География и геология / 3.Гидрология и водные ресурсы.

К.г.н. Малышева Н.Г., к.ф.-м.н. Саноцкая Н.А.

Российский государственный гидрометеорологический университет,
Санкт-Петербург, Россия

Колебания минимального стока рек во времени
и по территории

Возможность возникновения гидрологической засухи тесно связана с циклическими колебаниями водности: глобальными с периодом до месяцев; сезонными с годовым колебанием; межгодичными с периодом в несколько лет, включая квазидвух – и трехлетние; внутривековыми с периодов до десятков лет. В свою очередь изменчивость гидрологических характеристик непосредственно зависит от изменения климата, хотя и является менее динамичной во времени.

Анализ рядов наблюдений за минимальным стоком рек ЕТР, включающих данные по 2011 г., позволил выявить увеличение стока периода зимней межени на севере территории, объясняющийся повышением зимних температур воздуха, приводящим к зимним оттепелям и увеличению в этот период притока поверхностных вод в русла рек. При этом сколько-нибудь значительного изменения минимального стока в летне-осенний период на реках, принадлежащих бассейнам Белого и Балтийского морей, Ладожского и Онежского озер не выявлено.

Значимые тренды на повышение минимального стока рек периода как зимней, так и летне-осенней межени отмечены для южных территорий России, относящихся к полустепной и степной зонам. Тенденция увеличения стока в теплый период года на этой территории отмечаются с середины 70-х годов, таким образом, последние 30-35 лет наблюдений представляют собой многоводную фазу, не исключающую наличие отдельных маловодных лет, какими были 1986, 1997 и 2002 гг.

Основной расчетной гидрологической характеристикой минимального стока рек является расход воды Q (м³/с) или модуль стока q (л с/км²) 80%-ой вероятности ежегодного превышения. Карты изолиний модуля минимального стока, построенные у четом данных последних лет наблюдений свидетельствуют, что для северо-запада РФ в период летне-осенней межени значительных изменений водности рек не произошло. Значения изолиний модуля стока мало отличаются от опубликованных в нормативных документах по определению основных расчетных гидрологических характеристик 1983 и 84 гг. [1,2], обобщающих данные наблюдений до 1975 г.

Другая картина для районов, расположенных к югу от ЦФО: водность рек, принадлежащих бассейнам Волги и Верхнего Дона, в летне-осенний период значительно увеличилась по сравнению с периодом до 1975-80 гг.

Часть территории Пензенской области, к которой принадлежат бассейны рек верхнего течения Дона, располагается южнее 52^о с.ш. Здесь проходит граница лесостепной и степной зоны, относящейся к полуаридной по степени увлажненности.

По географическому положению вся территория находятся под воздействием воздушных масс Атлантики, Арктического бассейна, а так же масс, сформировавшихся над территорией Европы. В конце лета – начале осени, нередко во второй половине зимы и весной преобладает западный тип атмосферной циркуляции, сопровождающийся обычно активной циклонической деятельностью, значительными осадками, положительными аномалиями температуры воздуха зимой и отрицательными летом. Западный тип атмосферной циркуляции характеризуется значительной устойчивостью. Воздействие сибирского максимума наблюдается преимущественно в зимние месяцы года, когда западная циркуляция сменяется восточной, что сопровождается малооблачной погодой.

Менее вероятна в данном районе меридиональная циркуляция, которая связана с мощными арктическими вторжениями воздушных масс и сопровождается резким понижением температуры воздуха.

Данные о стоке рек Пензенской области, включившие период наблюдений с 1980 г. по 2007 г., представляющий собой многоводною фазу в циклическом колебании водности позволили выявить увеличение 80 %-го модуля стока периода летне-осенней межени практически в 5 раз.

Анализ суммарных годовых осадков, осредненных по 6 метеостанциям области свидетельствует об увеличении осадков в среднем на 80 мм в год за период, причем увеличивается преимущественно доля осадков теплого периода года.

Следует отметить, что большинство имеющихся в настоящее время гидрологических рядов включают слишком непродолжительное число лет наблюдений. В работе [3], авторы отмечают, что зачастую мы имеем дело только с одним случаем смены состояния. Таких случаев должно быть несколько десятков, и только тогда можно было бы говорить о распределении вероятностей времени пребывания системы в одном из состояний.

