ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ^^^^^^^^^^
И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 556.54:551.468.6
ВЛИЯНИЕ МНОГОЛЕТНИХ ИЗМЕНЕНИЙ МОРСКИХ ФАКТОРОВ
НА УСТЬЯ РЕК1 © 2015 г. В. Н. Михайлов*, М. В. Михайлова**
*Московский государственный университет 119991 Москва, Ленинские горы, 1 ** Институт водных проблем РАН 119333 Москва, ул. Губкина, 3 E-mail: vn.mikhailov@mail.ru Поступила в редакцию 29.07.2014 г.
Рассмотрены основные морские гидрологические факторы, влияющие на режим и строение устьев рек, — средний (фоновый) уровень моря, волнение, приливы и штормовые нагоны. Особое внимание уделено произошедшим в XIX—XX вв. многолетним изменениям уровня Мирового океана и связанных с ним морей, а также прогнозируемому значительному повышению уровня моря в XXI в. Оценена роль естественной и антропогенной просадки грунта в изменениях уровней воды в речных дельтах. Рассмотрены основные гидролого-морфологические процессы в устьях рек, сопутствующие повышению уровня моря. Особое внимание уделено обсуждению мало изученных вопросов: изменению характеристик приливов и штормовых нагонов в условиях повышающегося уровня моря и нелинейному взаимодействию этих явлений.
Ключевые слова: река, море, устье, дельта, уровень моря, просадка грунта, волнение, приливы, нагоны, устьевые процессы.
Б01: 10.7868/80321059615040082
Со второй половины ХХ в. в научной литературе заметно повысился интерес к изучению устьев рек и происходящих в них гидролого-морфологических процессов. Устья рек, включая их части (дельты и эстуарии), стали рассматривать как одни из наиболее изменчивых и уязвимых к воздействию внешних факторов географических объектов на Земле [5, 6, 8, 10, 13, 17, 19, 20, 26, 27]. Наблюдения и исследования, проведенные в устьях рек России и мира, показали, что устья рек, их режим, строение и экологические условия очень быстро и чутко реагируют на естественные и антропогенные изменения внешних факторов: речных (стока воды и наносов рек) и морских (среднего уровня моря (у.м.), штормовых нагонов, волнения). Было установлено, что устья рек, прежде всего их дельты, могут служить эффективными индикаторами изменения природных условий на суше (в речных бассейнах) и приемных водоемах (океанах, морях, озерах) [8].
Уязвимость устьев рек к изменению внешних речных и морских факторов объясняется особым
1 Статья подготовлена при финансовой поддержке РФФИ
(проекты №13-05-00141, 14-05-00949).
географическим положением этих объектов между речными бассейнами и приемными водоемами. Равновесие между внешними речными и морскими факторами здесь неустойчиво и быстро нарушается даже при небольшом изменении какого-либо из них.
Уязвимость устьев также объясняется низменным рельефом их берегов. По данным [27], к наиболее уязвимым частям дельт можно отнести их районы, где отметки поверхности не превышают 2 м над у.м. Суммарная площадь таких земель в 33 самых крупных дельтах мира составляет 96 тыс. км2; при ожидаемом в XXI в. повышении у.м. эта площадь может увеличиться на 50% [27].
Кроме того, экологическую уязвимость устьев рек усугубляют сложная система водотоков и водоемов, подверженная воздействию речных и морских вод; хозяйственная освоенность устьев рек и большая плотность населения в дельтах; наличие крупных городов и портов; ранимость уникальных естественных экосистем дельт.
Если закономерности влияния изменения речного стока на устья рек в целом хорошо изучены [5, 6, 8, 19], то надежных оценок особенностей воздей-
367
2*
ствия изменения морских факторов на устья рек (особенно в условиях прогнозируемых повышения уровня Мирового океана и активизации циклонической деятельности и штормовых нагонов) пока не сделано.
Настоящая статья содержит обобщение ранее проведенных в России и за рубежом исследований по рассматриваемой проблеме. Учтены новые результаты, полученные при участии авторов в изучении влияния повышения уровня Каспийского моря на комплекс морфологических и гидролого-экологических процессов в устьях впадающих в него рек [10, 13, 20]. Подобных исследований за рубежом не было. В то же время в других странах большое внимание уделялось воздействию естественной и антропогенной просадки грунта на режим дельт [23, 26, 27, 29, 30] и изменению режима приливов и нагонов в устьях рек в современных условиях [25, 28]. В статье приведены результаты таких исследований, а также современные оценки ожидаемых изменений морского режима в XXI в. [21].
МОРСКИЕ ФАКТОРЫ УСТЬЕВЫХ
ПРОЦЕССОВ И ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ИХ СОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
К морским внешним факторам, оказывающим существенное воздействие на устья рек, относятся прежде всего средний (фоновый) у.м., приливы, штормовые нагоны, морское волнение, ледовый режим прибрежной зоны моря, температура, соленость и плотность морской воды [5, 6, 19].
С середины ХХ в. перечисленные факторы подвергались существенным изменениям [21]. Средний уровень Мирового океана заметно повысился (табл. 1). Согласно [21], стали более частыми и интенсивными как тропические, так и внетропические циклоны и сопутствующие им штормовые нагоны; в ряде районов в океанах усилилось ветровое волнение. Существенно возросла температура поверхностного слоя воды в океане. Заметно сократилась площадь морских льдов в Арктике (табл. 1). Соленость морской воды увеличилась в районах океана, где атмосферные осадки уменьшились, и, наоборот, уменьшилась, где осадки возросли. Соленость морской воды также уменьшилась в высоких широтах, где стали интенсивно таять морские льды.
