CC BY
125
2014 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Сер. 7 Вып. 3
ГЕОГРАФИЯ
УДК 556.535.5 В. С. Вуглинский
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕДОВОГО РЕЖИМА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ РЕГИОНОВ СТРАНЫ В СОВРЕМЕННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9
Статья посвящена оценке изменений продолжительности ледостава и максимальной толщины ледяного покрова за последние три десятилетия по отношению к предшествующему периоду на примере данных наблюдений 28 гидрометрических створов рек и 10 пунктов наблюдений на озерах, расположенных в различных природных зонах страны. Представлены результаты оценки однородности многолетних рядов рассматриваемых характеристик ледового режима по критериям Стьюдента и Фишера и оценки трендов многолетних рядов характеристик ледового режима рек и озер для трех временных интервалов по критерию Стьюдента. Приведены оценки изменений рассматриваемых характеристик ледового режима рек и озер за период 1980-2010 гг. по сравнению с периодом условно стационарной климатической ситуации (с начала наблюдений по 1979 г.) с использованием двух методических подходов. Полученные результаты предназначены для использования при решении задач адаптации отраслей экономики, связанных с использованием рек и озер в зимних условиях. Библиогр. 14 назв. Ил. 4. Табл. 3.
Ключевые слова: реки, озера, продолжительность ледостава, максимальная толщина ледяного покрова, оценка изменений, влияние климата.
ASSESSMENT OF CHANGES IN WATER BODIES ICE REGIME CHARACTERISTICS FOR DIFFERENT REGIONS OF THE COUNTRY IN MODERN CLIMATE CONDITIONS.
V. S. Vuglinsky
St. Peterburg State University, 7/9, Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034, Russian Federation
This article deals with assessment of changes in ice cover duration and maximum ice cover thickness for the last three decades compared with the previous period by the example of observation data for 28 hydrometric stations on rivers and 10 hydrological stations on lakes. Estimations of homogeneity and long-term serious trends of above-mentioned rivers and lakes ice regime characteristics for three time periods were carried out using Student and Fisher criteria. Assessment of changes in ice regime characteristics for the period 1980-2010 compared with the period of stationary climate (from the beginning of observations until 1979) using two methodological approaches was made. The results can be used for solving problems of economy branches adaptation in case of rivers and lakes use in winter conditions. Refs 14. Figs 4. Table 3.
Keywords: rivers, lakes, ice cover duration, maximum ice cover thickness, assessment of changes, climate change.
Введение
В последние десятилетия весьма актуальной стала проблема оценки изменений элементов гидрологического режима водных объектов суши в условиях нестационарной климатической ситуации. На территории Российской Федерации за последние 100 лет среднегодовая температура воздуха повысилась на 1,2°, что уже привело к заметным изменениям гидрологического режима водных объектов суши. Основное внимание при изучении таких изменений уделяется водным ресурсам и водному режиму рек, поскольку эти две характеристики определяют динамику водопо-требления как внутри года, так и в многолетнем разрезе, что крайне важно для планирования и осуществления различных водохозяйственных мероприятий в речных бассейнах. Значительно меньше исследований посвящено изучению характеристик ледового режима водных объектов суши в последние 25-30 лет. В то же время известно, что такие характеристики ледового режима рек, озер и водохранилищ, как сроки появления и разрушения ледяного покрова, продолжительность ледостава, толщина льда, являются весьма важными, а часто и лимитирующими факторами при использовании вышеуказанных водных объектов в зимнее время. Со сроками и продолжительностью ледовых явлений связаны условия навигации, особенности гидротехнического строительства в зимний период, организация переправ, строительство ледовых дорог, проявление неблагоприятных метеорологических явлений, таких как туманы парения, изморозь, полыньи в верхних и нижних бьефах ГЭС и т. д. Толщина ледяного покрова является определяющим фактором при оценке грузоподъемности и сроков действия ледовых речных переправ и зимников по льду рек, озер и водохранилищ. Именно поэтому проблема оценки изменений ледового режима рек, озер и водохранилищ под влиянием как текущих, так и возможных в будущем изменений климатической ситуации, имеет несомненную актуальность и важность. Без её решения невозможна оптимизация использования водных объектов в осенне-зимний и весенний периоды, когда ледовые явления стимулируют одни виды хозяйственной деятельности и ограничивают другие.
