ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2015, том 42, № 5, с. 544-557
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОД СУШИ С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ
УДК 551.461.22
ИЗМЕНЧИВОСТЬ НЕВСКИХ НАВОДНЕНИЙ И МОРСКОГО УРОВНЯ В ФИНСКОМ ЗАЛИВЕ В СОВРЕМЕННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ1 © 2015 г. В. Н. Малинин, С. М. Гордеева, Ю. В. Митина
Российский государственный гидрометеорологический университет 195196Санкт-Петербург, Малоохтинский просп., 98 E-mail: malinin@rshu.ru, gordeeva@rshu.ru Поступила в редакцию 18.11.2013 г.
Рассмотрены особенности временной изменчивости наводнений в устье Невы с начала XVIII в. и межгодовых колебаний морского уровня в Кронштадте с 1836 г. Приведены оценки их вековых трендов. Рассмотрены результаты статистического моделирования годовых значений уровня по данным об атмосферном давлении над южной Финляндией, зональной компоненте скорости ветра над Финским зал., стоке Невы, осадках и температуре воздуха в Санкт-Петербурге. Предложена простая двухпараметрическая модель оценки уровня моря к концу XXI в. для основных климатических сценариев, предикторы которой — уровень Мирового океана и североатлантическое колебание. Приведены оценки зон затопления побережья Курортного района для высоты нагонной волны в диапазоне 1—6 м.
Ключевые слова: невские наводнения, морской уровень, глобальный климат, температура воздуха, циклоническая активность, североатлантическое колебание, статистические модели, Финский залив.
Б01: 10.7868/80321059615030098
Достаточно очевидно, что современные изменения климата — результат разбалансировки климатической системы Земли, и они не сводятся только к глобальному потеплению. Помимо потепления, неизбежное следствие разбалансировки — увеличение числа и мощности различных погодно-климатических аномалий. Именно об этом свидетельствует быстрый рост беспрецедентных стихийных бедствий (крупномасштабные наводнения, засухи, тропические ураганы, штормовые циклоны, смерчи, торнадо и т.п.), наблюдающихся в разных странах мира. Не обошли эти бедствия и Россию. В 2010 г. отмечалась катастрофическая летняя засуха на большей части европейской части России, в 2012 г. — экстремальное наводнение в Крымске, а летом 2013 г. произошло небывалое в истории наводнение на р. Амур, последствия которого будут ощущаться еще многие годы.
Детальный исторический обзор наводнений по природным и социально-экономическим параметрам на реках мира рассматривается в [6], а
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 14-05-00837).
на территории России — в [7]. Для территории Санкт-Петербурга наиболее опасное природное явление — штормовые нагоны и наводнения в устье Невы. Но если после завершения строительства Комплекса защитных сооружений (КЗС) Санкт-Петербурга от наводнений город надежно от них защищен, то этого нельзя сказать о территориях, находящихся за пределами дамбы и подверженных штормовым нагонам. Это касается динамично развивающегося в последние годы Курортного района. Поэтому изучение закономерностей изменчивости морского уровня (включая экстремальные колебания), его прогноз (в том числе на длительную перспективу), а также выявление зон затопления и экономического ущерба побережью Финского зал. при штормовых нагонах по-прежнему крайне актуальны, тем более что 2014 г. объявлен "Годом Финского залива" — трехстороннего проекта России, Финляндии и Эстонии.
ИЗМЕНЧИВОСТЬ НАВОДНЕНИЙ В УСТЬЕ НЕВЫ
Невские наводнения, по сути, представляют собой экстремальные колебания морского уров-
ч о
о
[3
о
о ¡^
Ч О
а
25
20
15
10
□ 1
N = 0.37? + 5.0 Я2 = 0.27
Щ> 2 м) = 0.075? + 2.3 Я2 = 0.07
5 0 7
10 10 10 ("N^40
10 10 10 10 10 оо о сч ^ чо оо оо оо оо
55
оо о 00 сл
555
("N^40
сл сл сл
55
оо о сл о 12
Рис. 1. Временной ход суммарных по десятилетиям невских наводнений (1), сильных наводнений (с уровнем выше 2.0 м) (2) и их линейные тренды: штриховая линия — для (1), сплошная — для (2). (По данным [17]).
5
0
ня. Первое упоминание в письменных источниках о наводнениях относится к 1061—1066 гг. — времени правления киевского князя Изяслава Ярославовича. Согласно летописям, в это время "вода прилива покрывала всю нынешнюю окрестность города на 20—25 футов..." [19]. Если это соответствует действительности, то подъем уровня должен был составить 6.1—7.6 м, что значительно превышает максимальный уровень наводнения, наблюдавшееся 7 (19) ноября 1824 г., когда вода в устье Невы поднялась на 421 см.
Относительно точная хронология невских наводнений начинается с начала XVIII в., т.е. с момента активного строительства Санкт-Петербурга. В настоящее время известно несколько каталогов наводнений, причем количество наводнений и даты их появления существенно различаются [9, 17, 18]. Например, список наводнений в книге К.С. Померанца "Три века Петербургских наводнений" насчитывает к концу 2005 г. 328 [18], в официальном каталоге СЗУГКС к 2008 г. числится 305 [9], а согласно [17] — 329 наводнений. К концу 2013 г. количество наводнений, по данным Госкомгидромета, составило 314 (с учетом всех случаев, когда закрывались затворы КЗС). Отметим, что даже такое число наводнений, возможно, не полное. Сомнения вызывает период 1800—1825 гг. — время правления Александра I, когда сведения о наводнениях, по
мнению ряда исследователей, возможно, были засекречены.
