CC BY
236
География
Вестник ДВО РАН. 2007. № 4
л.а.мещенина! П.В.НОВОРОЦКИЙ, В.И.ПОНОМАРЕВ
Климатические изменения и колебания стока Амура
Проанализированы многолетние изменения стока, атмосферных осадков и температуры воздуха в целом по бассейну Амура и в различных его частях. Выявлены линейные тренды изменений анализируемых гидрометеорологических параметров за весь пер-иод наблюдений и за последние 30 лет.
Climatic changes and fluctuations of the Amur runoff. L.A.MESHCHENINA, P.V.NOVOROTSKY (Institute of Water and Ecological Problems, FEB RAS, Khabarovsk), V.I.PONOMAREV (V.I.Il’ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS, Vladivostok).
Long-term changes of the river runoff, atmospheric precipitation and air temperatures are analyzed in the Amur basin as a whole, and in its various parts. Linear trends of changes of the analyzed hydrometeorological parameters for the entire period of observations and for the recent 30 years are revealed.
По данным многих авторов, за период инструментальных наблюдений (с 1850-х годов до 2000 г.) среднегодовая глобальная температура возросла на 0,6-0,7°С. В будущем прогнозируется более интенсивный рост глобального потепления. В результате к 2050 г. приземная температура воздуха планеты может повыситься еще на 1-2,5°С [1, 3, 4, 7].
Климатические изменения затронули также бассейн нижнего Амура [9, 11]. Начиная с 1990-х годов и особенно в последние годы здесь резко обострились многие экологические проблемы, непосредственно связанные с климатическими и гидрологическими условиями [2, 11]. Интересно в связи с этим выявить региональные изменения климата за прошедшее столетие в разных частях бассейна Амура, а также изменение водного режима Амура.
Исходными материалами для исследования многолетних климатических и гидрологических колебаний в бассейне Амура послужили оценки среднемесячных температуры и атмосферных осадков за период с 1891 по 2004 г., а также данные по годовому стоку Амура в створах г. Хабаровск (1896-2004 гг.), с. Богородское (1963-1988 гг.). Для выполнения исследований были использованы климатологические и гидрологические справочники, фондовые материалы Дальневосточного управления гидрометеослужбы, а также базы данных Национального управления по океану и атмосфере США (NOAA Global History Climatic Network, Global Daily Climatology Network) (http://www.ncdc.noaa.gov). Наиболее продолжительные ряды наблюдений за температурой воздуха и атмосферными осадками (90-20 лет) в бассейне Амура имеются по ограниченному числу станций: Николаевск-на-Амуре, Хабаровск, Екатерино-Никольское, Благовещенск, Чита, Могоча, Нерчинский Завод, Борзя, Бомнак, Экимчан, Бысса, Им. Полины Осипенко, Дальнереченск, Приморская, Хайлар, Цицикар, Харбин, Бугат, Чанчунь, Муданьцзян. Для расчетов средних для всего бассейна Амура климатических параметров были дополнительно использованы материалы других станций, имеющих более короткие периоды наблюдений - с 1930-х и 1950-х годов до настоящего времени. Многолетние ряды среднемесячных температур
МЕЩЕНИНА Людмила Анатольевна, НОВОРОЦКИЙ Петр Васильевич - кандидат географических наук (Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровск), ПОНОМАРЕВ Владимир Иванович - кандидат физико-математических наук (Тихоокеанский институт океанологии им. В. И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток).
воздуха и месячных сумм атмосферных осадков в целом для бассейна Амура получены как среднее арифметическое из рядов станций. Всего в работе были использованы доступные материалы наблюдений около 30 станций по температуре воздуха и около 40 станций по атмосферным осадкам. В рядах некоторых станций в начале ХХ в. в отдельные годы имеются пропуски. Эти данные компенсировали с помощью Карт отклонений температуры воздуха и осадков от средних многолетних, составленных в ГГО им. А.И.Воейкова [5]. Ряды станций, использованные при составлении исходной базы данных, были проверены на однородность. При этом было выявлено и устранено по возможности нарушение однородности, связанное, например, с изменением местоположения станций, а также заменой дождемера на осадкомер Третьякова в 1950-е годы [5, 6, 8].
Изменение стока
Амур - одна из крупнейших рек Восточной Азии. Климат большей части бассейна Амура имеет муссонные черты, хорошо выраженные в его восточной части и постепенно стирающиеся с удалением от берега моря. Муссонность обусловливает суровую малоснежную зиму, теплое избыточно влажное лето и относительно теплую и сухую осень и прохладную весну [6, 9-11].
Наиболее длительный и непрерывный ряд наблюдений за стоком Амура имеется у г. Хабаровск - с 1896 по 2004 г. Сток Амура у Хабаровска характеризует интегральный сток верхнего и среднего Амура (до 80% всего стока Амура); в нижнем течении Амура сток регулярно измеряется с 1933 г. в створе г. Комсомольск-на-Амуре (84%), имеется ряд наблюдений (1963-1988 гг.) стока в створе с. Богородское (92%).
