«Ветер крепчает»: моделирование скорости ветра при формировании объяснительных моделей системы расселения
И.В. Чечушков*, И.А. Валиахметов**
*Институт истории и археологии УрО РАН, Екатеринбург
**Челябинский государственный историко-культурный заповедник «Аркаим», Челябинск
DOI: 10.25681/IARAS.2021.978-5-94375-342-8.21
1. Введение. Ветер редко рассматривается в качестве фактора, влияющего на выбор места для проживания. Однако для многих доисторических коллективов, в особенности населявших открытые ландшафты, ветер мог являться важной составляющей повседневного опыта. Так, в широтах к северу от 30° преобладают ветра западного переноса, напрямую влияющие на климатические условия в северном полушарии, принося осадки, которые влияют на температурный режим и вызывают катастрофические последствия в виде штормов или ураганов. В высоких широтах, севернее 50° с.ш., дополнительным фактором является жесткость погоды, т.е. вклад ветра в охлаждение или обморожение при отрицательных температурах. Мы предполагаем, что на открытых ландшафтах северных широт люди могли целенаправленно селиться в защищенных от ветра местах для минимизации его негативных последствий. Поэтому моделирование поведения ветра на конкретном рельефе может способствовать пониманию мотивации доисторических коллективов при выборе места для поселения.
В качестве модельных в этой работе привлекаются южноуральские городища позднего бронзового века (кал. 4000–3700 л.н.). К настоящему времени известно 25 поселений синташтинско-петровского типа, находящихся в центре большого пояса евразийских степей между 50° и 55° северной широты. Обычно памятники локализуются в чашевидных долинах, на берегах степных рек Уральского и Тобольского бассейнов. Как правило, поселение окружено рвом, глубиной не более 2 м, и обваловкой, с высотой в древности до 3 метров. Внутри обводной стены располагаются жилищно-хозяйственные постройки, при этом их внутренние стены совмещены, что значительно увеличивало плотность населения. Синташтинско-петровские памятники определяются как городища в силу существования замкнутых обваловок и кольцевых рвов, а предложенные интерпретации предполагают их использование как крепостей, сакральных поселков металлургов, ритуальных центров и даже в качестве квазигородов [Зданович, 1995; 1997; Зданович, Батанина, 1995; Виноградов, 2011]. С другой стороны, существуют гипотезы, объясняющие городища адаптацией к окружающей среде [Анисимов, 2009], а также упоминания о локализации поселков с учетом ветрозащиты [Зданович, Батанина, 2007].
Мы предлагаем проверить гипотезу о том, что синташтинско-петровские поселки функционировали прежде всего как искусственные экологические ниши для обеспечения выживания коллектива и защиты домашнего скота в условиях суровых уральских зим. Эта версия объясняет необходимость как скученного проживания, так и возведения окружных стен, при этом оставляя окно и для других вариантов (например, защиту на случай военной угрозы). Если гипотеза верна, то ров вокруг жилой площадки служил для канализации сезонных вод, а стена – для защиты от зимнего ветра и снега и последствий катастрофических паводков.
В качестве одного из способов проверки этой гипотезы может служить ГИС-моделирование ветровых условий вмещающего рельефа. Из 25 синташтинско-петровских поселений для анализа было отобрано 22 памятника степной зоны, где климатические условия представляются сопоставимыми. Для каждого из поселений было выполнено компьютерное моделирование скорости ветра при разных направлениях и сезонных скоростях. Анализу полученных данных посвящена эта работа.
2. Методика и исходные данные. На первом этапе произведен картографический анализ местоположения памятников, который включает сравнение абсолютной высоты расположения памятника с минимальной, средней и максимальной высотой в окружающем рельефе с привлечением описания топографии в литературе [Зданович, Батанина, 2007]. Цель данного анализа заключается в определении преобладающей тенденции в локации поселений с точки зрения окружающего ландшафта. В качестве источника данных о высотах служат спутниковые цифровые модели рельефа STRM3.
Второй этап исследования – это сбор контрольных данных для проверки компьютерных моделей. Для этого в 2019 г. были осуществлены натурные исследования на 11 из 22 изучаемых синташтинско-петровских памятников: Аркаим, Берсуат, Журумбай, Каменный Амбар, Кизильское, Куйсак, Левобережное, Сарым-Саклы, Синташта, Степное и Черноречье III. Полевые исследования проводились в июне (Аркаим, Каменный Амбар, Левобережное), августе (Журумбай, Синташта, Черноречье III) и октябре (Берсуат, Кизильское, Куйсак, Сарым-Саклы, Степное). Замеры ветра были сделаны с помощью портативного анемометра (максимальная скорость ветра, зарегистрированная в течение двухминутного наблюдения) в дневное и вечернее время с 11-00 до 20-00 часов по местному времени. Данные полевых наблюдений приведены в Приложении 1.
На третьем этапе осуществляется моделирование ветровых условий рельефа для каждого из 22 поселений. Палеоклиматические реконструкции для центрально-евразийской степи говорят о схожих или более холодных условиях в прошлом, позволяя экстраполировать данные современных метеорологических наблюдений на прошлое [Таиров, 2003; Baker et al., 2017; Chechushkov et al., 2021]. Также мы принимаем в качестве допущения, что планетарные условия направления ветра существенно не изменились с момента функционирования поселений до периодов современных наблюдений. Еще одним допущением является предположение о том, что и местные рельефы не претерпели существенных изменений с позднего бронзового века до настоящего времени, что согласуется с представлениями о формировании рельефа в голоцене. Согласно климатическим наблюдениям второй половины XX в., Южное Зауралье характеризуется как ветреная зона (в среднем, здесь 300–320 ветреных дней в году), при этом скорость ветра может достигать штормовых 20–25 м/с (72–90 км/ч). Климат характеризуется как континентальный со средними температурами ниже 0°C зимой и выше +10°C летом. Абсолютный зимний минимальный рекорд составляет -50°C [Левит, 2005].
