CC BY
0
УДК 556.5
Вестник СПбГУ. Науки о Земле. 2023. Т. 68. Вып. 4
Оценка изменения характеристик стока малых и средних рек Центральной Якутии под влиянием климатических изменений*
Г. В. Пряхина1,2, В. А. Распутина1,2, А. Э. Сумачев1, Л. С. Лебедева2
1 Санкт-Петербургский государственный университет,
Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9
2 Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, Российская Федерация, 677010, Якутск, ул. Мерзлотная, 36
Для цитирования: Пряхина, Г. В., Распутина, В. А., Сумачев, А. Э., Лебедева, Л. С. (2023). Оценка изменения характеристик стока малых и средних рек Центральной Якутии под влиянием климатических изменений. Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле, 68 (4), 717-732. https://doi.org/10.21638/spbu07.2023.406
Реакция речных водосборов, расположенных на территории России, на изменение климата в последние десятилетия выразилась в появлении разнонаправленных тенденций в рядах годовых, максимальных расходов воды и величине зимнего стока. Однако реакция стока малых и средних рек на происходящее потепление климата достаточно слабо изучена в отличие от крупных водотоков. В настоящей работе выполнен комплексный анализ климатических и гидрологических характеристик малых и средних рек Центральной Якутии и оценено влияние изменения климата на характеристики речного стока в различных условиях региона. Было установлено, что выявленные положительные тренды в рядах температуры воздуха соответствуют тенденциям, характерным для остальной части Российский Федерации. Реакция стока малых и средних рек на климатические изменения наиболее существенна в зимне-весенние месяцы года: происходит увеличение стока в весенний и зимний периоды и за год в целом. Особенностью реакции водосборов исследуемой территории в сравнении с Европейской частью России и Южной Сибирью является наличие статистически значимых трендов в рядах годовых расходов воды для подавляющего числа исследуемых створов. Наиболее заметные изменения (в процентном отношении к базовому периоду) произошли в годовом стоке малых рек, так как малые реки быстрее реагируют на внешнее воздействие. Выраженность реакции стока рек определяется не только степенью изменений климатических характеристик, но и особенностями формирования стока на водосборах исследуемого района, в частности наличием многолетней мерзлоты. Ключевые слова: реки Центральной Якутии, изменение стока, климатические изменения.
* Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда и Якутского научного фонда № 22-17-20040 «Субаэральные и подозерные талики в сплошной криолитозоне Восточной Сибири: происхождение, современное состояние и реакция на изменение климата».
© Санкт-Петербургский государственный университет, 2024
1. Введение
Темпы потепления на территории РФ намного превышают средние значения по земному шару. Средняя скорость роста среднегодовой температуры воздуха в 1976-2018 гг. составила по данным ФГБУ «ИГКЭ» 0.47 °C/10 лет, что в 2.5 раза больше скорости роста глобальной температуры за тот же период (0.17-0.18 °C/10 лет) и более чем в 1.5 раза превышает среднюю скорость потепления приземного воздуха над сушей земного шара (0.28-0.29 °C/10 лет) (оценки по данным Центра Хэдли (Hadley Centre) и Университета Восточной Англии (UEA); Национальное управление океанических и атмосферных исследований США). Реакция речных водосборов в целом для территории России на нестационарную климатическую ситуацию в последние десятилетия выразилась в появлении разнонаправленных тенденций в рядах годовых, максимальных расходов воды и величине зимнего стока (Гельфан и др., 2021; Георгиевский, 2021; Фролова и др., 2022). В сибирских регионах начало изменений в водном режиме рек фиксируется позднее (вторая половина 1980-х годов), чем на Европейской территории. На большинстве водосборов отмечается увеличение годового стока на 20-50 % относительно базисного периода (Гельфан и др., 2021), снижение максимального стока в замыкающих створах рек Оби, Енисея, Лены и Колымы (Фролова и др., 2022), значительное увеличение водности в зимний период, что подтверждается выявленными положительными статистически значимыми трендами, в том числе и в бассейне реки Лены (Георгиевский, 2021; Tananaev et al., 2016). Территория центральной Якутии с гидрологической точки зрения полностью относится к бассейну р. Лены, характеризуется наличием сплошной многолетней мерзлоты, прерываемой таликами разных типов, и в этой связи сложными условиями формирования стока. При увеличении температуры многолетней мерзлоты до рекордно высоких значений: в среднем на 0.29 °C ± 0.12 °C с 2007 по 2016 г. (Пряхина и др., 2022) реакция стока малых и средних рек остается малоизученной в отличие от крупных водотоков. В то же время для оценки водо-обеспеченности региона на перспективу необходимо понимать тенденции в изменении стока в связи с происходящими климатическими флуктуациями. Целью настоящей работы является комплексный анализ климатических и гидрологических характеристик малых и средних рек Центральной Якутии, оценка влияния изменения климата на характеристики речного стока в различных условиях региона.
