ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2012, том 39, № 1, с. 13-25
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 556.565
ИЗМЕНЕНИЯ ВОДНОГО РЕЖИМА БОЛОТ СЕВЕРА И СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ ПОД ВЛИЯНИЕМ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ1
© 2012 г. И. Л. Калюжный, С. А. Лавров, К. Д. Романюк
Государственный гидрологический институт 199053 Санкт-Петербург, Васильевский остров, 2-я линия, 23 Поступила в редакцию 02.09.2010 г.
Установлен механизм и факторы воздействия изменений климата на режим уровня болотных вод и сток с болотных массивов.
Ключевые слова: изменение климата, болота, гидрологический режим болот, механизм и факторы воздействия, сток с болот, промерзание болот, парниковые газы.
На территории России в целом, ее северной и северо-западной части, на которой отсутствует вечная мерзлота, в XX в. наблюдается рост температуры воздуха и изменение осадков. В работе [15] рассмотрено влияние климатических изменений последних десятилетий на формирование водных ресурсов в различных регионах России. Установлено, что особенность современных изменений водных ресурсов — увеличение меженного стока, особенно зимнего, практически на всей территории страны. Изменения гидрологического режима наблюдаются во всех звеньях гидрографической сети, однако механизм воздействия климатических факторов недостаточно ясен, в том числе и на болотных массивах, как на первичных элементах этой сети. Поэтому механизм и результаты воздействия изменения климата на гидрологический режим болотных массивов — вопросы актуальные и требуют детального рассмотрения.
Для оценки влияния климатических изменений на водный режим болот рассмотрены результаты многолетних наблюдений на следующих болотных массивах:
Ламмин-Суо провинции средней тайги и выпуклых болот юго-восточной Финляндии и Карельского перешейка;
Ларьянском Ладожско-Ильменско-Западно-двинской провинции широколист-венных лесов и выпуклых грядово-мочажинных болот;
Иласском Прибеломорской провинции олиго-трофных болот северной тайги.
На этих болотных массивах проводились многолетние гидрометеорологические наблюдения [9]. При этом метеорологические площадки располагались непосредственно на болотных масси-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 09-05-00632-а).
вах, что позволяет учитывать и все особенности микроклимата болот.
Анализ многолетних наблюдений показывает, что метеорологический режим на болотных массивах в зоне олиготрофных болот изменяется в том же направлении, что и на окружающих суходолах. В качестве характерного показателя изменения метеорологического режима зимнего периода на болотных массивах принято количество оттепелей и сумма суточных положительных температур воздуха. В табл. 1 приведено количество оттепелей по каждому десятилетию за период наблюдений на болотном массиве Ламмин-Суо; в табл. 2 — величины среднесуточных положительных температур воздуха за ноябрь—март на этом болоте. Результаты наблюдений с 1950 по 2008 г. свидетельствуют о возрастании как количества оттепелей за зимний период (декабрь—февраль), так и суммы положительных температур воздуха. Если принять, что в начальный период с 1950 по1970 г. существенных изменений не происходило, то с 1990
Таблица 1. Количество оттепелей за зимний период на болотном массиве Ламмин-Суо по данным наблюдений в 1950-2008 гг.
Годы Количество дней со среднесуточной температурой 0°С и более
декабрь январь февраль итого за зиму
1950-1960 50 20 16 86
1960-1970 44 24 16 84
1970-1980 72 38 22 132
1980-1990 57 51 21 129
1990-2000 59 43 53 155
2000-2008 74 59 42 175
Таблица 2. Суммы среднесуточных положительных температур воздуха за ноябрь — март по данным наблюдений на болотном массиве Ламмин-Суо в 1950—2008 гг.
Годы Среднемесячные суммы среднесуточных положительных температур воздуха, °С Сумма за период, °С
ноябрь декабрь январь февраль март
1950—1960 10.7 8.7 1.6 0.8 4.5 26.3
1960—1970 11.1 3.8 1.7 1.3 9.4 27.3
1970—1980 29.2 10.6 4.4 1.5 12.6 58.3
1980—1990 37.7 5.6 4.3 5.0 18.0 70.6
1990—2000 29.9 8.0 3.7 4.1 14.1 59.8
2000—2008 45.4 21.8 5.8 5.2 20.1 98.3
по 2008 г. наблюдается увеличение суммы суточных положительных температур воздуха в 3 раза. В зимние месяцы, в январе и феврале, — в 2.9 и 4.4, в декабре и марте — несколько меньше, в 2.4 раза. В ноябре — в 3.4 раза, что сказывается на начальном периоде формирования зимней фазы гидрометеорологического режима болота. В целом количество оттепелей за зимние месяцы декабрь—февраль увеличилось от 84^86 до 175.
В западной части зоны олиготрофных болот, на Ларьянском болотном массиве в 1961—1980 и 1988—2007 гг. количество зимних оттепелей (ноябрь—март) за год возросло в среднем с 32 до 41. Сумма среднесуточных положительных температур воздуха за этот же период увеличилась с 58 до 85°С в год, т.е. в 1.5 раза, а в феврале — в 5.8.
В северной части зоны олиготрофных болот, на Иласском болотном массиве наблюдается менее интенсивное увеличения количества оттепелей в зимний период года. Так, количество оттепелей за зимние периоды (ноябрь—март) 1954—1974 и 1985—2005 гг. возросло от 12 до 15 сут/год.
