Изменчивость гидрологических характеристик водосбора Онежского озера под влиянием климатических воздействий

Назарова, Лариса Евгеньевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Изменчивость гидрологических характеристик водосбора Онежского озера под влиянием климатических воздействий
ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Изменчивость гидрологических характеристик водосбора Онежского озера под влиянием климатических воздействий"

Ип пппкпх ткпттц

0034576 16

Назарова Лариса Евгеньевна

УДК 556.51:551.583 (282.247.211)

Изменчивость гидрологических характеристик водосбора Онежского озера под влиянием климатических воздействий

Специальность 25.00.27 Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 2 ЛЕИ 2№

Санкт- Петербург 2008

003457616

Работа выполнена в Институте водных проблем Севера Карельского научного центра Российской академии наук

Научные руководители: член-корреспондент РАН

H.H. Филатов

доктор физико-математических наук С.А. Кондратьев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор К.В. Показеев

кандидат географических наук Т.П. Тройская

Ведущая организация: Карельский государственный

педагогический Университет, кафедра географии

Защита состоится 18 декабря 2008 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 002.064.01 при Институте озероведения РАН по адресу: 196105, г. Санкт-Петербург, ул. Севастьянова, д. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в Институте озероведения РАН Автореферат разослан 17 ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к. в. н., доцент

В. Ю. Цветков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Данные наблюдений свидетельствуют, что с начала XX века происходят определенные изменения глобальной климатической системы. Региональные изменения приземной температуры воздуха в Карелии в целом отражают положительные тенденции изменения глобальной температуры в конце XX - начале XXI века. Однако, наблюдаемое потепление весьма неоднородно в пространстве. На уровне регионов обнаруживаются определенные особенности, отличные от глобальных. Своеобразие климата Карелии определяется влиянием большого числа водных объектов, расположенных на территории республики. Озерность территории составляет 12%, а с учетом карельских частей Онежского и Ладожского озер достигает 21%, являясь одной из самых высоких в мире.

Одно из первых обобщений данных о климате Карелии было сделано A.A. Романовым в 1961 г. Описанию климата отдельных регионов Карелии были посвящены работы «Климат Петрозаводска»(1982) и «Климат Сортавалы» (1988) (составлены в группе климата КГМО). Обобщение по климату Восточной Фенноскандии и влиянию его изменений на элементы водного баланса озер было сделано в 1987 г. (Филатов, 1997). Изменения климата последних 15-20 лет не нашли своего отражения в указанных исследованиях, хотя в это время во всем мире фиксируются наиболее значимые изменения в климато-гидрологических системах различного масштаба. До настоящего времени не уделялось должного внимания вопросу изучения и моделирования взаимосвязи климатических факторов и характеристик гидрологического режима для водоемов, расположенных на исследуемой территории. Всесторонний анализ изменений и изменчивости климато-гидрологической системы Онежского озера и его водосбора, занимающих значительную часть территории Карелии и играющих важную роль в социально-экономическом развитии региона, представляет собой актуальную задачу, поскольку при успешном ее решении будут установлены причины и масштабы уже происшедших и будущих изменений водной системы. Использование математических моделей позволит осуществлять оценку и прогноз возможных изменений гидрологического режима и состояния экосистем водных объектов, как при климатических, так и при антропогенных воздействиях, что явится научным обоснованием их рационального использования и охраны.

Цель и задачи работы. Основной целью данного исследования является выявление закономерностей изменчивости характеристик водного режима водосбора Онежского озера под влиянием изменения климата в регионе.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Выявить закономерности изменчивости климата в изучаемом регионе за 1950-2000 гг.,

2. Выполнить ретроспективную оценку уровенного режима Онежского озера, характеристик его ледового режима и элементов водного баланса водосбора в результате происшедших в регионе климатических изменений.

3. Рассчитать возможное изменение температуры водной массы Онежского озера и годового стока с водосбора в соответствии с рассмотренными сценариями изменения климатических параметров (ЕСНАМ4/ОРУСЗ) на период до 2050 г.

4. Провести оценку возможного внутригодового перераспределения стока при условии реализации сценариев изменений характеристик климата (ЕСНАМ4/ОРУСЗ) на период до 2100 г.

Научная новизна:

В результате проведенного исследования получены следующие результаты, представляющие собой научную новизну.

1. Изучены особенности изменчивости и изменений основных характеристик климата Карелии в течение второй половины XX века и выявлены закономерности изменений характеристик ледового режима Онежского озера, элементов водного баланса водосбора под воздействием происшедших в регионе климатических изменений.

2. Впервые получены оценки возможных изменений термических характеристик Онежского озера и годового стока с водосбора в соответствии с рассмотренными сценариями потепления и похолодания климата на период до 2050 г.

3. Выполнена прогностическая оценка внутригодового перераспределения стока с водосбора при условии изменения климата на период до 2100 г.

Положения, выносимые на защиту:

1. Ретроспективная оценка изменчивости основных климатических параметров за 1950-2000 гг., свидетельствующая о неоднородности изменений климата во времени и в пространстве в изучаемом регионе.

2. Характеристики ледового режима Онежского озера и элементов водного баланса водосбора за 1950-2000 гг. в результате происшедших в регионе климатических изменений (возрастание безледоставного периода на озере, наличие положительных линейных трендов годовых температур воздуха, сумм атмосферных осадков, общего испарения и отсутствие линейного тренда в рядах речного стока).

3. Количественная оценка возможных изменений термических характеристик Онежского озера и годового стока с водосбора при условии реализации сценария изменения климатических параметров (ЕСНАМ4/ OPYC3) на период до 2050 г.

4. Выявленные на основе проведенных расчетов особенности внутри-годового перераспределения стока в соответствии с рассмотренными сценариями возможных климатических изменений на период до 2100 г.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации были представлены на 15 научных конференциях, в том числе международных: «Поморье в Баренц-регионе на рубеже веков: экология, экономика, культура» (Архангельск, 2000 г.; в соавторстве с Ю.А. Сало), «Management of Northern River Basins» (Оулу, Финляндия, 2001 г.; в соавторстве с Н.Н. Филатовым и Ю.А. Сало), на XIII и XV международных симпозиумах «Северные речные бассейны» (Саариселькя, Финляндия, 2001 г.; в соавторстве с Н.Н. Филатовым, А.В. Семеновым и Ю.А. Сало; Лулеа, Швеция, 2005 г.; в соавторстве с Н.Н. Филатовым и Ю.А. Сало), на международных конференциях в Архангельске (2002, 2005, 2006 г.г.), Вологде (2005 г.), Томске (2003,2004 г.; в соавторстве с Н.Н. Филатовым, Ю.А. Сало и др.), Петрозаводске (2005, 2006 г.г.), на IV международном Ладожском симпозиуме (Новгород, 2002 г.), VI Всероссийском гидрологическом съезде (СПб, 2004 г.). Результаты исследований были доложены и обсуждены на заседании Президиума Карельского научного центра РАН (2001 г.) и на заседаниях Ученого совета ИВПС КарНЦ РАН в 1999-2006 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 63 работы, (основные из них приведены в автореферате), в том числе 3 работы из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Общий объем работы -182 страницы, содержит 69 рисунков, 19 таблиц и список использованной литературы из 158 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении дается обоснование актуальности темы исследования, излагаются цели и задачи диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Первая глава посвящена рассмотрению основных физико-географических особенностей территории Карелии. Территория Республики Карелия расположена меязду 60°40' с.ш. и 66°40 с.ш., 29°30 в.д. и 37°57 в.д., протяженность с севера на юг достигает 660 км. С запада на восток протяженность на широте г. Кемь составляет 424 км. Общая площадь республики 172,4 тыс. км2.

В данной главе подробно рассматриваются геологическое строение, рельеф, особенности гидрографической сети Карелии. Общая протяженность водной сети Карелии 83 тыс.км. Основными элементами гидрографической сети являются озера и водохранилища, которых на территории республики насчитывается более 61 тысячи, суммарная площадь - около 18 тыс.км2. Кроме того, в пределах республики находится около 50% акватории Ладожского и 80% -Онежского озер. Число рек также велико - 26,7 тысяч. Высокий процент озер-I юсги территории способствует формированию своеобразных климатических условий исследуемой территории. Карелия расположена в северо-западной части умеренного климатического пояса Климатический режим республики можно охарактеризовать как переходный от морского к континентальному; по классификации БЛ.Алисова климат Карелии относится к атлантико-арктической зоне умеренного пояса, в течение года характерно преобладание воздушных масс атлантического и арктического происхождения. В среднем за год на территории Карелии, относящейся к зоне избыточного увлажнения, выпадает 550-750 мм осадков. Преобладают ветры южного, юго-западного и западного направлений. Средняя годовая температура воздуха изменяется от 0°С на севере до 3°С на юге. Самый холодный месяц - январь (-12-13°С в северной части, -9-10°С - в южной). Самый теплый месяц года - июль (14-15°С на севере и 16-17°С на всей остальной территории республики).

