ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2014, № 5, с. 56-66
ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМ ==
УДК 556.535.4
ТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РЕК НА ЮГЕ ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ1
© 2014 г. Н.И. Алексеевский*, Е.О. Кузьмина*, А.А. Базелюк**
*Географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова ** Северо-Кавказское УГМС Росгидромета
Поступила в редакцию 19.12.2012 г.
В работе проведен анализ особенностей термического режима рек на юге европейской территории России (ЕТР). Изменения термического режима рек сопоставлены с изменением природных и антропогенных факторов.
Введение. В последние 3-4 десятилетия происходят существенные изменения гидрологического режима рек в разных регионах России и, в частности, на юге ЕТР. Указанные изменения связаны в основном с общим потеплением климата. В зависимости от географического расположения этих регионов находится степень изменения режима температуры воздуха и атмосферных осадков, что находит отражение в трансформации режима речного стока [11]. Степень изменения гидрологического режима возрастает или уменьшается под влиянием зонального изменения факторов формирования стока воды, наносов, химических веществ и биологических субстанций, а также вследствие воздействия орографических и гидрографических особенностей водосборных территорий на режим изменения гидрологических характеристик.
Изученность этих процессов для различных видов речного стока неодинакова. Изменения средних и экстремальных расходов воды рек на юге ЕТР оценены с достаточной детальностью [2, 9-11]. В меньшей степени известны оценки климатических изменений других составляющих речного стока. В частности, это касается теплового стока и термического режима рек. Имеющиеся публикации по исследованию характеристик термического режима рек с разной степенью детальности дают представление о региональных тенденциях изменений температуры
1 Исследования выполнены при частичной финансовой поддержке РФФИ (проект 12-05-00069) и гранта Правительства РФ (№ 11^.34.31.00077) для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских вузах.
речной воды [11, 12], в устьях крупнейших рек региона [2, 5, 7-8, 13] или в локальных створах рек под влиянием природных факторов и хозяйственной деятельности [4, 9, 14]. В последние 20-30 лет закономерности пространственно-временного изменения температуры речных вод практически не изучались. Поэтому главной целью данной статьи является анализ особенностей трансформации термического режима рек на юге ЕТР, отличающемся по широкому спектру природных факторов.
Материалы и методы исследования. В качестве северной границы исследуемой территории принята условная линия, проходящая южнее плотины Цимлянского водохранилища и далее следующая в сторону г. Волгоград. На юге граница региона совпадает с государственной границей между Российской Федерацией, Грузией и Азербайджаном. На востоке она совпадает с российским побережьем Каспийского моря, морским краем дельты Волги, расположением государственной границы с Казахстаном, восточного берега Ахтубы (до г. Волгоград). С запада район исследований ограничен российским побережьем Черного и Азовского морей, морским краем и западной границей устьевой области Дона.
В пределах исследуемой территории расположено несколько орографических зон: Приазовье, Прикаспийская низменность, Предкавказье, северный склон Большого Кавказа, южный склон Большого Кавказа [11]. Они отличаются по абсолютным высотам местности и степени расчлененности рельефа. Абсолютные высоты местности изменяются от минус 27.0 м на побережье Каспийского моря до 5642 м (г. Эльбрус).
Особенности термического режима рек региона изучены на основе анализа данных по 37 рекам. В зависимости от размера рек находится их термический режим. Крупные и средние реки прогреваются и остывают медленнее по сравнению с малыми водотоками. Поэтому в одинаковых климатических условиях максимальные значения температуры воды в руслах средних рек относительно понижены, а в руслах малых рек - повышены. С другой стороны, более крупной реке соответствует большая водоносность и теплосодержание водной массы.
Наиболее крупные реки на юге ЕТР - Волга, Самур, Терек, Сулак (бассейн Азовского моря) Дон, Кубань (бассейна Азовского моря), Мзымта (бассейн Черного моря). В пределах Прикаспийской низменности реки отсутствуют. В направлении с юга на север несут воды рр. Кума, Егорлык и Калаус. Две последние реки впадают в озеро Ма-ныч-Гудило и могут рассматриваться в качестве элементов русловой сети р. Маныч, вытекающей из этого озера и впадающего в р. Дон [10].