2. Материалы и методы исследования
В работе использованы ряды среднемесячных, среднегодовых и максимальных срочных расходов воды по 13 гидрологическим постам (табл. 1), которые расположены на реках с площадями водосборов от 170 до 32 600 км2, а также данные, находящиеся в свободном доступе, о среднегодовой (24 метеостанции) и среднесуточной температуре воздуха (8 метеостанций), осадках (11 метеостанций) и температуре почвы (2 метеостанции) за период с 1950 по 2019 г. (рис. 1). Весь период наблюдений был разбит на базовый и контрольный с учетом нарушения стационарности рядов наблюдений за стоком рек. В качестве базового периода был выбран период с 1950 по 1980 г.
Таблица 1. Гидрографические характеристики водосборов исследуемых рек
№ Название Код поста Площадь, кв. км Залесенность, % Заболоченность, % Озерность, % Средняя высота водосбора, м Сплошная мерзлота, % Прерывистая мерзлота, %
1 р. Намана — Мекимдя 3202 16600 95 <5 <1 290 100 0
2 р. Амга — с. Буяга 3291 23 900 85 <5 <1 540 59 41
3 р. Ботома — г. п. Бролог 3210 12200 80 <5 <1 370 100 0
4 р. Кэмпэндээйи — с. Кемпендяй 3360 1290 95 <5 1 280 100 0
5 р. Алдан — г. п. Суон-Тит 3218 18 500 75 <5 <1 - 93 7
6 р. Шестаковка — г. п. Камырдагыстах 3214 170 90 0 <1 250 100 0
7 р. Кэнкэмэ — з. Второй станок 3307 3550 95 <5 <1 280 100 0
8 р. Бирюк — с. Бирюк 3159 9700 90 <5 <1 340 73 27
9 р. Нюя — с. Курум 3156 32 600 95 <5 <1 390 53 47
10 р. Нюя — г. п. Комака 3155 11700 95 5 <1 430 52 48
11 р. Малая Черепаниха — с. Тюбя 3161 469 95 <5 <1 300 7 93
12 р. Большая Черепаниха — г. п. Бом 3160 1750 95 <5 <1 340 39 61
13 р. Большой Патом — с. Патом 3157 27600 75 <5 <1 770 - -
чо
Рис. 1. Схема расположения метеорологических станций и гидрологических постов. Источник подложки схемы: Esri, HERE, Garmin, Intermap, increment P. Corp., GEBCO, USGS, FAO, NPS, NRCAN, GeoBase, IGN, Kadaster NL, Ordnance Survey, Esri Japan, METI, Esri China (Hong Kong), (c) OpenStreet contributors, GIS User Community
Водосборы рек в основном располагаются в пределах Приленского плато и Центральноякутской низменности и относятся к бассейнам рек Вилюй, Лена и Алдан. Верховья рек Амга и Алдан текут по Алданскому нагорью. Приленское плато сложено преимущественно карбонатными, местами галогенными и гипсо-носными палеозойскими породами1. В сложении Центральноякутской низменности участвуют терригенные отложения юрского, мелового и в отдельных впадинах неогенового возраста. В верховьях Амги и Алдана, а также на водосборе р. Нюя сконцентрированы области сильного проявления карста, который может иметь значительное влияние на формирование стока этих рек.
Территория характеризуется суровым резко-континентальным климатом с очень низкими температурами зимой (до -60 °С) и относительно высокими температурами летом (до +35 °С). Среднегодовая многолетняя температура отрицательная и уменьшается от -4.7...-5.5 °С на юго-западе региона (метеостанции Джикимда, Мача) до -11 °С и ниже на северо-востоке (метеостанции Ытык-кюёль, Верхоянский перевоз). Основные влагонесущие массы поступают с запада. Годовые суммы осадков за многолетний период составляют от 250 мм/год и ниже в Центральноякутской низменности до 500 мм/год в горных верховьях Алдана и Амги.
1 Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 17: Лено-Индигирский район. СПб.: Гидрометеоиздат,
1972.
Устойчивый снежный покров устанавливается в октябре. Снеготаяние происходит в конце апреля и в мае.
Все реки находятся в зоне многолетней мерзлоты. Водосборы рек Намана, Бо-тома, Кэмпэндээйи, Шестаковка и Кэнкэмэ полностью относятся к сплошной кри-олитозоне. В бассейнах остальных рек присутствует как сплошная мерзлота, так и прерывистая многолетняя.