Вторая глава посвящена описанию материалов и основных методов исследования. Для анализа были использованы данные многолетних наблюдений на станциях и постах Северо-Западного, Северного и Мурманского территориальных управлений по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. База данных содержит сведения по 28 метеорологическим станциям Карелии за период наблюдений по 1999-2003 гг. по всем основным метеорологическим показателям, плотность пунктов наблюдения для Карелии составляет примерно 6200 км2/пункг. Также использованы данные наблюдений по 12 МС Мурманской области, западной части Архангельской и северной части Ленинградской областей. Восстановление пропусков и удлинение рядов выполнено по методу аналогии.

В качестве основного метода исследования процессов формирования водного режима и взаимосвязи, существующей между факторами, его определяющими, использован метод водного баланса. Для исследования структурных связей климатических характеристик и элементов водного баланса региона был выбран метод статистического анализа. Были исследованы пространственные и временные закономерности изменения гидрологических (уровень озера, поверхностные приток в озеро, продолжительность ледостава, даты вскрытия и замерзания озера) и метеорологических (температура воздуха и атмосферные осадки) элементов. Исполь-

зовались корреляционный анализ (линейная и множественная регрессия), анализ автокорреляционных и спектральных функций временных рядов. Для изучения влияния процессов атмосферной циркуляции на режим озера привлекались данные об индексах Северо-Атлантического колебания. Для определения степени континентальное™ климата был использован метод расчета индексов континентальное™ по Горчинскому.

Расчет средней температуры воздуха и сумм осадков по месяцам был выполнен по данным инструментальных наблюдений за период 1950-2000 гг. Данный период был выбран неслучайно, поскольку именно в 1952-53 гг. произошло нарушение однородности рядов наблюдений над осадками, вызванное сменой измерительных приборов. Кроме того, как было показано ЦА. Швер, для рядов атмосферных осадков при вычислении средних многолетних величин, средние значения становились постоянными, когда ряды данных наблюдений достигали 50 лет. Выполненный анализ позволил оценить тренды средних месячных и годовых значений температуры воздуха и сумм осадков для всех МС Карелии за указанный период времени и их значимость по критерию Стьюдента. Для расчета годовых значений температуры и осадков средних по водосбору Онежского озера в качестве расчетного использован метод тяготеющих площадей (полигонов Тиссена). Средняя по Карелии годовая температура воздуха за 1950-2000 гг. была рассчитана как среднее арифметическое из годовых температур по данным наблюдений 28 МС. Далее полученный ряд был удлинен до 1881 года по методу аналогий по данным наблюдений на МС Петрозаводск. Суммарная ошибка удлинения ряда составила ± 0,22°С. Затем, используя в качестве ряда-аналога ряд наблюдений за температурой воздуха на МС Санкт-Петербург (Ленинград) с 1752 до 1989 г., были реконструированы значения средней годовой температуры воздуха по территории Карелии в целом до 1752 г. Ошибка удлинения ряда в данном случае составила ± 0,4°С.

По данным наблюдений гидрологической сети был оценен средневзвешенный годовой сток трех основных речных систем (рек Шуя, Суна и Водла) за время наблюдений с 1946 по 2000 г. и установлена связь последнего с рассчитанным годовым притоком в Онежское озеро за период 1960-1975 гг. В результате расчетов получены соответствующие уравнения множественной регрессии, по которым был рассчитан ряд годового притока в Онежское озеро за период 1946-2000 гг.

Для оценки возможных изменений основных характеристик климата исследуемой территории и для расчетов термических характеристик Онежского озера и годового стока с водосбора использованы результаты численного моделирования на модели глобальной циркуляции атмосферы и океана ЕСНАМ4/ОРУСЗ, разработанной в Гамбургском Метеорологическом институте Макса Планка, Германия. Расчеты проводились по

двум сценариям изменения климата. В первом случае (в работе условно сценарий в) предполагается удвоение содержания углекислого и других парниковых газов в атмосфере Земли на период 2000-2100 гг., во втором (условно в А) сценарии дополнительно учитывается увеличение концентрации аэрозолей техногенного происхождения.

Для расчетов внутригодового перераспределения стока в соответствии с рассмотренными сценариями возможных климатических изменений на период до 2100 г. использовалась гидрологическая модель, разработанная в Институте озероведения РАН. (Кондратьев и др., 2007). Модель описывает накопление и таяние снега, увлажнение почв зоны аэрации, испарение с поверхности водосбора, формирование стока с разделением на быструю и медленную составляющие. В процессе моделирования водосбор представляется в виде однородной имитирующей емкости, накапливающей поступающую воду и затем постепенно ее отдающей. Шаг расчетов по времени составляет 1 месяц. Модель классифицируется, как концептуальная модель формирования стока с сосредоточенными параметрами (Кондратьев, 2007).

В третьей главе дается ретроспективная оценка изменчивости и изменений основных климатических параметров за 1950-2000 гг., а также изменений характеристик ледового режима Онежского озера и элементов водного баланса водосбора в результате происшедших в регионе климатических изменений.

Для нестационарных процессов, к которым относятся процессы изменения температуры воздуха, характерно постоянное изменение среднего значения, поэтому следует считать среднее значение (норму) функцией времени. В ряде работ (Груза и др., 2004; Мещерская и др., 2002) показано, что при изучении климатических временных рядов могут быть полезны методы и алгоритмы анализа с применением скользящих средних величин, которые можно рассматривать как некоторые «динамические климатические нормы». По мнению авторов, такие нормы могут лучше характеризовать текущий климат, чем стандартные. График на рис. 1 показывает, как с течением времени менялось значение климатической нормы годовой температуры воздуха в Карелии. Можно отметить довольно ровный временной ход средних многолетних величин в течение XIX века и значительный рост нормы с началом индустриального периода. В изменении средних многолетних величин годовой температуры воздуха, рассчитанных по скользящим 30-летиям, нашли отражение потепление 1930-х годов, похолодание 1960-70 гг. и повышение температуры воздуха с конца 1980-х гг., продолжающееся до настоящего времени. Согласно Ц.А. Швер (1984), изменение средних значений метеорологических параметров может быть связано «либо с

наличием сверхвековых колебаний, больших, чем фактическое число лет наблюдений, либо с реально быстрым изменением метеорологического режима в данном районе».

Рис. 1. Изменение нормы годовой температуры воздуха по скользящим 30-летиям для территории Карелии в целом за период 1752 -2000 гг. Значения нормы отнесены к середине периода.

Региональные изменения приземной температуры воздуха в исследуемом районе в целом отражают положительные тенденции изменения глобальной температуры в течение XX века. В среднем по Карелии общая тенденция изменения температуры приземного слоя воздуха составляет + 0.2°С за 100 лет (1901-2000 гг.) и + 0.6°С за 50 лет (1951-2000 гг.). Если рассматривать изменения температуры воздуха по месяцам, то тенденции будут не столь однозначны. Оценка направленных изменений приземной температуры воздуха (ее тренд) позволила сделать вывод, что наиболее четко положительный линейный тренд средней месячной температуры выражен в марте и составляет на разных станциях от 3.0 до 5.0°С за 50 лет. Причем только в этом месяце он значим по критерию Стьюдента на 95%-ном уровне на всех станциях. Апрель теплеет существенно медленнее, чем март (от 0.5 до 2.1°С/50 лёт). Тенденции эти статистически незначимы, но также отмечаются на всех станциях. Тенденции к потеплению наблюдаются с января по май. В летний период и значительную часть осеннего сезона изменения температуры разнонаправленны и малы по абсолютной величине (меньше 1.7 °С/50 лет). К ноябрю они повсеместно сменяются тенденцией к похолоданию на 0.4 - 1.1 "С/50.

Анализ сезонных температур воздуха, выполненный нами по данным метеорологических станций, расположенных на севере европейской территории России (ЕТР), позволил выявить пространственно-временную дифференциацию тенденций изменения температуры по сезонам. Только весенняя температура воздуха имеет положительные тренды (до +3.5°С/50 лет) по всей изучаемой территории (рис.2). Для остальных сезонов районы с положительными значениями трендов расположены, в основном, в южной части региона вблизи крупнейших озер Европы — Ладожского и Онежского.