Для периода синхронных наблюдений за годовым стоком Амура в Хабаровске Рх6 и с. Богородское Рбгр построена линейная регрессионная зависимость:
Обгр = 1,1323* Охб + 1497,6 м3/с. (1)
Угловой коэффициент уравнения определен с доверительной вероятностью Р = 0,99, коэффициент детерминации Я2 = 85%. Данное уравнение позволило экстраполировать ряды наблюдений по годовому стоку Амура в створе г. Хабаровск на сток с. Богородское за период с 1900 по 2005 г. (рис. 1). Для с. Богородское были рассчитаны относительные величины годового стока Амура. Величины годового стока были нормированы по отношению к среднему стоку за базовый период 1961-1990 гг.
Аппроксимация среднегодовых многолетних изменений стока и других гидрометеорологических параметров линейными зависимостями позволяет выявить линейные тренды их изменений за анализируемый период наблюдений. Статистическая значимость линейных трендов оценивалась с помощью критерия Стьюдента по величине квадрата коэффициента корреляции Я2. Величина Я2 показывает, каков вклад линейного тренда в общую изменчивость исследуемого параметра. Тенденция изменения параметра считалась статистически значимой при Р > 0,95. При объеме выборки 30 лет это соответствует величине Я2 > 14%, 115 лет - Я2 > 3%.
За весь период наблюдений 1900-2005 гг. выявлена тенденция уменьшения стока (рис. 1).
В среднем за 106 лет водность Амура понизилась на 5%. Уравнение линейного тренда для годового стока имеет следующий вид:
у = -0,054х + 105,59; Я2 = 1%. (2)
Данное уравнение статистически не значимо, уровень достоверности меньше 95%. Аппроксимация среднегодовых многолетних изменений стока полиномом 4-ой степени позволила получить статистически значимую зависимость:
у = 5Е-06 0,000005х4 - 0,0005х3 + 0,0359х2 - 0,8416х + 106,95; Я2 = 4%. (3)
160 т 14Л - -
19П - - п 1 ..ГТИ
\ ■ |Г Ц-1: ш I
ЯП - чг ТТЛ и , Щ №
СП № И и и ив < 4]
ЛЬ ^ Л Л А А
Рис. 1. Многолетние изменения годового стока Амура (%, отношение к норме 1961-1990 гг.) у с. Богородское за период 1900-2005 гг. Прямая линия - линейный тренд; пунктирная - тренд, аппроксимированный полиномом 4-й степени, 1 - трехлетние скользящие средние годового стока
С начала наблюдений за стоком Амура до середины 1910-х годов отмечается понижение водности, затем до 1960-х годов - повышение. С 1970-х годов до настоящего времени водность вновь уменьшается. Таким образом, можно выделить большие 40-50-летние периоды волны пониженной и повышенной водности.
Аппроксимация среднегодовых многолетних изменений стока Амура за последние 25 лет (1981-2005 гг.) уравнением линейной регрессии позволила получить уравнение: у = -1,1853х + 117,61; Я2 = 27%. (4)
В последнее время существует тенденция понижения водности Амура в среднем на 12% каждые 10 лет*.
Анализируя построенную интегральную кривую годового стока р. Амур у с. Богородское (рис. 2), можно выделить несколько полных законченных циклов со средним стоком, равным среднему многолетнему: 1909-1921, 1921-1943, 1956-1978, 1983-2000 гг.. а с помощью кривой колебаний годового стока (рис. 1) - маловодные (1917-1927, 19741980, 1999-2005 гг.) и многоводные (1906-1916, 1928-1943, 1955-1966 гг.) периоды.
Рис. 2. Разностная интегральная кривая модульных коэффициентов £(к-1) стока р. Амур у с. Богородское за период 1900-2005 гг.
* В бассейне Амура происходит существенное усиление хозяйственной деятельности, что также необходимо принимать во внимание. Начиная с 1970-х годов активно развивается гидротехническое строительство, создаются водохранилища, некоторые из них входят в число крупнейших в мире: Зейское и Бурейское в России, Фынмань, Байшань и Ниержи в Китае в бассейне Сунгари; кроме того, имеется большое число малых водохранилищ и прудов. Потери стока Амура в результате могут быть до 100 км3. В настоящее время в связи с большой площадью и трансграничным положением Амура, неразвитостью гидрометрической сети в его бассейне, сложностью получения информации не только в Китае и Монголии, но также в России, довольно проблематично количественно оценить так называемую антропогенную составляющую изменений стока, но можно утверждать, что в дальнейшем ее влияние будет усиливаться.
В 1944-1954, 1967-1973, 1981-1998 гг. годовой сток чередуется короткими 1-2-3-летними периодами пониженной и повышенной водности.
Для изучения структуры колебаний стока и других гидрометеорологических параметров и выявления их периодичности часто используются методы спектральных плотностей, обычно для выборок, отвечающих требованиям стационарности и эргодичности и имеющих нормальное распределение. Хотя эти требования во временных рядах гидрометеорологических параметров не всегда строго выполняются, результаты расчетов позволяют приближенно оценить временную структуру исследуемых рядов. Спектральные плотности стока Амура рассчитывали с помощью программы 8ТАПБТ1СА 6.0.
