ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2007, № 5, с. 64-70
= ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМ
УДК 551.579(551.482)
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГОДОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА И ОСАДКОВ НА СТОК РЕК РУССКОЙ РАВНИНЫ*
© 2007 г. Н. И. Коронкевич, Е. А. Барабанова, И. С. Зайцева
Институт географии РАИ Поступила в редакцию 20.10.2006 г.
Для территории Русской равнины рассчитаны средние градиенты изменения речного стока с изменением годовых температур воздуха и осадков. Представлены возможные гидрологические последствия их совокупного изменения.
Введение. Вопрос о гидрологической роли температуры воздуха и осадков обсуждался еще на ранних стадиях становления гидрологии. В настоящее время он приобрел особую актуальность в связи с проблемой прогнозирования последствий, в том числе гидрологических, ожидаемых изменений климата. Вопрос довольно полно проработан в теоретическом плане. Установлено большое число региональных зависимостей стока от обусловливающих его факторов, в которых в том или ином виде присутствуют температуры воздуха и осадки. Они легли в основу моделей, оценивающих гидрологические последствия возможных изменений климата. Очевидно, что в общем случае при прочих равных условиях повышение температуры воздуха ведет к уменьшению стока, а рост осадков -к его увеличению. Однако в реальных условиях не все так просто и ясно. Например, рост температуры воздуха в период снеготаяния способствует увеличению стока. И если годовая температура возрастает преимущественно за счет весеннего периода, то это приводит к прямой связи ее со стоком. Напротив, повышенные осадки в виде снега в начале холодного периода года предохраняют почву от промерзания, способствуют лучшей инфильтрации воды и потерям стока. По-разному сказывается на стоке одновременное изменение температуры и осадков.
Весьма сложное и нередко неоднозначное воздействие на рассматриваемые связи оказывают другие факторы, в частности, биота и хозяйственная деятельность. Продуктивность растительности, зависящая от климатических условий, во многом определяет величину испарения и стока. Еще более существенную гидрологическую роль может сыграть смена растительных формаций, вызванная изменением климата. Связь биоты с гидроклиматическими условиями широко используется в различных палеореконструкциях. Оче-
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант < 06-05-65193.
видна гидрологическая роль антропогенных факторов, влияющих на сток как непосредственно (различные виды изъятия воды из источников, гидротехническое воздействие), так и изменяющих условия его формирования на водосборах. Заметим, что эта роль также меняется при изменении климата. Определенное разночтение в понимание вопроса вносит и различие в способах его изучения.
Существуют два основных подхода к выявлению гидрологической роли климатических факторов - временной и пространственный. Первый предполагает анализ временных гидроклиматических рядов, второй - пространственных. Тот и другой подходы при определенных условиях дают близкие результаты, учитывая явление так называемой условной эргодичности, т.е. тождественности пространственных и временных гидрологических колебаний. Но в действительности могут быть получены существенно различающиеся результаты из-за неодинаковой обеспеченности исходной информацией, разных методов ее обобщения. И еще, пожалуй, главное. Во временных рядах особенно велика вероятность того, что сток в сравниваемые периоды определяется не только различиями в климатических условиях, но и в хозяйственной деятельности. Вместе с тем, сравниваемые периоды (если рассматривать инструментальные наблюдения) обычно непродолжительны, и экосистемы не успевают перестроиться в соответствии с новыми климатическими условиями, и при равенстве антропогенного воздействия получается "чисто климатический" эффект гидрологических изменений. Но он имеет кратковременный характер, и по мере трансформации экосистем в соответствии с новыми условиями необходимо вносить коррективы в полученные количественные характеристики влияния осадков и температуры воздуха на сток. В числе типичных работ с анализом временных рядов с целью выявления гидрологических последствий
современного или ожидаемого изменения климата можно упомянуть статьи [9, 17].
При анализе пространственных гидрологических рядов (например, средних значений стока нескольких районов) следует иметь в виду, что полученные различия в стоке есть результат не только разных климатических условий, но и многолетнего приспособления к ним экосистем. Как правило, и влияние антропогенных факторов на сток носит менее выраженный характер, чем при сравнении временных рядов. Примером исследования, использующего пространственный гидрологический анализ для прогноза изменений стока, является работа [1].
При моделировании нередко синтезируются результаты и временного, и пространственного подходов [14, 18].
Несколько особняком стоит использование палеореконструкций [11, 13].
Нередко гидрологические последствия изменения климата оцениваются, отталкиваясь от различий в температуре, по совокупному результату изменений температуры и осадков, без дифференциации их индивидуального вклада. Это приводит к тому, что гидрологическая роль собственно осадков и собственно температуры воздуха обычно предстает в завуалированном, а то и в искаженном виде. Возможно, это одна из причин существенно различающихся результатов прогнозных оценок гидрологических последствий изменений климата.