О 200 400 800 кш

Рис. 2. Пространственное распределение зон положительного (+) и отрицательного (-) трендов сезонных температур воздуха на территории северо-запада России за период 1951-2000.

(1 - декабрь-февраль, 2 - март-май, 3 - июнь-август, 4 - сентябрь-ноябрь).

По данным о среднесуточной температуре воздуха за период времени с 1951 по 1995 г. для МС Кемь-порт (побережье Белого моря) и МС Петрозаводск (Онежское озеро) нами были рассчитаны даты устойчивого перехода температуры воздуха через определенные градации, т.е. были получены даты начала климатических сезонов года, В результате анализа полученных данных сделан вывод, что к середине 1990-х годов на территории Карельского побережья Белого моря и в районе водосбора Онежского озера не произошло смещение дат наступления климатических сезонов года. Только дата перехода через 0°С в сторону понижения (дата наступления холодного периода) сместилась с 25 на 31 октября в районе г. Кемь и с 1 на 4 ноября в районе г. Петрозаводск, в результате чего теплый период года увеличился на 6 и на 3 дня соответственно. Значительное мартовское потепление не повлияло на смещение средней многолетней даты наступления весеннего сезона - 7 апреля (Петрозаводск) и 20 апреля (Кемь) - (устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через 0°С в сторону повышения), но выразилось в изменении климатической нормы среднемесячной температуры воздуха с -5,6 до —4,7 на побережье Онежского озера и с -7,3 до -6,2°С на Карельском побережье Белого моря.

Анализ изменений количества осадков в Карелии за период 1951-2000 гг. позволяет сделать вывод о том, что, несмотря на разнонаправленность линейных трендов месячных сумм осадков в течение года, наблюдается рост годовых сумм осадков для всех районов республики за указанный период. Тенденция к увеличению количества осадков отмечается на всех станциях в период с октября по апрель. С мая по сентябрь по данным метеостанций в различных районах Карелии отмечается как увеличение, так и уменьшение сумм осадков за месяц. Для территории Карелии в целом увеличение годового количества выпадающих атмосферных осадков составляет 20 мм/100 лет.

В работе выявлены тенденции современных изменений климата на водосборе Онежского озера и оценено их возможное воздействие на гидрологический режим водоема. Анализ основных тенденций в долгосрочных климатических и гидрологических временных рядах по территории водосбора Онежского озера с 1950 по 2000 г. выявил наличие положительных линейных трендов годовых температур воздуха, сумм атмосферных осадков, общего испарения и отсутствие линейного тренда в рядах речного стока.

Далее рассматриваются особенности гидрологического режима Онежского озера. Процессы, происходящие в экосистемах крупнейших озер Европы, вызывают особый интерес, поскольку они отражают происходящие климатические изменения. Исследованию закономерностей межгодовых колебаний уровня озер, стока рек, изучению изменений климата и

их воздействий на озера посвящены работы И.В. Молчанова, А.Н. Афанасьева, Г.П. Калинина, A.B. Шнитникова, Т.И. Малининой, М.Д. Маса-новой и И.В. Филатовой, O.A. Дроздова, И.П. Дружинина, В.Е. Приваль-ского, В.Н. Адаменко, Д.Я. Ратковича, М.Г. Хубларяна, A.M. Догановско-го и Н.В. Мякишевой, Ю.А. Трапезникова, A.C. Григорьева, H.H. Филатова, Т.П. Тройской и H.A. Лемешко и других авторов.

До начала 1950-х гг., когда Онежское озеро было зарегулировано, тенденции изменения уровня для Ладожского и Онежского озер были одинаковыми. После превращения озера в Верхне-Свирское водохранилище (1953 г.) для его уровня стало характерно повышение, для Ладожского озера среднее значение уровня было ниже нормы. Начиная с 90-х годов XX века тенденция падения уровня наметилась и для Онежского озера. Однако если мы уберем из значений уровня Онежского озера антропогенную составляющую, то получим согласованных ход колебаний уровня озер. В данной главе подробно рассматриваются характеристики уровен-ного режима Онежского озера.

Кроме констатации факта изменчивости климатических характеристик важно определить и причины, их вызывающие. Погода и климат Северной Европы определяются преимущественно характером атмосферной циркуляции над Северной Атлантикой, представленной двумя системами низкого и высокого атмосферного давления - Исландский минимум и Азорский максимум. Стандартизированная разность атмосферного давления между этими центрами действия атмосферы характеризуется индексом СевероАтлантического колебания (САК или NAO- North Atlantic Oscillations). Индекс NAO отражает интенсивность динамики циркуляции атмосферы.

В работе рассмотрены особенности изменчивости индекса NAO и параметров, характеризующих изменчивость климата в Карелии. Проведенный корреляционный анализ показал, что для рядов значений индекса NAO и температуры воздуха над Онежским озером средний коэффициент корреляции 0.53, однако в отдельные периоды времени отмечены коэффициенты от 0.16 до 0.76. Колебания уровня озер и NAO имеют общую низкую корреляцию, коэффициенты от -0.19 до 0.33. Низкую корреляцию со значениями NAO также имеют величины продолжительности безледного периода на Онежском озере.

Изменение термического режима в исследуемом районе проявляется в увеличении продолжительности безледного периода на Онежском озере. Анализ данных о датах начала и окончания ледостава на Онежском озере за период с 1884 по 1998 год показал, что к концу XX века число дней, когда озеро свободно от ледяного покрова возросло в среднем с 217 до 225 дней. Увеличение продолжительности безледоставного периода для Онежского

озера произошло из-за весеннего смещения дат вскрытия ледового покрова на 8 дней раньше. Для сроков наступления ледовых фаз установлено, что при достижении суммы отрицательных температур воздуха 280-450°С в зависимости от интенсивности процесса охлаждения воздуха и волнения происходит замерзание всей акватории озера. Для сравнения - Ладожское озеро замерзает полностью при сумме отрицательных температур воздуха 700°С (Догановский и др., 2000). Сумма положительных температур воздуха, необходимых для начала процесса вскрытия озера составляет 50-80°С. Период весеннего дрейфа льда продолжается в среднем 2-12 суток.

Анализ среднемесячной температуры воздуха в весенние и осенние месяцы, дат начала разрушения и установления ледового покрова на Онежском озере и значений индекса NAO, характеризующих интенсивность циклонической деятельности, за эти же месяцы показал, что температура апреля объясняет 32% дисперсии ряда времени начала разрушения ледостава, в то время, как значения индекса NAO в мае, имеющие наибольший коэффициент корреляции с датами вскрытия озера, объясняют лишь 16%. В основном корреляция между среднемесячной температурой воздуха и индексами NAO соответствующих месяцев слабая (в отличие от годовых значений), за исключением марта (г=0,49). На время установления ледостава на Онежском озере наибольшее влияние оказывает температура декабря, влияние температуры других месяцев и индексов NAO весьма незначительно или не было выявлено в результате исследований с использованием линейной корреляции, поскольку все связи в климатической системе не только прямые и обратные, но и нелинейные, и опосредованные.

Были получены зависимости между датами установления и разрушения ледостава на Онежском озере и температурой воздуха в весенние и осенние месяцы и индексами NAO за эти же месяцы. Для дат окончания ледостава уравнение множественной регрессии было получено в следующем виде:

Dpa3p=40,8+l,44NAOffl+0,992NAO1v+l,19NAOv-0,877Tia-2,17TIv-l,72Tv (2)

R=0,75, 5= ± 7 дней, N=31 год.

Если в уравнении использовать только среднюю месячную температуру воздуха марта-мая, коэффициент множественной регрессии уменьшается до 0,68, что приводит к уменьшению процента объясненной дисперсии с 56 до 46 %.

Для расчета времени установления ледового покрова на Онежском озере уравнение множественной регрессии имеет следующий вид:

DjCT=93,5+0,444NAOx+0,398NAOxr-0,532NAOxn+0,851Tx+l,43Txi+2,42Txii,(3) R=0,68; 5= ± 7 дней; N=30 лет.

Поскольку Онежское озеро фактически является водохранилищем, а уровень воды в водохранилищах регулируется, то в качестве климато-зависимого элемента был исследован приток воды в озеро. Поступление речной воды в Онежское озеро формируется, главным образом, стоком рек Шуя, Суна и Водна (в среднем около 60 % всего притока в озеро). Речной сток поступает с водосборной площади размером 66 284 км2 (в естественном состоянии площадь бассейна Онежского озера с учетом самого озера составляла 62 800 км2).

