ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 6, с. 643-655
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 556.551
ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЙ СТОКА
РОССИЙСКИХ РЕК1
© 2007 г. С. Г. Добровольский
Институт водных проблем Российской академии наук 119333 Москва, ул. Губкина, 3 Поступила в редакцию 11.01.2006 г.
Для территории РФ рассчитаны и построены карты следующих параметров: средних, по основным климатическим моделям МГЭИК, величин изменений слоя стока за счет парникового эффекта для периода 2040-2070 гг.; среднеквадратичных отклонений от этих значений; относительных ошибок оценок; средних значений изменения слоя стока для различных сценариев эмиссии парниковых газов; абсолютных и относительных отклонений этих величин от среднего по сценариям и интегрированию моделей. Рассчитаны хронологические прогнозы возможных изменений средних значений стока рек Волги, Северной Двины, Печоры, Оби, Енисея, Лены, Яны, Индигирки, Колымы, Амура вплоть до 2100 г. и среднеквадратичные ошибки этих величин с учетом максимального количества неопределенностей прогноза. Показано, что значимость парникового эффекта при прочих равных условиях меньше для рек с малой площадью водосборного бассейна и для рек с небольшим модулем стока.
Изучение возможных изменений речного стока вследствие потенциального глобального антропогенного потепления климата представляет собой одну из важнейших проблем современной гидрологии. Основной метод оценки этих изменений - расчеты с использованием численных моделей климатической системы: моделей общей циркуляции атмосферы, объединенных с моделями поверхности суши и моделями океана (КМОЦ). Результаты таких расчетов были опубликованы и обсуждались в [4, 5, 7-9, 13-16, 18, 19]. Однако, вплоть до последнего времени возможные изменения стока рассчитывались лишь для отдельных рек или групп рек, для отдельных моделей климата, отдельных сценариев или наборов сценариев и без учета всех неопределенностей такого рода прогнозов. В настоящей работе сделана попытка подытожить результаты оценок будущего слоя стока на всей территории России, а также результаты моделирования стока для бассейнов основных рек РФ с учетом возможно более полного набора неопределенностей, присутствующих в такого рода оценках, и различных пространственных масштабов речных водосборов.
ИЗМЕНЕНИЯ ГЛОБАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
На сегодняшний день основным направлением прогнозирования изменений гидрологических параметров, в том числе речного стока, на отдаленную перспективу является оценка изменений стока вследствие глобального парникового потепления.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 07-05-00547а).
Диагноз и прогноз антропогенного парникового потепления - сложнейшая научная задача, отдельные составляющие которой могут представлять собой чрезвычайно дискуссионные проблемы. Вместе с тем, в последнее время в этой области появились более достоверные, по равнению с предыдущими годами, результаты, которые целесообразно учитывать при оценке возможных изменений речного стока в XXI в.
На рис. 1 показаны изменения основного параметра глобального климата - средней глобальной температуры Ггл, как наблюденной за последние 150 лет, так и прогнозируемой до конца XXI в. На рис. 1а показаны последние оценки изменений Ггл с 1850 по 2006 г. по данным [19], из которых следует, что с середины 1970-х гг. по настоящее время продолжается видимый рост Ггл. Вместе с тем, последний год (2006 г.) не является самым теплым за период инструментальных наблюдений, а температура последних 8 лет не превышает рекордную температуру 1998 г. На рисунке видно также, что потепление 1970-2000-х не было чем-то из ряда вон выходящим по сравнению с потеплением 19101940-х гг. Так, за последние 30 лет (1976-2006 гг.) -период, рассматривающийся многими исследователями, как характерный климатический масштаб времени, примерно совпадающий с продолжительностью последнего потепления, Ггл выросла на ~0.65°С. Однако, за такой же по продолжительности период времени (1911-1941 гг.), когда эффект антропогенных выбросов парниковых газов был очень мал, Ггл выросла на те же ~0.65°С .
Не вдаваясь подробно в дискуссию о причинах наблюденных изменений Ггл и о статистической
Тга, 0.01°С 60 40 20 0 20 40 60
1850 1880 Т °С
гл
6
(а)
1910
1940
1970 2000
5 4 3 2 1 0 -1
1
2
3
5
, 11И1 1 1 II
1990
2020
2050
2080
2100 Годы
Рис. 1. Изменения средней глобальной температуры по данным наблюдений [19] (а) и прогнозы изменений глобальной температуры в XXI в. (б). Диапазоны максимальных и минимальных прогностических оценок для БКЕБ сценариев [18] 1; диапазон прогностических оценок между сценариями А2 и В1 [18] 2 и по [19] 3; 95%-ные доверительные интервалы прогноза естественных изменений глобальной температуры при помощи модели дискретного винеровского процесса 4; значения Тгл по данным наблюдений за 1990-2006 гг. [19] 5.
значимости парниковой составляющей этих изменений, следует отметить, что в ряде работ [4, 6, 21, 22, 24] показано, что предшествовавшие изменения годовых значений Тгл (предположительно, вызванные в основном естественной изменчивостью климата) удовлетворительно описываются при помощи модели дискретного винеровского процесса.
Q, м3/с
13000
12000
10000 8000 6000 4000
4 •• ! . I • • •'л; • / .