Для рассмотренных рек характерна глубокая зимняя межень, в отдельные годы даже на относительно крупных реках сток может отсутствовать за счет полного их промерзания. Зимняя межень начинается в октябре с формированием устойчивого ледостава на реках, при этом стоит отметить большую разность сентябрьских и октябрьских расходов воды. После формирования устойчивого ледостава расходы воды плавно снижаются до минимальных значений, которые наблюдаются с января по март. В апреле в отдельные годы начинается раннее половодье. Половодье длится до двух месяцев, с мая по июнь. В мае расходы воды увеличиваются в 25-30 раз по сравнению с апрельскими.
Анализ ландшафтной структуры водосборов исследуемых рек показал, что, согласно мерзлотно-ландшафтной карте Республики Саха (Федоров и др., 2018), на большинстве бассейнов распространены ландшафты с преобладанием лиственницы (до 80 %), за исключением водосбора реки Ботома до створа Бролог, где 72 % площади водосбора занимают сосновые леса кустарничково-лишайниковые.
Анализ рядов гидрометеорологических характеристик выполнен методом математической статистики (Сикан, 2007; Малинин, 2008) согласно рекомендациям, представленным в своде правил по проектированию и строительству СП 33-10120032, а также рекомендациям ФГБУ «ГГИ»3.
Для оценки статистической значимости линейных трендов были рассчитаны значения коэффициента корреляции Пирсона и его критические значения:
Л - 2
крит~ 4П+2'
где Лкрит — критическое значение коэффициента корреляции Пирсона; п — число лет наблюдений.
В случаях, когда |Л| > Лкрит, тренд признавался значимым при заданном уровне значимости в 5 % (Малинин, 2008).
Гипотеза об однородности рядов по дисперсии проверялась с помощью теста Фишера, по среднему значению — теста Стьюдента. Для обоих тестов были рассчитаны значения р-критерия, представляющие минимальный уровень значимости опровержения нулевой гипотезы о равенстве двух характеристик, принятый двусторонний уровень значимости, использованный в работе, составляет 10 %. Таким образом, если расчетное значение р-критерия для конкретного теста было менее 10 %, то нулевая гипотеза о равенстве двух характеристик опровергалась при заданном уровне значимости.
2 СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. М.: Госстрой России, 2003.
3 Методические рекомендации по определению расчетных гидрологических характеристик при наличии данных гидрометрических наблюдений. Нижний Новгород: Вектор-ТиС, 2007; Методические рекомендации по оценке однородности гидрологических характеристик и определению их расчетных значений по неоднородным данным. СПб.: Нестор-История, 2010.
Критериями для группировки рек являлись: результаты оценки рядов стока на однородность по критериям Стьюдента и Фишера, наличие статистически значимых трендов, а также наличие зимнего стока. При этом применялось медианное значение того или иного статистического теста, так как осреднение по небольшому количеству постов дает противоречивые результаты в связи с асимметричностью эмпирических распределений.
3. Результаты исследования и обсуждение
3.1. Внутригодовая и межгодовая изменчивость температур воздуха и осадков
Гипотеза об однородности рядов среднемесячной и среднегодовой температуры воздуха по критерию Стьюдента опровергается для 70 % рядов, по критерию Фишера — в большинстве случаев только для среднемесячных величин в мае на метеостанциях Амга, Буяга, Тонгулах, Бердигестях, Ытык-Кюёль и Учур. Наличие статистически значимых положительных трендов в рядах среднегодовой температуры воздуха зафиксировано на всех рассмотренных метеорологических станциях (табл. 2, рис. 2). В среднем по территории увеличение по отношению к базовому периоду составило 1.4 °С, наибольшим оно оказалось на метеостанции Буяга — 2.3 °С.