Для оценки влияния изменения климата на речной сток с водосбора была установлена связь между речным стоком и климатическими характеристиками. Для годовых интервалов уравнение водного баланса было рассмотрено в виде:

Р - Л - Е[Р, Е0(Т)] ± = 0 (4)

где Р - суммы атмосферных осадков, мм; Я - общий речной сток, мм; Е - суммарное испарение с водосбора (эвапотранспирация); Е0 - испаряемость, мм; XV — остаточный член уравнения, объединяющий аккумуляционные и неучтенные составляющие годового баланса, а также погрешности расчета всех характеристик.

Для расчета суммарного испарения для речных водосборов была использована формула Э.М. Ольдекопа

Е = Е0 • 1апЬ (Р/Е0) (5)

в которой испаряемость Е0 рассчитывалась по формуле, полученной для территории Карелии Ю.А. Сало (2003):

Е0 = 239 + 62Т + 2,14Т2. (6)

Далее была установлена зависимость от средней по водосбору годовой температуры воздуха и годовых сумм атмосферных осадков, коэффициенты парной корреляции равны -0,81 и +0,59 соответственно. Квазиньютоновским методом была получена формула

\У = -211 + 0,3 8Р - 46,04Т (7)

Коэффициент множественной корреляции полученной зависимости равен 0,80, стандартная ошибка расчета по формуле составила 5,7%. Полученная формула для водосбора Онежского озера может быть использована для расчета параметра, объединяющего аккумуляционные и неучтенные составляющие годового баланса, используя ряды годовой температуры воздуха и годовых сумм осадков. Данная формула позволяет корректно замкнуть уравнение водного баланса водосбора.

На рис. 3 представлены значения суммарного притока в Онежское озеро по данным многолетних наблюдений за 1950-2000 гг. и результаты расчета суммарного притока в водоем, выполненные но формулам. Как следует из приведенных графиков, полученные расчетные результаты хорошо соответствуют измеренным величинам. Коэффициент корреляции составляет 0.83, средняя ошибка расчета 10%.

В дальнейшем указанная схема вычисления была использована при работе с модельными данными.

В результате спектрального анализа рядов годовых значений температуры воздуха, сумм атмосферных осадков, испарения и речного стока для территории водосбора Онежского озера за период 1950-2000 гг., были выявлены квазипериодические компоненты и оценена их значимость. Функции спектральной плотности рядов годовой температуры воздуха и испарения имеют максимумы, соответствующие временным масштабам около 10 лет (при уровне значимости а = 5%), в рядах осадков и речного стока выделены согласованные и значимые (о = 5%) 4-5-летние квазипериодические составляющие. В спектре колебаний уровня Онежского озера (ряд с 1881 по 2000 г.) отмечаются составляющие с временными масштабами порядка 30 и 6-7 лет (соответствуют частотам 0,032 и 0,164 1 год"1), вклад которых в общую изменчивость составляет около 40%.

Рис. 3. Суммарный приток в Онежское озеро по данным наблюдений за 19502000 гг. (Я) и рассчитанный по формулам ( 4-7) (Ш).

.В четвертой главе выполнена количественная оценка возможных изменения термических характеристик Онежского озера и годового стока с водосбора при условии реализации сценариев изменения климатических параметров (ЕСНАМ4/ ОРУСЗ) на период до 2050 г.

Для оценки реакции климатической системы и водных ресурсов на возможные изменения климата в работе были использованы результаты численного моделирования на модели глобальной циркуляции атмосферы и океана, разработанной в Метеорологическом институте Макса Планка, Германия.

Анализ полученных модельных данных позволил сделать следующие выводы

В районе водосбора Онежского озера в течение 2001-2050 гг. возможно увеличение температуры воздуха на 0,5 -1,7 °С. Увеличение норм годовых значений суммарного испарения может составить от 20 мм (сценарий вА) до 80 мм (сценарий в). Характер изменения годовых сумм атмосферных осадков различен по двум сценариям. Согласно сценарию в возможно увеличение годовых осадков на 40 мм, сценарий вА предсказывает уменьшение количества осадков приблизительно на 10 мм. В результате этого величина притока в Онежское озеро изменится весьма незначительно, в пределах точности измерения (вычисления) притока (табл.1 и рис.5).

Таблица 1

Возможные изменения средних многолетних значений температуры воздуха и ЭВБ водосбора Онежского озера

Характеристика Период Среднее за период Возможные изменения по сравнению с 1951-2000 гг.

Температура воздуха, °С 1951-2000 2001-2050, сценарий в 2001-2050, сценарий ОЛ 2,3 ± 0,2' 4,0 ±0,3 2,8 ±0,3 + 1,7 + 0,5

Осадки, мм 1951-2000 2001-2050, сценарий б 2001-2050, сценарий ОЛ 744 ±25 783 ± 17 735 ± 12 + 39 -9

Суммарное испарение, мм 1951-2000 2001-2050, сценарий в 2001-2050, сценарий СЛ 434 ± 13 516 ± 17 453 ±9 + 82 + 19

Речной сток, мм 1951-2000 2001-2050, сценарий в 2001-2050, сценарий ОА 346 ± 14 351 ±7 335 ±7 + 5 -11

Рис. 5. Фактические (данные наблюдений до 2001 г.) и модельные ряды суммарного притока в Онежское озеро.

Для территории Карелии были рассчитаны индексы континентальности климата по Грочинскому по данным за период 1951-2000 гг. и на перспективу до 2050 г. и построена карта-схема расположения районов с переходным и континентальным климатом в настоящее время и при возможных климатических изменения в регионе. В новых климатических условиях переходный к морскому климат сохранится лишь в районах, прилегающих к крупным водоемам (Белому морю, Ладожскому и Онежскому озерам).

При увеличении температуры воздуха возрастет температура воды озер. Для оценки возможных изменений среднемесячной температуры водной массы Онежского озера была установлена связь среднемесячных значений температуры водной массы со средневзвешенной температурой воздуха над акваторией Онежского озера. В результате проведенного анализа установлено, что увеличение средней годовой температуры водной массы Онежского озера по данным модели ECHAM4-OPYC3 может составить от +0.6 до +0.8°С по различным сценариям.

Кроме «парниковых» сценариев модели ECHAME для оценки влияния изменения климата на речной приток в Онежское озеро были использованы гипотетические сценарии изменения температуры воздуха и атмосферных осадков (увеличение и уменьшений температуры воздуха на 1-2 °С при увеличении и уменьшении количества осадков на 10-20 %). Результаты расчетов приведены на рис. 6. При увеличении температуры воздуха на ]°С суммарный приток в Онежское озеро может остаться неизменным при увеличении годовой суммы осадков приблизительно на 3%, а в случае потепления на 2°С - при увеличении их примерно на 6%. При уменьшении среднегодовой температуры воздуха на водосборе Онежского озера на 1°С речной сток в озеро не изменится при условии уменьшения годовой суммы осадков примерно на 3 %, а в случае похолодания на 2 °С — при уменьшении их примерно на 7 %.

В пятой главе на основе анализа результатов математического моделирования водного режима водосбора Онежского озера выявлены особенности внутригодового перераспределения стока в соответствии с рассмотренными сценариями возможных климатических изменений на период до 2100 г.

В качестве инструмента для расчетов с шагом по времени один месяц стока с водосбора Онежского озера при изменяющихся климатических параметрах использовалась гидрологическая модель, разработанная в Институте озероведения РАН и верифицированная на ряде водосборов бассейна Ладожского озера (Кондратьев, 1990; Кондратьев, Бовыкин, 2000, 2003; Кондратьев, Шмакова, 2005). Модель описывает накопление и таяние снега, увлажнение почв зоны аэрации, испарение с поверхности водосбора, формирование стока с разделением на быструю и медленную составляющие. Дополнительная верификация модели проведена по данным измерений расходов воды в

замыкающем створе реки Шуя, имеющей площадь водосбора 9 560 км2 и озерность 10 %. На рис. 7 приведены результаты расчетов гидрографа стока дня указанной реки, выполненные с шагом по времени 1 месяц и подтверждающие адекватность выбранной гидрологической модели изучаемым процессам формирования стока на водосборе Онежского озера.

Изменение годовых сумм осадков (%}

Рис. 6. Изменения притока в озеро при разных сценариях (потепление и похолодание) изменения климата. (100% - количество выпадающих на водосбор атмосферных осадков при существующих условиях).

