24ОСТРОУМОВА В.С.
История исследования
теплового стока рек в России и в мире
V. OSTROUMOVA
The history of river energy flux in Russia and around the world
Сведения об авторе:
Остроумова Варвара Сергеевна, студентка магистратуры (направление «Гидрометеорология») Томского государственного университета; гидролог Томского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Томск) Voznesenskie4sivs@yandex.ru
About the author:
Varvara Sergeevna Ostroumova, masters degree (Hydrometeorology), Tomsk State University, hydrologist of Tomsk Center for Hydrometeorology and Environmental Monitoring (Tomsk) Voznesenskie4sivs@yandex.ru
Аннотация
В статье рассмотрена история исследования теплового стока рек за период с начала XX в. по настоящее время. Акцент сделан на исследовании теплового стока рек Арктических территорий в России и за рубежом. Выделены этапы развития отрасли, определяющиеся в разное время состоянием гидрологической сети, освоением Северного морского пути, строительством водохранилищ, проектами переброски стока рек СССР, а также глобальными климатическими изменениями. Сделан обзор отечественных и зарубежных исследований гидротермического режима водотоков бассейна Северного Ледовитого океана, опубликованных в XX - начале XXI вв. Приведены исследования многолетней динамики гидротермического режима крупнейших речных систем океана, работы по поиску зависимостей температур речной воды от метеорологических параметров; примеры математических моделей расчёта температуры воды, а также публикации по динамике ледового режима водотоков и прибрежных частей океана. Приведён список авторов, работавших в сфере изучения теплового стока в разные периоды.
Abstract
The article describes the scientific research history of river energy flux from the beginning of the 20th century to the present. The author put the emphasis on the study of Arctic terrestrial river energy flux in Russia and abroad. The author distinguished the developmental stages of research direction, identified at different times by hydrological network condition, Northeast Passage development, construction of reservoirs, projects of Siberian river reversal and global climatic changes. The author also reviewed the domestic and foreign studies of the hydrothermal regime of Arctic watercourses published in the XX-XXI centuries. Finally, Varvara Voznesenskaya included the studies on the long-term trends of temperature and energy flux of the largest Arctic rivers, the research papers on water temperature relationship with air temperature, the models for calculating water temperature and the long-term trends of the Arctic rivers ice regime.
Ключевые слова:
температура воды, тепловой сток, гидротермический режим, ледовый режим, изменения климата, Арктика. Keywords:
Water temperature, energy flux, hydrothermal regime, ice regime, climate changes, Arctic.
Введение
Климат земного шара за ХХ - начало XXI вв. претерпел значительные изменения. Согласно пятому оценочному докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК)1, каждое из последующих десятилетий характеризовалось более высокой температурой у поверхности Земли по сравнению с любым предыдущим десятилетием начиная с 1850 г., а за период с 1880 по 2012 г. температура воздуха на земном шаре выросла в среднем на 0,85 °С.
Изменение температуры воздуха отразилось на режиме формирования осадков, на сокращении ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии, деградации ледников, ледовом режиме водных объектов, способствовало увеличению частоты экстремальных гидрометеорологических явлений. Все перечисленные выше изменения не могли не отразиться на речных экосистемах и их гидрологическом режиме. Поэтому
Изменение климата, 2014 г. Обобщающий доклад / МГЭИК. Женева, 2015. 163 с. [Электронный ресурс] URL: SYR_AR5_FINAL_full_m.pdf (ipcc.ch) (дата обращения: 08.12.2020).
современные исследования стока рек связаны именно с проблемой его трансформации на фоне глобальных климатических изменений.
Одним из индикаторов климатических изменений является тепловой сток. Это комплексная величина, отражающая гидрологический и температурный режим реки, важный показатель гидроэкологического состояния водного объекта.