Рис. 2. Величина тренда среднегодовой температуры воздуха, выраженная в °С/10 лет. Источник подложки схемы: Esri, HERE, Garmin, Intermap, increment P. Corp., GEBCO, USGS, FAO, NPS, NRCAN, GeoBase, IGN, Kadaster NL, Ordnance Survey, Esri Japan, METI, Esri China (Hong Kong), (c) OpenStreet contributors, GIS User Community
Таблица 2. Характеристики метеорологических станций
Координаты Среднемно-голетняя сумма осадков, мм Средне-многолетняя температура воздуха, °С Значимый тренд среднегодовой температуры Величина
Индекс Название X Y тренда среднегодовой температуры, °С/10 лет
24 928 Комака 60.27 111.73 - -6.42 положительный 0.4
24 737 Крестях 60.27 116.15 - -7.97 положительный 0.4
24 739 Чаингда 62.28 119.85 - -8.14 положительный 0.34
30 074 Мача 59.93 117.6 - -5.46 положительный 0.4
30 173 Тяня 59 119.8 - -6.79 положительный 0.4
31 011 Буяга 59.67 127.05 - -8.60 положительный 0.6
31 016 Угино 58.63 128.5 - -7.25 положительный 0.4
24 962 Амга 60.9 131.98 270 -10.28 положительный 0.4
24 843 Тонгулах 61.92 124.55 - -9.26 положительный 05
24 843 Бердигестях 62.27 127.07 - -9.93 положительный 0.5
24 758 Чурапча 62.03 132.6 261 -10.54 положительный 0.4
24 768 Ытык-кюёль 62.37 133.55 - -11.27 положительный 0.45
24 766 Верхоянский перевоз 63.32 132.02 - -11.37 положительный 0.25
24 668 Батамай 63.52 129.48 308 -10.94 положительный 0.2
24 656 Сого-Хая 64.28 126.45 - -9.55 положительный 0.3
24 557 Бестяхская звероферма 65.3 124.12 - -11.02 положительный 0.4
24449 Джикимда 59.02 121.77 374 -4.67 положительный 0.4
30 089 Исить 60.81 125.31 315 -7.73 положительный 0.3
24 951 Килеер 60.95 119.3 302 -7.48 положительный 0.3
24 933 Крест-Хальджай 62.82 134.43 279 -10.87 положительный 0.3
24 763 Сеген-Кюель 64 130.3 407 -11.10 положительный 0.3
24 661 Тегюльтя 60.47 130 290 -9.58 положительный 0.4
24 967 Учур 58.73 130.62 411 -6.08 положительный 0.3
31 026 Якутск 62.01 129.71 237 -9.26 положительный 0.5
Примечание. Прочерком отмечены пропуски на тех метеостанциях, где не было данных наблюдений за осадками в свободном доступе.
Несмотря на то что средняя месячная температура воздуха за все месяцы контрольного периода (1980-2019 гг.) повсеместно увеличилась относительно базового (1950-1980 гг.), статистически значимые тренды на разных метеостанциях были выявлены в разные месяцы года.
Желтым цветом выделены группы метеостанций, где статистически значимый тренд в рядах среднемесячной температуры воздуха наблюдался в течение всего года за исключением сентября (11 месяцев); синим — с января по июнь (в отдельных случаях по июль, 6-7 месяцев); зеленым — с февраля по сентябрь (8 месяцев); розовым — с октября по июнь (9 месяцев); красным — с февраля по июль (4 месяца); серым — с ноября по июль (9 месяцев).
Рост температуры воздуха вызвал смещение дат перехода температуры воздуха через 0 °С в весенний период в сторону более ранних, а в осенний период — в сторону более поздних сроков, что привело к сокращению холодного периода. Это было зафиксировано на всех станциях с открытыми данными о суточной температуре воздуха (Джикимда, Исить, Килеер, Крест-Хальджай, Сеген-Кюэль, Тегюльтя, Учур и Якутск). В среднем по сравнению с базовым периодом сокращение составило от 2 до 8 дней. При этом в отдельные годы эта величина достигала 20 дней и более. Наиболее выраженным эффект оказался на востоке и северо-востоке исследуемого района (метеостанции Якутск, Крест-Хальджай, Сеген-Кюэль, Тегюльтя), где в отдельные годы сокращение достигало 29 дней.
Оценка рядов среднемесячных и среднегодовых сумм осадков на однородность по критериям Стьюдента и Фишера показала, что гипотеза об однородности опровергается в 50 % и в 20 % случаях соответственно. Анализ на наличие тренда в рядах среднегодовых сумм осадков выявил разнонаправленные тенденции: на востоке и северо-востоке центральной Якутии наблюдается статистически незначимое увеличение осадков (метеостанции Крест-Хальджай, Сеген-Кюэль, Тегюльтя, Учур, Батамай), незначимое снижение — на метеостанциях Якутск, Чурапча, Амга; отсутствие изменений — на метеостанции Килеер. Статистически значимый положительный тренд в рядах годовых сумм осадков получен на метеостанциях Джи-кимда и Исить, с увеличением по отношению к базовому периоду на 14.5 и 11.5 % соответственно. Тренды в рядах среднемесячных осадков в целом отражают вышеописанную тенденцию и в большинстве случаев не являются статистически значимыми. Исключение составляют многолетние ряды сумм осадков за декабрь: общая тенденция на снижение осадков; для станций Крест-Хальджай, Сеген-Кюэль, Амга, Якутск — отрицательные статистически значимые тренды. Тенденцию на увеличение сумм осадков можно проследить в феврале для всех станций, за исключением Батамая и Чурапчи (Джикимда, Исить, Килеер — статистически значимый тренд), в мае, за исключением Амги и Крест-Хальджая (Килеер и Тюгельтя — статистически значимый тренд), и сентябре. Для последнего положительные тренды являются статистически значимыми на метеостанциях Сеген-Кюэль и Амга. Выявленные разнонаправленные тенденции объясняются сложной циркуляцией воздушных масс и неоднородностью подстилающей поверхности исследуемого района. Вместе с тем отметим повсеместную (за исключением метеостанции Якутск) тенденцию к увеличению сумм осадков за период с положительными температурами. Статистически значимый тренд зафиксирован в рядах данных на метеостанции Джи-кимда.