Современные метеорологические наблюдения служат исходными данными для моделирования локального ветра. Так, для степной зоны Южного Урала существуют данные Аркаимской метеорологической станции, которые включают наблюдения за пять лет – 1998, 2003, 2004, 2007 и 2010 гг. [Кисленко, 2004; 2005; 2008; 2011] (см. Приложение 2). На основании этих наблюдений рассчитаны годовые и сезонные средние значения скорости и направления ветра. Согласно наблюдениям, в изучаемой зоне преобладают ветра западного переноса с доминирующими направлениями с запада (270°), запада-юго-запада (247°), юго-запада (225°) и юга (180°). В зимнее время года преобладают юго-западные и южные ветра. Среднегодовая скорость ветра составляет 3,71±0,1 м/с, средняя летняя скорость – 3,8±0,1 м/с, а зимняя – 3,62±0,1 м/с (см. Приложение 2).
Моделирование направлено на создание карты скоростей ветра в пределах заданного домена в зависимости от ландшафта, преобладающего направления и средней скорости ветра. Карты скорости созданы с помощью программного обеспечения WindNinja 3.6, разработанного Лесной службой США для предсказания поведения пожаров [Forthofer et al., 2009]. Исходными данными для моделирования являются:
1) растр цифровой модели поверхности (ЦМП) с разрешением 30 × 30 м (SRTM3) и площадью 9 кв. км или 36 кв. км;
2) средние значения скорости ветра (3,71 м/с – среднегодовая, 3,8 м/с – летняя, 3,62 м/с – зимняя) на высоте 10 м;
3) направление ветра (270°, 247°, 225°, 180°) с учетом численно преобладающих ветров (225°, 180° – среднегодовые, 270°, 247° – летние, 225°, 180° – зимние) (рис. 1);
4) алгоритм моделирования программы WindNinja “Conservation of Mass”, покрытие “grass”, вводные параметры “Domain Average Wind”.
Результатом моделирования является карта скорости ветра, на которой каждой ячейке растра ЦМП соответствует рассчитанное значение скорости ветра. Карты представлены в векторном формате как точки с координатами в центре каждой из 30-метровых ячеек, которым также соответствуют значения скорости и направления. При этом ветровые потоки смоделированы как для высоты 10 м (как при наблюдении на метеостанции), так и для высоты 1,7 м – условного роста человека, ощущающего ветер на местности. Однако с точки зрения археологического ландшафта конкретные значения существенной роли не играют, так как моделирование в любом случае опирается на усредненные данные современных наблюдений. Важной является идентификация зон, где скорость ветра стремится падать или возрастать в зависимости от заданного направления и рельефа местности.
Векторные карты анализировались в среде QGIS. Для локализации зон пониженной и повышенной скорости модельные значения классифицируются в соответствии с их отношением к среднему значению: показатели, лежащие в пределах одного среднеквадратического отклонения (±1σ), определяются как зоны слабого умеренного и сильного умеренного ветра, а все значения за пределами одной сигмы (±2σ) – как слабого и сильного ветра, соответственно. Затем по полученным картам рассчитаны средние значения ветра (±1σ) в местах локализации изучаемых поселений. Для подсчетов, как правило, выбирались все точки в пределах площадки памятника и прилегающие точки за границами городища.
Итоговые карты ветров ценны, прежде всего, как прогностические модели: они позволяют понять, где на ландшафте можно ожидать более низкой скорости ветра, а где она должна быть выше. В результате можно охарактеризовать всю совокупность синташтинско-петровских поселений с точки зрения их локализации в рельефе по отношению к преобладающим ветрам.
3. Сопоставление модельных результатов с полевыми наблюдениями. Для контроля результатов моделирования проведем сопоставление расчетных значений ветра с наблюдаемыми в округах 11 из 22 исследуемых поселений. При этом возможны два способа: 1) моделирование карты скорости на основе каждого индивидуального наблюдения и 2) расчет коэффициента согласия на основе всей совокупности данных.
Первый способ заключается в том, что наблюдаемые скорость и направление ветра на высоте человеческого роста (1,7 м) в конкретной точке рельефа служат для расчета прогнозной модели всего района, а затем фактическая скорость ветра в точке наблюдения сравнивается со значениями в модели (как среднее четырех ближайших точек). Этим методом было проверено 9 из 11 поселений, где общее количество полевых замеров было от 3 до 12, в зависимости от условий рельефа и возможности наблюдения. Предсказанные значения показали очень высокую степень согласия с измеренными. Во всех случаях значения были либо идентичны, либо отклонялись на 0,1–0,3 м/с. Такие отклонения можно считать незначительными, так как интервалы смоделированных значений скорости во всех случаях были шире (до 3 м/с). Обзорные значения и результаты моделирования сведены в Табл. 1.