Роль теплового стока зависит от размера, географического положения, термических и гидрологических условий речного бассейна. Так, реки, несущие воды с юга на север, оказывают отепляющий эффект на долины, способствуя проникновению лесной растительности на север. Несмотря на относительно малые температуры воды в северных реках, приток теплоты в арктические моря России, по данным Д.В. Магрицкого1, составляет 78 600 • 1012 кДж/год, что оказывает значительный эффект на прота-ивание подводных мёрзлых толщ арктического шельфа.
Важно понимать, насколько огромную энергию несут в себе речные воды. Так, мощность самой крупной в России, Саяно-Шушенской ГЭС составляет 6400 МВт, при пересчёте в годовую выработку2 получается 2 • 1017 Дж/год, в то же время тепловой сток реки Енисей за год составляет порядка 15 • 1019 Дж/год. Чтобы воспроизвести тепловой сток реки Енисей за год, нужна годовая выработка 74 Саяно-Шушенских гидроэлектростанций.
Особенно ярко влияние теплового стока можно проследить на арктическом побережье в конце мая - начале июня, когда повышенная температура речной воды становится одной из причин разрушения ледникового покрова морского мелководья3.
Южные реки также оказывают незначительный - по сравнению с арктическими реками - отепляющий эффект на прибрежные воды южных морей. Так, Дон и Кубань выносят в Азовское море 1 792 • 1012 кДж/год, а в Каспийское море поступает порядка 13 850 • 1012 кДж/год4.
Таким образом, тепловой сток рек важно учитывать не только как гидроэкологический фактор состояния водного объекта, но и как показатель энергетической ценности потока для прилегающих территорий.
1 Магрицкий Д.В. Тепловой сток рек в моря Российской Арктики и его изменения // Вестник Московского университета. Сер. 5. География. 2009. Вып. 5. С. 69-77.
2 Расчёты автора.
3 Ильин Г.В. Гидрологический режим Обской губы как новой области морского природопользования в Российской Арктике // Наука Юга России. 2018. № 2 (14). С. 2032 [Электронный ресурс] URL: http://www.ssc-ras.ru/ckfinder/userfiles/files/20-32%20 Ilyin.pdf (дата обращения: 07.05.2020).
4 Евсеева Л.С., Магрицкий Д.В., Ретеюм К.Ф. Природные и техногенные факторы изменения теплового стока северных и южных рек России // Гидроэкология: теория и практика. Проблемы гидрологии и гидроэкологии. М., 2004. Вып. 2. С. 213-237.
Важно понимать, что при прочих равных условиях тепловой сток пропорционален водности реки. Но при одинаковой водности северных и южных рек тепловой сток изменяется в соответствии с ходом температуры воздуха1. Комплексная природа теплового стока должна быть учтена и при рассмотрении истории его исследования, которая тесно переплетается с историей исследования водного стока рек.
Автор считает исследования теплового стока важным направлением современной гидрологии. Особенно актуальны данные исследования для рек, впадающих в Северный Ледовитый океан (СЛО) и, соответственно, оказывающих влияние на арктические территории, которые наиболее подвержены влиянию климатических изменений. Именно по-этому в данной работе акцент сделан на изучении теплового стока рек, впадающих в СЛО.
Первая половина ХХ в. (довоенный период)
Интерес к исследованию теплового стока рек изначально был связан с вопросом его влияния на арктическую зону океана. Учёными рассматривалась возможность круглогодичного использования Северного морского пути в связи с появившимися тогда первыми признаками потепления в Арктике. Впервые такие сообщения были опубликованы в 1920-х гг., когда Н.М. Книпович выявил, что воды Баренцева моря стали заметно теплее. Однако необходимо помнить, что исследование проводилось по материалам трёх лет наблюдений (температуры за 1900 и 1901 гг. сравнивались с данными 1921 г.)2.