Непосредственная причина всех упомянутых изменений в климатической системе Земли — это глобальное потепление климата (табл. 1). Согласно [21], осредненная температура воздуха у поверхности суши и океана за 1880—2012 гг. повысилась на 0.85°С. По [21], каждое из трех последних
десятилетий оказалось теплее, чем любое десятилетие с 1850 г., а период 1983—2012 гг. стал самым теплым в Северном полушарии за последние 1400 лет.
За существенным повышением температуры воздуха последовали и другие изменения природных условий на планете: таяние горных и покровных ледников и морских льдов в Арктике, деградация многолетней мерзлоты в Северном полушарии, повышение уровня Мирового океана, а также изменение режима атмосферных осадков, водного стока рек и др.
Как следствие этого, изменились речные и морские факторы, влияющие на строение, режим и экологические условия устьев рек и их дельт.
Первопричиной глобального потепления стал нарушивший тепловой баланс атмосферы парниковый эффект, обусловленный накоплением в атмосфере парниковых газов — продуктов сжигания ископаемого топлива (нефти, газа, каменного угля). Источники парниковых газов также — антропогенное преобразование поверхности суши и цементное производство [21].
По данным [21], средняя концентрация главных парниковых газов в атмосфере Земли в 2012 г. составила: двуокиси углерода (диоксида углерода, углекислого газа) СО2 — 391 х 10-3, метана СН4 — 1803 х 10-6, закиси (оксида) азота ^О — 324 х х 10-6%о. Современные величины концентраций этих трех газов оказались на соответственно 40, 150 и 20% больше, чем в 1750 г. (в доиндустри-альную эпоху).
С целью изучения закономерностей и причин происходящих изменений всей климатической системы Земли в XXI в. Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК, 1РСС) разработана соответствующая методика исследований и с использованием системы моделей общей циркуляции атмосферы и океана проведены прогностические расчеты при разных сценариях изменения социально-экономических условий на планете в XXI в. Этим сценариям соответствуют разные возможные варианты роста численности населения, развития экономики с применением как традиционных, так и усовершенствованных (в том числе энергосберегающих) технологий. Итоги исследований МГЭИК опубликованы в пяти Оценочных докладах. В последнем докладе [21] разработаны вариантные прогнозы изменений в XXI в. температуры воздуха и уровня Мирового океана (табл. 2). Эти и другие прогностические оценки в [21] позволяют предположить, что в XXI в. глобальное потепление продолжится и все связанные с ним
тенденции изменения компонентов природной среды планеты, зафиксированные в ХХ—начале XXI вв., сохранятся и усилятся.
ПРОИЗОШЕДШИЕ И ОЖИДАЕМЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ МИРОВОГО ОКЕАНА И СВЯЗАННЫХ С НИМ МОРЕЙ
Недавние изменения уровня Мирового океана
В современную эпоху средний уровень Мирового океана начал заметно повышаться с середины XIX в. (табл. 1). По данным [21], в период 1901—2010 гг. среднегодовой уровень поднялся в среднем на 19 см (от 17 до 21 см). Средняя интенсивность повышения уровня за этот период составила 1.7 мм/год. В конце ХХ—начале XXI вв. повышение уровня океана стало ускоряться (табл. 1). В 1990—2010 гг. средняя скорость подъема уровня достигла ~3 мм/год.
Основные причины повышения уровня Мирового океана — таяние покровных ледников и тепловое расширение морской воды, обусловленные потеплением климата. Начиная с 1970-х гг. вклад этих двух факторов в повышение уровня океана составил ~75% [21]. На повышение уровня океа-
Таблица 1. Многолетние изменения средних за десятилетия: отклонений глобально осредненной приземной температуры воздуха от ее среднего значения в 1901—1910 гг. ДГ; отклонений осредненного уровня Мирового океана от его среднего значения в 1901— 1910 гг. ДН; площади распространения морских льдов в Арктике в летний период (июль—сентябрь) 8, по данным, обобщенным в [21]. Здесь и в табл. 3 и 4 прочерк — отсутствие данных
Годы ДГ, °с ДН, см 8, млн км2
1851—1860 0.08 — —
1861—1870 0.06 — —
1871—1880 0.14 — —
1881—1890 0.12 — —
1891—1900 0.04 — —
1901—1910 0.00 0 10.2
1911—1920 0.02 1 11.0
1921—1930 0.18 2 10.4
1931—1940 0.30 3 10.2
1941—1950 0.42 5 10.4
1951—1960 0.36 8 10.8
1961—1970 0.36 8 10.0
1971—1980 0.32 10 9.8
1981—1990 0.50 12 8.8
1991—2000 0.68 14 8.0
2001—2010 0.84 17 6.8
на, возможно, повлияло и таяние льда в мерзлых грунтах. Связь повышения уровня Мирового океана с температурой воздуха у поверхности Земли подтверждают данные табл. 1 и построенный авторами статьи график связи между отклонениями от некоторых базисных значений сре
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.