1. Состояние исследований
В Российской Федерации научные исследования в области изучения и оценки влияния изменений климата на ледовый режим водных объектов суши были начаты сравнительно недавно — с начала 90-х годов прошлого века. Ученые Гидрометцентра России (Б. М. Гинзбург, И. И. Солдатова), исследовавшие многолетние колебания дат замерзания и вскрытия рек в различных географических зонах России за период 1891-1985 гг. и связь этих колебаний с колебаниями температуры воздуха над северным полушарием, выявили однонаправленные тенденции в отношении изменений сроков замерзания и вскрытия рек с однородными условиями формирования ледового режима рек. С конца 90-х годов ХХ века исследования изменений ледового режима водных объектов суши были начаты в Государственном гидрологическом институте (Вуглинский В. С., Гронская Т. П.). Они выполнялись на примере отдельных рек и водоемов страны вначале применительно к срокам появления и разрушения ледяного покрова. В основном анализировались тенденции в многолетних изменениях вышеуказанных сроков за последние 50-100 лет. В последующем
в состав анализируемых характеристик были включены продолжительность ледостава и максимальная толщина ледяного покрова.
Было установлено, что период с начала 80-х годов прошлого века характеризуется резким возрастанием градиентов изменений характеристик ледового режима рек, озер и водохранилищ страны. Эти изменения имеют разнонаправленный характер для водных объектов, расположенных в различных природных зонах. Наибольшее внимание при этом уделялось водным объектам Арктической зоны России [1].
Исследования, выполненные в Приморье [2], выявили значимые отрицательные тенденции в продолжительности ледостава на реках этого региона. Что касается дат начала осенних ледовых явлений, то для них значимых трендов не выявлено. Для озер и водохранилищ Карелии отмечено увеличение безледного периода в последние десятилетия [3]. Значительное сокращение периода ледостава и максимальной толщины льда в последние десятилетия зафиксировано на озере Байкал [4] и других крупных озерах страны [5]. На озерах и водохранилищах Белоруссии [6] ледовые явления и ледостав за период с 1990 г. отмечались раньше обычных сроков в 50% случаев, а даты очищения ото льда во все годы наступали раньше обычного. На реках Украины в течение 1981-2001 гг. почти в два раза уменьшилась средняя толщина льда; одновременно на 5-15% уменьшилась продолжительность ледовых явлений и на 15-30% продолжительность ледостава [7].
За рубежом наиболее активно исследования изменений ледового режима рек и озер ведутся с конца 90-х годов в Канаде, США и Финляндии [8-10]. По инициативе ученых США в течение последнего десятилетия ХХ века был выполнен международный проект с участием ученых вышеназванных зарубежных стран и России (Н. Гранин, В. Вуглинский) по оценке исторических трендов дат замерзания и вскрытия ледяного покрова на реках и озерах Северного полушария, результатом которого стала соответствующая публикация в журнале Science [11]. В дальнейшем основные работы по данной тематике сосредоточились в Канаде (T. Prowse, B. R. Bonsal, C. R. Duguay).
Важным этапом международных исследований по рассматриваемой проблеме явилось выполнение международного проекта SWIPA («Снег, вода, лед, многолетняя мерзлота в Арктическом регионе») под эгидой программы АМАР (Arctic Monitoring and Assessment Programme). Результатом этих исследований явилась капитальная монография, в которой в специальной главе «Озерный и речной лед», рассмотрены вопросы изменений характеристик ледового режима рек и водоемов Арктической суши. Этим же вопросам посвящены три статьи В. С. Вуглинского с соавторами [12-14].
Следует отметить, что для зарубежных исследований последних лет характерно рассмотрение в качестве характеристик ледового режима в основном только дат вскрытия и замерзания рек и водоемов и анализ тенденций и трендов изменения этих характеристик во времени без увязки с климатическим фоном.
Возвращаясь к российским исследованиям в рассматриваемой области, можно охарактеризовать их основные результаты следующим образом:
1. Установлен характер многолетних изменений характеристик ледового режима рек и водоемов как в отдельных природных регионах, так и применительно к конкретным водным объектам страны.
2. Выявлена четкая тенденция усиления градиентов изменения характеристик ледового режима рек, озер и водохранилищ России с начала 80-х годов прошлого
века. При этом вклад в эти изменения климатической составляющей недостаточно очевиден.
3. Имеются лишь самые общие попытки оценки будущих изменений ледового режима водных объектов суши. Разработка методологии таких оценок находится на начальной стадии.
В настоящей статье представлены результаты исследований изменений характеристик ледового режима рек и водоемов России, расположенных в основных природных зонах страны, произошедших за последние три десятилетия.