Чуть раньше появились первые попытки поставить вопрос о терми-ке воды и влиянии стока рек на арктическую зону океана. В своём труде «О влиянии сибирских рек на воды Северного Ледовитого океана и Карского моря» (1907) А.М. Полилов обобщил данные полученных ранее наблюдений по температурному режиму рек Обь и Енисей, сравнил ход метеорологических параметров с ходом температуры воды, подчеркнул влияние рек на воды СЛО вплоть до 76° с. ш.3 В.Б. Шостакович (рис. 1) впервые рассчитал тепловой сток рек в Арктику. Результаты он опубликовал в работе «Температура рек Сибири и количество переносимого ими в Северный Ледовитый океана тепла» в 1911 г.4
Евсеева Л.С., Магрицкий Д.В., Ретеюм К.Ф. Природные и техногенные факторы изменения теплового стока северных и южных рек России ... 2004. С. 220. Книпович Н.М. О термических условиях Баренцева моря в конце мая 1921 г. // Бюллетень Российского гидрологического института. 1921. № 9. С. 10-12. Полилов А.М. О влиянии сибирских рек на воды Северного Ледовитого океана и Карского моря. СПб., 1907. 33 с.
Шостакович В.Б. Температура рек Сибири и количество переносимого ими в Северный Ледовитый океана тепла // Записки по гидрографии. 1911. Вып. XXXIII. С. 123-152.
2
Изучение рек в России до 1930-х гг. было связано с исследовательскими экспедициями и началом развития сети гидрологических постов. В 1930-х гг. гидрологические работы в устьевых областях сибирских рек проводились сотрудниками Арктического научно-исследовательского института (АНИИ). Вышла серия работ, в которых авторы попытались оценить тепловой сток рек России по накопленным на тот момент данным. Выделяются в связи с этим работы Н.Д. Антонова (произвёл первые подсчёты теплового стока в Карское море, 1936), Б.Д. Зайкова (продолжил исследования теплового стока рек и дал оценки поступлению теплоты в моря Лаптевых и Восточно-Сибирское, 1936), А.М. Рейнберга (предложил способ подсчёта тепловых расходов воды и на его основе рассчитал для некоторых рек коэффициенты перехода температур от береговых к средневзвешенным по сечению, 1938)1.
В это же время свои первые работы опубликовал В.С. Антонов. В них он оценил влияние водного и теплового стока на СЛО и прилегающие территории2.
Послевоенный период - 2000-е гг.
В после военный период, работы по исследованию термики рек Сибири продолжил М.И. Зотин, который не только уточнил исследования предыдущих авторов, но и получил зависимости теплового стока от жидкого для створа р. Лена - с. Кюсюр, исследовал тепловой сток рек водосбора моря Лаптевых3. Затем в свет вышли публикации В.С. Антонова «Климатические причины колебаний стока крупных сибирских рек» (1957), «Распространение речных вод в арктических морях» (1957), «Экспериментальные исследования водного режима дельты р. Оби» (1965), гидрологический очерк «Устьевая область реки Лены» (1967), где также были затронуты вопросы режима теплового стока.
Строительство сети гидроэлектростанций в середине века способствовало исследованиям влияния водохранилищ не только на водный,
Антонов Н.Д. Количество тепла, вносимое реками в Карское море // Труды Арктического института. 1936. Т. 35. С. 23-50; Зайков Б.Д. Речной сток в море Лаптевых и Восточно-Сибирское и количество переносимого им в эти моря тепла // Там же. С. 51-84; Рейнберг А.М. Материалы по гидрологии низовьев реки Лены // Там же. 1938. Т. 105. С. 7-50; и др.
Антонов В.С. К вопросу о термике воды в реках арктической зоны // Проблемы Арктики. 1940. № 4. С. 25-34; Он же. О переходном температурном коэффициенте для воды в низовьях реки Оби // Там же. 1941. № 1. С. 69-70.
Зотин М.И. Жидкий и тепловой сток рек в море Лаптевых // Труды Арктического института. 1947. Т. 198. 64 с.; Он же. Сток рек в арктические моря и его роль в ледовом режиме / Доклад. М., 1946. № 62.