Для определения вероятности случайного появления максимумов спектральной плотности на отдельных частотах вычислялись уровни значимости: 5, 10 и 1%. Для уменьшения разброса точек и сокращения количества отрицательных значений спектральной плотности, не имеющих физического смысла, выполнялось их сглаживание с помощью коэффициентов Тьюки.
Спектральное разложение величин многолетнего стока Амура позволило выявить статистически значимые циклы с периодом 4-5, 7, 12 и 28 лет. Как уже отмечалось, в ходе колебаний водности Амура прослеживается также вековой тренд - плавное увеличение водности с начала ХХ века до 1960-х годов, а затем происходит ее постепенное понижение. Эти вековые колебания водности совпадают с вековыми изменениями солнечной активности: в 80% случаев минимум солнечной активности совпадает с минимумом водности Амура в створе с. Богородское.
Изменение температуры воздуха
На рис. 3 представлен ход аномалий годовой температуры воздуха в среднем для бассейна Амура с 1891 по 2004 гг. В настоящее время для оценки нормы Всемирная метеорологическая организация рекомендует тридцатилетний период 1961-1990 гг. На рис. 3 видно, как нерегулярные периоды потеплений в бассейне Амура сменяются периодами похолоданий. Наибольшая амплитуда колебаний среднегодовой температуры воздуха за весь период наблюдений не превышает ±2-2,5°С.
Кривая годового хода температуры воздуха для бассейне Амура не совсем точно воспроизводит изменение вековой температуры в целом для Северного полушария [4]. В бассейне Амура наблюдаются более короткие периоды похолоданий и потеплений (рис. 3). Скользящие трехлетние кривые среднегодовых температур воздуха (рис. 3) показывают, что за 115 лет аномально теплые периоды наблюдались в конце XIX в., в 1930-е , 1940-е годы. В 1970-е годы началось самое значительное потепление, которое почти беспрерывно продолжается до настоящего времени.
2,0
Рис. 3 Многолетний ход аномалий средней годовой температуры воздуха в бассейне Амура (отклонение от средней температуры базового периода 1961-1990 гг., °С). Кривая - трехлетние скользящие средние, прямая - линейный тренд (у = 0,0135х - 1,0013; И2 = 33%)
Среднегодовая температура воздуха за 1980-2004 гг. поднялась на 0,64°С по сравнению с нормой, рассчитанной за базовый период наблюдений 1961-1990 гг. 1990-е годы были самым теплым десятилетием за весь период инструментальных наблюдений как в глобальном масштабе, так и в бассейне Амура (рис. 3). В 1990-е годы здесь отмечается увеличение температуры воздуха на 0,75°С по сравнению со средними многолетними величинами. В целом для земного шара самыми теплыми были 1998, 2003 и 2005 гг. (отклонение от нормы соответственно +0,58, +0,47 и +0,48°С) (www.climate.mecom.ru). Для бассейна Амура самыми теплыми были 1989, 1990, 1995 гг. (отклонение от нормы 1,3-1,7°С). В последние годы в амурском бассейне продолжается повышение среднегодовой температуры воздуха, в период 2001-2004 гг. она превысила норму на 1°С (рис. 3).
В бассейне Амура за период наблюдений чередуются периоды потепления и похолодания. Так, самым холодным было двадцатилетие в начале ХХ в., сменившееся затем относительно теплым двадцатилетием 1931-1950 гг. В 1950-е годы вновь отмечается небольшое похолодание. В 1970-е наступает стабильное и самое продолжительное потепление в бассейне Амура с начала инструментальных наблюдений за температурой воздуха.
Многолетние изменения приземной температуры воздуха в различных частях бассейна Амура неоднородны. Некоторое представление об этом может дать аппроксимация многолетних изменений температуры воздуха на различных станциях бассейна линейными зависимостями (табл. 1). Статистическая значимость линейных трендов оценивалась с помощью критерия Стьюдента по величине квадрата коэффициента корреляции Я2. Линейные тренды среднегодовых температур воздуха оказались положительными. В среднем за столетие статистически достоверный рост среднегодовой температуры в бассейне составил 1,3°С, полученный линейный тренд описывает 33% учтенной доли дисперсии. Минимальное потепление в бассейне Амура отмечается на побережье в восточном секторе бассейна (Николаевск-на-Амуре) - 0,06°С/10 лет, 7% объясненной дисперсии. Такое повышение приземной температуры воздуха сопоставимо с глобальными изменениями. Наиболее интенсивное потепление выявлено для континентальных южных, центральных и западных частей бассейна Амура (Муданьцзян, Приморская, Дальнереченск, Хайлар, Благовещенск) - 0,17-0,25°С/10 лет, там скорость потепления в 3-4 раза превышает скорость глобальных изменений. В северных континентальных районах (Экимчан, Им. Полины Осипенко) потепление также довольно значительное: 0,15-0,18°С/10 лет. Все линейные тренды, описывающие эти изменения, статистически значимы, описывают от 20 до 50% межгодовой изменчивости температуры воздуха.