2. Исходные материалы и методика исследований
В качестве исходной информации использовались многолетние ряды наблюдений за двумя характеристиками ледового режима — продолжительностью ледостава и максимальной толщиной ледяного покрова на реках и озерах России, полученные по данным гидрологических ежегодников и многолетних кадастровых обобщений. Под продолжительностью ледостава понимается период со дня появления неподвижного льда на водном объекте осенью до даты начала ледохода весной.
В работе были использованы данные по 28 пунктам наблюдений на 21 реке и 10 пунктам наблюдений на 8 озерах. На рис. 1 представлена схематическая карта расположения пунктов наблюдений на реках и озерах, данные по которым были использованы в работе.
При отборе пунктов исследований как на реках, так и на озерах выбирались те, для которых наблюдения составляли, как правило, не менее 55-60 лет и заканчивались преимущественно в 2010 г. Для ряда рек использованные многолетние ряды продолжительности ледостава были короткими (начинались с 1978-1980 гг.). Вся исходная информация была сосредоточена в специально созданной электронной базе данных.
Методический подход заключался в выделении трендовых составляющих в исследуемых многолетних рядах за период 1980-2010 гг. (период нестационарной климатической ситуации) с учетом результатов сопоставления средних значений рассматриваемых характеристик за два характерных периода — с начала наблюдений до 1979 г. и с 1980 по 2010 гг.
3. Оценка однородности многолетних рядов характеристик ледового режима
Однородность многолетних рядов двух рассматриваемых характеристик — продолжительности ледостава и максимальной толщины ледяного покрова — оценивалась по критериям Стьюдента и Фишера (для 5% уровня значимости). При этом исходный ряд включал в себя два периода, о которых говорилось выше (в отдельных случаях по 2009 или 2008 г.). Если исходный ряд начинался с 1978 г. (с этого года начинались наблюдения за продолжительностью ледостава на многих речных и озерных пунктах наблюдений), оценка однородности таких рядов не производилась.
Полученные оценки однородности показали, что, применительно к многолетним рядам максимальной толщины льда на реках, гипотеза однородности опровергается по обоим критериям для 7 гидрометрических створов (Луга-Толмаче -во, Сев. Двина-Котлас, Мезень-Маракаиб, Печора-Усть-Унья, Обь-Октябрьское,
Масштаб 1: 41 500 ООО (в 1см 415 км)
ПУНКТЫ НАБЛЮДЕНИЙ: ▼ - на реке - на озере
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Граница РФ • Москва - столица РФ
Рис. 1. Расположение пунктов наблюдения на реках и озерах
Бия-Бийск и Лен-Кюсюр). Анализ оценок трендов, выполненных для указанных створов, о котором более подробно будет сказано ниже, показал, что для указанных створов отмечаются либо разнонаправленные тренды в первом и втором периодах (Сев. Двина-Котлас, Печора-Усть-Унья, Обь-Октябрьское, Бия-Бийск), либо сильно различающиеся градиенты трендов при сравнении данных по двум периодам (Лу-га-Толмачево, Мезень-Маракаиб, Лена-Кюсюр). Те же причины объясняют случаи, когда неоднородность рядов установлена по одному из критериев. При этом гипотеза однородности по критерию Стьюдента опровергается в случаях, когда сильно различаются градиенты трендов за два периода (Обь-Камень на Оби, Обь-Салехард, Урал-Верхнеуральск, Лена-Сангари), что объясняется различиями в математических ожиданиях указанных выборок.
Применительно к многолетним рядам продолжительности ледостава на реках гипотеза однородности опровергается по обоим критериям только для створа Ме-зень-Маракаиб, как и для ряда максимальной толщины льда. Причина в разнонаправленных трендах и в сильно различающихся градиентах трендов за первый и второй периоды. Для трех створов гипотеза однородности опровергается по одному из критериев. В том случае, если градиенты трендов сильно различаются (Луга-Толмачево, Онега-Турчасово), гипотеза однородности опровергается по критерию Стьюдента, а в случае разнонаправленных трендов (Сев. Двина-Котлас) — по критерию Фишера.
Многолетние ряды максимальной толщины льда на озерах оказались однородными по обоим критериям для 5 пунктов наблюдений. Опровергается гипотеза однородности по обоим критериям только для пункта оз. Кубенское-Кубенское. Основной причиной этого являются различающиеся градиенты трендов для двух выделенных периодов. Той же причиной объясняется неоднородность по критерию Фишера многолетних рядов наблюдений за максимальной толщиной льда для пунктов оз. Лача-Ноколо и оз. Ханка-Астраханка.