Сопоставление измеренных на ландшафте и предсказанных значений на высоте 1,7 м
Берсуат Журумб. Кизил. Куйсак Левобер. Сарым-Саклы Синташта Степное Черн. III 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 4,2 4,2 4,3 4,3 3,7 3,8 5,8 5,8 5,2 5,2 4,6 4,6 4,9 5,0 3,3 3,3 6,4 6,7 3,2 3,2 3,9 3,9 2,8 2,6 4,6 4,6 4,9 5,0 4,8 4,9 7,2 7,1 2,3 2,3 4,6 4,5 4,7 4,7 2,5 2,5 2,0 2,0 4,2 4,2 3,2 3,3 4,2 4,2 5,2 5,1 3,5 3,5 6,3 6,4 2,1 2,1 4,9 4,9 5,3 5,5 7,9 7,8 5,9 5,9 3,6 3,5 2,7 2,6 5,7 5,5 7,1 7,2 2,9 2,9 3,7 3,8 6,4 6,4 5,5 5,3 1,9 1,9 3,2 3,2 8,3 8,6 11,7 11,5 2,9 2,8 7,4 7,4 2,6 2,6 6,4 6,4 6,9 7,0 7,2 7,1 5,4 5,3 В шапке таблицы: 1 – наблюдаемые значения, 2 – прогнозные значения в тех же точках на местности назад
Второй способ применим для зон с большим количеством наблюдений, полученных в течение 2–3 часов. Он заключается в том, что на основе всей совокупности данных определяются средние скорость и направление, которые используются в качестве исходных для моделирования ветра на высоте 1,7 м. Усреднение позволяет получить модель, близкую по содержанию к моделям на основе метеорологических наблюдений, при этом контролируя результат. Правило одной сигмы для наблюдаемых было принято для определения, отличны ли предсказанные значения от наблюдаемых в конкретных точках рельефа. Наиболее объемные данные были собраны в округе поселений Аркаим (81 наблюдение) и Каменный Амбар (23 наблюдения). Для Аркаима коэффициент согласия фактических данных с прогностическими составил 77%, а для Каменного Амбара – 80%. Это позволяет нам утверждать, что рассчитанные модели обладают хорошей прогностической силой и могут быть использованы для объяснения локаций поселений.
4. Описание локальных условий рельефа и результатов моделирования. Рассмотрим локализацию в рельефе каждого из изучаемых памятников, привлекая для анализа литературу [Зданович, Батанина, 2007], цифровые модели рельефа SRTM3 и собственные полевые наблюдения. Модельные значения ветра приведены для зон в пределах 3 км по сторонам света от каждого из поселений (т.е. квадрата со сторонами 6 × 6 км с поселением в центре), так как в большинстве случаев именно эта конфигурация позволяет включить в анализ ветра ближайшие господствующие высоты. Кроме того, сопоставление моделей, где в качестве вводных служит одно и то же направление при разной скорости ветра, продемонстрировало, что карты ветра идентичны, хотя интервалы выходных значений и отличаются. Существенное влияние на итоговые карты, однако, имеет высота вывода: в условиях достаточно плоского степного рельефа, модели на высоте 10 м гораздо более сглажены по сравнению с моделями на поверхности. По этой причине в тексте анализ производится лишь для зимнего ветра доминирующего юго-западного направления на высоте человеческого роста (1,7 м), так как именно этот ветер мог влиять на выбор площадки для проживания зимой.
В Табл. 2 сведены данные об абсолютных высотах (в системе координат WGS84), а также данные о модельной скорости зимнего юго-западного и летнего западного-юго-западного ветра (преобладающие направления) на высоте 1,7 м. Все модельные значения приведены в Приложении 3.
Аландское. Поселение расположено на левом берегу реки Суундук, на «террасовом острове» – останце первой надпойменной террасы, образованной рекой Солончанка при ее впадении в Суундук. Площадка памятника возвышается над урезом воды на 4 м и имеет крутые уступы с северо-запада [Зданович, Батанина, 2007. С. 54]. Правый берег р. Суундук напротив поселения поднимается к северу на 10–12 м на расстоянии от 700 до 900 м от поселения. К югу высота растет плавнее и на расстоянии 1 км увеличивается лишь на 4 м. Река Суундук протекает в широтном направлении, поэтому существенного перепада высоты к востоку и западу от памятника не наблюдается. Абсолютная высота нахождения памятника составляет 297 м, средняя высота в пределах зоны – 303±6 м при максимальных 324 м. Смоделированная скорость юго-западного зимнего ветра для зоны составляет 2,69±0,05, а для площадки памятника – 2,66±0,04. Поселок располагался в зоне слабого умеренного ветра с тенденцией к слабому.
Андреевское. Памятник лежит на террасовом острове, образованном современным руслом р. Синташта, протекающей к югу, и ее обводненной старицей – к северу от поселения. Остров возвышается над современной поймой на 2 м. В южной части острова находится небольшая сопка высотой около 5–6 м. В округе памятника простирается пологоволнистая равнина с вершинами до 25–30 м [Зданович, Батанина, 2007. С. 60]. В пределах изучаемой зоны высота растет с 256 м до 289 м, а среднее составляет 271±6 м. Памятник находится на абсолютной высоте 262 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,05 м/с, а для площадки памятника – 2,68±0,04 м/с. Поселок располагался в зоне слабого умеренного ветра с тенденцией к слабому.
Аркаим расположен на левом берегу р. Большая Караганка при ее слиянии с р. Утяганка на мысу на 3,5–4 м относительно уровня воды. Участок долины, окруженный холмами и увалами, имеет замкнутый чашеобразный характер. Высота постепенно растет на север, восток и юг, набирая примерно 3 м через каждые 500 м от памятника, и медленно понижается к западу, так как водораздел делит долину на западную и восточную части. В 1 км к западу от поселения находится палеовулкан «Огненный», состоящий из двух вершин высотой 330 и 350 м над уровнем моря, или 28 и 48 м над долиной, соответственно. Средняя высота в пределах зоны составляет 326±14 м, а поселение находится на высоте 312 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,68±0,06 м/с, а для площадки памятника – 2,68±0,03 м/с. При этом минимальное значение составляет 2,1 м/с, а максимальное – 3,4 м/с. Поселок располагался в зоне умеренного ветра, при этом на близлежащих высотах ветер достигает гораздо более высоких значений.