Рис. 7. Измеренные (1) и рассчитанные по гидрологической модели ИО РАН (2) значения слоя стока у (мм/мес) в замыкающем створе реки Шуя.

Общая тенденция увеличения годовой температуры воздуха будет сохраняться в течение XXI века. Годовая температура воздуха возрастет к 2050 г. от 1,6 до 2,7-3,0°С в среднем по Карелии. В будущем наибольшее потепление возможно в осенние и зимние месяцы. Годовые суммы осадков для территории Карелии возрастут в течение первой половины XXI века от 580 до 610-635 мм. В это же время возможно существенное внутригодовое перераспределение осадков. До 30 % возрастут осенние и зимние осадки. Весенние осадки практически не изменятся, а уменьшение летних осадков достигнет 18 % по отношению к периоду тестирования модели. В новых климатических условиях возможно смещение годовых изотерм и изогиет в северном направлении.

Выполненные на основе гидрологической модели расчеты позволяют оценить изменения как межгодовой, так и внутригодовой динамики гидрологических характеристик изучаемого водосбора (водного эквивалента снежного покрова, испарения, увлажнения почв зоны аэрации, стока) с учетом возможного потепления в совокупности с изменением осадков в 21 веке. Внутригодовые изменения значений суммарного зимнего снего-запаса X, летнего увлажнения почв зоны аэрации W, и слоя стока с водосбора Y в результате предполагаемых изменений климата проиллюстрированы на рис. 8-10.

Возможное возникновение положительных температур воздуха в ноябре приведет к тому, что выпадающие осадки не будут формировать снежный покров в осенний период, как это было в период 1951-2000, а пойдут на увлажнение почвы и формирование стока. Сокращение продолжительности холодного периода с отрицательными температурами воздуха приводит к сокращению сроков накопления снегозапасов и снижению их значений, несмотря на увеличение зимних осадков (рис. 8). Если в период инструментальных наблюдений значения максимальных снегозапасов на водосборе составляли около 190 мм водного эквивалента, то по результатам расчетов следует ожидать их уменьшения до 146 мм в 2051 — 2100 гг., т. е. на 23% по отношению к исходному периоду.

Снижение летних осадков в совокупности с возрастанием температуры воздуха и испарения, возможно, приведет к снижению значений влажности почв на водосборе Онежского озера в летний период 2001 -2050 и 2051 - 2100 гг., соответственно, на 5 и 12 .% по отношению к интервалу времени 1951-2000.

Можно также предположить, что к концу 21 века произойдет смещение максимальных расходов весеннего половодья в более ранний период (рис.10) за счет предполагаемого потепления. Существенное увеличение суммарного испарения в теплый период года приведет к

снижению меженных расходов до 20% по отношению к исходному периоду и, возможно, к небольшому снижению (до 5 %) суммарного годового стока на изучаемой территории.

Рис. 8. Суммарный снегозапас X (мм водного эквивалента) на водосборе Онежского озера, рассчитанный по осредненным данным об осадках и температуре воздуха для интервалов 1951-2000, 2001-2050 и 2051-2100 гг.

Рис. 9. Влажность почв зоны аэрации IV (Ь=1.5м) водосбора Онежского озера, рассчитанная по осредненным данным об осадках и температуре воздуха для интервалов 1951-2000,2001-2050 и 2051-2100 гг.

Б0 у, мм/мес

50-

20 -

40 -

30 -

10-

2051-2100

2 3 4 5 6 7

9 ю 11 мес.

Рис. 10. Слой стока У с водосбора Онежского озера, рассчитанный по осред-ненным данным об осадках и температуре воздуха для интервалов 1951-2000, 2001-2050 и 2051-2100 гг.

Изменение климата, возможное его потепление как за счет антропогенного накопления парниковых газов, так и при естественных его флуктуаци-ях приводит к изменениям водных и наземных экосистем. Повышение температуры воздуха приведет к сокращению площади льдов, что уменьшит альбедо подстилающей поверхности и увеличит количество поглощенной коротковолновой радиации, будет способствовать дополнительному росту температуры и дальнейшему разрушению ледяного покрова. Уменьшение площади ледяного покрова приведет к перестройке поля температуры приземного слоя воздуха, что повлияет на биоту. При увеличении температуры воздуха повысится температура воды озер, более интенсивной станет динамика водных масс. Изменится и режим поверхностных вод. Колебания во времени количества осадков приведут к вариациям стока, времени наступления и интенсивности паводков, температуры воды озер, испарения и, в конечном итоге, повлияют на экосистему в целом. При сокращении периода существования снежного покрова на водосборах возрастет эрозия почв. Изменение водного баланса, уровня озер приведет к необходимости скорректировать водохозяйственную деятельность. Изменения могут иметь для экономики и населения как положительные, так и отрицательные последствия. Уменьшение притока речных вод и понижение уровня озер приводят в основном к негативным последствиям. Как правило, это связано с ухудшением обеспечения населения водой и ухудшением экологического

состояния водоемов. Увеличение речного стока и повышение уровня воды в озерах могут иметь и положительные, и отрицательные последствия. Для обеспечения водой населения, гидроэнергетики, сельского хозяйства южных регионов России в большинстве случаев это может быть благоприятно. Однако, увеличенный приток воды в водоемы может приводить к затоплению населенных пунктов, сельскохозяйственных угодий, эрозии берегов, заболачиванию почвенного покрова и т.д. Изменения климатического и водного режима потребуют изменения в управлении водохозяйственными системами и отраслями экономики, базирующимися на использовании водных ресурсов (гидроэнергетика, промышленное и коммунальное водоснабжение, сельское хозяйство и д.т.).

Основные выводы и результаты, полученные в результате проведенных исследований можно сформулировать следующим образом:

1. Анализ многолетней изменчивости основных характеристик климата показал, что для территории водосбора Онежского озера за период 1951-2000 гг. характерны повышение годовой температуры воздуха на 0,9°С, общего испарения 40-50 мм, сумм атмосферных осадков на 45 мм. Рост годовых сумм осадков компенсируется ростом общего испарения, в результате чего линейный тренд в ряде суммарного речного притока в озеро отсутствует.

2. Изменение термического режима в исследуемом районе проявляется в увеличении продолжительности безледного периода на Онежском озере. К концу XX века число дней, когда озеро свободно от ледяного покрова возросло в среднем с 217 до 225 дней. Выявлено влияние интенсивности Северо-Атлантического колебания на даты установления и разрушения ледового покрова на Онежском озере.

3. Расчеты термических характеристик Онежского озера и годового стока с водосбора при условии реализации сценария ЕСНАМ4/ОРУСЗ показали, что к 2050 г. в Карелии возможно повышение годовой температуры воздуха на 0,5-1,7 °С, рост суммарного испарения на 5-18 %, увеличение сумм осадков может составить до 5%. При этом изменение годового речного стока в Онежское озеро незначительно (1-4%). Температура водной массы Онежского озера может увеличится на 0,6-0,8 °С. Степень континентальности климата Карелии возрастет по сравнению с настоящим временем.

к 2051 - 2100 гг.). Увеличение испарения в теплый период года, возможно, приведет к снижению меженных расходов до 20% по отношению к исходному периоду и к небольшому снижению (до 5 %) суммарного годового стока на изучаемой территории.

Основные публикации по теме диссертации:

1. Многолетние изменения температуры воздуха в Карелии // География и природные ресурсы, № 3,2008. С. 75-79.

2. Региональный климат: возможные сценарии изменения климата Карелии. Похолодание ил потепление? // Изв. РГО, Т. 139., Вып.З, С-Пб, 2007. С. 72-79. (соавторы Н.Н. Филатов, Ю.А. Сало).

3. Водный режим водосбора Онежского озера под воздействием изменений климата // Изв. РГО, Т. 140., Вып. 3, С-Пб, 2008. С. 21-26. (соавторы С.А. Кондратьев, И.В. Бовыкин, М.В. Шмакова, Е.Г. Маркова).

4. Изменение температурного режима Карельского побережья Белого моря // Экологическое состояние континентальных водоемов северных территорий. СПб, Наука, 2005. С. 148-153.

5. Возможные изменения климата и элементов водного баланса территории Карелии в 2001-2005 гг. // Климат Карелии: изменчивость и влияние на водные объекты и водосборы. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2004. С. 88-101. (соавтор Ю.А. Сало).

6. Изменения климата, состояния водоемов и водосборов // Физические проблемы экологии (экологическая физика) Вып. № 6. М.: Физич. ф-т МГУ, 2001. С.75-88. (соавторы Н.Н. Филатов, Ю.А. Сало).