Многолетние ряды продолжительности ледостава на 6 озерных пунктах наблюдений оценены как однородные по обоим критериям. Только для двух пунктов — оз. Байкал-Байкал и оз. Ханка-Астраханка ряды оценены как неоднородные по критерию Стьюдента, что объясняется различиями в градиентах трендов по двум периодам, обуславливающими различия в математических ожиданиях обоих выборок.
Анализ оценок однородности многолетних рядов рассматриваемых характеристик ледового режима выявил важную закономерность — если для пункта наблюдений неоднородными по обоим критериям оказываются ряды максимальной толщины льда, то и ряды продолжительности ледостава также оцениваются как неоднородные по обоим или одному критериям для этого пункта. Примерами таких пунктов на реках являются Луга-Толмачево, Сев. Двина-Котлас, Мезень-Маракаиб. Причина такой закономерности заключается в том, что при резких изменениях средней продолжительности ледостава за достаточно длительный период, как правило, изменяется и среднее значение максимальной толщины ледяного покрова за тот же период. Например, при наступлении серии суровых зим с более продолжительным ледоставом среднее значение максимальной толщины ледяного покрова за этот период будет также возрастать и наоборот.
4. Оценка трендов многолетних рядов характеристик ледового режима
Оценка трендов многолетних рядов характеристик ледового режима рек и озер выполнена для трех временных интервалов: за весь период с начала наблюдений по 2010 г., за период от начала наблюдений до 1979 г. (период стационарной климатической ситуации), и за период 1980-2010 гг. (период нестационарной климатической ситуации). Оценки производились по критерию Стьюдента. Результаты выполненных оценок на примере многолетних рядов максимальной толщины льда на реках представлены в табл. 1. В ней приведены значения, необходимые для проверки значимости трендов (то есть для проверки гипотезы о равенстве нулю коэффициента линейной регрессии характеристики ледового режима), в числе которых параметры t, t0,05(m) и m. Параметр t определяется как:
t = a/Sa ,
где a — коэффициент регрессии, Sa — его среднее квадратическое отклонение, t0,05(m) — критическое значение для проверки гипотезы о равенстве нулю коэффициента регрессии с уровнем значимости (вероятностью ошибочно отвергнуть гипотезу), равным 5% (квантиль распределения Стьюдента); m — число степеней свободы распределения Стьюдента (число членов ряда минус 2).
Проверка гипотезы о равенстве нулю коэффициента регрессии состояла в сравнении абсолютной величины t с t0,05(m). Если |t| > to,05(m), то гипотеза отвергается с вероятностью ошибки 0,05 (тренд значим). В противном случае оснований отвергнуть гипотезу нет (тренд незначим). В табл. 1 расчетные и критические значения статистик для периодов со статистически значимым трендом выделены жирным шрифтом.
Таблица 1. Результаты оценки трендов многолетних рядов максимальной толщины льда
на примере некоторых рек
Название поста Максимальная толщина льда
до 1980 года с 1980 года весь период
t t 0,05(m) m t t 0,05(m) m t t 0,05(m) m
р. Луга — ст. Толмачёво -1,449 2,069 24 -4,101 2,052 27 -6,522 2,007 55
р. Северная Двина — г. Котлас -2,543 2,064 24 1,228 2,045 29 -3,945 2,004 55
р. Волга — с. Верхнее Лебяжье 0,578 2,035 35 -3,630 2,074 22 -1,044 2,002 64
р. Урал — г. Верхнеуральск -3,388 2,035 33 -3,632 2,042 30 -10,277 1,997 64
р. Обь — г. Салехард -3,623 2,069 24 -0,004 2,069 23 -2,352 2,011 54
р. Енисей — г. Кызыл -1,638 2,074 24 -1,017 2,045 29 -6,522 2,006 55
р. Лена — с. Кюсюр -1,895 2,074 23 -2,440 2,042 30 -8,249 2,005 54
р. Колыма — р. п. Зырянка -2,387 2,040 31 -0,015 2,045 29 -1,156 1,999 68
В результате анализа полученных оценок трендов установлено, что наибольшее количество статистически значимых трендов в многолетних рядах максимальной
толщины льда на реках (14 случаев из 28) получено при анализе полных многолетних выборок. Применительно к двум отдельным периодам случаев статистически значимых трендов значительно меньше (4 для первого периода и 3 для второго). Примечательно, что статистически значимые тренды по полным рядам получены для многих створов, многолетние ряды по которым оценены как неоднородные (Лу-га-Толмачево, Сев. Двина-Котлас, Мезень-Маракаиб, Обь-Октябрьское, Бия-Бийск, Лена-Кюсюр), что свидетельствует о произошедших изменениях в условиях формирования максимальных значений толщины льда за последние 60-70 лет. В качестве примера на рис. 2 представлена диаграмма, характеризующая изменения максимальной толщины ледяного покрова на р. Лене в створе поста Кюсюр, которая дает наглядное представление о характере тренда за период 1955-2010 гг.