Бахта. Поселение находится на левом берегу р. Гумбейка, на мысу, образованном при ее слиянии с восточным рукавом р. Бахта. В 1,5 км к востоку от памятника находится гора Острая [Зданович, Батанина, 2007. С. 78]. Ее абсолютная высота составляет 356 м, а высота над памятником – 20 м. Наиболее резко высота изменяется к юго-востоку от поселения, на расстоянии в 1 км набирая 13 м. К северу высота начинает расти на расстоянии в 1 км, где начинается уклон коренного правого берега реки. Здесь высота набирает 350 м уже на расстоянии 1,5 км от поселения. Средняя высота в пределах зоны составляет 347±10 м, а высота поселения – 336 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,05 м/с, а для площадки поселения – 2,69±0,07 м/с. Поселок располагался в зоне умеренного ветра.
Берсуат. Памятник располагается на первой надпойменной террасе левого берега р. Берсуат, в типичной зоне Зауральского пенеплена с пологоволнистым рельефом. Вершины возвышенностей с пологими склонами располагаются на высоте 290–320 м и возвышаются над уровнем долины на 20–30 м. Сопка с высотой 313 м располагается на правом берегу реки в 1 км к югу от поселения [Зданович, Батанина, 2007. с. 69–70]. Минимальная высота в пределах зоны составляет 285 м, максимальная – 318 м. Средняя высота составляет 298±7 м, а высота поселения – 291 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,05 м/с, а для площадки поселения – 2,68±0,05 м/с. Поселок располагался в зоне слабого умеренного ветра с тенденцией к слабому.
Журумбай лежит на первой надпойменной террасе правого берега р. Карагайлы-Аят, напротив устья одноименного ручья, впадающего в реку с ее левого берега. Река рассекает увалистую долину, высоты которой в зоне памятника изменяются от 296 до 353 м над уровнем моря. Высота растет на 10–15 м уже в 500 м к югу от поселения, где возвышаются увалы высотой до 320 м над уровнем моря. К северу берег достигает аналогичной высоты на расстоянии в 1 км от памятника, переходя в пологую равнину, расчлененную глубокими оврагами [Зданович, Батанина, 2007. С. 82]. Абсолютная высота также медленно уменьшается с 310 м на западе до 304 м над уровнем моря на востоке вдоль русла реки. Средняя высота составляет 320±11 м, а высота поселения – 307 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,06 м/с, а для площадки поселения – 2,67±0,04 м/с. Поселок располагался в зоне слабого умеренного ветра с тенденцией к умеренному.
Заречное 4. Памятник находится на левом берегу р. Нижний Тогузак на мысообразном участке первой надпойменной террасы, на высоте 1–1,6 м над урезом воды. Долина реки рассекает с запада на восток слабовсхолмленную равнину с высотами от 248 до 278 м над уровнем моря, при средней высоте 264±5 м. Площадка памятника имеет высоту 255 м над уровнем моря. В районе поселения высота плавно повышается на 10 м на расстоянии 1 км на север и 1 км на юг, при этом без существенных перепадов вдоль русла реки. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,06 м/с, а для площадки поселения – 2,67±0,04 м/с. Поселок располагался в зоне слабого умеренного ветра с тенденцией к слабому.
Исиней является самым восточным из изучаемых поселений и находится на границе двух природных зон: Зауральского пенеплена и Западно-Сибирской низменности. Памятник находится на левом берегу р. Караталы-Аят на останце первой надпойменной террасы, с востока ограниченной русом реки, а с запада – цепочкой карстовых озер, соединенных протоками. Рельеф в районе памятника уплощенный, но изрезанный балками, оврагами и заболоченными котловинами [Зданович, Батанина, 2007. С. 86–89]. Абсолютные высоты изучаемой зоны изменяются от 199 до 232 м над уровнем моря, при средней высоте 219±6 м. Памятник располагается на высоте 207 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,05 м/с, а для площадки поселения – 2,69±0,05 м/с. Поселок располагался в зоне умеренного ветра.
Камысты. Городище находится на первой надпойменной террасе левого берега р. Камысты-Аят. Рельеф представляет собой слабовсхолмленную равнину, пересекаемую долиной реки с востока на запад. В пределах зоны высоты изменяются от 252 до 286 м над уровнем моря, при средней высоте 264±5 м. Площадка памятника имеет высоту 259 м. На расстоянии в 1 км к северу от поселения высота увеличивается до 266 м, а на юге – до 260 м над уровнем моря. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,05 м/с, а для площадки поселения – 2,69±0,06 м/с. Поселок располагался в зоне умеренного ветра.
Каменный Амбар располагается на первой надпойменной террасе левого берега р. Карагайлы-Аят на высоте 291 м над уровнем моря в чашеобразной долине с близким горизонтом на севере, юге и западе. Вмещающий рельеф представляет собой уплощенную рекой долину с сопками и увалами по южным и северным границам. По направлению на север и северо-запад абсолютная высота превышает высоту площадки поселения на 4–8 м уже на удалении в 500 м, а на удалении в 1 км достигает 310 м над уровнем моря. Поскольку река течет на восток, подъема в этом направлении нет, но на противоположном берегу к югу от памятника сопки достигают высоты 330 м над уровнем моря. Минимальная высота в пределах зоны составляет 285 м, максимальная – 365 м, а средняя – 314±15 м над уровнем моря. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,68±0,06 м/с, а для площадки поселения – 2,66±0,04 м/с. Поселок располагался в зоне слабого умеренного ветра с тенденцией к слабому.