В Прибайкалье, расположенном западнее от бассейна Амура, столетний температурный градиент составил 2°С [12]. Отсюда можно заключить, что по мере продвижения вглубь континента происходит некоторое увеличение темпов роста приземной температуры воздуха. Относительно невысокий рост температуры в восточной части бассейна Амура может быть обусловлен тепловой инерцией водных масс окружающих морей, влияние которых быстро ослабевает с удалением от побережья вглубь континента.
Общая тенденция потепления климата в бассейне Амура, выраженная в положительном тренде среднегодовой температуры воздуха, проявляется довольно значительно, но в отдельные сезоны года тренд температуры имеет различные скорости и даже может менять знак (табл. 1). Повсеместно в бассейне интенсивное потепление происходит в зимневесенний период, наиболее значительное потепление выражено в континентальной части бассейна, с максимумом на верхнем Амуре и в бассейне Уссури (Муданьцзян, Приморская, Борзя, Хайлар) - на 0,37-0,49°С/10 лет. Полученные линейные тренды описывают от 17 до 36% межгодовой изменчивости. В прибрежной зоне (Николаевск-на-Амуре) за этот период потеплело на 0,11-0,15°С, учтенная доля дисперсии 8%. В летне-осенний период по сравнению с зимне-весенним скорость потепления на всех станциях бассейна Амура уменьшается в 2-5 раз. В Николаевске-на-Амуре осенний температурный тренд стал даже отрицательным —0,4°С/10 лет, выявленный линейный тренд описывает всего
1% межгодовой изменчивости. На других станциях бассейна Амура скорость потепления в осенний период изменялась от 0,01 до 0,16°С/10 лет с максимумом в бассейне Сунгари. Наибольшее потепление в летние сезоны отмечается в северной и центральной частях бассейна (Бомнак, Им. Полины Осипенко, Экимчан, Благовещенск). На отдельных станциях верхнего Амура (Борзя, Нерчинский Завод), а также в западной части бассейна Сунгари (Цицикар) современные летние сезоны стали прохладнее на 0,1-0,3°С по сравнению с концом XIX и началом XX в. (табл. 1). Сезонный ход изменений в целом соответствует ходу глобального потепления, но пространственно эффект гораздо более выражен в центре континентальной части бассейна.
Таблица 1
Оценка линейных трендов температуры воздуха (наклон A^ оС / 10 лет) и вкладов тренда (D%) в полную дисперсию рядов для бассейна Амура за период 1891—2004 гг.
Станция Зима Весна Лето Осень Год
Бассейн Амура 0,22/19 0,21/26 0,05/7 0,05/4 0,13/33
Николаевск-на-Амуре 0,15/8 0,11/8 0,04/2 -0,04/1 0,06/7
Хабаровск 0,22/16 0,19/19 0,02/1 0,05/3 0,11/23
Екатерино-Никольское 0,19/12 0,25/31 0,06/8 0,04/2 0,14/31
Благовещенск 0,23/12 0,24/25 0,08/11 0,01/10 0,17/32
Чита 0,24/16 0,21/18 0,04/2 0,06/2 0,14/22
Нерчинский Завод 0,24/13 0,21/18 -0,01/0 0,02/0 0,11/18
Бомнак 0,20/7 0,22/17 0,12/12 0,03/0 0,13/16
Экимчан 0,34/17 0,27/19 0,10/8 0,01/0 0,18/24
Им. Полины Осипенко 0,18/5 0,26/22 0,12/10 0,02/0 0,15/20
Приморская 0,45/26 0,36/48 0,05/2 0,12/12 0,23/45
Борзя 0,37/17 0,25/19 -0,03/1 0,08/3 0,17/24
Дальнереченск 0,20/19 0,28/35 0,01/0 0,07/4 0,18/40
Цицикар 0,23/10 0,25/20 -0,01/0 0,09/5 0,14/21
Харбин 0,17/7 0,24/26 0,05/4 0,10/11 0,14/31
Муданьцзян 0,42/33 0,32/40 0,05/3 0,16/20 0,24/51
Хайлар 0,49/31 0,36/27 0,00/0 0,14/9 0,25/37
Примечание. Здесь и далее в табл. в числителе - Лтр, в знаменателе - D%.
Начало современного потепления в большинстве регионов Земли, а также в бассейне Амура относится к началу 1970-х годов. Для ряда станций бассейна Амура оценены температурные тренды за 1975-2004 гг. (табл. 2). Скорость роста среднегодовой температуры воздуха за этот период для бассейна в целом составила 0,34°С/10 лет, что в 2,5 раза превышает изменение температуры за период 1891-2004 гг. Потепление в 1975-2004 гг. составило 0,57°С/10 лет в зимние сезоны, 0,24°С летом, 0,30-0,32°С/10 лет весной и осенью (последнее значение близко к среднегодовому). Наиболее наглядно потепление выражено в последнее 30-летие в холодный период года. Зимой градиенты потепления на верхнем Амуре (Чита, Борзя, Хайлар) составляют 1,0-1,2°С/10 лет, на других станциях - 0,6-0,8°С/10 лет. Минимальное потепление отмечается в Николаевске-на-Амуре -
0,4°С/10 лет. Весной темпы потепления уменьшаются по сравнению с зимним сезоном на 20-50%, а на некоторых северных станциях (Бомнак, Экимчан, Николаевск-на-Амуре) - примерно в 3-5 раз.