3 по-1-1-1-1-1-1
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Годы
Рис. 2. Диаграмма изменений максимальной толщины ледяного покрова за период 1955-2010 гг. (р. Лена — п. Кюсюр)
Применительно к многолетним рядам по продолжительности ледостава только для 7 створов были выполнены полные оценки трендов по всем трем периодам. Статистически значимые тренды были выявлены для тех же створов, по которым они были получены для рядов максимальной толщины льда, но не во всех случаях они относились к тем же периодам. Например, для створа Толмачево на р. Луге статистически значимый тренд был установлен также для всего периода; для рек Северная Двина-Котлас, Мезень-Макариб и Печора-Троицко-Печорск статистически значимые тренды относятся только к первому периоду (рис. 3), а для реки Урал-Верхне-уральск — для второго периода.
Для 21 пункта наблюдений на реках оценки трендов были выполнены только для второго периода. Статистически значимые тренды были отмечены для створов Исеть-Исетское, Енисей-Селиваниха, Лена-Мача, Лена-Кюсюр, Уссури-Кировский и Колыма-Зырянка. Для четырех из шести вышеуказанных створов статистически значимые тренды выявлены и для рядов максимальной толщины льда.
Статистически значимые тренды в многолетних рядах максимальной толщины льда характерны для озер Ильмень-Войцы и Кубенское-Коробово (весь ряд и второй период), Имандра-Зашеек, Ловозеро-Ловозеро (второй период) и Чаны-Кваш-нино за весь период (рис. 4).
Для рядов продолжительности ледостава статистически значимые тренды установлены для озер Имандра-Зашеек, Ловозеро-Ловозеро (первый период), Чаны-Квашнино, Ханка-Астраханка (весь ряд и второй период) и Байкал-Байкал (весь ряд). Для трех из вышеуказанных озер статистически значимые тренды установлены
з 240
о
М 220
О
220 г
1933 1937 1941 1945 1949 1953 1957 1961 1965 1969 1973 1977
Годы
Рис. 3. Диаграмма изменений продолжительности ледостава за приод 1933-1979 гг. (р. Сев. Двина — г. Котлас)
1943 1953 1963 1973 1983 1993 2003
Годы
Рис. 4. Диаграмма изменений продолжительности ледостава за период 1943-2010 гг. (оз. Чаны — п. Квашнино)
и для рядов максимальной толщины льда (Иманлра-Зашеек, Ловозеро-Ловозеро, Чаны-Квашнино). Следует также заметить, что многолетний ряд максимальной толщины льда по оз. Кубенское-Коробово, для которого получен значимый тренд, был оценен как неоднородный, так же, как и ряды продолжительности ледостава с статистически значимыми трендами по оз. Байкал-Байкал и оз. Ханка-Астраханка.
5. Оценка изменений характеристик ледового режима рек и озер за период нестационарной климатической ситуации
Оценки изменений рассматриваемых характеристик ледового режима рек и озер за период 1980-2010 гг. по сравнению с периодом условно стационарной климатической ситуации (с начала наблюдений по 1979 г.) были выполнены с использованием графических диаграмм изменений характеристик ледового режима, построенных для первого из вышеупомянутых периодов. Примеры подобных диаграмм представлены на рис. 2, 3 и 4. Диаграммы были построены для всех рассматриваемых рек и озер в крупном масштабе с детальными делениями вертикальной шкалы. На диаграммы были нанесены линии тренда и с них были сняты значения, соответствующие последнему и первому году многолетнего ряда. Разность этих отметок, отнесенная к числу лет ряда, характеризует градиент (А) изменения рассматриваемой характеристики во времени. Для удобства восприятия градиент был рассчитан
относительно десятилетнего периода и выражается в см/декада для рядов максимальной толщины льда или в сутки/декада для рядов продолжительности ледостава. Сами градиенты, полученные в абсолютных значениях, не дают представления о том, как они соотносятся с реальными значениями рассматриваемых характеристик во временных рядах. Для того, чтобы оценить, насколько значимы они по отношению к исходным рядам характеристик ледового режима, они были сопоставлены со средними значениями соответствующих характеристик, рассчитанных за первый период. В табл. 2 в качестве примера представлены рассчитанные для ряда рек изменения характеристик ледового режима (в%), которые характеризуются коэффициентом К, рассчитанным как частное от деления градиента, полученного для второго ряда (обозначается как ДХ2 — для максимальной толщины льда и ДУ2 — для продолжительности ледостава), на среднее значение соответствующей характеристики, полученное по первому временному ряду (обозначается как Х1 — для максимальной толщины льда и У1 — для продолжительности ледостава).