7. Изменение климата и водные ресурсы Восточной Фенноскандии / Препринт доклада на засед. Презид. КарНЦ РАН 27 февр. 2001 г. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2001. 36 с. (соавторы Н.Н. Филатов, Ю.А. Сало).

8. Water resources and climate changes in Eastern Fennoscandia ( Karelia and Kola peninsula) // Northern Research Basins. 13th Int. Symp. and Workshop. Finnish Environ. Inst., 2001. Pp. 91-100. (соавторы Н.Н. Филатов, Ю.А. Сало, А.В. Семенов).

9. Possible climate and water balance changes in Karelia (Russia) during the first half of the XXI century // Large Rivers J. Arch. Hydrobiol. Suppl., 2002. Vol. 13. No.3-4. Pp. 341-352. (соавторы Н.Н. Филатов, Ю.А. Сало).

10. Regional change analysis: north-western Russia. In : Bobylev L.P., Kondratyev K.Ya. and Johannessen O.M. (ed.), Arctic Environment Variability in the Context of Global Change. Praxis Publishing Ltd, Springer, UK, 2004. Pp. 391-411. (соавторы Н.Н. Филатов, С.П. Гриппа, Ю.А. Сало).

11. Climate of the White Sea catchment and scenarios of climate and runoff changes // White Sea. Its Marine Environment and Ecosystem Dynamics Influenced by Global Change. Springer, 2005. Pp. 53-73. (соавторы Н.Н. Филатов, Ю.А. Сало).

Формат 60x84 '/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Times». Уч.-изд. л. 1,1. Усл. печ. л. 1,4. Подписано в печать 14.11.08. Тираж 100 экз. Изд. № 130. Заказ № 761.

Карельский научный центр РАН Редакционно-гадательский отдел 185003, Петрозаводск, пр. А. Невского, 50

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Назарова, Лариса Евгеньевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КАРЕЛИИ

1.1 Географическое положение, геологическое строение и рельеф

1.2 Особенности гидрографической сети.

1.3 Климат.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Исходные данные.

2.2 Статистические методы обработки.

2.3 Сценарии изменения климата в регионе.

2.4 Гидрологическая модель формирования стока с учетом внутригодовой изменчивости характеристик.

ГЛАВА 3. РЕТРОСПЕКТИВНАЯ ОЦЕНКА ИЗМЕНЧИВОСТИ И ИЗМЕНЕНИЙ ОСНОВНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕДОВОГО И УРОВЕННОГО РЕЖИМА ОНЕЖСКОГО ОЗЕРА И ЭЛЕМЕНТОВ ВОДНОГО БАЛАНСА.

3.1 Оценка изменчивости и изменений основных климатических параметров.

3.2 Оценка изменчивости ледового и уровенного режима Онежского озера.

3.3 Оценка изменчивости элементов водного баланса водосбора Онежского озера.

ГЛАВА 4. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВОЗМОЖНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДОСБОРА ОНЕЖСКОГО ОЗЕРА

4.1 Оценка возможных изменений основных климатических параметров.

4.2 Оценка возможных изменений годового стока с водосбора

ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ВОЗМОЖНОГО ВНУТРИГОДОВОГО ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТОКА С ВОДОСБОРА.

5.1 Адаптация сценария климатических изменений для выполнения расчетов с учетом внутригодовой изменчивости параметров

5.2 Результаты математического моделирования водного режима водосбора.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Изменчивость гидрологических характеристик водосбора Онежского озера под влиянием климатических воздействий"

В настоящее время весьма актуальной является проблема оценки воздействия изменений и изменчивости климата и антропогенной деятельности на экосистемы и устойчивое развитие регионов. Значение такого исследования определяется главным образом необходимостью анализа региональных климатических трендов и естественных колебаний климата разных временных масштабов по данным инструментальных наблюдений в связи с проблемами выделения антропогенного сигнала на фоне естественной климатической изменчивости. «Последствия изменений климата определяют возникновение серьезного вызова для лиц, ответственных за экологическую политику, что определяет острую необходимость в объективной информации об изменениях климата, их воздействиях и возможной реакции на изменения климата» (Кондратьев К.Я., 2004).

Одно из наиболее полных обобщений данных о климате Карелии было сделано A.A. Романовым в 1961 г., о климате г. Петрозаводска — в 1982 г., о климате г. Сортавала - в 1988 г. В связи с этим необходимо проведение детальных исследований процессов, происходящих в климато-гидрологической системе регионального масштаба, установление эмпирических связей ее элементов, и, на этой основе — оценка устойчивости и возможных изменений функционирования экосистемы в будущем. Проведенные ранее исследования на территории Восточной Фенноскандии свидетельствуют о том, что климат и общая увлажненность территории подвержены значительным естественным флуктуациям, на которые накладываются и колебания, вызванные антропогенными факторами. Межвековая и внутривековая изменчивость гидрометеорологических полей существенно влияют на состояние природного фона, на котором и происходит функционирование водных экосистем. Учитывая особенности глобального и регионального изменения климата и все возрастающее влияние техногенных факторов на природную среду, важно продолжить комплексные исследования как самих изменений климато-гидрологических характеристик, так и влияния этих изменений на водные экосистемы Карелии. В связи с изложенным всесторонний анализ реакции водных систем на изменение и изменчивость климата региона представляет собой актуальную задачу, поскольку при успешном ее решении оказывается возможным устанавливать причины и масштабы экологических изменений, осуществлять оценку состояний и изменений водных экосистем, разрабатывать и проводить необходимые природоохранные мероприятия, что определяет практическую значимость работы.

Объектом исследований настоящей работы является водосбор Онежского озера.

Основная цель работы: Основной целью данного исследования является выявление закономерностей изменчивости характеристик водного режима водосбора Онежского озера под влиянием изменения климата в регионе. Важно оценить возможные изменения основных характеристик климата в будущем и их влияние на характеристики гидрологического режима водных объектов территории и функционирование водных экосистем. Имеются данные, свидетельствующие о прогрессирующем потеплении климата из-за возможного влияния антропогенных факторов. (The Global Climate., 1995; Climate of Europe, 1995; Винников, 1986). Убеждение, что современная хозяйственная деятельность человека, увеличивая массу углекислого газа в атмосфере, приведет к развитию глобального потепления, впервые было высказано в работе Коллендера (Callender G.S., 1938). Научная дискуссия о роли естественных и антропогенных факторов в возникновении глобального потепления климата продолжается до сих пор. Однако вполне определенные «политические выводы» на международном уровне уже сделаны (принята Рамочная Конвенция ООН об изменении климата в 1992 г., широкую известность получил «Киотский протокол» к данной Конвенции). В этих документах прямо указывается на антропогенную обусловленность современного потепления климата и определяется комплекс конкретных мер по противодействию потеплению. В отчете МГЭИК-2001 сделан вывод, что «большая часть наблюдавшегося за последние 50 лет потепления была, вероятно, обусловлена хозяйственной деятельностью человека» (IPCC., 2001). Существуют и противоположные оценки о том, что эти изменения обусловлены в основном природными особенностями. Наиболее полно, с учетом многофакторной, многокомпонентной природы этого явления, парниковый эффект рассмотрен в работах К.Я. Кондратьева, Е.П. Борисенкова, Н.И. Москаленко, В.Н. Адаменко. (Борисенков, 1988, 2000; Кондратьев, 1987, 1999, 2004; Адаменко, 2002). Именно с многокомпанентной природой парникового эффекта связано проявление механизмов как прямой связи, усиливающих эффект, так и обратной связи, маскирующих или ослабляющих парниковый эффект. Тот положительный тренд температуры воздуха, который имел место в конце XIX и в первой половине XX в., прерывался коротким промежутком похолодания в период 50-70 годов XX столетия, именно тогда, когда резко возрос выброс в атмосферу парниковых газов. (Борисенков, 2000). Потепление же последних лет в основном осуществлялось за счет холодной, а не теплой половины года и сопровождалось усилением зональных форм циркуляции атмосферы. А в теплую половину года «имеются достаточно крупные области похолодания при общей более пестрой картине» (Груза Г.В., Ранькова Э.Я. 2001). По мнению Р. Вильфанда, директора Гидрометцентра России, «лишь на 20-25 процентов изменения климата можно «списать» за счет антропогенного воздействия. На сегодняшний день метеорология не в состоянии объяснить все причины изменения климата — у нас пока нет для этого данных». (Поиск № 32-33, 2001). В работах К .Я. Кондратьева (1992), Е.П. Борисенкова (1982) показано, что глобальное потепление может быть обусловлено в большей степени естественными, а не антропогенными флуктуациями климата. Происходящее с начала промышленной эпохи возрастание концентрации парниковых газов может быть не единственным влияющим фактором потепления климата. Вероятнее предположить, что реально происходящее современное изменение климата преимущественно является следствием перестройки режимов атмосферной циркуляции. ( Федосеева Н.В., 1999). Также нужно принимать во внимание, что главным источником информации для обнаружения глобальных трендов климата были данные о температуре воздуха в приземном слое для северного полушария, а они охватывают в действительности менее половины поверхности земного шара. На большей части земного шара (океаны, пустыни, горы) регулярные наблюдения не проводятся, вряд ли можно ручаться за то, что температура воздуха там известна с точностью до градуса. Более точно можно оценивать локальный климат - среднее многолетнее состояние погоды, свойственное местным условиям. Не следует забывать также, что во многих странах все термодинамические параметры замеряются в крупных индустриальных центрах, где сказываются результаты человеческой деятельности — значительный выброс энергии предприятиями, транспортом. Важным обстоятельством является и то, что достаточно массовые инструментальные наблюдения начались в конце XIX века — в тот период, когда имел место минимум температуры (1883 г.). Следовательно, точкой отсчета при анализе тренда является минимум температуры воздуха. По-видимому, некоторая доля потепления (согласно КЛ.Кондратьеву, 25-50%; Кондратьев, 1992) определяется возвратом к наблюдавшемуся ранее уровню температуры воздуха.