но и на термический режим. В разное время такими исследованиями занимались С.Н. Назаренко, Г.А. Орлова, Н.Б. Сахарова, Д.Д. Ноговицын, К.И. Кусатов, Т.В. Одрова, Л.М. Ершова, Р.В. Донченко и др. В публикациях подчёркивалось влияние строительства водохранилищ на динамику стока теплоты (в нижнем бьефе) за счёт изъятия водного стока, а также малого прогрева больших по объёму водохранилищ. В связи с проектами переброски вод сибирских рек описывались возможные сценарии снижения водного и теплового стока, изменение условий формирования ледообразования (Е.М. Соколова1, Т.В. Одрова2, Р.В. Донченко3).
Исследования теплового стока рек Арктики в 1970-1980-е гг. связаны с накоплением гидрологической информации, её обобщением и систематизацией. Исследования в это время вели Е.А. Леонов4, Ю.А. Ёлшин5, В.В. Иванов и А.Н. Куржунов6, Т.В. Одрова7. Исследования 1980-х гг. ещё не показывали статистически значимых изменений теплового стока, колебания количества тепла в Оби, Енисее и Лене не выявляют тренда и изменяются периодично (с периодом от 2 до 6 лет)8.
К изучению теплового стока и термики рек было обращено внимание и зарубежных учёных (А. Wankiewicz9, 1.Б.. 'ШШашБ10). Изучались процессы влияния тепловой энергии водотоков на протаивание многолетней мерзлоты в их долинах. Появились первые публикации по моделированию и прогнозу температуры речных вод, вёлся поиск
1 Соколова Е.М. Термический режим рек СССР // Труды Государственного гидрологического института. 1951. № 30. С. 84.
2 Одрова Т.В. Водохранилища меняют температуру рек // Природа. 1977. №6. С. 92-95.
3 Донченко Р.В. Ледовый режим рек СССР. Л., 1987. 246 с.
4 Леонов Е.А. Изменение термического режима рек под влиянием хозяйственной деятельности // Труды Государственного гидрологического института. 1977. Вып. 239. С. 49-77; Он же. Тепловой сток в моря Северного Ледовитого океана // Водные ресурсы. 1988. № 5. С. 63-68.
5 Ёлшин Ю.А. Тепловой сток рек Европейской территории СССР // Метеорология и гидрология. 1981. Т. 9. С. 85-93.
6 Иванов В.В., Куржунов А.Н. Тепловой сток рек в Обско-Тазовскую губу // Труды ААНИИ. 1980. Т. 358. С. 102-110; Куржунов А.Н. Тепловой сток Енисея в устьевой области // Труды ААНИИ. 1984. Т. 394. С. 66-74.
7 Одрова Т.В. Изменения теплового стока сибирских рек // Природа. 1980. № 6. С. 90-93.
8 Одрова Т.В. Изменение теплового стока крупнейших рек Сибири // Вопросы гидрологии. 1981. № 74. С. 105-110.
9 Wankiewicz A. Hydrothermal processes beneath arctic river channels // Water Resources Research. 1984. Т. 20. № 10. С. 1417-1426; Wankiewicz A. Riverbed temperature on Melville Island, internal report. Ottawa, 1976. 23 p.; Wankiewicz A. Temperature measurements under arctic rivers. Ottawa, 1979. Tech. Memo. 124. p. 191-206.
10 Williams J.R. A review of water resources of the Umiat area, northern Alaska. 1970. 636 p.
связей температур воды и воздуха (Raphael J.M., Morse W., Morin G., Cluis D., Couillard D., Jones H.G., Gauthier J.M.)1.
На фоне снижения экономической активности России в конце ХХ в. снизился интерес и к исследованию теплового стока. На сети Росгидромета стихийно закрывались гидрометеорологические станции и посты, исследовательские программы, было ограничено функционирование Северного морского пути, гидрометеорологические станции в Арктике были не востребованы.