Таблица 2. Изменения характеристик ледового режима ряда рек (в%), полученные по трендам за второй период, относительно их средних значений за первый период
Река — пост Максимальная толщина льда Продолжительность ледостава
Х1, см ДХ2, см K, % Y1, дни AY2, дни K, %
р. Луга — ст. Толмачёво 42 - 15 35 115 - 9 8
р. Северная Двина — г. Котлас 73 + 6 8 180 - 12 7
р. Мезень — д. Малонисогорская 80 - 6 7 201 - 9 4
р. Печора — с. Троицко-Печорск 68 - 9 13 192 0
р. Волга — с. Верхнее Лебяжье 43 - 24 56
р. Обь — г. Камень-на-Оби 89 - 9 10
р. Енисей — г. Кызыл 158 - 15 9
р. Лена — с. Кюсюр 192 - 15 8
В табл. 2 для ряда рек значения параметров применительно к продолжительности ледостава не приводятся, что связано с отсутствием достаточных данных для расчета средних значений этой характеристики за первый временной период.
Результаты выполненных расчетов показали, что для многих рек градиенты изменений максимальной толщины льда по отношению к среднему значению характеристики за предшествующий период составляют 15 и более процентов. Особенно значимыми являются такие градиенты для рек южной части ЕТР (р. Волга — с. Верхнее Лебяжье — 56%, р. Самара — с. Елшанка — 24%, р. Дон — х. Беляевский — 42%). Для многих рек АТР эти градиенты равны или больше 10% по отношению к среднему значению за предшествующий период (Обь-Камень на Оби, р. Томь — г. Томск, р. Исеть — с. Исетское, р. Баргузин — с. Могойто, р. Шилка — г. Сретенск).
Что касается отношений градиентов изменений продолжительности ледостава к среднему значению этой характеристики за предшествующий период, то они для рассмотренных рек в основном не превышают 10-15%, из чего можно сделать вывод о том, что изменения максимальной толщины льда за последний 30-летний период происходят более интенсивно по сравнению с изменениями продолжительности ледостава.
Применительно к максимальной толщине льда на озерах наибольшие значения коэффициента К характерны для озер, расположенных на Кольском полуострове (оз. Имандра-Зашеек — 26%, оз. Ловозеро — с. Ловозеро — 19%), а также для оз. Кубен-ское-Коробово (18%). Для остальных озер эти значения не превышают 10-12%. Примечателен тот факт, что, в отличие от рек, диапазон изменений средних значений максимальной толщины льда за предшествующий период для озер, расположенных как на ЕТР, так и на АТР, намного меньше и изменяется в пределах от 65 до 107 см. В отношении продолжительности ледостава значения коэффициента К колеблются от 2 до 8% (только для оз. Байкал — р. п. Байкал данное отношение составило 13%), что подтверждает сделанный ранее для рек вывод о том, что изменения максимальной толщины льда за последний 30-летний период происходят более интенсивно по сравнению с изменениями продолжительности ледостава.
Рассчитанные значения параметров ДХ2 и ДУ2 характеризуют некоторые осред-ненные (полученные по трендовой линии, сглаживающей разброс реальных значений) градиенты изменений характеристик ледового режима рек и озер во второй период относительно средних значений этих характеристик, рассчитанных за предшествующий период. Для того, чтобы учесть различия в средних значениях соответствующих характеристик за второй и первый периоды, были вычислены их разности. Оказалось, что в подавляющем большинстве случаев эти разности имеют отрицательные значения в отношении как максимальной толщины льда, так и продолжительности ледостава. Наибольшие отрицательные разности характерны для рек АТР, которые для створа Урал — г. Верхнеуральск составили — 35 см, для створов р. Енисей-Кызыл и р. Лена-Кюсюр — 38 см. В большинстве случаев указанные разности для рек не превышают 10-12 см. Для продолжительности ледостава на реках также получены отрицательные разности средних значений за второй период по отношению к первому, которые лежат в пределах 10 суток, кроме створа р. Луга — Тол-мачево, для которого эта разность составила 29 суток.
