ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОД СУШИ С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ
УДК 556.048
СЦЕНАРНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВОДНОГО БАЛАНСА РЕК ОЛЕНЕК И ИНДИГИРКА В СВЯЗИ С ВОЗМОЖНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ КЛИМАТА В РАЙОНЕ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)1
© 2014 г. Е. М. Гусев, О. Н. Насонова, Л. Я. Джоган, Г. В. Айзель
Институт водных проблем РАН 119333 Москва, ул. Губкина, 3 E-mail: sowaso@yandex.ru Поступила в редакцию 15.10.2012 г.
Для четырех глобальных климатических сценариев МГЭИК семейства SRES, соответствующих заданным сценариям экономического, технологического, политического и демографического развития человеческой цивилизации, получены прогностические варианты динамики метеорологических элементов в бассейнах рек Оленек и Индигирка (Республика Саха) в XXI в., на основе которых рассчитаны варианты возможного изменения составляющих водного баланса бассейнов выбранных рек до 2063 г. Методика расчетов основана на использовании физико-математической модели тепло- и массообмена подстилающей поверхности суши с атмосферой SWAP и генератора климатических сценариев MAGICC/SCENGEN.
Ключевые слова: составляющие водного баланса, сценарии изменения климата, взаимодействие подстилающей поверхности суши с атмосферой, физико-математическое моделирование, глобальные базы данных, бассейны рек Индигирка и Оленек.
DOI: 10.7868/S0321059614030092
Как отмечается в [10], полярные регионы, в значительной мере контролирующие гидрологические процессы и водные ресурсы, подвергнутся ряду самых ранних и наиболее глубоких изменений в случае изменения климата. Особую озабоченность по поводу влияния меняющегося климата на водные ресурсы полярных регионов вызывает Арктика. В докладах МГЭИК [14—16] даются оценки приращений среднегодовой температуры воздуха и годовых сумм осадков в Северном Полушарии к концу XXI в., составляющие соответственно 3—5°С и 15%.
Существенная часть водных ресурсов Арктики формируется в бассейнах крупных рек, впадающих в Северный Ледовитый океан — самый маленький из всех океанов и относительно мелководный. Влияние стока рек на этот океан очень велико. Доля поступающей в Северный Ледовитый океан пресной воды в виде речного стока с дренируемой территории пан-Арктического бассейна (в том числе и с территории Сибирского региона) оценивается примерно в 50% суммарного
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 11-05-00015), РАН (Госконтракт № 74ОК/11-5), Министерства образования и науки РФ (проект № 14.B25.31.0026).
поступления [15]. С учетом роли рек пан-Арктического бассейна в переносе тепла, осадочных, биогенных и загрязняющих веществ на север изменения в окружающей среде, вызванные изменением климата даже в низких широтах, могут оказать значительное влияние на пресноводный баланс Северного Ледовитого океана, поступление в него указанных выше веществ, образование морских льдов и в конечном итоге — на термоха-линную циркуляцию и глобальный климат [10].
Цель настоящей работы — оценка возможных изменений составляющих водного баланса бассейнов двух рек Якутии (Республики Саха): Оленек и Индигирка (расположенных в самой суровой по метеорологическим условиям части Евразии) в связи с различными сценариями изменения климата.
ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ИССЛЕДУЕМЫХ РЕЧНЫХ БАССЕЙНОВ
Бассейн р. Оленек расположен на северо-западе Якутии за полярным кругом (примерно между 106° и 126° в.д.) (рис. 1). Река берет начало на склонах горы Янгкан, впадает в Оленекский зал.
5
621
Рис. 1. Расположение бассейнов рек Оленек и Индигирка.
моря Лаптевых. Длина реки достигает 2292 км, площадь бассейна ~220 тыс. км2. Среднегодовой слой стока составляет 174 мм. Питание преимущественно снеговое.
Климат рассматриваемой территории характеризуется резкой континентальностью, которая проявляется в очень низких зимних температурах воздуха (минимальные — от —60 до —55°С) и высоких летних (до 20—30°С). Главные факторы, определяющие такое своеобразие климата, — характер общей циркуляции воздушных масс и физико-географические особенности территории — ее удаленность и отгороженность горными системами от Атлантического и Тихого океанов, а также открытость со стороны Северного Ледовитого океана. Малоснежная зима и исключительно низкие температуры воздуха способствуют широкому распространению многолетней мерзлоты, достигающей большой мощности (до 500 м).
Летом в результате развития циклонической деятельности выпадает наибольшее количество
осадков (~300 мм), зимой осадки уменьшаются до 35—45 мм. Суммарное испарение составляет 150 мм на севере и 200 мм на юге. Почвы — в основном глеевые мерзлотно-таежные, на побережье — торфянисто-болотные и глеевые торфянисто-болотные. Растительность представлена мохово-ли-шайниково-кустарничковой тундрой (на севере) и лиственничными северо-таежными редкостойными лесами (преимущественно лиственницей даурской) в средней и южной частях бассейна.