В то же время во всём мире началось масштабное исследование изменения климата. Публиковались работы по многолетней динамике температуры водотоков2, моделированию температуры воды с использованием метеорологических параметров3. К примеру, Б. Уэбб в своей работе привёл дифференциальное уравнение, основанное на тепловом балансе участка водотока с постоянным объёмом4, согласно которому температура воды изменяется в пространстве и времени и зависит от метеорологических параметров и условий тепломассообмена. Подобные расчёты содержались и в исследованиях Бирмингемского университета5.
В Канаде были созданы первые исследовательские полигоны для исследования гидрологического режима рек бассейна СЛО6, продолжались работы по поиску связей температуры воды с метеорологическими параметрами7.
Именно в этот период были совершены значимые шаги по международному сотрудничеству в рамках противодействия глобальному изменению климата (Рамочная конвенция ООН по изменению климата, 1992; Киотский протокол, 1997), которые способствовали развитию исследования многолетних изменений гидротермического режима рек.
Raphael J.M. Prediction of temperature in rivers and reservoirs // ASCE Journal of the Power Division. 1962. Vol. 88 (PO2). P. 157-181 ; Morse W. Stream temperature prediction model // Water Resource Research. 1970. № 6. P. 290-302 ; Morin G. et al. Modélisation de la température de l'eau à l'aide du modèle quantité-qualité CEQUEAU INRS-Eau // Québec (Canada), rapport scientifique. 1983. № 153.
Webb B.W Trends in stream river temperature // Hydrol. Processes. 1996. № 10. P. 205-226. Mohseni O., Stefan H.G., Erickson T.R. A nonlinear regression model for weekly stream temperatures // Water Resour. Res. 1998. № 34. P. 2685-2692; Stefan H.G., Preud'homme E.B. Stream temperature estimation from air temperature // Journal of the American Water Resources Association. 1993. T. 29. № 1. C. 27-45; Webb B.E., Nobilis F. Long term water temperature trends in Austrian rivers // Hydrological Sciences Journal. 1995. № 40 (1). P. 83-96. Webb B.W. Long-term perspective on the nature of the air-water temperature relationship: A case study // Hydrol. Processes. 1997. № 11. P. 137-147.
Evans E.C., McGregor G.R., Petts G.E. River energy budgets with special reference to river
bed processes // Hydrological processes. 1998. T. 12. № 4. C. 575-595.
Caissie D., St-Hilaire A. Department of Fisheries and Oceans, P.O. Box 5030, Moncton, NB
E1C 9B6, Canada. N. El-Jabi. École de génie, Université de Moncton, Moncton, NB E1A
3E9, Canada. Received September 25, 1996. Revised manuscript accepted August 14, 1997.
Stefan H.G., Preud'homme E.B. Stream temperature estimation from air temperature ...
1993.
4
Современный период
Современные исследования теплового стока рек связаны с его важностью как гидроэкологического показателя состояния водного объекта, фактора влияния на ледообразование в Арктике, а также комплексного показателя изменения гидротермического режима водотоков. Важная черта современного периода - попытки интеграции научных знаний, создание объединённых баз данных, таких как Аг^сОБО1, АИС ГМВО2 и др., однако проблема доступности гидрологических данных в России ещё не решена.
Публикация в открытом доступе части гидрологической информации в начале 2000-х гг. (база Б.-Агсйс№1:3), а также предоставление открытой метеорологической информации (ВНИГМИ МЦД) благотворно повлияли на исследования не только в России, но и за рубежом. Так, в ряде работ оценка многолетней динамики теплового стока рек бассейна СЛО была проведена с использованием данных базы К-АгсйсМеГ1.
Исследования динамики гидрологических характеристик, в том числе и теплового стока рек СЛО в России обусловлены новой политикой «возвращения Арктики». Изменение климата и влияние данных изменений на природные условия региона являются одним из лимитирующих факторов изучения арктических территорий. В связи с этим начал расти интерес и к речным системам СЛО, влияющим на изменение температуры его береговой части. Исследованиям также способствуют принятые федеральные программы: «Об Основах государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2035 года», «О сухопутных территориях АЗРФ»; «Стратегия социально-экономического развития АЗРФ на период до 2025 г.»