Летом на нижнем Амуре (Николаевск-на-Амуре, Хабаровск, Им. Полины Осипенко), а также в центральной части бассейна (Екатерино-Никольское) происходит понижение летних температур воздуха по сравнению с нормой на 0,1-0,3°С/10 лет. На других станциях летние сезоны теплее базового периода от 0,06-0,10 (бассейн Уссури) до 0,5-0,7°С/10 лет (верхний Амур). Осенние сезоны повсеместно на Амуре становятся более теплыми, скорость потепления составляет 0,2-0,6°С/10 лет. Коэффициенты детерминации Я2 линейных трендов температуры воздуха за последние 30 лет на станциях бассейна Амура в большинстве сезонов года не достигают уровня 95%-ной значимости. В то же время в зимний период и в целом за год Я2 преимущественно значимы (табл. 2).
Таблица 2
Оценка линейных трендов температуры воздуха (наклон A , С / 10 лет) и вкладов тренда (D%) в полную дисперсию рядов для бассейна Амура за период 1975-2004 гг.
Станция Зима Весна Лето Осень Год
Бассейн Амура 0,57/12 0,30/6 0,24/13 0,32/10 0,34/22
Николаевск-на-Амуре 0,40/4 0,07/1 -0,31/9 0,19/3 0,05/0
Хабаровск 0,65/14 0,37/8 -0,20/4 0,31/8 0,26/11
Екатерино-Никольское 0,76/16 0,37/9 -0,16/3 0,24/5 0,28/15
Благовещенск 0,82/16 0,41/8 0,32/15 0,44/11 0,46/28
Чита 1,20/20 1,0/33 0,74/33 0,43/8 0,81/60
Бомнак 0,77/13 0,14/1 0,32/9 0,64/15 0,35/14
Экимчан 0,66/9 0,19/1 0,20/4 0,58/16 0,36/14
Им. Полины Осипенко 0,80/11 0,40/6 -0,13/1 0,59/14 0,38/13
Приморская 0,74/9 0,36/11 0,09/1 0,32/7 0,29/12
Борзя 1,04/10 0,51/10 0,48/17 0,25/3 0,54/29
Дальнереченск 0,81/19 0,37/10 0,06/4 0,40/12 0,39/30
Цицикар 0,85/16 0,58/16 0,44/18 0,36/9 0,53/38
Харбин 0,58/9 0,35/8 0,30/12 0,30/7 0,36/23
Муданьцзян 0,67/12 0,27/06 0,11/2 0,25/5 0,31/22
Хайлар 1,02/17 0,84/20 0,72/36 0,47/11 0,75/44
Изменение количества атмосферных осадков
Большое значение наряду с температурой воздуха для функционирования экосистем бассейна Амура имеет режим увлажнения, определяемый атмосферными осадками. За период наблюдений с 1891 по 2004 г. в среднем от 89 до 94% годовой суммы осадков в континентальной части бассейна Амура и немного меньше - 73% в прибрежной зоне (Николаевск-на-Амуре) формируется в теплое время года с апреля по октябрь.
На рис. 4 представлены среднегодовые суммы атмосферных осадков для бассейна Амура за 1891-2004 гг. в процентах по отношению к норме (1961-1990 гг.). Чередование периодов повышенного и пониженного увлажнения особенно хорошо прослеживается по трехлетним скользящим средним. Наиболее засушливые периоды характерны для первой половины ХХ в. Повышенная увлажненность в бассейне Амура отмечается в 1960-е и 1980-е годы, в последние 10 лет наметилась тенденция к ее понижению.
Подобные выводы также подтверждаются средними по десятилетиям годовыми суммами осадков и стока Амура, рассчитанными по отношению к норме (рис. 5). Осадки
Рис. 4. Многолетний ход годовых сумм осадков (%, отношение к норме 1961-1990 гг.) в бассейне Амура. Кривая линия - трехлетние скользящие средние, прямая - линейный тренд (у = 0,0381х + 95,843; Я2= 2%); 1 - тренд, аппроксимированный полиномом 4-й степени (у = -5Е-07 -0,0000005х* + 5Е-05 0,00005х3 + 0,0018х2 - 0,1633х + 97,702; Я2 = 6
Рис. 5. Средние по десятилетиям годовые суммы осадков (%) (закрашенные столбцы) и стока (%) (белые столбцы) в бассейне Амура за 1901-2004 гг. Сплошная линия - тренд осадков, аппроксимированный полиномом 3-й степени (у = -0,0987х3 + 1,5716х2 - 6,2943х + 102,31; Я2 = 52%); пунктирная - тренд стока (у = -0,1184х3 + 1,7569х2 - 7,6796х + 111,5; Я2 = 28%)
и сток изменяются относительно синхронно в бассейне Амура. Сток, составляющий в среднем одну треть выпадающих на водосборе Амура осадков, имеет больший диапазон изменений. Аппроксимация десятилетних сумм осадков и стока полиномами 2-й степени показывает примерно схожие их изменения: минимальные число осадков и величина стока отмечаются в начале и конце периода наблюдений, максимальные - в его середине (1950-1960-е годы).