Для большинства крупных рек характерно рассредоточение стока воды по системам гидравлически взаимосвязанных дельтовых водотоков [3]. Бифуркация русла достигает максимума в дельте Волги, где русловая сеть включает более 500 водотоков [13, 19]. В устьевой области Дона процессы рассредоточения стока по длине главной реки сочетаются с впадением в нее притоков (р. Маныч). В структуре дельтовых водотоков р. Дон ниже ст. Раздорская представлено 13 основных водотоков. В дельте Кубани их существенно меньше, а Сулак, Мзымта и многие другие реки впадают в море без разделения на дельтовые рукава. В устьевой области Терека основное русло реки (Каргалинский прорыв) дополняется системой обводнительных каналов, которые в основном наследуют русла дельтовых рукавов от более древних циклов эволюции дельты [6]. Наличие или отсутствие дельты в устьевой области - важный фактор изменения теплового состояния водотоков вследствие неодинаковой реакции водной массы всей реки и ее отдельных рукавов на изменение температуры воздуха и радиационного баланса. Влияние этого фактора зависит от водоносности дельтового рукава, определяющего их условный порядок Иу [1-3].
Все изученные реки по площади водосбора (Р) делятся на крупные (Р > 50 тыс. км2 - 3%), средние (5 тыс. км2 > Р < 50 тыс. км2 - 62%) и малые (Р < 5 тыс. км2 - 35%). В зависимости от размера рек и наличия в их бассейнах горных территорий их термическое состояние и режим в большей
или меньшей степени зависят от транзита речной воды, формирующейся в средне- и высокогорном поясах. Термический режим всех изученных полугорных (средних) и горных (малых) рек находится под существенным влиянием этого фактора. Равнинные реки (средние и малые) имеют зональный гидрологический (и, в частности, термический) режим. Он характерен для 21% изученных водотоков. Для низовий Волги, Дона и Кубани свойственны полизональные черты гидрологического режима, которые изменены вследствие регулирования речного стока. Из изученных рек лишь одна малая равнинная река (Ташла) имеет азональные черты гидрологического режима.
Для рек региона характерно мощное влияние хозяйственной деятельности. Оно проявляется в трансформации гидрографической сети территории [4], изъятии и межбассейновом перераспределении водных ресурсов [8, 10-11]. Например, сток рр. Зеленчук, Калаус, Маныч увеличился после переброски в них части стока Кубани [10].
Однако режим температуры воды в реках на юге России в наибольшей степени определяется зональными климатическими факторами [15, 16]. Исследуемая территория находится в зоне умеренно-континентального климата. В целом для юга ЕТР характерно возрастание континен-тальности климата с запада на восток и с севера на юг. Оно сопровождается увеличением абсолютных величин максимальных и минимальных температур воздуха. Максимум экстремальных значений температур воздуха характерен для севера центральной части Предкавказья, что соответствует максимальной величине индекса континентальности климата К, являющийся числовой характеристикой континентальности климата, наиболее важной характеристикой которой служит величина годовой амплитуды воздуха, возрастающая с увеличением континентальности [20]. Зональные особенности термического режима атмосферы относительно слабо изменяются под влиянием орографического фактора. При повышении местности от уровня моря до отметок 1400 м индекс континентальности уменьшается в среднем на 2%. Соответствие между индексом К и абсолютной высотой местности Набс, характеризует уравнение (г = 0,89):
К = -1
(1)
105Набс + 0.9.
Изменение средней годовой температуры воздуха зависит от зонального притока солнечной радиации к земной поверхности, термического режима воздушных масс, характерных для региона и особенностей его рельефа. Потепление или похолодание климата сопровождается соответ-
0, °С
Рис. 1. Орографическое изменение температуры воды (1) и воздуха (2) в предгорьях Большого Кавказа
ствующим изменением температуры воздуха во времени. В целом для региона важной климатической границей стал 1958 г. В последующие годы устойчивое похолодание климата сменилось его относительным потеплением.
Термический режим анализировался для почти 40 водотоков. Створы наблюдений неравномерно распределены по исследуемой территории. Относительно большая плотность характерна для пунктов метеорологических наблюдений Северо-Кавказского УГМС Росгидромета (48 метеорологических станций). Температура воздуха в равнинной части региона оценивалась по 30 метеостанциям; в полугорной части юга ЕТР -по 12, а в ее горной части - по 6 метеостанциям.
Для анализа изменений термического режима рек региона использовались методы математической статистики и геоинформационных технологий. Оценка изменений термического режима рек проводилась за период 1966 -2008 гг. В пределах этого временного интервала выделяются две холодные (1966-1978 и 1990-1997 гг.) и две теплые фазы колебаний средней годовой температуры воздуха (1979-1989, 1998-2008 гг.), которые получены на основе анализа разностно-интеграль-ных кривых среднегодовой температуры воздуха для разных частей исследуемой территории. Для оценки изменения термического режима рек использовалось сопоставление средней годовой температуры воды, ее среднемесячных и экстремальных значений, дат перехода температуры воды через характерные значения 0.2 и 10 °С.
Анализ результатов исследования. Пространственные особенности термического режима рек. Относительно небольшие размеры региона, его ор
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.