Исследования в области динамики гидротермического режима рек в России ведут Л.П. Евсеева, Н.Л. Фролова, В.М. Евстигнеев, В.Н. Михайлов, Д.В. Магрицкий, М.В. Крайнева, Н.И. Алексеевский, Д.Н. Ай-булатов, М.В. Ушаков и др. Результаты опубликованных за последние
ArcticGRO: Arctic great rivers observatory / Woods Hole Research Center [Электронный ресурс] URL: https://arcticgreatrivers.org (дата обращения: 21.04.2020). АИС ГМВО: Автоматизированная информационная система государственного мониторинга водных объектов [Электронный ресурс] URL: https://gmvo.skniivh.ru (дата обращения 21.04.2020).
R-ArcticNET - A Regional, Electronic, Hydrographic Data Network For the Arctic Region [Электронный ресурс] URL: http://www.r-arcticnet.sr.unh.edu/v4.0/index.html (дата обращения: 20.04.2020).
Variability in river temperature, Dischardge, and energy flux from the Russian pan-Arctic landmass. 2007; Магрицкий Д.В. Тепловой сток рек в моря Российской Арктики и его изменения ... 2009.
2
годы работ в этой области показывают совокупное уменьшение теплового стока крупнейших рек России (Обь, Лена и Енисей) в СЛО1. Вместе с тем обнаруживается рост теплового стока р. Печора. Исследователи подчёркивают влияние водохранилищ и ГЭС на снижение стока теплоты не только сибирских, но и южных рек России, таких как Дон, Сулак, Волга2.
Особое внимание уделяется изучению устьевых областей сибирских рек, отслеживаются потери теплового стока во время процесса бифуркации в дельтах3, ведётся поиск расчётных моделей температуры воды в устьевых зонах океана4. Новые подходы к проблеме способствуют рассмотрению теплового стока как величины, косвенно характеризующей поступление на водосбор влаги и тепла и связанной с коэффициентом истощения стока5.
Среди российских исследователей важно отдельно отметить работы московского исследователя Д.В. Магрицкого. Автор уточнил полученные ранее (по коротким рядам) оценки теплового стока рек, принадлежащих российской части водосбора СЛО, получил для средних рек всех северных районов российской части водосбора СЛО расчётные зависимости теплового стока от водного стока и теплового стока от площади рек. Также в работах исследователя приводятся оценки корреляционных зависимостей температур воды и воздуха, оценки
Lammers B.R., Pundsack J.W., Shiklomanov A.I. Variability in river temperature, Dischardge, And energy flux from the Russian pan-Arctic landmass // Journal of Geophysical research. 2007. Vol. 112. P. 59-74; Вознесенская В.С. Динамика теплового стока рек бассейна Северного Ледовитого океана: выпускная бакалаврская работа по направлению подготовки: 05.03.04-Гидрометеология. М., 2019 [Электронный ресурс] URL: https://nauchkor.ru/pubs/vypusknaya-kvalifikatsionnaya-rabota-bakalavra-dinamika-teplovogo-stoka-rek-basseyna-severnogo-ledovitogo-okeana-5d81f1a67966e1054c5fa84a (дата обращения: 08.12.2020); Магрицкий Д.В. Тепловой сток рек в моря Российской Арктики и его изменения ... 2009.
Евсеева Л.С., Магрицкий Д.В., Ретеюм К.Ф. Природные и техногенные факторы изменения теплового стока северных и южных рек России ... 2004. Алексеевский Н.И., Айбулатов Д.Н., Куксина Л.В., Четверова А.А. Структура водотоков в дельте Лены и её влияние на процессы трансформации речного стока // География и природные ресурсы. 2014. № 1. С. 91-99; Алексеевский Н.И., Магрицкий Д.В., Михайлов В.Н. Антропогенные и естественные изменения гидрологических ограничений для природопользования в дельтах рек Российской Арктики // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2015. № 1. С. 14-31.