Аппроксимация многолетних изменений осадков линейными зависимостями в Приамурье позволило выявить следующее. В целом в бассейне Амура годовые суммы осадков увеличиваются с 1890-х годов до настоящего времени со средней скоростью 0,4% за 10 лет (рис. 4, табл. 3). Аппроксимация годовых сумм осадков полиномом 4-й степени, выявленная с более высоким коэффициентом корреляции, уточняет, что тенденция увеличения количества осадков после 1980-х годов сменилась на противоположную (рис. 4, 5).
В отличие от температурных изменений, рост количества осадков за 115 лет лучше прослеживается в восточном секторе бассейна: в Николаевске-на-Амуре и Хабаровске соответственно 2,1 и 1,9% / 10 лет (табл. 3). Выявленные статистически значимые линейные тренды описывают 14 и 13% дисперсии. В северной части нижнего Амура (Им. Полины Осипенко, Софийский Прииск) годовой прирост количества осадков в среднем составляет 0,9-1,0% / 10 лет, в бассейне Уссури (Дальнереченск, Приморская) - 0,1-0,3, на станции Муданьцзян —0,5, на среднем Амуре (Екатерино-Никольское, Благовещенск) - 0,2-0,3, в Чите - 0,2, в юго-западной части бассейна Амура (Нерчинский Завод, Борзя, Хайлар,
Цицикар) - 1,1—1,7, в северных и южных районах среднего Амура (Экимчан, Бомнак, Харбин, Чаньчун) —0,1—1,9% за 10 лет. На большинстве станций бассейна выявленные линейные тренды оказались преимущественно статистически незначимы.
Годовые суммы осадков за последние 30 лет в целом по бассейну Амура уменьшаются со скоростью 2,1% / 10 лет. Линейные тренды годовых сумм осадков за период 1975—2004 г. на всех пунктах, за исключением отдельных станций бассейна Уссури и Сунгари, оказались отрицательными. На фоне общего роста температуры воздуха за последнее тридцатилетие в основном происходит уменьшение годовых сумм осадков со средней скоростью 3—4% / 10 лет на нижнем Амуре и 1—7% на среднем и верхнем Амуре, а в с. Екатерино-Никольское и в бассейне Уссури в 1975—2004 гг., напротив, — увеличение со скоростью 2—4% / 10 лет, что, по-видимому, вызвано более частым вторжением южных циклонов. Выявленные линейные тренды за период 1975—2004 гг. в бассейне Амура объясняют небольшую долю изменчивости осадков (табл. 3).
Таблица 3
Оценка линейных трендов аномалий суммы осадков (наклон Атр, %/ 10 лет — отношение к норме за 1961—1990 гг.) и вкладов тренда (0%) в полную дисперсию рядов для бассейна Амура в среднем за год и за сезоны 1891—2004 гг. и 1975-2004 гг.
Станция 1891-2004 гг. 1975-2004 гг.
Холодный период (ХІ-ІІІ) Теплый период (ІУ-Х) Год Холодный период (ХІ-ІІІ) Теплый период (ІУ-Х) Год
Бассейн Амура 2,6/17 0,3/2 0,4/2 2,0/1 -2,6/5 -2,1/4
Николаевск- на- Амуре 4,6/15 0,9/2 2,1/14 0,7/0 -7,3/8 -4,0/4
Им. Полины Осипенко 5,4/12 1,0/1 0,9/1 4,5/1 -3,8/2 -2,9/2
Хабаровск 2,6/6 1,8/9 1,9/13 6,6/3 -5,0/4 -3,9/3
Дальнереченск -0,1/0 0,2/0 0,3/0 7,0/6 0,8/0 2,0/1
Приморская 1,4/1 0,1/0 0,1/0 5,9/1 2,1/1 3,6/3
Муданьцзян 0,9/0 -0,6/1 -0,5/1 3,6/1 2,4/1 2,5/2
Екатерино-Никольское 3,0/7 0,1/0 0,3/0 -4,4/1 4,0/3 3,7/2
Благовещенск 3,0/8 0,0/0 0,2/0 3,2/1 -3,4/3 -2,8/3
Софийский Прииск 2,6/3 0,9/1 1,1/2 5,1/1 -3,8/2 -2,8/1
Бомнак 1,4/1 -0,3/0 -0,2/1 -0,9/0 -6,9/11 -6,6/12
Экимчан 1,2/1 -0,3/0 -0,1/0 -0,1/0 -4,5/5 -4,0/4
Чита -0,3/0 0,2/0 0,2/0 2,1/0 -0,1/0 -0,2/0
Нерчинский Завод 0,5/0 1,0/2 1,1/3 14,1/15 -8,3/9 -6,7/7
Борзя 0,7/0 1,2/2 1,2/2 10,4/7 -4,7/2 -4,0/2
Хайлар 1,8/1 1,0/2 1,1/2 26,3/24 -8,8/7 -7,1/5
Цицикар 5,8/6 1,6/2 1,7/2 -14,4/2 0,9/0 -1,6/0
Харбин -1,3/1 -0,2/0 -0,2/0 -2,1/0 1,0/0 0,6/0
Чаньчун -11,0/19 -1,4/3 -1,9/5 -9,4/5 -0,3/0 -0,9/0
В целом по бассейну Амура среднее увеличение количества осадков за год и за апрель-октябрь (время выпадения большей их части) 1891-2004 гг. составило 0,3-0,4% /10 лет, с максимумом до 1,6—1,8% в восточной и юго-западной областях бассейна (Хабаровск, Цицикар). В северных районах бассейна (Бомнак, Экимчан) и южных его частях (Харбин, Муданьцзян, Чаньчун) выявлен линейный тренд уменьшения годовых сумм осадков со скоростью 0,1-1,4% /10 лет. В течение года изменение количества осадков в холодный период года составило в целом для бассейна 2,6% /10 лет, на нижнем Амуре (Им. Полины Осипенко) и в юго-западной части (Цицикар) - 5,3-5,8, на станциях Чита, Дальнереченск, Харбин - -0,1—1,3, а на самой южной станции Чаньчун - -11% / 10 лет.