3.2. Временная изменчивость расходов воды
По наличию стока в зимние месяцы исследуемые реки были разделены на две группы: в первую группу вошли реки, имеющие постоянный зимний сток; во вторую — с отсутствием стока в результате промерзания (на рис. 3 показана изменчивость среднегодовых расходов воды для рек каждой группы). Анализ однородности рядов по критерию Стьюдента и Фишера среднемесячного и среднегодового стока рек первой группы (Нюя, Бирюк, Амга, Ботома, Алдан) показал, что гипотеза об однородности опровергается за исключением периода с апреля по июль. Статистически значимые положительные тренды были выявлены в рядах среднемесячного стока с января по март для всех рек; в декабре для всех, за исключением Алдана; в октябре — за исключением Нюи и Алдана, в ноябре — Алдана. В рядах среднегодовых расходов воды положительный статистически значимый тренд зафиксирован для 67 % гидрологических постов (Нюя в створе Курум, Бирюк, Амга, Ботома) (рис. 4). Наиболее значительно по отношению к базовому периоду выросли средние значения месячных расходов воды с сентября по март (табл. 3).
Рис. 3. Ход среднегодовых расходов воды
для рек разных групп: р. Амга — 1-я группа; р. Шестаковка — 2-я группа; р. Большой Патом — 3-я группа
Рис. 4. Величина тренда среднегодовых расходов на исследуемых реках, выраженная в %/10 лет. Источник подложки схемы: Esri, HERE, Garmin, Intermap, increment P. Corp., GEBCO, USGS, FAO, NPS, NRCAN, GeoBase, IGN, Kadaster NL, Ordnance Survey, Esri Japan, METI, Esri China (Hong Kong), (c) OpenStreet contributors, GIS User Community
Таблица 3. Изменение среднемноголетнего месячного расхода воды по отношению
к базовому периоду
Река — створ
Месяц Нюя — Курум Амга — Буяга Алдан — Суон-Тит Ботома — Бролог Нюя — Комака Бирюк — Бирюк
Приращение среднемноголетнего месячного расхода воды по отношению к базовому периоду (1950-1980), %
Сентябрь 67 9 5 135 8 58
Октябрь 42 52 9 80 5 49
Ноябрь 73 41 26 62 20 61
Декабрь 98 35 60 44 23 33
Январь 95 36 60 56 37 28
Февраль 95 8 70 21 58 33
Март 86 11 82 38 55 37
Рис. 5. Среднемноголетние гидрографы стока рек Намана: черный цвет — до 1980 г., серый цвет — после 1980 г.
Для второй группы рек (р. Кэнкэмэ — с. Второй Станок; р. Большая Черепаха — г. п. Бом; р. Кэмпэндээйи — с. Кемпендяй; р. Малая Черепаниха — с. Тюбя; р. Шеста-ковка — г. п. Камырдагыстах) характерно значимое изменение дисперсии. При этом гипотеза об однородности рядов среднемесячных и среднегодовых расходов воды по критерию Стьюдента не опровергается (за исключением сентябрьских и годовых значений стока), что в целом может быть объяснено неравной дисперсией для двух периодов (классический тест Стьюдента подразумевает равенство дисперсий). Статистически значимые положительные тренды выявлены в рядах годовых и июльских расходов воды для всех рассмотренных гидрологических постов.
В третью группу вошли реки, которые по предложенным критериям не попали ни в одну из групп и рассматривались отдельно: Большой Патом и Намана (в створах Патом и Мекимдя соответственно). Для рядов стока реки Большой Патом практически во все месяцы года характерна однородность по критериям Стью-дента и Фишера, а линейные тренды являются незначимыми (рис. 4). Несмотря на однородность рядов стока реки Намана в створе Мекимдя, практически во все месяцы года значительно увеличивается дисперсия. В отличие от первой группы рек, среднемноголетнее значение годового расхода реки Намана относительно базового периода возросло за счет увеличения среднемноголетних месячных расходов воды в июне.