На рис. 1 приведена изменчивость суммарного по десятилетиям числа наводнений и сильных наводнений (с уровнем выше 2.0 м) за весь период наблюдений с 1703 г. на основе данных об уровне воды у Горного института. Нетрудно увидеть, что конец XVIII и начало XIX в. отличаются малым количеством наводнений. Как было отмечено выше, это, возможно, связано с тем, что учтены не все случаи наводнений. Если это так, то внутренняя структура ряда несколько искажена. Тем не менее на рис. 1 отчетливо видна устойчивая тенденция к увеличению частоты наводнений, наиболее ярко проявляющаяся в последние три десятилетия ХХ в. Если в начале XVIII в. количество наводнений составляло 6 раз/10 лет, то к началу XXI в. — 16 раз/10 лет, т.е. увеличилось почти в три раза. При этом вклад тренда в дисперсию исходного ряда составляет 27%. Что касается сильных наводнений, то их количество мало меняется со временем. В начале XVIII в. оно составляло 2.4, а в начале XXI в. — 4.2, т.е. увеличилось всего на 2.
Следует отметить, что, помимо роста общего числа наводнений, в последние десятилетия существенно изменился их годовой ход (табл. 1). Из табл. 1 видно, что максимум повторяемости наводнений в последнее тридцатилетие сместил-
Таблица 1. Внутригодовая изменчивость общего числа наводнений по тридцатилетиям
Период, Месяц Год
годы I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
До 1711 г. - - - - - - - 1 2 1 - 1 5
1711-1740 2 - 1 - - - - 1 5 5 9 4 27
1741-1770 1 - - - 1 1 - 1 2 8 9 8 31
1771-1800 1 - - - - 1 - 2 3 6 3 1 17
1801-1830 - 1 - - - - - - 2 - 1 2 6
1831-1860 - 1 - - 1 1 - 2 6 10 4 3 28
1861-1890 5 1 - - 3 3 1 4 6 12 11 10 56
1891-1920 2 1 1 1 - - 1 1 5 5 16 3 36
1921-1950 2 1 1 - - - - 3 5 13 8 1 34
1951-1980 3 - 1 - 1 - - 1 5 8 9 12 40
1981-2010 19 4 3 - - - - - 2 12 11 8 59
Всего 35 9 7 1 6 6 2 16 43 80 81 53 339
ся с осени на зиму. При этом абсолютный максимум количества наводнений отмечается в январе — 19, что многократно превышает их число за предшествующие десятилетия. Полностью перестали отмечаться наводнения в летний период.
Таким образом, из анализа межгодовой и внут-ригодовой изменчивости количества наводнений видно, что последнее тридцатилетие было аномальным как по общему количеству наводнений, так и по максимуму их повторяемости в годовом ходе. Естественно полагать, что возрастание общего числа наводнений зависит от изменений глобального и регионального климата. Так, в последние три десятилетия XX в. произошло резкое повышение температуры воздуха в северном полушарии. В течение 1976—2010 гг. положительный тренд температуры составлял 0.026°С/год, в то время как в течение 1941—1975 гг. в северном полушарии отмечалось слабое похолодание. Примерно такие же периоды могут быть выделены в межгодовом ходе температуры воздуха в Санкт-Петербурге. До 1937 г. в Санкт-Петербурге отмечалось потепление (Тг = 0.157°С/10лет), затем до 1976 г. слабое похолодание, характеризующееся незначимым трендом, после чего началось интенсивное потепление (Тг = 0.56°С/10 лет), более чем в два раза превышающее рост температуры в северном полушарии.
Итак, если в холодный период 1937—1975 гг. средняя частота наводнений была 1 раз/год, то при потеплении климата она увеличилась до 2 раз/год, т.е. в два раза. При этом число сильных наводнений (высота уровня >200 см) при похолодании климата было <5 раз/10 лет, а при потепле-
нии >5 раз/10 лет. Следовательно, можно сделать вывод, что число наводнений растет с ростом температуры воздуха.
Анализ характеристик всех циклонов, проходящих над Финским зал., для периодов относительного похолодания (1958—1975 гг.) и интенсивного роста температуры воздуха (1976—2008 гг.) показал рост числа циклонов, вызвавших значительные наводнения ("опасных наводненческих циклонов"), — соответственно 6 и 17 случаев [3]. При этом отмечается заметное расхождение в траекториях опасных наводненческих циклонов. Для периода относительного похолодания их движение на восток происходит по более южным траекториям, чем для периода потепления. Максимальное расхождение наблюдается на меридиане Гринвича, где оно чуть больше 8° или ~1000 км. Все опасные наводненческие циклоны выходят на Финский зал. значительно севернее, чем обычные циклоны [3].
После ввода в эксплуатацию КЗС (июль 2011 г.) до конца 2013 г. было предупреждено пять наводнений, причем два из них (26—27 декабря 2011 г. и 29 октября 2013 г.) могли бы войти как минимум в десятку крупнейших наводнений. Согласно прогностическим оценкам, их высота должна была составить >260 см. Причиной последнего наводнения стал разрушительный шторм "Святой Иуда", обрушившийся на Северную Европу.
Однако для территорий за дамбой проблема наводнений все более обостряется. Это связано с тем, что при закрытии створов КЗС нагонная волна будет отражаться от глухой стены дамбы и распространяться
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.