Кизильское. Поселение находится на правом берегу р. Урал. Долина реки имеет ширину до 2 км и на западе ограничена резким уступом более древней надпойменной террасы, высота которой достигает 40 м. Вдоль восточного берега в меридиональном направлении тянется полоса уральского мелкосопочника. Холмы и увалы с крутыми расчлененными склонами окаймляют долину [Зданович, Батанина, 2007. С. 105]. Абсолютные высоты изучаемой зоны изменяются от 283 до 371 м над уровнем моря, при средней высоте 312±21 м. Памятник располагается на высоте 291 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,68±0,08 м/с, а для площадки поселения – 2,72±0,07 м/с. Поселок располагался в зоне умеренного ветра.
Коноплянка. Памятник занимает террасовый остров в верховьях р. Карагайлы-Аят, на ее правом берегу. Поселение стоит на возвышенном террасовом острове, в 2–2,5 м выше уровня уреза воды. Вероятно, в древности поселение занимало наиболее высокую часть надпойменного рельефа. Ширина правого (западного) пологого склона долины реки достигает 2–2,5 км, а его повышение достигает лишь 8 м на расстоянии в 1 км от поселения. Восточный склон долины, напротив, круто поднимается к водораздельным возвышенностям, которые имеют относительное превышение 20–30 м над урезом воды [Зданович, Батанина, 2007. С. 111]. Минимальная высота в пределах зоны составляет 314 м, максимальная – 375 м, а средняя – 338±13 м над уровнем моря. Памятник расположен на высоте 322 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,06 м/с, а для площадки поселения – 2,65±0,09 м/с. Поселок располагался в зоне умеренного ветра.
Куйсак расположен на одной из стариц р. Зингейка, в 700 м к северу от ее современного русла. Участок реки пересекает зону равнинного пониженного рельефа шириной 1,5 км, протянувшуюся в меридиональном направлении. У восточного борта данной депрессии лежит цепочка возвышенностей с крутыми склонами с абсолютными высотами до 402 м над уровнем моря. В рельефе западного борта преобладают более сглаженные холмы [Зданович, Батанина, 2007. С. 118]. Абсолютные высоты изучаемой зоны изменяются от 345 до 405 м над уровнем моря, при средней высоте 363±13 м. Памятник располагается на высоте 352 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,68±0,06 м/с, а для площадки поселения – 2,68±0,03 м/с. Поселок располагался в зоне умеренного ветра.
Левобережное. Поселение расположено на берегу древнего русла р. Синташта, которое фиксируется цепочкой старичных озер. Участок террасы образует полукруглый мыс, возвышающийся на 2–3 м между двумя логами [Зданович, Батанина, 2007. С. 153]. Река течет в широтном направлении с запада на восток по слабовсхолмленной долине. На севере от памятника склон долины повышается полого, на расстоянии в 1 км превышая уровень площадки лишь на 8 м. На юге повышение еще более плавное, достигает 10 м лишь на расстоянии около 2 км. Лишь на расстоянии 2,5–3 км от реки отметки превышают уровень долины на 30–40 м. Абсолютные высоты изучаемой зоны изменяются от 271 до 313 м над уровнем моря, при средней высоте 288±8 м. Памятник располагается на высоте 280 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,05 м/с, а для площадки поселения – 2,69±0,06 м/с. Поселок располагался в зоне умеренного ветра.
Париж расположен на правом берегу р. Кызыл-Чилик, в непосредственной близости от Урало-Тобольского водораздела, у подножия его западного склона. Река протекает в меридиональном направлении, следуя более древней речной долине, шириной около 6 км в изучаемой зоне. Водораздельные возвышенности лежат в 1 км к востоку от памятника (гора Каин-Тау, 388 м над уровнем моря), превышая уровень долины реки на 30 м [Зданович, Батанина, 2007. С. 126]. К западу от поселения высота почти не меняется на расстоянии до 1,2 км, а затем резко начинает расти вместе с бортом древней речной террасы, превышая уровень долины на 10–12 м на расстоянии в 3 км. К северу и югу высота остается практически неизменной. Минимальная высота в пределах зоны составляет 354 м, максимальная – 393 м, а средняя – 367±7 м над уровнем моря. Памятник расположен на высоте 360 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,04 м/с, а для площадки поселения – 2,7±0,05 м/с. Поселок располагался в зоне умеренного ветра с тенденцией к сильному.
Родники. Памятник находится на левом берегу р. Караталы-Аят в зоне Урало-Тобольского водораздела. В 3–4 км к западу находятся пологие вершины водораздельных гранитных сопок, а к югу и юго-востоку лежит плоская равнина Зауральского пенеплена. С севера долина граничит с цепью возвышенностей с относительным превышением в 30–40 м [Зданович, Батанина, 2007. С. 130]. Абсолютные высоты изучаемой зоны изменяются от 288 до 358 м над уровнем моря, при средней высоте 311±12 м. Памятник располагается на высоте 297 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,68±0,07 м/с, а для площадки поселения – 2,66±0,05 м/с. Поселок располагался в зоне слабого умеренного ветра с тенденцией к слабому.