Анализ внутригодового распределения стока исследуемых рек показал, что в подавляющем большинстве случаев его характер при сравнении с базовым периодом не меняется и соответствует восточносибирскому типу (рис. 5). Для всех исследуемых рек выявлено статистически незначимое увеличение стока в самый
Рис. 6. Температуры почвы на глубинах 1.6 (красная линия), 2.4 (зеленая линия) и 3.2 м (синяя линия) за осенний период на метеостанциях Якутск и Исить
многоводный месяц (май) по отношению к базовому периоду. Положительный статистически значимый тренд был выявлен только в ряду максимальных расходов воды реки Намана в створе Мекимдя (третья группа рек), где его величина оказалась равной 7.33 %/10 лет. В то же время на реках Нюя, Алдан, Бирюк (первая группа) на общем фоне увеличения была зафиксирована тенденция к снижению срочных максимальных расходов воды.
Анализ хода среднемесячной температуры почвы на глубинах 1.6, 2.4 и 3.2 м в октябре на метеостанциях Якутск и Исить по данным, имеющимся в свободном доступе за период с 1965 по 2013 г., показал, что для метеостанции Якутск на глубине 1.2 м в теплый период каждый год регистрировались положительные температуры, в то время как на горизонтах 2.4 и 3.2 м температуры почвы до 1980 г. были отрицательные. После 1980 г. положительные температуры в осенний период на метеостанции Якутск встречаются чаще, а после 1990 г. практически ежегодно. При этом период, в который они фиксируются, увеличивается и варьируется от 30 до 150 дней. Рост амплитуды температуры отмечается на всех глубинах после 1980 г. (на 1.6 м) и начала 2000-х годов (на 2.4 и 3.2 м). На метеостанции Исить на всех горизонтах до начала 2000-х годов октябрьские температуры отрицательные. После 1980 г. начинается рост температуры на всех глубинах, и после 2000 г. на горизонте 2.4 м температура почвы становится положительной (рис. 6). Данных о температуре на горизонте 1.6 м в открытом доступе не было.
Наличие положительных температур и увеличение периода их продолжительности может указывать на увеличение глубины деятельного слоя и возможность поступления большего количества воды в зону аэрации.
Выявленные тенденции в рядах расходов воды рек Центральной Якутии, с одной стороны, свидетельствуют о реакции водосборных бассейнов в целом на неста-
ционарную климатическую ситуацию, иными словами, о степени их устойчивости на внешнее воздействие, а с другой стороны, указывают вектор изменения водных ресурсов территории. Проведенный анализ позволил выявить увеличение среднегодовых расходов воды для всех рассмотренных створов исследуемого региона (за исключением р. Большой Патом у с. Патом). Наибольшее увеличение месячного стока по отношению к базовому периоду произошло в период с декабря по март для всех гидрологических постов, на которых наблюдается зимний сток. В отличие от Европейской территории и некоторых районов южной Сибири (Гельфан и др., 2021; Георгиевский, 2021; Фролова и др., 2022) на сегодняшний день можно говорить об отсутствии внутригодового перераспределения стока за счет снижения объемов весеннего половодья и увеличения зимнего стока без статистически значимого изменения стока за год.
Увеличение стока в меженный период обусловлено изменением характера зимнего питания рек и может свидетельствовать об изменениях естественных ресурсов подземных вод. В зоне распространения сплошной мерзлоты питание рек зимой обеспечивается подрусловыми таликами, увеличение обводненности которых может происходить за счет увеличения количества поступающих жидких осадков в следствие увеличения продолжительности осеннего периода с положительными температурами, а также более глубокого сезонного протаивания почвы, что подтверждается результатами анализа температуры почвы и литературными данными (Бгаие^еЫ й а1., 2004).
Все реки первой группы (за исключением Ботомы) находятся в зоне распространения несплошной мерзлоты, где создаются более благоприятные условия для увеличения меженного питания в зимний период. Что касается р. Ботомы, то, вероятно, это связано с наличием карста в бассейне.
Увеличение объемов весеннего половодья и роста максимальных расходов на большинстве исследуемых рек при практически неизменном количестве зимних осадков и характере промерзания почво-грунтов, с нашей точки зрения, может объясняться увеличением интенсивности стаивания за счет роста температур в период половодья, с одной стороны, и увеличения количества осадков в мае — с другой.
4. Заключение
Тренды метеорологических характеристик, таких как температура воздуха и осадки, в центральной Якутии в целом соответствуют общей тенденции их изменения в связи с потеплением климата на территории России. Реакция стока малых и средних рек наиболее существенно выражена в зимние и весенние месяцы года. Она определяется, помимо изменений климатических характеристик, особенностями формирования стока района, в частности наличием многолетней мерзлоты и процессами, протекающими в подземной составляющей речных водосборов. По мнению авторов, эти обстоятельства отразились на характере произошедших изменений стока — его увеличении в весенний и зимний периоды и за год в целом. Наиболее заметные изменения (в процентном отношении к базовому периоду) произошли в годовом стоке малых рек, что вполне объяснимо: малые реки наиболее быстро реагируют на внешнее воздействие. Особенностью реакции водосбо-
ров исследуемой территории в сравнении с Европейской частью России и Южной Сибирью является наличие статистически значимых трендов в рядах годовых расходов воды для подавляющего числа исследуемых створов.
