годовой прирост, а его отклонения от линии возрастного тренда.
На этих отклонениях сказывается влияние как микромасштабных факторов (в частности, микроклимата, местных географических условий в точке произрастания растения), так и локальных факторов масштаба 1-10 км. В естественных условиях в качестве таких факторов могут действовать, в основном, местный климат и гидрологические условия. В целях выявления вклада местных климатических факторов (что собственно, и является целью данного исследования) в работе изучаются не показатели прироста отдельного растения, а их средние характеристики по экополигонам - пространственным единицам линейного размера 1-Ю км.
Экополигон обычно представляет собой лесопокрытую территорию, по площади эквивалентную квадрату со стороной несколько километров, достаточно однородную в экологическом отношении, на которой хорошо представлены определенный биотоп и страта деревьев сосны обыкновенной. Внутри экополигона случайным образом выбираются пробные площади для проведения измерений. На этих пробных площадях также случайным образом выбираются экземпляры ювенильных деревьев (подроста) сосны, подлежащие измерению. Они должны быть без видимых механических повреждений, без явных следов усыхания или же других аномальных особенностей.
Для каждой из выбранных площадок делается простейшее геоботаническое описание, документируется ее ориентация (по румбам), а для каждого из выбранных деревьев -условия освещенности (качественно - «в тени» или «на свету») и высота стволика. Документируются результаты измерений всех годичных междоузлий ствола, начиная с последнего (верхнего) и до первого неразличимого по каким-либо причинам. Работа осуществляется группой из двух сотрудников, один из которых производит измерения мерной лентой с сантиметровыми делениями шкалы, а другой заносит результаты в полевую ведомость. Высота дерева измеряются в сантиметрах по прямой, а длина междоузлий - в миллимет 49 pax. Значения этих переменных документируются в сантиметрах или миллиметрах соответственно.
Измерения годичного линейного прироста у ювенильных растений сосны обыкновенной проводились автором в 2002-2003 гг. на двух экополигонах, заложенных на территории Междуреченского лесничества Никольского лесхоза Пензенской области (5340 с.ш. 46 в.д.), а также на территории Волжско-Камского государственного природного заповедника (55 45 с.ш. 49 30 в.д.). Обе территории географически относятся к региону Поволжья, а административно - к Приволжскому Федеральному округу (см. схему 1). По генетической классификации Алисова, базирующейся на закономерностях общей циркуляции атмосферы и на характеристиках теплового баланса, обе территории расположены в Атлантико-континентальной европейской области, в Юго-восточной ее подобласти [4].
Долговременные характеристики температуры в приповерхностном слое воздуха и осадков на двух исследованных экополигонах
По генетической классификации Алисова, базирующейся на закономерностях общей циркуляции атмосферы и на характеристиках теплового баланса, оба исследуемых экополигона относятся к одному и тому же таксону: они расположены в Атлантико-континентальной европейской области, в Юго-восточной ее подобласти [4].
Климат здесь умеренно-континентальный. Для этой зоны характерны высокая амплитуда температур, преобладание западных ветров, интенсивная циклоническая деятельность, в связи с чем погода в этих широтах очень изменчива [4, 59].
Лето весьма теплое, средняя температура июля в Татарии (Волжско-Камский заповедник) +20 С, а в южных районах Среднего Поволжья (Междуреченское лесничество) + 22 С. Максимум температуры приближается к +40 С, а на юге даже 50 С. Осадки выпадают в количестве не меньшем того, что может испариться (в июле, наиболее дождливом месяце, на Средней Волге выпадает 60 мм).
Однако на Средней Волге при свойственной данной подобласти величине инсоляции (при невысокой облачности и значительной сухости воздуха), увлажнение почв приближается к нижнему пределу достаточного для древесных растений. При этом относительная влажность к концу весны спускается до 44% (в Казани) и еще существеннее снижается во вторую половину лета [4].
Заповедник находится в Предкамье, климат которого характеризуется как умеренно континентальный, с резкими колебаниями температуры и неравномерным выпадением осадков. Безморозный период продолжается в среднем 128 дней. В год выпадает в среднем 552,1 мм осадков, преимущественно в теплый период (апрель-октябрь) — 319,4 мм. Среднегодовая температура 3,1 С, средняя самого теплого месяца (июля) 23,8 С, самого холодного (января) —19,3 С. Абсолютный минимум — 48 С (в январе 1979 г.), максимум 36,2 С (в июле 1981 г.). Средняя продолжительность устойчивого снежного покрова — 146-147 дней, вегетационного периода— 162-175 дней. [31, 57].