Как отмечается в документе [4], нельзя отдать предпочтение расчетным характеристикам, полученным, скажем, за последний период повышенной водности минимального стока (с 1980 г. по настоящее время), так как неизвестно, когда может произойти смена тенденции изменения характеристик минимального стока. В таком случае расчетные характеристики минимального стока могут оказаться значительно завышенными. Это может произойти, если режим минимального стока вернется к условиям формирования, которые были с начала наблюдений до 1980 г. Тогда многие гидротехнические сооружения, обеспечивающие водоснабжение городов, других населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий могут оказаться без воды с заданным уровнем надежности обеспечения водой питьевого и технического водоснабжения. Если же режим повышенного минимального стока сохранится на период эксплуатации гидротехнических сооружений, то это может создать дополнительный запас надежности питьевого и технического водоснабжения. Поэтому едва ли целесообразно переходить к оценке повышенного минимального стока в современных климатических условиях, то есть с учетом возможной нестационарности исследуемой характеристики минимального стока.

Как отмечается в работе [5] в последние годы наблюдается заметное увеличение водности на юге ЕТР и уменьшение водности в северной части территории. Авторы связывают изменение водности рек с изменением (усилением или ослаблением) индекса Северо-Атлантического колебания NAO, поскольку сток рек Европейской части России, в том числе её аридных и полуаридных территорий, в основном формируется за счет переноса влаги с Атлантики.

Так, при увеличении индекса NAO, пути движения атлантических циклонов смещаются к северу, а при его ослаблении циклоны движутся по траекториям, захватывающим южные территории России, принося влагу в бассейны рек засушливых областей полустепной и степной зоны.

Установлено, что одним из важнейших факторов, определяющим изменение циркуляции атмосферы в Северной Атлантике, является изменение расстояние Земли от Солнца с периодом около 60 лет [6] в совокупности с изменением солнечной активности, имеющим такую же периодичность. Оба эти явления связываются с кратностью периодов обращения Юпитера и Сатурна вокруг Солнца. В работе [5] выделяются максимальные положительные и отрицательные тренды индекса циркуляции NAO за 21-летние отрезки времени и приводятся аргументы, свидетельствующие о тесной связи солнечной активности с колебаниями водности рек. При усилении солнечной активности индекс Северо-Атлантического колебания растет. Анализ периодичности колебания индекса NAO и солнечной активности, имеющей 11-летний цикл, позволяет в первом приближении оценить вероятность увеличения или уменьшения водности рек, распложенных в аридных и полуаридных зонах, для которых значительное уменьшение водности в период летней межени может привести к гидрологической засухе.

Так, если к 2012 г. водность рек полустепной и степной зон России имела тенденцию к увеличению, то уже намечается обратная тенденция, которая будет сохраняться в течение 10-летнего периода.

При этом, как было сказано выше, более точный прогноз смены состояния можно дать, учитывая весь комплекс факторов, оказывающих влияние на изменение циркуляции атмосферы. При разработке методологии оценки экстремального стока аридных территорий следует учитывать не только индекс Северо-Атлантического колебания и изменение солнечной активности, оказывающих влияние на изменение водности рек исследуемых территорий, но также и влияние на атмосферную циркуляцию многолетнего лунного прилива и движений полюсов Земли, вносящих свой вклад в изменения климата на Земле.

ЛИТЕРАТУРА:

1 Руководство по определению расчетных гидрологических характеристик. – Л.: Гидрометеоиздат, 1973.–С.64 –69.

2 Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 448 с.

3 Болгов М.В. Байесовские оценки расчетных характеристик минимального стока рек в нестационарных условиях // Метеорология и гидрология.–2010.–№ 11.–С.70 – 80.

4 Методические рекомендации по оценке однородности гидрологических характеристик и определению их расчетных значений по неоднородным данным. – СПб.: Нестор-История, 2010.–162 с.

5 Бабкин В.И. О вероятном сценарии изменения водности рек Центрального Федерального округа России в ближайшие 10 лет // Ученые Записки РГГМУ.–2008.–№ 7.–С.3 – 12.

6 Смирнов Н.П. Циклонические центры действия втмосферы Южного полушария и изменение климата. // Изд. РГГМУ. – 2004.– 217 с.