Сарым-Саклы. Памятник расположен на террасовом мысу правого берега реки Зингейка. Площадка мыса возвышается над уровнем современной поймы на 1,5 м. Рельеф в округе памятника представляет собой чашеобразную впадину с близким горизонтом. Вершины окружающих впадину холмов имеют абсолютные высоты от 403 до 418 м и возвышаются над днищем ложбины на 20–50 м [Зданович, Батанина, 2007. С. 137]. Минимальная высота в пределах зоны составляет 360 м, максимальная – 318 м, а средняя – 383±13 м над уровнем моря. Памятник расположен на высоте 371 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,06 м/с, а для площадки поселения – 2,71±0,07 м/с. Поселок располагался в зоне умеренного ветра с тенденцией к сильному.
Синташта находится на краю первой надпойменной террасы левого берега одноименной реки. После оставления поселка река сместила свое русло и разрушила около половины площади памятника, поэтому современное русло не отражает ситуации в древности. В районе археологического комплекса р. Синташта пересекает более древнюю речную долину, образующую депрессию, борта которой превышают ее дно на 30–70 м. Долина реки имеет комплекс террас – пойменную и две надпойменных. Рельеф в районе памятника – пологоволнистая равнина [Зданович, Батанина, 2007. С. 144]. Уже в 2 км к северу от памятника высота достигает 325 м над уровнем моря. На востоке и западе возвышенности переходят в холмы, превышая дно долины на 6 м в 1 км на востоке и на 4 м в 1 км на западе. Абсолютные высоты изучаемой зоны изменяются от 311 до 356 м над уровнем моря, при средней высоте 329±19 м. Памятник располагается на высоте 314 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,05 м/с, а для площадки поселения – 2,65±0,04 м/с. Поселок располагался в зоне слабого умеренного ветра с тенденцией к слабому.
Степное. Поселение расположено на левом берегу р. Уй на широком мысу, образованном при впадении в нее небольшого притока. Река Уй является условной границей между степной и лесостепной зонами Южного Урала, протекая с запада на восток. К югу от нее простирается пологоволнистая, слегка всхолмленная равнина, а на северном горизонте простираются холмы гранитного водораздельного купола. Памятник находится на первой надпойменной террасе, шириной около 500–600 м, с северо-запада ограниченной цепочкой сопок, возвышающихся над террасой на 6–10 м. С севера простирается система пологих холмов, возвышающихся на 325–340 м над уровнем моря. На противоположном правом берегу речная терраса также достигает 600 м и ограничена цепочкой возвышенностей. В 1 км к юго-востоку от памятника находится доминирующая в этом районе возвышенность с высотой 289 м над уровнем моря (около 30 м над урезом воды). Абсолютные высоты изучаемой зоны изменяются от 250 до 322 м над уровнем моря, при средней высоте 272±14 м. Памятник располагается на высоте 256 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,68±0,06 м/с, а для площадки поселения – 2,65±0,06 м/с. Поселок располагался в зоне слабого умеренного ветра.
Устье I. Памятник расположен на правом берегу р. Нижний Тогузак при впадении в нее ручья Кисенет. Поселение находится на мысу у бровки первой надпойменной террасы, возвышаясь над поймой на 2–2,5 м. Противоположный берег резко поднимается вверх, набирая около 10 м на расстоянии около 500 м от поймы и возвышаясь над урезом воды на 20–25 м. Правый берег более пологий, превышение уровня поймы на 10 м происходит лишь на расстоянии 1,7 км к югу от памятника. Отрезок речной долины, где расположен памятник, пересекает фрагмент более древней речной долины, которая проявляется в виде цепочки понижений [Зданович, Батанина, 2007. С. 164–165]. Минимальная высота в пределах зоны составляет 270 м, максимальная – 316 м, а средняя – 288±9 м над уровнем моря. Памятник расположен на высоте 278 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,06 м/с, а для площадки поселения – 2,67±0,04 м/с. Поселок располагался в зоне слабого умеренного ветра с тенденцией к слабому.
Чекатай. Поселение находится на восточном берегу оз. Чекатай, на площадке озерной террасы. Окружающий ландшафт представляет собой почти плоскую равнину, испещренную округлыми западинами карстово-суффозионного происхождения. Поселение находится у тылового шва террасы при уступе коренного берега высотой около 1,5 м [Зданович, Батанина, 2007. С. 169]. Абсолютные высоты изучаемой зоны изменяются от 246 до 263 м над уровнем моря, при средней высоте 254±3 м. Памятник располагается на высоте 251 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,69±0,05 м/с, а для площадки поселения – 2,67±0,04 м/с. Поселок располагался в зоне слабого умеренного ветра с тенденцией к слабому.
Черноречье III. Поселение расположено на правом берегу р. Уй, в дельте ее правого притока – р. Черной. Участок с поселением вдается в пойму р. Уй в виде широкого мыса, приподнятого над поймой на 1,5–2 м. Река Черная наследует долину одной из ветвей более древней меридиональной речной сети, которая выражена в рельефе в виде депрессий. Днище депрессии располагается на отметке 234 м, на глубине около 30–40 м от бортов. Западный борт депрессии в 2,5 км к юго-западу от памятника отмечен пологой сопкой с высотой 278 м над уровнем моря. Аналогичная находится в 2,5 км к северо-востоку, а к востоку – горка с высотой 286 м [Зданович, Батанина, 2007. С. 173]. Минимальная высота в пределах зоны составляет 234 м, максимальная – 293 м, а средняя – 255±13 м над уровнем моря. Памятник расположен на высоте 239 м. Смоделированная скорость зимнего юго-западного ветра для зоны составляет 2,68±0,06 м/с, а для площадки поселения – 2,68±0,05 м/с. Поселок располагался в зоне умеренного ветра.