За теплый период года 1975-2004 гг. количество осадков росло и уменьшалось в разных частях бассейна примерно так же, как и годовые их суммы, в холодный период года - существенно возросло: на 4-7%/ 10 лет. В бассейне Уссури, а также на верхнем Амуре рост составил 2-26, в южных районах в бассейне Сунгари - -2-14% / 10 лет. Полученные
линейные тренды для станций бассейна Амура за 30-летний период наблюдений преимущественно статистически незначимы (для холодного периода года значимые линейные тренды выявлены только на станциях Нерчинский Завод и Хайлар, Я2 > 14%).
Таблица 4
Корреляционная матрица для среднегодовой температуры воздуха (Т), годовых сумм атмосферных осадков (Ос) и среднегодового стока у с. Богородское (О) в бассейне Амура за различные периоды времени
Период 1891-2004 гг. 1891-1950 гг. 1951-2004 гг.
Параметры Q Ос Т Q Ос Т Q Ос Т
Q 1,00 0,84 -0,18 1,00 0,88 -0,20 1,00 0,83 -0,18
Ос 0,84 1,00 -0,06 0,88 1,00 -0,18 0,83 1,00 -0,13
Т -0,18 -0,06 1,00 -0,20 -0,18 1,00 -0,18 -0,13 1,00
Интересно также сопоставить изменение среднегодовой температуры воздуха, годовых сумм атмосферных осадков и среднегодового стока у с. Богородское в бассейне Амура (табл. 4). Полужирным шрифтом в данной таблице выделены коэффициенты корреляции г, уровень достоверности которых превышает 95%. Наиболее высокая корреляция отмечается между осадками и стоком, в зависимости от анализируемого периода времени г изменяется от 0,83 до 0,89. Коэффициент корреляции между среднегодовой температурой воздуха и годовыми расходами Амура у с. Богородское за весь период наблюдений оказался равным -0,18, изменяясь от -0,20 в первую половину наблюдений до -0,18 во вторую. Взаимосвязь между осадками и температурой воздуха также оказалась отрицательной. Она несколько слабее, чем между температурой воздуха и расходами воды. Коэффициент корреляции между температурой воздуха и осадками изменяется в зависимости от периода наблюдений от -0,06 до -0,18. Таким образом, прогнозируемое потепление в целом для земного шара и в частности для широт бассейна Амура, по всей вероятности, может привести к уменьшению увлажненности, а также стока бассейна Амура.
Выводы
1. За весь период наблюдений 1900-2005 гг. выявлена тенденция уменьшения стока Амура со средней скоростью -0,5%/ 10 лет. Понижение водности отмечалось с начала XX в. до середины 1910-х годов, затем до 1960-х годов прослеживается повышение стока, с 1970-х годов до настоящего времени водность Амура вновь уменьшается (в 19802005 гг. со скоростью 12% /100 лет). Выявленные тенденции уменьшения стока Амура, особенно за последние десятилетия, обусловлены не только климатическими, но и антропогенными факторами, в первую очередь гидротехническим строительством.
2. В бассейне Амура за 115 лет происходит чередование теплых и холодных периодов. На большей части бассейна самым холодным было двадцатилетие в начале ХХ в., сменившееся затем относительно теплым двадцатилетием 1931-1950 гг., в 1950-е годы вновь отмечается небольшое похолодание, а с 1970-х наступает стабильное и самое большое потепление в амурском бассейне с начала инструментальных наблюдений.