В связи с этим актуальной является задача продолжения исследований изменчивости и изменений регионального климата и реакции водных систем как по данным наблюдений, так и моделирования.

Для реализации данной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Выявить закономерности изменчивости климата в изучаемом регионе за 1950-2000 гг.,

Научная новизна:

1. Изучены особенности изменчивости и изменений основных характеристик климата в течение второй половины XX века и выявлены закономерности изменений характеристик ледового режима Онежского озера и элементов водного баланса водосбора под воздействием происшедших в регионе климатических изменений.

Положения, выносимые на защиту:

1. Ретроспективная оценка изменчивости и изменений основных климатических параметров за 1950-2000 гг., свидетельствующая о -неоднородности изменений климата во времени и в пространстве в изучаемом регионе.

4. Выявленные на основе проведенных расчетов особенности внутригодового перераспределения стока в соответствии с рассмотренными сценариями возможных климатических изменений на период до 2100 г.

Апробация работы.

Результаты исследований по теме диссертации были представлены на 18 научных конференциях, в том числе международных: «Поморье в Баренц-регионе на рубеже веков: экология, экономика, культура» (Архангельск, 2000 г.; в соавторстве с Ю.А. Сало), «Management of Northern River Basins» (Оулу, Финляндия, 2001 г.; в соавторстве с Н.Н. Филатовым и Ю.А. Сало), на XIII и XV международных симпозиумах «Северные исследовательские водосборы» (Саариселькя, Финляндия, 2001 г.; в соавторстве с Н.Н. Филатовым, А.В. Семеновым и Ю.А. Сало и Лулеа, Швеция, 2005 г.; в соавторстве с Н.Н. Филатовым и Ю.А. Сало), на международных конференциях в Архангельске (2002, 2005, 2006 г.г.), Вологде (2005 г.), Томске (2003, 2004 г.; в соавторстве с Н.Н. Филатовым, Ю.А. Сало и др.), Петрозаводске (2005, 2006 г.г.), на IV международном Ладожском симпозиуме (Новгород, 2002 г.), VI Всероссийском гидрологическом съезде (СПб, 2004 г.). Результаты исследований были доложены и обсуждены на заседании Президиума

Карельского научного центра РАН (2001 г.) и на заседаниях Ученого совета ИВПС КарНЦ РАН в 1999-2006 г.г. Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 63 работы, в том числе 3 работы из перечня ВАК.

Структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 158 наименований. Работа изложена на 182 листах, включает 69 рисунков, 19 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия", Назарова, Лариса Евгеньевна

Выводы по диссертационной работе:

1. Анализ многолетней изменчивости основных характеристик климата показал, что для территории Карелии в целом увеличение годового количества выпадающих атмосферных осадков составляет в среднем 20 мм/100 лет, температуры воздуха - 0,2 °С/100 лет. Отмечаются квазициклические изменения указанных параметров с временными масштабами порядка 4-5 и 10 лет. Потепление климата неоднородно во времени и в пространстве в Карело-Кольском регионе. Значимый положительный тренд средней месячной температуры воздуха отмечен в марте. Смещение дат наступления климатических сезонов года не выявлено. Для территории водосбора Онежского озера за период 1951-2000 гг. характерны повышение годовой температуры воздуха на 0,9°С, общего испарения 40-50 мм, сумм атмосферных осадков на 45 мм. Рост годовых сумм осадков компенсируется ростом общего испарения, в результате чего линейный тренд в ряде суммарного речного притока в озеро отсутствует.

С, рост суммарного испарения на 5-18 %, увеличение сумм осадков может составить до 5%. При этом изменение годового речного стока в Онежское озеро незначительно (1-4%). Температура водной массы Онежского озера может увеличится на 0,6-0,8 °С. Степень континентальности климата Карелии возрастет по сравнению с настоящим временем.

4. Результаты математического моделирования стока с водосбора с учетом внутригодовой изменчивости входных величин и параметров позволяют предположить, что к концу 21 века произойдет смещение максимальных расходов весеннего половодья в более ранний период. Сократятся период снегонакопления и суммарный зимний снегозапас (на 23 % к 2051 - 2100 гг.). Увеличение испарения в теплый период года, возможно, приведет к снижению меженных расходов до 20% по отношению к исходному периоду и к небольшому снижению (до 5 %) суммарного годового стока на изучаемой территории.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленной работе выявлены тенденции современных изменений климата Карелии и оценено их возможное воздействие на второе по величине озеро Европы - Онежское. Исследование основано на материалах инструментальных наблюдений, проведенных гидрометеорологической службой СССР и РФ, Национального Управления водных ресурсов и окружающей среды и Метеорологического института (Финляндия), а также на результатах математического моделирования климатических изменений в регионе на модели глобального климата (модели общей циркуляции атмосферы и океана). Изучение изменчивости элементов водного баланса, уровня воды Онежского озера представляет интерес в связи с заметными изменениями водности в XX веке. Большое значение имеет оценка изменений режима уровня озера в связи с использованием его как транспортной артерии, для гидротехнического строительства, для питьевого водоснабжения. Исследования современного состояния уровня озера и элементов водного баланса при изменениях климата представляются весьма актуальной задачей в связи с тем, что анализ этих процессов в предыдущих работах ограничивался в основном данными до начала 1980-х годов, т.е. до заметного изменения уровня водоема, отмечаемого в последние два десятилетия.

Региональные изменения температуры воздуха в Карелии по данным инструментальных наблюдений в целом отражают положительные тенденции изменения глобальной температуры воздуха +0,2 °С за 100 лет и +0,6 °С/ 50 лет в среднем по территории республики. Наблюдаемое потепление весьма неоднородно в пространстве. Если для метеостанций, расположенных на севере республики, увеличение годовой температуры воздуха составляет 0,1-0,4 °С за 50 лет (с 1951 по 2000 гг.), то для станций южной Карелии это увеличение составляет 1,1-1,3 °С за 50 лет.

Во внутригодовом ходе температуры воздуха положительных тренд средней месячной температуры воздуха наиболее четко выражен в марте и составляет от 3,0 до 5,0°С за 50 лет. Аналогичные результаты были получены для г. Санкт-Петербурга (Мирвис, 2002), г. Тарту (Сепп и др, 2003) и для северо-запада России (Кобак и др., 1999). Тенденции к потеплению наблюдаются с января по май. В летний период и значительную часть осеннего сезона изменения температуры разнонаправлены и малы по абсолютной величине. К ноябрю они повсеместно сменяются тенденцией к похолоданию на 0,4-1,1 °С/50 лет.

Анализ сезонных температур воздуха позволил сделать вывод, что только весенняя температура имеет положительные тренды (до +3,5°С/100 лет) по всей изучаемой территории. Для остальных сезонов года районы с положительными значениями трендов расположены, в основном, в южной части региона вблизи Ладожского и Онежского озер.