; ч * . •
-0.6 -0.4 -0.2 0
0.2 0.4 Тгл, °С
На рис. 1 видно, что за 6 лет, прошедших между двумя последними отчетами МГЭИК [18, 19], прогнозы изменений глобальной температуры в XXI в., в соответствии с одними и теми же наиболее распространенными сценариями эмиссии парниковых газов, были пересмотрены в сторону понижения оценок на ~0.5°С к концу и на 0.3°С к середине XXI в. Интересно, что 25 лет назад прогнозировалось более значительное глобальное потепление в XXI в.: на 1-2°С к 2000 г. (этот прогноз уже не оправдался), на 2-3°С к 2025 г. (теперь ясно, что осуществление такого прогноза очень маловероятно) и на 3-5°С к 2050 г. [2].
Рис. 2. Соотношение средних глобальных температур и годовых объемов Q стока Волги.
Из рис. 16 видно также, что вплоть до первой трети - середины XXI в. прогнозируемые в [19] изменения Тгл, соответствующие основным сценариям (от А2 до В1), имеют тот же порядок, что и прогнозируемые изменения Тгл вследствие естественной изменчивости климата. Прогнозируемые в соответствии с этими сценариями средние изменения Тгл к концу XXI в. будут находиться на уровне 95%-го доверительного интервала прогноза естественных изменений Тгл. Представляется, что результаты сопоставления прогнозов антропогенного потепления и естественных изменений Тгл целесообразно учитывать и при интерпретации прогнозов изменений речного стока.
СООТНОШЕНИЕ НАБЛЮДЕННЫХ
ИЗМЕНЕНИЙ ГЛОБАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И СТОКА РЕК РФ
Как видно на рис. 1а, наблюденные за предыдущее столетие глобальные температуры менялись в сравнительно широких пределах (>1°С с 1910-х до 1998 г.). Эти изменения того же порядка, что и прогнозы изменений Тгл к середине XXI в., в соответствии с наиболее употребимыми сценариями эмиссии парниковых газов, опубликованными в [19] (рис. 16). Следовательно, представляет интерес сопоставление наблюденных изменений стока рек РФ с одной стороны и наблюденных Тгл с другой. В этом случае выявленная значимая связь между параметрами могла бы "работать" и при оценке изменений стока рек за счет прогнозируемых антропогенных изменений Тгл.
На рис. 2 показано соотношение годового стока Волги и глобальной температуры в виде поля точек. Ряд стока Волги за 1915-2000 гг., взятый из [11], охватывает весь основной период времени глобального потепления XX в. Однако, на рис. 2 видно, что статистически значимая (или какая-либо) связь между Тгл и стоком Волги в этот период отсутствовала. Кроме того, анализ самого ряда наблюденного стока Волги показывает, что в нем от-
сутствует какой бы то ни было статистически значимый монотонный тренд.
Аналогичные результаты были получены автором для других основных рек РФ. В таблице показаны оценки значимости монотонных (в простейшем случае - линейных) трендов в рядах стока Волги, Северной Двины, Оби, Енисея, Лены, Амура и Колымы. Под параметром тренда в таблице понимается разность между оценками математического ожидания (м.о.) рядов, рассчитанными по первой и второй половинам ряда (в долях стандартов), под ошибкой оценки параметра тренда понимается среднеквадратичное значение ошибки оценки м.о., рассчитанной через эквивалентную длину реализации и интегральный временной масштаб [29]. Из таблицы видно, что ни один стоковый ряд не демонстрирует статистически значимый тренд. Полученные результаты находятся в соответствии с результатами других работ по изучению стационарности стока российских рек. Например, в [10] на основе материала по 519 створам (постам) сделан вывод: "гипотеза стационарности рядов многолетних наблюдений за годовым стоком... в целом подтвердилась".
Эти и другие исследования показывают, что будущие изменения Ггл на величины порядка 0.5 -1.0°^ по аналогии с наблюдавшимися за последнее столетие, могут не привести к статистически значимым изменениям стока российских рек. Следовательно при оценке возможных изменений стока вследствие парникового потепления, необходимо обращать особое внимание на возможные ошибки оценок и сравнивать прогнозируемые изменения с наблюденной изменчивостью стока.
ОЦЕНКИ ИЗМЕНЕНИЙ СТОКА РЕК НА ТЕРРИТОРИИ РФ ВСЛЕДСТВИЕ АНТРОПОГЕННОГО ПОТЕПЛЕНИЯ КЛИМАТА В XXI В., ПОЛУЧЕННЫЕ НА РАЗЛИЧНЫХ КМОЦ
Попытки оценок изменений стока рек в масштабах крупных регионов или глобальных при помощи КМОЦ делались в [8, 9, 14, 15, 17, 18, 27, 28]. Однако поля изменений слоя стока, полученные на КМОЦ, как правило, оказывались мозаичными и провести изолинии на территории РФ было весьма затруднительно. А полученные на различных моделях результаты плохо увязывались друг с другом и в ряде случаев были прямо противоположны. Автором была предпринята попытка обобщить результаты моделирования будущего слоя стока рек России на наиболее известных КМОЦ (так называемых КМОЦ МГЭИК), рассчитать и картировать статистику этих результатов для террито
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.