Анализ абсолютной высоты локации памятников в окружающем рельефе (метры над уровнем моря) и модельные скорости зимнего юго-западного ветра (м/с) для высоты 1,7 м
Зона Мин. высота Макс. высота Средняя высота (±1σ) Высота поселения Средняя скорость ветра зимой (±1σ) Ветер на памятнике зимой (±1σ) Средняя скорость ветра летом (±1σ) Ветер на памятнике летом (±1σ) Аландское 292 324 303±6 297 2,69±0,05 2,66±0,04 2,82±0,06 2,81±0,05 Андреевское 256 289 271±6 262 2,69±0,05 2,68±0,04 2,82±0,05 2,81±0,03 Аркаим 305 379 326±14 312 2,68±0,06 2,68±0,03 2,82±0,07 2,82±0,04 Бахта 332 387 347±10 336 2,69±0,05 2,69±0,07 2,82±0,05 2,82±0,07 Берсуат 285 318 298±7 291 2,69±0,05 2,68±0,05 2,82±0,06 2,82±0,06 Журумбай 296 353 320±11 307 2,69±0,06 2,67±0,04 2,82±0,06 2,80±0,05 Заречное 4 248 278 264±5 255 2,69±0,05 2,67±0,04 2,82±0,06 2,82±0,05 Исиней 199 232 219±6 207 2,69±0,05 2,69±0,05 2,82±0,05 2,85±0,05 Камысты 252 286 266±7 259 2,69±0,05 2,69±0,06 2,82±0,05 2,83±0,05 Каменный Амбар 285 365 314±15 291 2,68±0,06 2,66±0,04 2,82±0,07 2,80±0,05 Кизильское 283 371 312±21 291 2,68±0,08 2,72±0,07 2,82±0,09 2,87±0,08 Коноплянка 314 375 338±13 322 2,69±0,06 2,65±0,09 2,82±0,06 2,80±0,09 Куйсак 345 405 363±13 352 2,68±0,03 2,68±0,03 2,82±0,06 2,80±0,01 Левобережное 271 313 288±8 280 2,69±0,05 2,69±0,06 2,82±0,05 2,82±0,06 Париж 354 393 367±7 360 2,69±0,04 2,7±0,05 2,82±0,05 2,82±0,05 Родники 288 358 311±12 297 2,68±0,07 2,66±0,05 2,82±0,07 2,82±0,05 Сарым-Саклы 360 418 383±13 371 2,69±0,06 2,71±0,07 2,82±0,06 2,88±0,06 Синташта 311 356 324±9 314 2,69±0,05 2,65±0,04 2,82±0,05 2,80±0,04 Степное 250 322 272±14 256 2,68±0,06 2,65±0,06 2,82±0,06 2,79±0,05 Устье I 270 316 288±9 278 2,69±0,06 2,67±0,04 2,82±0,06 2,82±0,05 Чекатай 246 263 254±3 251 2,69±0,05 2,67±0,04 2,82±0,05 2,81±0,04 Черноречье III 234 293 255±13 239 2,68±0,06 2,68±0,05 2,82±0,06 2,83±0,05 назад
4. Обсуждение результатов. Анализ вмещающего рельефа 22 городищ продемонстрировал следующее. Хорошо известно, что синташтинско-петровские поселения локализуются у источников воды, как правило, у бровки первой надпойменной террасы или на террасовых островах основных рек региона. Вполне вероятно, что данная локализация объясняется высокой потребностью скотоводческих хозяйств в воде. С другой стороны, господствующие высоты, наиболее пригодные для визуального контроля территории и обороны, систематически игнорировались строителями поселений [Чечушков и др., 2018]. Анализ абсолютных высот расположения памятников позволяет дополнить эти наблюдения тем фактом, что 12 из 22 поселков локализовались ниже средних высот их вмещающих рельефов, а оставшиеся 10, хотя и находятся в пределах первой сигмы средних, всегда лежат ниже их и у нижней границы интервалов (Табл. 2). Иными словами, существует тенденция к локализации памятников у самого дна речных долин, ниже средних значений высотных отметок, хотя непосредственные площадки могут быть несколько выше ближайшей округи (например, на Аркаиме, Устье I, Коноплянке, Кизильском).
Приповерхностные модели зимнего юго-западного ветра позволили выявить важные закономерности. Во-первых, во всех исследуемых зонах в силу схожести их рельефов модельные средние значения чрезвычайно близки и составляют 2,68–2,69 м/с (среднее – 2,686 м/с). Верность этого наблюдения подтверждается и моделями ветра на высоте 10 м: везде средние значения совпадают, отличаясь лишь шириной среднеквадратических отклонений (см. Приложение 3). Во-вторых, помимо условий в каждой из зон, интерес представляет и общая картина. Так, классификация всех памятников относительно средней скорости ветра 2,688 м/с (среднее средних) показывает, что 10 из 22 поселений располагаются в зонах, где ветер слабее регионального среднего (45%), девять из 22 – в зонах умеренного ветра (41%), и лишь три из 22 лежат в зонах сильного ветра (14%). Также интересно отметить, что как для экстремально низких, так и для экстремально высоких модельных значений ветра характерны широкие интервалы среднеквадратических отклонений (Коноплянка – 2,65±0,09, Кизильское – 2,72±0,07, Сарым-Саклы – 2,71±0,07), что связано с неоднородностью рельефа их площадок. На рис. 2, А показаны значения скорости ветра для каждого из памятников, их сигмы относительно модельного среднего зимнего ветра.