Бассейн р. Индигирки (рис. 1) расположен в восточной части Лено-Индигирского региона между 62° и 72° с.ш. и 136° и 151° в.д. Индигирка — одна из самых больших рек, впадающих в ВосточноСибирское море. Длина реки — 1726 км, площадь бассейна 360 тыс. км2, средний годовой слой стока — 158 мм.
Характерная особенность всей территории бассейна р. Индигирки (как и бассейна р. Оленек) — суровый и резко континентальный климат (полярный и субполярный), повсеместное рас-
пространение многолетней мерзлоты, наличие наледей (особенно в горах). Зима характеризуется очень низкими температурами воздуха (минимальные значения — от —65 до —50°С), а лето — высокими (до 20—35°С). Факторы, определяющие указанную специфику климата, практически те же, что и для бассейна р. Оленек.
Годовое количество осадков по территории изменяется от 250 мм на побережье до 600 мм в горах. Осадки выпадают в основном в теплый период года. Сумма осадков в холодный период составляет 35—45 мм.
В долине Индигирки и на затопляемых террасах развиты молодые слоистые аллювиальные су-песчано-галечниковые почвы, на незатопляемых террасах — лугово-болотные и торфянисто-болотные почвы.
Характерной чертой растительного покрова территории является почти повсеместное преобладание в лесной зоне лиственничных лесов из даурской лиственницы. На севере выделяется зона арктических (каменистых) пустынь и зона мо-хово-лишайничковой тундры и лесотундры.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ СЦЕНАРНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВОДНОГО БАЛАНСА СЕВЕРНЫХ РЕЧНЫХ
БАССЕЙНОВ В СВЯЗИ С ВОЗМОЖНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ КЛИМАТА
В настоящей работе поставленная задача решается с помощью методики, разработанной в [2, 4]. В ее основе — модель взаимодействия подстилающей поверхности суши с атмосферой Soil Water— Atmosphere—Plants (SWAP) [1, 3, 18], глобальные базы данных по характеристикам подстилающей поверхности суши и сценарные прогнозы изменения метеорологических характеристик в районе рассматриваемых бассейнов в ХХ1 в. Последние основаны на изменении объемов выбросов парниковых газов и аэрозолей в атмосферу в соответствии с тем или иным сценарием социально-экономического развития человеческой цивилизации.
Указанная методика подробно описана и апробирована в работах [2, 4]. Приведем лишь основные ее положения.
В основе модели SWAP — физико-математическое описание процессов тепло- и влагообмена в системе грунтовые воды-почва—растительный/снеж-ный покров—приземный слой атмосферы и опи-
сание трансформации стока воды как в русловую сеть в процессе ее движения по элементам поверхности речного бассейна, так и в самой русловой сети. При этом территория рассматриваемого бассейна схематизируется в виде совокупности пространственных ячеек размером 1° х 1°, соединенных между собой каналами речной сети. Схематизация бассейнов рек Оленек и Индигирка приведена в [6].
Модель SWAP позволяет рассчитывать составляющие водного и теплового балансов наземных экосистем и речных бассейнов разных пространственных масштабов и в различных природных условиях. Бассейны рек Оленек и Индигирка расположены в районах распространения многолетней мерзлоты, поэтому здесь крайне важен корректный учет влияния мерзлоты на гидрологические процессы. В модели SWAP имеется блок расчета водного и теплового режимов сезонноот-таивающих почвогрунтов, описывающий формирование температурного режима почвы в течение всего года, оттаивание почвы в летний период, впитывание воды в почву и формирование поверхностного и подповерхностного стока [4, 5].
Необходимое для расчетов информационное обеспечение модели SWAP включает в себя заданную для каждой расчетной ячейки информацию о приземных значениях метеорологических характеристик с временным разрешением не более суток (обычно 3 ч) и о параметрах подстилающей поверхности (почвы и растительного покрова, а также топографических характеристиках).
Параметры подстилающей поверхности для расчетных ячеек бассейнов были взяты из глобальных баз данных, как и в [7, 9, 19, 20]. При создании базы данных по растительному покрову, адаптированной под модель SWAP, за основу была принята глобальная база данных из проекта Second Global Soil Wetness Project (GSWP-2) [9, 20, 24]. При этом использовалась классификация типов подстилающей поверхности International Geosphere-Biosphere Programme (IGBP) (17 типов). База данных была скорректирована для устранения грубых несоответствий и ошибок, а также дополнена рядом специфических параметров, необходимых для работы с моделью SWAP. Подробности указанной корректировки изложены в [9]. Там же можно найти и перечень параметров растительного покрова, используемых в модели SWAP.
При подготовке адаптированной под модель SWAP базы данных по почвенным параметрам за основу были приняты данные из информационной базы International Satellite Land-Surface Clima-
tology Project Initiative II (ISLSCP-II)/GSWP-2, которые, в свою очередь, взяты из Data Information System (IGBP-DIS). Указанные данные также были частично скорректированы в целях устранения неправдоподобных значений ряда параметров и согласования их между собой и с параметрами растительного покрова [9].
Для обеспечения достаточно высокого (по гидрологическим требованиям) качества
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.