Изменение температурного режима в сторону потепления приводит к изменению физических характеристик снежного покрова. Под воздействием оттепелей увеличивается его плотность и уменьшается высота снежного покрова. Анализ материалов наблюдений показывает, что зимние оттепели значительно уменьшают запасы воды в снежном покрове на северо-западе России. На болотном массиве Ламмин-Суо, в сфагново-кустар-ничково-пушицевом, облесенном сосной микроландшафте средние из наибольших запасов воды в снеге с 1950 по 1980 г. составили 181 мм, при этом максимальные и минимальные снегозапасы были соответственно равны 258 (1956 г.) и 108 мм (1973 г.). С 1985 по 2009 г. средние снегозапасы понизились до 141 мм, максимальные и минимальные — соответственно до 196 и 70 мм (2007 г.), т.е. снижение составило 22%.
На болотных массивах Иласский и Ларьян-ский, наоборот, наблюдается увеличение запасов воды в снежном покрове. На Ларьянском болоте
оно незначительное — 4%, 118 мм в среднем за 1950-1980 гг. против 123 мм за 1981-2008 гг., а средняя высота снежного покрова увеличилась от 53 до 57 см.
В северных районах зоны олиготрофных болот (Иласское болото) снегозапасы в грядово-моча-жинном комплексе за периоды наблюдений с 1956 по1975 и с 1986 по 2005 гг. в среднем составляли 135 и 170 мм, средние высоты при максимальных снегозапасах — соответственно 52 и 63 см. Увеличение снегозапасов достигло 21%.
Повышение среднесуточной температуры и высоты снежного покрова предопределяет уменьшение глубины промерзания торфяной залежи, а понижение температуры и уменьшение высоты снега увеличивают глубину промерзания. Изменение температурного режима приводит к изменению характеристик промерзания болотного массива — глубины промерзания и массы промерзания. Под массой промерзания подразумевается общий запас талой воды и льда в слое от поверхности болота до нижней границы промерзания. Между этими двумя характеристиками на дату наибольшей глубины промерзания существует тесная корреляционная зависимость. Эта зависимость была установлена экспериментальным путем на болотах Ламмин-Суо, Пулозерском и Энд-ла. С этой целью на произвольно выбранном профиле измерялась глубина промерзания через каждые 0.5 м, и через 2 м отбирались пробы для определения массы промерзания инструментальным путем [2]. В результате проведенных исследований была получена зависимость массы промерзания т, см, от глубины промерзания Н, см, в виде
т = 0.89 Н — 2.74 при Я = 0.99. (1)
Главный фактор, определяющий процесс накопления влаги в мерзлом слое, — ее миграция к фронту промерзания. Мигрирующая влага заполняет свободную пористость мерзлого слоя и, замерзая, превращается в лед. Инструментальные определения глубины и массы промерзания показывают, что степень заполнения свободной пористости деятельного слоя не остается постоянной и
Таблица 3. Изменение физических свойств и запасов влаги в мерзлом слое при промерзании болотного массива Ламмин-Суо
Дата Уровень болотных вод, см Характеристики промерзания, см Запас влаги в слое промерзания, мм Пористость, %
глубина масса равновесной суммарной мигрирующей
Сфагново-кустарничково-пушицевый, облесенный сосной микроландшафт
16.11.1971 — 15 8.2 3.5 29.0 33.2 6.2 72.7
01.01.1972 —22 8.8 6.0 29.5 52.5 23.0 60.3
15.02.1972 —28 10.7 10.7 34.0 99.8 65.8 55.5
16.03.1972 —29 18.6 12.1 51.0 135.8 84.8 51.4
20.11.1972 12.02.1972 22.03.1972
11 19 10
Грядово-мочажинный комплекс
8.7 21.2 24.0
4.9 16.1 19.2
34.5 52.0 32.0
55.2 169.8 203.5
20.7 117.8 171.5
Сфагново-пушицево-кустарничковый микроландшафт
58.3 46.3 43.5
24.11.1971 —2 9.4 4.6 18.5 49.4 30.9 65.3
11.01.1972 —5 10.5 6.0 46.4 62.6 16.2 40.4
23.02.1972 —10 15.9 11.4 78.0 116.5 38.5 26.7
возрастает во времени. По данным инструментальных наблюдений зависимость свободной пористости П, %, от глубины промерзания Н, см, описывается уравнением
П = 111.32Н "0-262 при Я = 0.92. (2)
В табл. 3 приведены характеристики промерзания, изменения пористости и запасов влаги в слое промерзания на болоте Ламмин-Суо. Установлено, что в мерзлом слое происходит непрерывное нарастание запасов влаги по мере увеличения глубины промерзания. Зная расположения уровня болотных вод относительно поверхности болота и профиль равновесной влаги, определенный гам-маскопическим методом [14], можно определить влагу, которая мигрировала и накопилась в мерзлой зоне. Она равна разности между общим запасом влаги в промерзшем слое и равновесным ее содержанием. Накопленная влага консервируется и не участвует в формировании зимнего стока.
Согласно табл. 3 в сфагново-кустарничково-пушицевом, облесенном сосной микроландшафте при глубине промерзания 18 см суммарный запас влаги равен 136, в рядово-мочажинном комплексе - 204 мм. В первом и втором микроландшафте слой накопленной влаги путем миграции составляет соответственно 85 и 172 мм.
На болотных станциях Росгидромета масса промерзания определялась визуально по совокупным признакам степени уплотнения и увлажне-
ния деятельного сл
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.