Крайнева М.В., Малахова В.В., Голубева Е.Н. Численное моделирование формирования аномалий температуры в море Лаптевых, обусловленных стоком реки Лены // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 28. № 6. С. 534-539.
Ушаков М.В. Модель кривых истощения зимнего стока рек Северо-Востока России // Вестник САФУ Сер.: Естеств. науки. 2016. № 3. С. 5-14.
антропогенных изменений теплового стока, учёный ведёт изучение многолетней динамики водного стока1.
За рубежом сегодня продолжается создание моделей расчёта температуры воды по гидрометеорологическим данным2. Наиболее интересна в этой связи модель температур потока, где решается уравнение адвективного переноса теплоты3. Различные вариации данной модели применяются в ряде работ4.
Исследования, выполненные после 2010 г., часто связаны с оценкой региональных зависимостей температуры воды и теплового стока от метеорологических величин. Так, Д. Янг и A. Петерсон (2017) исследовали связь температуры воздуха с температурой воды на постах бассейна рек Юкон и Маккензи5. Итоги работы исследовательской базы «Cape Bounty Arctic Watershed Observatory» в Канаде были обобщены в публикациях, авторы которых показали высокие корреляции температуры воздуха и воды с лагом в один час; подчеркнули наличие растущих многолетних трендов температур воды, а также более раннее наступление снеготаяния на водосборах (за период наблюдений
1 См., например: Магрицкий Д.В. Тепловой сток рек в моря Российской Арктики и его изменения ... 2009; Магрицкий Д.В. Факторы и закономерности многолетних изменений стока воды, взвешенных наносов и теплоты на нижней Лене и Вилюе // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2015. № 6. С. 85-95; Магрицкий Д.В., Повалишникова Е.С., Фролова Н.Л. История изучения стока воды и водного режима рек Арктической зоны России в XX в. и начале XXI в. // Арктика и Антарктика. 2019. № 3. С. 61-96.
2 Arismendi I., Safeeq M., Dunham J.B., Johnson S.L. Can air temperature be used to project influences of climate change on stream temperature? // Environmental Research Letters. 2014. Vol. 9. № 8. С. 084015; Guzinski R., Nieto H., Fensholt R., Stisen S. Inter-comparison of energy balance and hydrological models for land surface energy flux estimation over a whole river catchment // Hydrology and earth system sciences. 2015. Vol. 15. № 4. Р. 2017-2036; Morrill J.C., Bales R.C., Conklin M.H. Estimating stream temperature from air temperature: implications for future water quality // Journal of Environmental Engineering. 2005. Vol. 131. № 1. P. 139-146; Piccolroaz S., Calamita E., Majone B., Gallice A., Siviglia A., Toffolon M. Prediction of river water temperature: a comparison between a new family of hybrid models and statistical approaches // Hydrological Processes. 2016. Vol. 30. № 21. P. 3901-3917; Toffolon M., Piccolroaz S. A hybrid model for river water temperature as a function of air temperature and discharge // Environmental Research Letters. 2015. Vol. 10. № 11. P. 114011.
3 Yearsley J.R. A semi-Lagrangian water temperature model for advection-dominated river systems // Water Resources Research. 2009. Vol. 45. № 12. W12405, doi:10.1029/2008WR007629.
4 См., например: Van Vliet M., Yearsley J., Franssen W. et al. Coupled daily streamflow and water temperature modelling in large river basins // Hydrology and Earth System Sciences. 2012. № 16 (11). Р. 4303 -4321; Yang D., Peterson A. River water temperature in relation to local air temperature in the Mackenzie and Yukon basins // Arctic. 2017. С. 47-58.
5 Yang D., Peterson A. River water temperature in relation to local air temperature in the Mackenzie and Yukon basins ... 2017.
2004-2016 гг.)1. Изменение ледового режима рек отмечается и в работах других авторов2.