В трех случаях получены положительные значения разностей как для максимальной толщины льда (р. Енисей-Селиваниха + 1 см, р. Баргузин-Могойто +19 см), так и для продолжительности ледостава (р. Онега-Турчасово + 3 суток). Следует отметить, что положительные значения разностей не всегда свидетельствуют о том, что тренд рассматриваемой характеристики для всего (полного) расчетного периода (с начала наблюдений по 2010 г.) также является положительным. Для двух из трех вышеуказанных створов тренд изменений соответствующих характеристик во времени для всего расчетного периода оказался отрицательным (р. Енисей-Селивани-ха — 1 см/декада, р. Онега-Турчасово — 2 см/декада). И только для створа р. Баргу-зин-Могойто тренд изменений максимальной толщины льда оказался положительным и для полного периода + 2 см/декада.
Для озер все значения разностей оказались отрицательными и относительно небольшими. Применительно к максимальной толщине льда они составили от 1 до 13 см, а для продолжительности ледостава — от 3 до 12 суток.
Таблица 3. Оценки изменений максимальной толщины льда и продолжительности ледостава за период нестационарной климатической ситуации (1980-2010 гг.) по сравнению
с предшествующим периодом
Водный объект — пункт наблюдений Изменения максимальной толщины льда, см Изменения продолжительности ледостава, сутки Водный объект — пункт наблюдений Изменения максимальной толщины льда, см Изменения продолжительности ледостава, сутки
р. Луга-Толмачево -12-15 -9-29 р. Лена-Мача -9-23
р. Онега-Турчасово -7-9 + 3-21 р. Лена-Сангары -21-23
р. Северная Двина-Котлас +6-11 -7-12 р. Лена-Кюсюр -15-38
р. Мезень-Макар иб -5-9 -4-11 р. Баргузин-Могойто +9+15
р. Мезень-Малонисогорская -5-6 -9-10 р. Шилка-Сретенск -4-18
р. Печора-Усть-Унья +3-5 -8-15 р. Ингода-Улеты -8+9
р. Печора-Троицко-Печорск -2-9 0-3 р. Уссури-Кировский -2-5
р. Волга-Верхнее Лебяжье -3-24 р. Найба — пос. Быков 0-2
р. Самара — с. Елшанка -10-12 р. Колыма — р. п. Зырянка 0-1
р. Дон — х. Беляевский (с 1998 г. Серафимович) -8-18 оз. Ильмень-Войцы -3-9 -3+3
р. Урал — г. Верхнеуральск -24-35 оз. Имандра-Зашеек -1-21 -3-12
р. Обь-Камень на Оби -9-18 оз. Ловозеро-Ловозеро -9-18 -9+15
р. Обь-Октябрьское -2-6 оз. Лача-Нокола -2+6 -12-15
р. Обь-Салехард 0-2 оз. Кубенское-Коробово -2-12 -11+7
р. Исеть-Исетское -12-21 оз. Чаны-Квашнино 0-13 -12+12
р. Томь-Томск -2-12 оз. Байкал-Нижнеангарск -8-12 -8+3
р. Бия-Бийск 0-10 оз. Байкал-Байкал -2-11 -8-15
р. Енисей-Кызыл -15-38 оз. Байкал-Песчаная бухта -4-7 -4+3
р. Енисей-Селиваниха -1+2 оз. Ханка-Астраханка -6-7 -5-10
Для установления сводных оценок изменений характеристик ледового режима рассмотренных рек и водоемов за период 1980-2010 гг. были объединены данные, полученные на основании оценок трендов соответствующих характеристик за второй период и на основании оценок разностей их средних значений за период нестационарной климатической ситуации (1980-2010 гг.) по сравнению с предшествовавшим периодом.
В результате использования обоих подходов получены сводные оценки изменений максимальной толщины льда и продолжительности ледостава за период нестационарной климатической ситуации (1980-2010 гг.) по отношению к предшествующему периоду. Эти оценки представлены в табл. 3.
