УДК 556.166«321»:556.06(470)
Методы долгосрочного и среднесрочного прогноза сроков прохождения максимального уровня весеннего половодья на реках европейской территории России
Б. М. Гинзбург*, С. В. Борщ*, Н. Д. Ефремова*, М. И. Сильницкая*, К. Н. Полякова*
Определены многолетние характеристики сроков начала подъема половодья и прохождения его максимального уровня на реках европейской территории России в условиях современного климата, выявлена тесная (г — = 0,80—0.90) связь первых и значимая (г = 0,50—0,80) связь вторых сроков со сроками вскрытия рек. Установлено значимое влияние на сроки максимума половодья пространственного распределения температуры поверхности океана (ТПО) в Северной Атлантике и на северо-западе Тихого океана в зимние месяцы (R = 0,68—0,73). Показана возможность получения комплексных зависимостей сроков прохождения максимума половодья от характеристик (коэффициентов разложения по ЕОФ) палей ТПО и геопотенциала Я/оо и Нзм над значимыми зонами Северного полушария в январе — марте (S/a = 0,73 ± 3). Разработана методика нового вида прогнозов — фонового долгосрочного и уточняющего его среднесрочного прогноза сроков прохождения максимального уровня весеннего половодья на основных незарегулиро-ванных реках европейской территории России. Обеспеченность метода долгосрочного прогноза, составляемого с помощью упомянутых зависимостей, 75%, в том числе для случаев раннего прохождения максимума 80%. Уточнения долгосрочного прогноза на основе совместного учета прогноза температуры воздуха на декаду и характеристик ТПО в предшествующие месяцы имеют среднюю заблаговременность 26 сут и позволяют повысить общую оправдываемость прогнозов до 88 ± 3%.
В отличие от режима и прогнозов высоты максимального уровня половодья сроки прохождения половодья практически не исследовались, и в оперативной практике применяются только локальные краткосрочные прогнозы этих сроков, которые являются частью прогноза гидрографа половодья. Разработанные три-четыре десятка лет назад методики долгосрочных прогнозов гидрографа [6, 11, 12], включавшие те или иные способы привязки сроков прохождения половодья к срокам перехода температуры воздуха к положительным значениям или к срокам вскрытия рек, не получили применения в оперативной практике за исключением [4], где учтены используемые в методике прогноза вскрытия Оби характеристики предшествующих атмосферных процессов.
* Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации.
В настоящей работе мы попытались собрать и обобщить сведения о важнейших с практической точки зрения сроках начала и максимума половодья на основных реках европейской территории России, за исключением зарегулированных их участков (Волга ниже г. Тверь, Кама ниже с. Тюльки-но, Дон ниже хут. Беляевский, Свирь, Волхов, Нева). В каждом гидрологическом районе [10] были выбраны опорные пункты, по которым имеются полные ряды наблюдений, причем эти водомерные посты сохраняются пока в составе опорной информационной сети. Таких пунктов в каждом районе 2—4, а всего по рассматриваемой территории 25. Выборка данных выполнялась из гидрологических ежегодников, издание которых прекратилось с 1989 г. Поэтому, желая отразить современные климатические условия, мы рассматривали ряд за 1957—1998 гг., включив за последнее десятилетие данные текущей телеграфной информации.
В качестве характерной даты начала подъема половодья в результате анализа хода подъема уровня был выбран срок его повышения на 10 см по сравнению с зимним значением, после которого уровень воды больше не понижался. Соответствующие даты были определены за все 40 лет и для всех 25 пунктов. При выборке дат прохождения максимального уровня мы старались исключить чисто заторные уровни при вскрытии.
По выбранным данным были определены многолетние характеристики сроков начала подъема и прохождения максимальных уровней весеннего половодья (в условиях современного климата). Они приведены в табл. 1.
Из данных таблицы видно, что продолжительность периода подъема половодья составляет в среднем 12—14 сут в верховьях рек средней полосы, возрастает до 20—25 сут на реках с залесенными и заболоченными бассейнами и на Среднем Дону перед входным створом Цимлянского водохранилища, где она обусловлена направлением течения реки преимущественно с севера на юг. Велика и изменчивость продолжительности подъема. Для большинства рек она характеризуется средней разностью между минимальным и максимальным значениями от 20 до 25 сут, достигая около 40 сут в низовьях Северной Двины и Печоры и даже 50 сут на Среднем Дону.
Такая большая изменчивость продолжительности подъема половодья показывает, что прогнозирование сроков его начала и сроков прохождения максимума половодья не может осуществляться с помощью одних и тех же прогностических зависимостей.
В предшествующих работах [2, 3] была показана возможность фонового долгосрочного прогноза сроков вскрытия рассматриваемых рек. Поэтому целесообразно исследовать соотношение между этими сроками, сроками начала половодья и прохождения его максимального уровня.
Подъем половодья начинается на реках юга и большинстве рек северо-запада России и бассейнов Волги и Камы за 4—7 сут до вскрытия. В нижнем течении Оки, Вятки и на реках севера европейской территории страны разность средних дат больше, 8—11 сут.