Литература
Гельфан, А. Н., Фролова, Н. Л., Магрицкий, Д. В., Киреева, М. Б., Григорьев, В. Ю., Мотовилов, Ю. Г., Гусев, Е. М. (2021). Влияние изменения климата на годовой и максимальный сток рек России: оценка и прогноз. Фундаментальная и прикладная климатология, 7 (1), 36-79. Георгиевский, В. Ю., под ред. (2021). Многолетние колебания и изменчивость водных ресурсов и основных характеристик стока рек Российской Федерации: научно-прикладной справочник. СПб.: ООО «РИАЛ».
Малинин, В. Н. (2008). Статистические методы анализа гидрометеорологической информации:
учебник. СПб.: Изд-во РГГМУ Пряхина, Г. В., Распутина, В. А., Сумачев, А. Э., Лебедева, Л. С. (2022). Оценка изменчивости стока рек Центральной Якутии в условиях нестационарного климата. В: Материалы IV Всероссийской научной конференции с международным участием «Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии». Т. 1. Барнаул: Пять-плюс, 223-228. Сикан, А. В. (2007). Методы статистической обработки гидрометеорологической информации:
учебник. СПб.: Изд-во РГГМУ. Федоров, А. Н., Торговкин, Я. И., Шестакова, А. А., Васильев, Н. Ф., Макаров, В. С., Калиничева, С. В., Башарин, Н. И., Егорова, Л. С., Константинов, П. Я., Самсонова, В. В., Николаев, А. Н., Гала-нин, А. А., Лыткин, В. М., Угаров, И. С., Шепелев, А. Г., Васильев, А. И., Ефремов, П. В., Иванова, Р. Н., Аргунов, Р. Н., Железняк, М. Н., гл. ред. (2018). Мерзлотно-ландшафтная карта Республики Саха (Якутия). Масштаб 1:1500 000. Якутск: Фонды ИМЗ, ИМЗ СО РАН. Фролова, Н. Л., Магрицкий, Д. В., Киреева, М. Б., Григорьев, В. Ю., Гельфан, А. Н., Сазонов, А. А., Шевченко, А. И. (2022). Сток рек России при происходящих и прогнозируемых изменениях климата: обзор публикаций. 1. Оценка изменений водного режима рек России по данным наблюдений. Водные ресурсы, 49 (3), 251-269. Frauenfeld, O. W., Zhang, T., Barry, R. G. (2004). Interdecadal changes in seasonal freeze and thaw depths in
Russia. Journal of Geophysical Research, 109 (D05101), 1-12. Tananaev, N. I., Makarieva, O. M., Lebedeva, L. S. (2016). Trends in annual and extreme flows in the Lena River basin, Northern Eurasia. Geophysical Research Letters, 43. https://doi.org/10.1002/2016GL070796
Статья поступила в редакцию 5 декабря 2022 г.
Статья рекомендована к печати 10 ноября 2023 г.
Контактная информация:
Пряхина Галина Валентиновна — g65@mail.ru Распутина Валерия Алексеевна — lerasputina88@gmail.com Сумачев Александр Эдуардович — a-sumachev@mail.ru Лебедева Людмила Сергеевна — lyudmilaslebedeva@gmail.com
Assessment of runoff characteristics changes of small and medium-sized rivers in Central Yakutia under the climate change influence*
G. V. Pryakhina1,2, V. A. Rasputina1,2, A. E. Sumachev1, L. S. Lebedeva2
1 St. Petersburg State University,
7-9, Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034, Russian Federation
2 Melnikov Permafrost Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 36, ul. Merzlotnaya, Yakutsk, 677010, Russian Federation
For citation: Pryakhina, G. V., Rasputina, V. A., Sumachev, A. E., Lebedeva, L. S. (2023). Assessment of runoff characteristics changes of small and medium-sized rivers in Central Yakutia under the climate change influence. Vestnik of Saint Petersburg University. Earth Sciences, 68 (4), 717-732. https://doi.org/10.21638/spbu07.2023.406 (In Russian)
The response of river catchments located on the territory of Russia to climate change in recent decades has been expressed in the emergence of multidirectional trends in the series of annual runoff, maximum water discharges and the value of winter runoff. However, the response of small and medium-sized rivers to the ongoing climate warming has been poorly studied, in contrast to large rivers. In this paper, a comprehensive analysis of the climatic and hydrolog-ical characteristics of small and medium-sized rivers of Central Yakutia as well as an assessment of the climate change impact on the river runoff characteristics in various conditions of the region were carried out. It has been established that the revealed positive trends in temperature correspond to the trends typical for the rest of the Russian Federation. The response of the runoff of small and medium-sized rivers to climate change is most significant in the winter-spring months of the year: there is an increase in runoff in the spring and winter periods and for the year as a whole. A feature of the response of the river catchments of the study area in comparison with the European part of Russia and southern Siberia is the presence of statistically significant trends in the series of annual water discharges for most of the studied water gauges. The most noticeable changes (as a percentage of the base period) occurred in the annual runoff of small rivers, because small rivers respond most quickly to external influences. Its expressiveness is determined not only by the degree of changes in climatic characteristics, but also by the features of runoff formation in the watersheds of the study area, in particular, the presence of permafrost.