Заключение
В результате выполненного исследования установлено, что максимальная толщина ледяного покрова на реках ЕТР уменьшилась по сравнению с предшествующим периодом, в основном, на 10-15%. Только для створа р. Луга — Толмачево это уменьшение составило более 30% по сравнению с аналогичным значением за предшествующий период (42 см). Для рек АТР также уменьшение толщины ледяного покрова составило в основном 10-20%. Только для створа р. Урал — г. Верхнеуральск это уменьшение оценивается в 25-35%.
Продолжительность ледостава на реках ЕТР уменьшилась в пределах 5-10%. Только для створа р. Луга-Толмачево это уменьшение достигает 29%.
Максимальная толщина ледяного покрова на рассмотренных озерах уменьшилась за период 1980-2010 гг. на 10-15%. Что касается уменьшения продолжительности ледостава, то здесь отрицательный градиент оценивается в 5-10% относительно предшествующего периода.
Литература
1. Вуглинский В. С., Гронская Т. П. Изменения ледового режима рек и водоемов России и их возможные последствия для экономики // Современные проблемы гидрометеорологии. СПб.: Изд. Асте-рион, 2006. С. 229-244.
2. Макагонова М. А. Многолетние и экстремальные характеристики водных ресурсов Приморского края в условиях изменяющегося климата // Тезисы докладов VI Всесоюзного гидрологического съезда, секция 3. СПб., 2004. С. 218-219.
3. Филатов Н. Н., Назарова Л. Е., Неелов И. А., Сало Ю. А., Семенов А. В. Влияние естественных изменений климата на водные ресурсы Севера // Тезисы докладов VI Всесоюзного гидрологического съезда, секция 3. 2004. С. 222-223.
4. Гронская Т. П., Лемешко Н. А. Гидрологический режим крупнейших озер России при современных изменениях климата // Тезисы докладов VI Всесоюзного гидрологического съезда, секция 3. СПб., 2004. С. 238-239.
5. Vuglinsky V. S., Gronskaya T. P., Lemeshko N. A long-term characteristics of ice events and ice thickness on the largest lakes and reservoirs of Russia, "Ice in the Environment": Proceedings of the 16th International Symposium on Ice. Vol. 3. 2002. P. 88-91.
6. Скуратович И. М., Комаровская Е. В., Чекан Г. С. Оценка влияния изменений климата на гидрологический режим рек и водоемов Беларуси // Тезисы докладов VI Всесоюзного гидрологического съезда, секция 3. 2004. С. 207-209.
7. Вишневский В. И., Косовец А. А. Влияние изменений климата на гидрологический режим рек Украины // Тезисы докладов VI Всесоюзного гидрологического съезда, секция 3. СПб., 2004. С. 223-225.
8. Likens G. E. A long term record of ice cover for Mirror Lake, New Hampshire: effects of global warming? Verh. Internat. Verein. Limnol. Vol. 27, part 5. 2000. P. 2765-2769.
9. Proceedings of the 27th Congress of International association of theoretical and applied limnology, Verh. Internat. Verein. Limnol. Vol. 27, part 5. 2001. P. 2749-2825.
10. Kuusisto E., Elo A.-R. Lake and river ice variables as climate indicators in Northern Europe, Verh. Internat. Verein. Limnol. Vol. 27, part 5. 2000. P. 2761-2764.
11. Magnuson J. J., Robertson D. M., Benson B. J., Wynne R. H., Livingstone D. M., Arai T., Assel R. A., Barry R. G., Card V., Kuusisto E., Granin N. G., Prowse T. D., Stewart K. M., Vuglinsky V. S. Historical trends in lake and river cover in the Northern Hemisphere // Science. 289. 2000. P. 1743-1746.
12. Vuglinsky V. et al. Effects of Changes in Arctic Lake and River Ice // AMBIO. Vol. 40, issue 1. Springer, 2011. P. 63-74.
13. Vuglinsky V. et al. Past and future changes in lake and river ice // AMBIO. Vol. 40, issue 1. Springer, 2011. P. 53-62.
14. Vuglinsky V. et al. Arctic freshwater ice and its climate role // AMBIO. Vol. 40, issue 1. Springer, 2011. P. 46-52.
Статья поступила в редакцию 1 апреля 2014 г.
Контактная информация
Вуглинский Валерий Сергеевич — доктор географических наук, профессор; [email protected] Vuglinsky V. S. — Doctor of Geographical Sciences, Professor; [email protected]