Климат на территории Пензеской области умеренно-континентальный, с теплым летом и умеренно холодной зимой. Сезоны хорошо выражены. Зима наступает в третьей декаде ноября и длится более четырех месяцев. Среднемесячная температура января в районе западных участков заповедника (г. Пенза) равна -12,1 С, восточных (г. Кузнецк) -13,3 С. Вторжение арктических ветров изредка приводит к резкому снижению температуры до - 40 С (абсолютный минимум в г. Пенза наблюдался в январе и был равен - 43,3 С). Снежный покров устанавливается в конце ноября, а его разрушение происходит в первой декаде апреля. Продолжительность безморозного периода 128-130 дней. Лето длится в среднем 95-100 дней. Среднемесячная температура июля в районе г. Пензы + 19,8 С, а в районе г. Кузнецка +19,2 С. Абсолютный максимум в июле +380 С. Среднегодовое количество осадков в районе г. Пензы 666 мм, в г. Кузнецке - 627 мм. Годовое количество осадков составляет 490 мм, в том числе за теплый период 225-250 мм. Высота снежного покрова в среднем 65 см [57, 105].
Вегетационный период начинается в Пензенской области в последних числах апреля или в первой пятидневке мая и заканчивается в 20-х числах сентября. Средняя продолжительность его составляет 135 -145 дней. Различия в приведенном интервале связаны с некоторым увеличением периода с севера к югу и сокращением его на возвышенностях. В пределах вегетационного периода бывают еще заморозки.
В качестве удобного показателя тепловых ресурсов вегетационного периода в настоящее время применяют суммы средних суточных температур за весь период, когда они устойчиво держатся на уровне 10 и выше. Применение этого показателя целесообразно потому, что активная вегетация большей части растений происходит лишь в условиях указанного теплового режима.
Средние многолетние значения температур вегетационного периода в пензенской области составляет 2200-2500. Суммы в среднем увеличиваются с севера на юг. Но эта закономерность сильно осложнена влиянием высоты на уровнем моря. На возвышенностях суммы температур ниже, чем на низинах, вследствие существующей в тропосфере общей закономерности понижения температуры с высотой. Разности высот обуславливают различия в величине сумм температур на одной и той же параллели в пределах нашей территории до 100 - 150 . в связи с этим восточная часть, наиболее возвышенная, часть области обладает наименьшими тепловыми ресурсами.
Существенное влияние оказывают формы рельефа, экспозиция и крутизна склонов. Наибольшие суммы температур характерны для сухих южных склонов. Они имеют повышенные величины радиационного баланса при относительно меньшем расходе тепла на суммарное испарение в середине и во второй половине лета. Разности сумм температур между южными и северными склонами при крутизне их 10 достигает 100-120 . с увеличением крутизны до 20 эти различия тоже удваиваются. В разные годы суммы температур испытывают существенные отклонения от средних величин.
В увлажнении вегетационного периода принимают участие осадки всего года, так как влага, накопленная в почве осенью и от тающего снега весной, в значительной степени используются в этот период. Средние количества осадков на большей части области составляют слой 600- 650 мм, снижающийся кое-где до 550 мм, и достигающий на некоторых возвышенностях почти 700 мм. Это связано с общей закономерностью уменьшения количества осадков в южной половине Русской равнины с северо- запада к юго-востоку и с влиянием рельефа. Последнее сказывается гораздо сильнее. Поэтому основные различия в суммах осадков обусловлены рельефом. В Пензенской области на каждые 100 м поднятия местности наблюдается увеличение годовой суммы осадков на 13 -14 %. Указанное влияние рельефа на осадки обусловлено тем, что для их образования необходимо восхождение воздуха, которое сопровождается его охлаждением и конденсацией содержащегося в нем водяного пара. Над возвышенностями восходящее движение воздуха усиливаются, так как потоки его вынуждены подниматься при их переваливании. Кроме, того нижние слои потоков воздуха испытывают повышенное трение о пересеченную поверхность возвышенностей, а так же неравномерное нагревание над склонами разной экспозиции. В связи с этим в потоках воздуха возникают и усиливаются вихри, способствующие нарушению равновесия в атмосфере и развитию в нем восходящих движений. Над крупными понижениями, наоборот, происходит некоторое опускание потоков воздуха, ослабляющее процессы конденсации и образование осадков. Имеет значение и то, что над низинами удлиняется путь дождевых капель в воздухе и до достижения поверхности почвы они успевают больше испариться, чем над возвышенностями. Все это и создает те различия в суммах, которые характерны для нашей области с ее сложным рельефом.
Большой интерес представляют осадки, выпадающие за вегетационный период. Они мало участвуют в образовании стока и своим количеством и регулярностью в основном определяют режим увлажнения этого периода. Количество осадков этого периода в большей части территории превышает 250 мм. На некоторых возвышенностях в северной половине ее они достигают 290-300 мм и даже более.
На возвышенностях осадков больше, а суммы температур вегетационного периода меньше, чем в низинах. Поэтому возвышенности лучше увлажнены, хотя с их поверхности и больше воды идет на сток. Вообще же увлажнение зависит от многих местных факторов, связанных с формами рельефа, экспозицией и крутизной склонов, особенности почво-грунтов.
