ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 5, с. 488-495
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ^^^^^^^^^^^^
И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 551.583
РЕЖИМ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВОДНОГО БАЛАНСА КАСПИЙСКОГО МОРЯ1
© 2014 г. Г. Н. Панин, И. В. Соломонова, Т. Ю. Выручалкина
Институт водных проблем РАН 119933 Москва, ул. Губкина, 3 E-mail: vyruchi@mail.ru Поступила в редакцию 23.04.2013 г.
Обобщены результаты исследований гидрологического режима Каспийского моря и климата его бассейна за период наблюдений 1945—2010 гг. Приведены результаты анализа режима атмосферных осадков, температур воздуха бассейна Каспийского моря и его уровня, а также стока р. Волги, приходившиеся на период спада и подъема уровня Каспия. Показана согласованность в изменении тенденций уровня Каспийского моря и климата его бассейна, обосновано направление дальнейших исследований.
Ключевые слова: Каспийское море, уровень моря, климат, сезонная динамика климатических характеристик, водосбор Каспийского моря.
DOI: 10.7868/S0321059614050083
В последние десятилетия Каспийское море активно и всесторонне изучается. Однако одна из наиболее важных проблем — прогноз изменения уровня Каспия остается по-прежнему не решенной. Важно заметить, что рациональное использование ресурсов рек Каспийского бассейна, ры-бохозяйственные, рекреационные и другие проблемы напрямую связаны с прогнозом уровня моря. В ХХ в., когда его колебания достигли амплитуды 3.5 м (от —25.5 до 29 м) и стали наносить серьезный ущерб экономике прикаспийских стран, проблема более обоснованного прогнозирования на будущее особенно обострилась.
Уровень воды в Каспийском море подвержен значительным колебаниям. По историческим данным, в течение последних трех тысяч лет изменение уровня воды Каспийского моря достигала 15 м. По данным археологии и письменных источников, уровень Каспийского моря был высоким в начале XIV в. [17]. Инструментальное измерение уровня Каспийского моря и систематические наблюдения за его колебанием ведутся с 1837 г.: самый высокий уровень воды зарегистрирован в 1837 г. (—25.5 м), а самый низкий — в 1977 г. (—29 м); с 1978 г. уровень воды повышался и в 1995 г. достиг отметки —26.5 м. В 1996 г. началось новое снижение уровня, достигшее к 2012 г. 1 м (рис. 1).
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (соглашение 14-17-00740) и РФФИ (проекты 12-05-00659, 13-05-41007 РГО-а).
На сегодняшний день существует две основные концепции причины изменения уровня Каспийского моря: климатическая и геологическая. В рамках климатической концепции рассматриваются периоды климатического масштаба: от десятилетий до столетий, а в рамках геологической — периоды значительно большие. В целом можно сказать, что на фоне долгопериодных колебаний (происходящих под влиянием геологических процессов) наблюдаются колебания, вызываемые изменениями климата, природа которых недоста-
1840 1880 1920 1960 2000 Год
1820 1860 1900 1940 1980 2020 —25-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1
-30 L h, м
Рис. 1. Уровень Каспийского моря у п. Баку за 1837— 2012 гг.
точно изучена. Далее будут рассматриваться колебания климатического масштаба, для этого привлекаются результаты анализа вариаций регионального и глобального климата, базирующиеся на композиции "парникового" и "циклического" эффектов [6—8].
Многолетние изменения уровня Каспийского моря и составляющих его водного баланса исследуются с различными подходами. В большинстве случаев принимается гипотеза о стационарности климата на протяжении последних десятилетий. Используется вероятностная методика, линейные и нелинейные стохастические модели с дискретным и непрерывным временем, физические модели взаимодействия внутренней динамики и шума внешней среды и т.д. Так, согласно исследованиям [2, 4, 18], уровень Каспийского моря должен понижаться. Голицын и др. [3], используя аналогичный подход к водному балансу в период 1978—1995гг., прогнозируют подъем уровня моря в этот же период. В [21] показано, что учет нелинейности системы уравнений водного и теплового балансов приводит к неустойчивым решениям при прогнозировании уровня моря, а в [20] отмечается адаптивный характер процессов, формирующих его режим. Использование моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО) на региональном уровне также часто приводит к противоречивым результатам. Например, российские ученые из Института физики атмосферы РАН совместно с учеными из Германии [1, 21], проанализировав изменения в гидрологическом цикле нескольких бассейнов, включая Каспийское море, отметили увеличение атмосферных осадков и поверхностного стока. Полученные результаты свидетельствуют о подъеме уровня Каспийского моря в XXI в. Несколько позже в [25] с использованием трех моделей и в [5] с помощью семи моделей МОЦАО показано, что уровень моря в XXI в. не будет значимо изменяться. В то же время в [23] для разных сценариев (1РСС А2 и А1Ь [24]) показано устойчивое снижение уровня Каспийского моря в течение XXI в. Таким образом, использование как вероятностных методик, так и моделей общей циркуляции атмосферы и океана не привели к успешному прогнозированию уровня Каспийского моря. Возможно, одна из причин отмеченных противоречий связана с использованием разных параметризаций для испарения (модели, использующие более сильную зависимость испарения от температуры воздуха, прогнозируют более сильное снижение уровня Каспия). Это обстоятельство указывает, в частности, на необходимость проведения дополнительных исследований испарения как с водной поверхности, так и
с поверхности суши. Эта работа ведется, и первые результаты показали возможность более достоверного прогнозирования уровня моря [12]. Наряду с этим следует отметить и недостаточную изученность связи региональных изменений составляющих водного баланса Каспия с глобальными процессами [8, 14, 15]. Эти исследования представляются особенно важными, так как до сих пор нет единого мнения об изменении уровня Каспийского моря, нет даже возможности с уверенностью определить тенденции изменения его уровня.