Значительно больше продолжительность периода от даты вскрытия до даты прохождения максимального уровня, причем изменяется она в пространстве как по направлению течения больших рек, так и в зависимости от объема половодья (запасов воды в снеге) и степени дружности снегота-82
Таблица 1
Сроки начала подъема и прохождения максимального уровня весеннего половодья
Номер района Даты начала подъема
Район Река Пункт самая средня« самая самая
ранняя поздняя раншя
1 Бассейн Печоры и Мезени Печора Троицко-Печорск 12 IV 29IV 12 V 28 IV
Усть-Цильма 14IV 6 V 9 V 10V
Мезень Дорогорская 6 IV 28 IV 21V 27 IV
2 Бассейн Северной Двины Северная Двина Абрамково 3IV 17 IV 1 V 11 IV
Усть-Пинега 4 IV 22 IV 7 V 22 IV
Сухона Тотьма 29 III 11IV 26 IV 11IV
Вычегда Яренск 4 IV 22 IV 9 V 26 IV
7 Реки северо-запада России Мета Потерпелица 18 III 3IV 16 IV 28 III
Великая Псков 211 31 III HIV 811
12 Верхний Днепр Днепр Смоленск 2 III 27 III 9IV 3III
16 Бассейн Дона Дон Задонск 1 III 24 III 12 IV 11 III
Казанская 19 0 18 III 10 IV 28 II
Хопер Поворино 6 III 29III 12 IV 18 III
18 Верхняя Волга Волга Тверь ЗШ 31 III 18 IV 15 III
19 Северные притоки Волги Кострома Буй 28 III 9IV 21 IV 11 IV
Унжа Кологрив 29 III 13 IV 30IV 12 IV
Ветлу га Ветлуга 28 III 10IV 27 IV 15 IV
20 Верхняя Ока Ока Белев 22 II 22 III HIV 1 III
Калуга 25 II 24 III 12 IV 2 III
Рязань 3 III 26 III HIV 7 III
21 Бассейн Нижней Оки Ока Муром 11 II 31 III 15 IV 26 II
Клязьма Ковров 12 III 1IV 13 IV 17 III
'22 Верхняя Кама, Вятка Кама Бондюг 8 IV 21IV 5 V 21 IV
Вятка Вятка 30 III 11 IV 27 IV 17IV
23 Белая Белая Бирск 22 III 5 IV 19 IV 6 IV
яния. Среднее ее значение, естественно, наименьшее (6—9 сут) в верховьях рек бассейнов Верхней Волги, Оки, Дона. Оно возрастает на реках северо-запада, в низовьях Оки, на реках бассейнов Камы, Северной Двины и Печоры до 11—16 сут, а на Среднем Дону и Днепре до 21—22 сут.
Поскольку нас интересовало насколько фоновый прогноз сроков вскрытия рек может служить опорой для прогноза сроков начала подъема и прохождения максимума половодья, мы рассчитали парные корреляции указанных сроков для всех опорных пунктов.
Результаты показали, что связь сроков начала подъема и вскрытия рек для большинства пунктов весьма тесная, значения коэффициента корреляции г на Верхнем Дону, реках бассейнов Верхней Волги, Оки, Камы, реках северо-запада, Сухоне и даже в низовьях Печоры и на Мезени > 0,80, а на Среднем Дону, Хопре, Верхней Оке, в верховьях Волги, на Великой, Унже, Ветлугё, Белой г > 0,90. Лишь на Северной Двине, Вычегде и в верховьях Печоры г = 0,62—0,77.
Отсюда можно сделать вывод о возможности в первом приближении прогнозировать сроки начала подъема половодья с помощью полученных переходных зависимостей. А проще, как это и практикуется, судить об аномалии сроков начала половодья по аномалии сроков вскрытия. Значительно менее тесны связи сроков вскрытия и прохождения максимума половодья. Наибольшие коэффициенты корреляции, естественно, получены для рек, где период между этими сроками самый короткий — верховьев Оки, Дона, р. Великая, а также для рек севера, верховьев Камы и Вятки, где, как правило, снеготаяние происходит дружно. Однако и здесь г = = 0,77—0,86. Для других рек коэффициент корреляции сроков вскрытия и прохождения максимума половодья в пределах от 0,67 до 0,71, а для Среднего Дона и Хопра г = 0,40—0,54.
Поэтому мы рассмотрели возможности применения общих подходов, использованных для долгосрочного прогноза вскрытия рек, к прогнозу прохождения максимума половодья. Для этой цели было прежде всего исследовано влияние учтенных в [2, 3] двух групп факторов: распределения аномалий температуры поверхности океана (ТПО) в январе — марте и характеристик полей геопотенциала Я500 и Нт над Северным полушарием в те же месяцы.
Отклонения от нормы сроков прохождения максимального уровня половодья по каждому из рассматриваемых гидрологических районов, как и в [2], сопоставлялись с помощью пошагового регрессионного анализа со значениями первых десяти коэффициентов разложения полей аномалий ТПО в Северной Атлантике и северо-западной части Тихого океана за зимние месяцы.
Рассмотрение полученных уравнений приводит, прежде всего, к выводу о наличии существенного влияния распределения аномалий ТПО в Северной Атлантике и на северо-западе Тихого океана на сроки прохождения максимальных уровней весеннего половодья на всех реках Европейской России. Влияние это наиболее сильно на реках южной половины территории (бассейны Дона, Оки, Белой), где коэффициенты множественной корреляции составляют К - 0,67—0,80, и резко уменьшается на реках северо-запада и севера России, где К = 0,53—0,68. 84
Последняя тенденция прослеживал
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.