Эта картина может быть дополнена сравнением с моделями приповерхностного летнего западного-юго-западного ветра (рис. 2, B). При изменении господствующего направления и увеличении средней скорости несколько меняется общее положение: в зоне сильного ветра лежат уже пять из 22 поселений (23%), в зоне умеренного – восемь из 22 (36%), а слабого – девять из 22 поселков (41%). Притом что пропорции изменились не существенно, все же прослеживается тенденция к уменьшению доли поселений в более укрытых местах. Эта тенденция подтверждает неслучайность наблюдаемой картины в отношении зимнего ветра.
Таким образом, анализ всей совокупности памятников позволяет заключить, что в отношении доминирующего зимнего ветра в древности могла существовать ориентация на выбор наименее продуваемых локаций или же зон умеренного ветра. С этим выводом согласуются заключения по каждой из моделей в отдельности: в зоне слабого умеренного ветра с тенденцией к слабому находится девять памятников, слабого умеренного ветра с тенденцией к умеренному – два, в зоне умеренного ветра – девять, в зоне умеренного ветра с тенденцией к сильному – только два.
5. Заключение. Моделирование поведения ветра на рельефе позволяет предполагать, что при выборе места поселения люди позднего бронзового века предпочитали относительно укрытые от зимнего ветра места. Полученные результаты дополняют принятые интерпретации синташтинско-петровских поселений исключительно как крепостей. Тот факт, что поселения располагались на первых надпойменных террасах и зонах слабых или умеренных ветров, позволяет нам утверждать, что плотная застройка и обводные стены могли служить, прежде всего, для теплосбережения в зимнее время года. Дальнейшая работа в избранном направлении, в частности, проверка адаптационных моделей эмпирическими данными и методами ГИС [Чечушков и др., 2018; 2019], позволит дополнить многие современные представления о мотивации человеческих коллективов, проживающих в условиях холодных зим.
Литература
Анисимов Н.П., 2009. Аркаим – страна кард: эмпирика пространства зауральской среды // Академический вестник УралНИИПроект РААСН. T. 2. C. 16–21. назад
Виноградов Н.Б., 2011. Степи Южного Урала и Казахстана в первые века II тыс. до н.э. (памятники синташтинского и петровского типа). Челябинск: Абрис. 175 с. назад
Зданович Г.Б., 1995. Аркаим. Арии на Урале или несостоявшаяся цивилизация // Аркаим: Исследования. Поиски. Открытия. Челябинск: ТО «Каменный пояс». C. 21–42. назад
Зданович Д.Г., 1997. Синташтинское общество: социальные основы «квазигородской» культуры Южного Зауралья эпохи средней бронзы. Челябинск: Изд-во Челябинского гос. университета. 93 с. назад
Зданович Г.Б., Батанина И.М., 1995. «Страна городов» – укрепленные поселения эпохи бронзы ХVIII–ХVII вв. до н.э. на Южном Урале // Аркаим: Исследования. Поиски. Открытия. Челябинск: ТО «Каменный пояс». C. 54–62. назад
Зданович Г.Б., Батанина И.М., 2007. Аркаим – Страна городов. Пространство и образы. Челябинск: Крокус. 260 с. назад
Кисленко А.И., 2004. Летопись природы 1998–2003. Челябинск. / Научный архив Музея-заповедника «Аркаим». назад
Кисленко А.И., 2005. Летопись природы 2004. Челябинск. / Научный архив Музея-заповедника «Аркаим». назад
Кисленко А.И., 2008. Летопись природы 2007. Челябинск. / Научный архив Музея-заповедника «Аркаим». назад
Кисленко А.И., 2011. Летопись природы 2010. Челябинск. / Научный архив Музея-заповедника «Аркаим». назад
Левит А.И., 2005. Южный Урал: география, экология и природопользование. Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во. 246 с. назад
Таиров А.Д., 2003. Изменения климата степей и лесостепей Центральной Евразии во II–I тыс. до н.э.: Материалы к историческим реконструкциям. Челябинск: Рифей. 68 с. назад
Чечушков И.В., Дакович Г., Якимов А.С., 2018. Архитектурно-планировочные решения синташтинско-петровских поселений и проблема военного дела эпохи бронзы // РА. № 3. C. 75–92. назад
Чечушков И.В., Якимов А.С., Дакович Г., 2019. Проблема интерпретации системы «ров-вал» по археологическим источникам и обороноспособность синташтинско-петровских поселений // Stratum Plus. № 2. C. 345–357. назад
Baker J.L., Lachniet M.S., Chervyatsova O., Asmerom Y., Polyak V.J., 2017. Holocene Warming in Western Continental Eurasia Driven by Glacial Retreat and Greenhouse Forcing // Nature Geoscience. Vol. 10 (6). P. 430-436. назад
Chechushkov I.V., Valiakhmetov I.A., Fitzhugh W.W., 2021. From adaptation to niche construction: Weather as a winter site selection factor in northern Mongolia, the Quebec Lower North Shore, and the southern Urals // Journal of Anthropological Archaeology. Vol. 61. P. 101258. назад
Forthofer J., Shannon K., Butler B., 2009. Simulating Diurnally Driven Slope Winds with WindNinja // Proceedings of 8th Symposium on Fire and Forest Meteorology, 13–15 October 2009, Kalispell, Montana. Boston, MA: American Meteorological Society. 13 p. назад