Проведенные ранее исследования [13, 16] для территорий в высоких и средних широтах Северного полушария позволили выделить два типа изменчивости температур с периодическими их изменениями в одних зонах и непрерывным ростом в других. Анализ циркуляционных индексов, влияющих на климатическую ситуацию в Северном полушарии, позволил выделить из них следующие, оказывающие сильное воздействие на региональный климат: североатлантическое колебание (NAO), арктическое колебание (AO), тихоокеанское декадное колебание (PDO), северотихоокеанский (NPI), западно-тихоокеанский (WP), тихоокеанско-североамериканский (PNA), скандинавский (SCA), сибирский (Siberian index). Наибольшее влияние на климат Северной Евразии оказывают NAO, AO. Показано, что в период подъема уровня Каспийского моря зона влияния NAO в два раза больше, чем в период его спада [9, 10, 15]. В последнее десятилетие началось ослабление влияния NAO и AO на климат Северной Евразии, что сопровождается понижением температуры воздуха при смещении влияния к югу. Все это свидетельствует о том, что процессы, происходящие на территории Евразии, находятся под влиянием Атлантики и Арктики.
Все это определило необходимость проведения более углубленного исследования динамики гидрометеорологических процессов непосредственно в бассейне Каспия и стока р. Волги за период спада и подъема уровня Каспия. Для этого была подготовлена цифровая карта бассейна Каспийского моря, создана дополнительная база данных (140 пунктов) и проведен анализ данных о приземной температуре воздуха и атмосферных осадках за 1946—2010 гг. (рис. 2, 3). Для этого были использованы базы данных ВНИИГМИ-МЦД, GHCN и Северо-Евразийского климатического центра (СЕАКЦ). Основными критериями при выборе данных послужили продолжительность, однородность, непрерывность и т.д. Так как пункты наблюдений в бассейне Каспия расположены неравномерно, для создания полей с равномерно распределенной сеткой была применена так назы-
(а)
65
60
55
а
т о 50
ч о 45
ч
40
35
30
65
60
55
а
т о 50
ч о 45
ч
40
35
<111111 -Л
65 60 55 50 45 40 35
35 40 45 50 55 60 65 30
65 60 55 50 45 40 35
30 35 40 45 50 55 60 65 30
65 60 55 50 45 40 35
65 60 55 50 45 40 35
65 60 55 50 45 40 35
35 40 45 50 55 60 65 30 (б)
65 60 55 50 45 40 35
35 40 45 50 55 60 65 30 (в)
65 60 55 50 45 40 35
30 35 40 45 50 55 60 65 30 35 40
65 60 55 50 45 40 35
35 40 45 50 55 60 65 Широта
35 40 45 50 55 60 65 Широта
45 50 55 60 65 30 (г)
65 60 55 50 45 40 35
30 35 40 45 50 55 60 65 30 35 40 45 50 55 60 65 30
2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0
-0.25 -0.50 -0.75 -1.00 -1.25 -1.50 -1.75 -2.00
35 40 45 50 55 60 65 Широта
2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0
-0.25 -0.50 -0.75 -1.00 -1.25 -1.50 -1.75 -2.00
35 40 45 50 55 60 65 Широта
Рис. 2. Аномалии температур воздуха среднегодовых (а), зимних (б), весенних (в), летних (г) и осенних (д) значений к 1961-1990 гг. по периодам 1946-1977 гг., 1978-1995 гг. и 1996-2010 гг. (слева направо).
(д)
св Н О
1-е
ч
о Д
65
60 -
55
50
45
40
35 -
30
65 60 55 50 45 40 35
65 60 55 50 45 40 35
2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0
-0.25 -0.50 -0.75 -1.00 -1.25 -1.50 1.75 -2.00
35 40 45 50 55 60 65 30 35 40 45 50 55 60 65 30
35 40 45 50 55 60 65 Широта
Рис. 2. Окончание.
ваемая "сеточная функция". Она основывается на процессе вычисления значений интерполяционной функции в точках регулярной сети по значениям хаотически расположенных экспериментальных точек (данных наблюдений). Далее полученная информация используется для вычисления средних значений, аномалий и величины трендов на водосборной территории Каспийского моря. Имеющиеся данные были разбиты на периоды, которые соответствуют подъему (1978-1995 гг.) и спаду (1946-1977 гг. и 1996-2010 гг.) уровня Каспийского моря (рис. 1).
В период подъема уровня (1978-1995 гг.) осадки в среднем составляли 520 мм/год, в то время как в периоды спада уровня (1946-1977 гг. и 1996— 2010 гг.) - только 460 мм/год. Температура за рассматриваемые выше периоды изменялась следующим образом: в 1946-1977
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.