В данной работе мы сочли целесообразным вновь вернуться к вопросу о гидрологической роли изменения годовых температур и осадков. Именно годовых, поскольку эти параметры чаще всего используются в прогностической тематике и более доступны, хотя авторы отдают себе отчет, что генетически более корректным было бы суждение, полученное на основе суммирования сезонных, месячных или даже недельных оценок. При этом был использован метод пространственного анализа гидроклиматических данных по административным единицам на территории Русской равнины, дифференцированных по природным зонам.
Исходные данные и методические подходы.
Были использованы данные по гидроклиматическим нормам, рассчитанным на середину XX столетия и характеризующим сравнительно стабильные условия формирования стока по комплексу факторов на территории Русской равнины. Замысел работы заключается в том, чтобы выявить вклад годовых температур воздуха и годовых осадков в различия в стоке в пределах отдельных природных зон, которые нередко очевидны. Достаточно, например, сопоставить западные и восточные районы.
В качестве сравниваемых территориальных единиц взяты административные области и государства, расположенные в пределах Европейской части территории бывшего СССР, в основном Русской равнины, по которым имеются данные по необходимым гидрометеорологическим элементам (например, по годовым осадкам и стоку в [3]). Тем самым использованы данные, обобщенные для относительно больших площадей, сводящих к минимуму случайности, присущие точечным данным. Температуры воздуха определены по [15]. Всего анализу подверглось 68 административных субъектов ранга областей и республик (государств). Из них 29 расположены преимущественно в лесной зоне, 14 в лесостепной, 10 в степной. Часть (11 территориальных единиц) охватывала примерно в равной степени и лесную, и лесостепную зоны, часть (4) - лесостепную и степную. Исключены из рассмотрения Архангельская, Мурманская, Астраханская области, республика Коми, Северо-Кавказские республики России и ряд западных украинских областей, расположенных полностью или в значительной своей части за пределами выделенных природных зон или существенно отличающихся по комплексу природных условий, в частности, по рельефу, от прочих. В пределах каждой зоны имеются области, существенно отличающиеся по годовым температурам и осадкам. В этих условиях представляется целесообразным выявление преобладающих градиентов изменения стока, обусловленных отдельно изменением температуры и осадков. С этой целью сначала для каждой природной зоны нами было осуществлено попарное сопоставление по годовому стоку выбранных административных субъектов, отличающихся по температуре воздуха более, чем на 1°, но приблизительно равных по осадкам (отличия не более 5%). Затем вычислялся средний градиент изменения стока с изменением температуры воздуха на 1°С. Подобная процедура выполнялась и для нахождения второго градиента. Для этого по каждой природной зоне осуществлялось попарное сравнение по стоку областей, отличающихся по осадкам более чем на 5%, но близких по температуре воздуха (различия не более 0.5°). Подсчиты-вался средний зональный градиент изменения стока. Статистические сведения о сравниваемых парах и полученные результаты их сравнения приведены в табл. 1. Нанесение средних градиентов для каждой зоны на график связи со средними многолетними годовыми осадками, служащими показателем зональных условий, позволяет определить зонально-межзональное изменение градиентов стока в целом для Русской равнины. Задавая данные об изменении годовых температур и осадков, можно с использованием полученных градиентов ориентировочно определить, насколько каждый из этих показателей в отдельности и совокуп-
Таблица 1. Количество сравниваемых пар и диапазон градиентов стока
Природная зона К-во пар Среднее значение, мм Диапазон, мм
фактическое обеспеченное на 75% фактический обеспеченный на 75%
на 1° увеличения годовой температуры
Лесная 88 -21.1 -19.9 +12.2 . . -63.2 -4.0 .. -36.6
Лес-лесостепь 4 -16.1 -14.6 -5.0 . . -35.8 -13.4 .. -15.5
Лесостепная 15 -16.1 -16.1 +3.8 . . -30.0 -4.0 .. -27.2
Лесостепь-степь 5 -9.7 -9.1 -8.8 . . -11.8 -8.8 .. -9.4
Степная 6 -8.8 -8.9 -6.0 . . -11.0 -7.4 .. -10.5
на 1 мм увеличения осадков
Лесная 70 0.84 0.92 -11 . . +11 +0.14 . .. +1.76
Лес-лесостепь 6 0.68 0.81 -0.22 . +3.27 +0.19 .. .. +1.3
Лесостепная 14 0.59 2.0 -1.46 . +9.5 -0.2 . +8.2
Лесостепь-степь 4 0.27 0.28 -1.15 . +0.79 +0.26 .. .. +0.31
Степная 10 0.41 0.31 -1 . . +2.14 -0.22 .. .. +0.64
но (в результате алгебраического сложения) пов
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.