3. Тенденции изменения климата в бассейне Амура в целом синхронны глобальным. Здесь потепление происходит довольно устойчиво и продолжается до настоящего времени. На фоне многолетних колебаний в температуре воздуха выявлены устойчивые положительные тренды к потеплению. За прошедшее столетие среднегодовая температура воздуха в бассейне Амура возросла на 1,3°С. Минимальное потепление отмечается на побережье в восточном секторе бассейна, по мере продвижения вглубь континента темпы потепления усиливаются. Самое интенсивное потепление происходит в зимне-весенний
период в континентальной части бассейна - до 2-4°С за 100 лет. Летом и особенно осенью скорость потепления снижается в 2-5 раз. На нижнем Амуре на побережье осенью выявлено небольшое похолодание: -0,4°С за 100 лет.
4. От 73% на побережье до 94% в западной части годовой суммы осадков в бассейне Амура формируется в теплое время года (апрель-октябрь), которые в многолетнем режиме чередуются сухими и влажными периодами. В восточной и центральной частях бассейна наиболее засушливые периоды характерны для первой половины ХХ в. В 1960-е и 1980-е годы в этих районах отмечается повышенная увлажненность. В западном секторе бассейна засушливые периоды (первое двадцатилетие ХХ в. и 1970-е годы) сменялись относительно более влажными (1930-1950-е, 1980-е годы). Относительно пониженный фон увлажнения в целом по всему бассейну Амура прослеживается после 2000 г. Суммы осадков за холодный периода года в центральной и восточной частях бассейна, начиная с конца Х1Х в., постепенно увеличиваются до 1970-х годов, затем в центральной части бассейна наблюдается небольшое снижение сумм осадков, а на нижнем Амуре они продолжают расти. Увеличение количества выпадающих осадков за холодный период года в западном секторе Амура отмечалось в 1900-е, 1940-1950-е и 2000-е годы, уменьшение - в 1970-1990-е годы.
5. Количество осадков и величина стока в бассейне Амура изменяются синхронно. Показатели, характеризующие сток, более изменчивы по сравнению с таковыми осадков и имеют больший диапазон изменений за столетний период. Минимальные количество осадков и сток отмечаются в начале и конце периода наблюдений, а максимум в его середине - 1940-е и 1950-е годы.
6. За 115 лет по бассейну Амура средний рост количества осадков за год и за теплый период составил 3-4%, за холодный период года - 29%. Годовые суммы осадков в бассейне Амура в 1975-2004 гг. в среднем уменьшаются со скоростью 2,1% / 10 лет.
7. Выявлена отрицательная корреляция между годовыми величинами стока, осадков и среднегодовой температурой воздуха в бассейне Амура, т.е. при дальнейшем потеплении можно прогнозировать снижение количества атмосферных осадков и величину стока Амура.
Авторы благодарят за поддержку Asian-Pacific Network APN (2005-05-СМУ).
ЛИТЕРАТУРА
1. Будыко М.И. Предстоящие изменения климата // Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1992. № 4. С. 36-52.
2. Водно-экологические проблемы бассейна реки Амур / под ред. А.Н.Махинова. Владивосток: ДВО РАН, 2003. 187 с.
3. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Обнаружение изменений климата: состояние, изменчивость и экстремальность климата // Метеорология и гидрология. 2004. № 4. С. 50-67.
4. Израэль Ю.А., Груза Г.В., Катцов В.М., Мелешко В. П. Изменения глобального климата. Роль антропогенных воздействий // Метеорология и гидрология. 2001. № 5. С. 5-21.
5. Карты отклонений температуры воздуха и осадков от многолетних средних Северного полушария. Вып. 1-4. Л., 1961-1967.
6. Климатология / под ред. О.А.Дроздова, Н.В.Кобышевой. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 568 с.
7. Мелешко В.П., Голицын ГС., Говоркова В.А., Демченко П.Ф., Елисеев А.В., Катцов В.М., Малевский-Малевич С.П., Мохов И.И., Надеждина Е.Д., Семенов В.А., Спорышев П.В., Хон В.Ч. Возможные изменения климата России в XXI веке: оценки по ансамблю климатических моделей // Метеорология и гидрология. 2004. № 4. С. 38-49.
8. Месячные суммы осадков в процентах от нормы / под ред. А.И.Неушкина. Ч. 1, вып. 3. М.: Гидрометеоиздат, 1977. 578 с.
9. Новороцкий П.В. Многолетние изменения температуры воздуха и атмосферных осадков в бассейне Нижнего Амура // Метеорология и гидрология. 2004. № 5. С. 55-62.
10. Новороцкий П.В. Распространение муссона над южной частью российского Дальнего Востока // Метеорология и гидрология. 1999. № 11. С. 40-46.
11. Петров Е.С., Новороцкий П. В., Леншин В.Т. Климат Хабаровского края и Еврейской автономной области. Владивосток; Хабаровск: Дальнаука, 2000. 174 с.
12. Шимараев М.Н., Куимова Л.Н., Синюкевич В.Н., Цехановский В.В. Климат и гидрологические процессы в бассейне оз. Байкал в ХХ столетии // Метеорология и гидрология. 2002. № 3. С. 71-78.