Наблюдается живой интерес зарубежных учёных к крупнейшим рекам России, впадающим в СЛО. С 2008 г. существует канадский проект Лг^сОБО (Обсерватория великих рек Арктики), на сайте которого есть доступ к обширной базе данных по расходам и качеству воды. Вопрос температуры воды рек арктических территорий поднимается в ряде современных работ3. Опубликовано совместное исследование немецких и российских учёных по температурному режиму р. Лена4, где приводятся доказательства обоснованности использования температур воды, измеренных в створе р. Лена - с. Кюсюр, для оценки теплового стока реки в целом.
Заключение
Начало XX в., характеризующееся большим количеством экспедиционных исследований и первыми попытками оценки водного и теплового стока, а также термических условий речных систем, заложило фундамент для последующего развития гидрологии.
Задача по полному освоению Северного морского пути к 1950 г., поставленная послевоенной пятилеткой СССР, потребовала всестороннего исследования режима арктических морей и впадающих в них рек, что в последующем подстегнуло исследования термики речных систем и их влияния на СЛО.
Вторая половина века, связанная с накоплением обширного материала, его анализом и систематизацией, первыми попытками применения математических моделей, а также оценкой влияния антропогенного фактора, показала необходимость более пристального внимания
Christopher B., Scott L. Multi-year variations in High Arctic river temperatures in response to climate variability // Arctic Science. 2018. № 4 P. 605-623. IDO - 10.1139/AS-2017-0053$ Lamhonwah D. et al. Evaluating the hydrological and hydrochemical responses of a High Arctic catchment during an exceptionally warm summer // Hydrological processes. 2017. Vol. 31. № 12. Р. 2296-2313.
См., например: Shiklomanov A.I., Lammers R.B. River ice responses to a warming Arctic -recent evidence from Russian rivers // Environmental Research Letters. 2014. Vol. 9. № 3. DOI: 10.1088/1748-9326/9/3/035008.
См., например: Hotaek P. et al. Warming water in Arctic terrestrial rivers under climate change // Journal of Hydrometeorology. 2017. № 18 (7). DOI: 10.1175/JHM-D-16-0260.1; King T.V., Neilson B.T. Quantifying Reach-Average Effects of Hyporheic Exchange on Arctic River Temperatures in an Area of Continuous Permafrost // Water Resources Research. 2019. Vol. 55. № 3. P. 1951-1971.
Zhilyaev S., Fofonova V. Numerical Analysis and Reconstruction of the Temperature Regime of the Lena River Segment // Third International Conference on Mathematics and Computers in Sciences and in Industry (MCSI) MCSI Mathematics and Computers in Sciences and in Industry (MCSI). 2016. P. 224-228.
к гидротермическому режиму водотоков. Уже к концу века внимание учёных всего мира было обращено к проблеме изменения климата под действием антропогенного фактора.
Повышенный интерес к арктическим территориям в связи с их ускоренным откликом на изменение климата, а также новой российской политикой развития Арктики привёл к росту числа исследований за последнее десятилетие именно в этой сфере. В то же время общемировой интерес к крупнейшим рекам, впадающим в СЛО, способствует успешному взаимодействию учёных мира (ArcticGRO; R-ArcticNET; R.B. Lammers, et.al., 2007; V. Fofonova, et.al., 2016).
Несмотря на большое количество работ по тепловому стоку, а также появившиеся в последние годы новые средства мониторинга и небывалые мощности вычислительной техники, эта область гидрологии остаётся всё ещё недостаточно изученной. Существует несколько причин сложившейся ситуации: 1) неравномерность интереса к теме; 2) слабая интеграция научных данных в мировых масштабах; 3) труднодоступ-ность и обрывочность гидрологической информации по российским постам; 4) закрытие исследовательских программ по изучению Арктики в 1990-х гг. и в целом характерное для этого периода замедление развития науки. Именно поэтому в дальнейшем важно укреплять налаженные между учёными разных стран связи, развивать и восстанавливать сеть гидрологических постов, а также отслеживать сценарии влияния глобальных изменений на речные системы.