Keywords: rivers of Central Yakutia, runoff change, climate change. References
Fedorov, A. N., Torgovkin, Ya. I., Shestakova, A. A., Vasil'ev, N. F., Makarov, V. S., Kalinicheva, S. V., Basha-rin, N. I., Egorova, L. S., Konstantinov, P. Ya., Samsonova, V. V., Nikolaev, A. N., Galanin, A. A., Lytkin, V. M., Ugarov, I. S., Shepelev, A. G., Vasil'ev, A. I., Efremov, P. V., Ivanova, R. N., Argunov, R. N., Zheleznyak, M. N., chef ed. (2018). Permafrost-landscape map of the Republic of Sakha (Yakutia). Scale 1:1,500,000. Yakutsk: Fondy IMZ, IMZ SO RAN Publ. (In Russian) Frauenfeld, O. W., Zhang, T., Barry, R. G. (2004). Interdecadal changes in seasonal freeze and thaw depths in
Russia. Journal of Geophysical Research, 109 (D05101), 1-12. Frolova, N. L., Magrickii, D. V., Kireeva, M. B., Grigor'ev, V. Y., Gelfan, A. N., Sazonov, A. A., Shevchenko, A. I. (2022). Streamflow of Russian Rivers under current and forecasted climate changes: a review of publications. 1. Assessment of changes in the water regime of Russian rivers by observation data. Vodnye resursy, 49 (3), 251-269. (In Russian)
* The research was funded by the Russian Science Foundation and the Yakutia Science Foundation grant no. 22-17-20040 "Subaerial and sublake taliks in the continuous permafrost zone of Eastern Siberia: origin, current state and response to climate change".
Gel'fan, A. N., Frolova, N. L., Magrickij, D. V., Kireeva, M. B., Grigor'ev, V. Ju., Motovilov, Ju. G., Gusev, E. M. (2021). The impact of climate change on the annual and maximum runoff of rivers in Russia: assessment and forecast. Fundamental'naia iprikladnaia klimatologiia, 7 (1), 36-79. (In Russian) Georgievsky, V. Yu., ed. (2021). Scientific and Applied Handbook: Long-term fluctuations and variability of water resources and the main characteristics of the flow of rivers in the Russian Federation. St. Petersburg: OOO "RIAL" Publ. (In Russian) Malinin, V. N. (2008). Statistical methods for the analysis of hydrometeorological information. Coursebook.
St. Petersburg: Izdatel'stvo RGGMU Publ. (In Russian) Pryakhina, G. V., Rasputina, V. A., Sumachev, A. E., Lebedeva, L. S. (2022). Assessment of river flow variability in Central Yakutia under unstationary climate. In: Materialy IV Vserossiiskoi nauchnoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem "Vodnye i ekologicheskie problemy Sibiri i Tsentral'noi Azii". Vol. 1. Barnaul: Pyat-plus Publ., 223-228. (In Russian) Sikan, A. V. (2007). Methods of statistical processing of hydrometeorological information. Coursebook.
St. Petersburg: Izdatel'stvo RGGMU Publ. (In Russian) Tananaev, N. I., Makarieva, O. M., Lebedeva, L. S. (2016). Trends in annual and extreme flows in the Lena River basin, Northern Eurasia. Geophysical Research Letters, 43. https://doi.org/10.1002/2016GL070796
Received: December 5, 2022 Accepted: November 10, 2023
Authors' information:
Galina V. Pryakhina — g65@mail.ru Valeriia A. Rasputina — lerasputina88@gmail.com AleksandrE. Sumachev — a-sumachev@mail.ru Lyudmila S. Lebedeva — lyudmilaslebedeva@gmail.com