По данным о среднесуточной температуре воздуха за 1951-1995 гг. были рассчитаны даты устойчивого перехода температуры через заданные пределы, определяющие начало климатических сезонов года для станций Кемь-порт и Петрозаводск. В результате анализа полученных данных можно сделать вывод, что к середине 1990-х годов на территории Карелии не произошло смещение дат наступления климатических сезонов года.

Изменение термического режима в исследуемом районе проявляется в увеличении продолжительности безледного периода на крупнейших озерах Европы - Ладожском и Онежском. За последние 100 лет число дней, когда озеро свободно от ледяного покрова, возросло для Онежского озера в среднем с 217 до 225 дней.

Анализ изменений количества атмосферных осадков в Карелии за 1951-2000 гг. позволяет говорить о том, что, несмотря на разнонаправленность линейных трендов месячных сумм осадков в течение года, наблюдается рост годовых сумм осадков для всех районов республики. Для территории Карелии в целом увеличение годового количества выпадающих атмосферных осадков составляет 20 мм/100 лет.

В работе выявлены тенденции современных изменений климата на водосборе Онежского озера и оценено их возможное воздействие на гидрологический режим водоема.

Анализ основных тенденций в долгосрочных климатических и гидрологических временных рядах по территории водосбора Онежского озера с 1950 по 2000 г. выявил наличие положительных линейных трендов годовых температур воздуха, сумм атмосферных осадков, общего испарения и отсутствие линейного тренда в рядах речного стока. Заметные климатические изменения в регионе за указанный период времени проявились также в увеличении продолжительности безледного периода на озерах. Полученные данные свидетельствуют о том, что климат и общая увлажненность водосбора Онежского озера подвержены значительным естественным флуктуациям, на которые накладываются колебания, вызванные антропогенными факторами.

Поскольку Онежское озеро фактически является Верхне-Свирским водохранилищем, а уровень воды в водохранилищах регулируется, в качестве климато-зависимого элемента был исследован приток воды в озеро. Для прогнозирования влияния изменения климата на речной сток была установлена связь между речным стоком и климатическими характеристиками. Использованы формулы для расчета значений испарения и испаряемости, автором получена формула для водосбора Онежского озера для расчета параметра, объединяющего аккумуляционные и неучтенные составляющие годового баланса, используя ряды годовой температуры воздуха и годовых сумм осадков. Данная формула позволяет корректно замкнуть уравнение водного баланса водосбора. На основе полученных результатов возможен расчет годового суммарного притока воды в Онежское озеро.

Особый интерес вызывают процессы в экосистемах крупнейших озер Европы, в частности, колебания уровня воды, которые отражают климатические изменения. Установлено, что до превращения Онежского озера в водохранилище тенденции изменения уровней Ладожского и Онежского озер были одинаковыми. Начиная с 1950-х годов, для уровня Онежского озера стало характерно повышение, в то время как для Ладожского озера среднее значение было ниже нормы. С 90-х годов XX века тенденция падения уровня наметилась и для Онежского озера.

Погода и климат Северной Европы определяются преимущественно характером атмосферной циркуляции над Северной Атлантикой. Интенсивность динамики циркуляции атмосферы отражает индекс NAO (Северо-Атлантического колебания). Были рассмотрены особенности изменчивости индекса NAO и параметров, характеризующих изменчивость климата в Карелии. Взаимные корреляционные функции годовых значений NAO и годовой температуры приземного слоя воздуха над Онежским озером показывают значимую взаимную корреляцию ( средний коэффициент корреляции более 0.5, в отдельные периоды времени отмечены коэффициенты от 0.16 до 0.76), в то время, как колебания уровня озера и NAO имеют общую низкую корреляцию (до 0,3). Низкую корреляцию со значениями NAO также имеют величины продолжительности безледного периода на Онежском озере.

Анализ среднемесячной температуры воздуха в весенние и осенние месяцы, дат начала разрушения и установления ледового покрова на Онежском озере и значений индекса NAO за эти же месяцы показал, что температура апреля объясняет 32% дисперсии ряда времени начала разрушения ледостава, в то время, как значения индекса NAO в мае, имеющие наибольший коэффициент корреляции с датами вскрытия озера, объясняют лишь 16%. В основном корреляция между среднемесячной температурой воздуха и индексами NAO соответствующих месяцев слабая (в отличие от годовых значений), за исключением марта (г=0,49). На время установления ледостава на Онежском озере наибольшее влияние оказывает температура декабря, влияние температуры других месяцев и индексов NAO весьма незначительно или не было выявлено в результате исследований с использованием линейной корреляции, поскольку все связи в климатической системе не только прямые и обратные, но и нелинейные, и опосредованные.

Для оценки тенденций колебаний уровня озер необходимо использовать зависимость уровня озера от предшествующего уровня (предыстории) и связь с факторами, определяющими его изменчивость. Полученное автором уравнение множественной регрессии позволяет получать среднегодовые значения уровня воды в Онежском озере в зависимости от количества выпавших атмосферных осадков (средневзвешенных для акватории озера), годового суммарного притока воды и уровня воды в озере в предыдущем году (коэффициент множественной регрессии 0,88; среднеквадратическая ошибка ± 11 см).

Для оценки возможных изменений основных характеристик климата исследуемой территории были использованы результаты численного моделирования на модели глобальной циркуляции атмосферы ECHAM4/OPYC3. В соответствии с полученными результатами в изучаемом районе вероятны заметные изменения климата и гидрологического режима. Общая тенденция увеличения годовой температуры воздуха будет сохраняться при новых климатических условиях. Климатическая норма годовой температуры воздуха может возрасти от 1,6 до 2,7-3,0°С в среднем по Карелии за следующие 50 лет. Наибольшее потепление возможно в осенние и зимние месяцы. Рассчитанные по методу Горчинского индексы континентальности климата показывают, что в новых климатических условиях континентальность климата республики возрастет. Переходный к морскому климат сохранится лишь в районах, прилегающих к крупным водоемам (Белому морю, Ладожскому и Онежскому озерам). Годовые суммы осадков для территории Карелии возрастут от 580 до 610-635 мм.

С целью изучения влияния климатических изменений на основные элементы водного баланса водосбора Онежского озера также были проведены численные эксперименты на модели. Была выполнена оценка изменений гидрологического режима водосбора и притока в озеро в зависимости от изменений климата. На водосборе Онежского озера возможен рост годовой температуры воздуха на 0,5-1,7 °С, изменение годовых сумм атмосферных осадков от уменьшения на 10 мм до роста на 40 мм, при этом суммарное испарение возрастет на 20-60 мм. Изменения речного стока в Онежское озеро будут незначительны. При увеличении температуры воздуха возрастет температура воды озер. Для оценки возможных изменений среднемесячной температуры водной массы Онежского озера была установлена связь среднемесячных значений температуры водной массы со средневзвешенной температурой воздуха над акваторией Онежского озера. В результате проведенного анализа установлено, что увеличение средней годовой температуры водной массы Онежского озера по данным модели ECHAM4-OPYC3 может составить от +0.6 до +0,8°С по различным сценариям. Результаты расчетов стока с водосбора позволяют предположить, что к концу 21 века произойдет смещение максимальных расходов весеннего половодья в более ранний период (на три-четыре недели). Сократятся период снегонакопления и суммарный зимний снегозапас (на 23%). Увеличение испарения в теплый период года, возможно, приведет к снижению меженных расходов до 20% по отношению к исходному периоду и к небольшому снижению (до 5 %) суммарного годового стока на изучаемой территории.

Существенное влияние на водные объекты Карелии оказывают климатические изменения природного и антропогенного происхождения. По рассмотренным гипотетическим сценариям изменения климата при потеплении на 1-2 °С по сравнению с современным речной приток в Онежское озеро уменьшится на 5 % при неизменном количестве выпадающих атмосферных осадков; на 15 и 25% при уменьшении годовых сумм осадков на 10 и 20% соответственно; и увеличится на 5 и 20% при увеличении количества осадков на 10 и 20% соответственно. При увеличении температуры воздуха на 1°С суммарный приток в Онежское озеро может остаться неизменным при увеличении годовой суммы осадков приблизительно на 3%, а в случае потепления на 2°С - при увеличении их примерно на 6%.

Поскольку в ряде районов Земного шара отмечено наличие устойчивых тенденций к похолоданию, представляется интересным оценить изменчивость речного притока в Онежское озеро не только под влиянием потепления климата, но и в условиях возможного понижения температуры воздуха. При неизменном количестве выпадающих атмосферных осадков в условиях понижения среднегодовой температуры воздуха на 1-2 °С речной приток в Онежское озера может увеличиться на 5-23 % по сравнению с настоящим временем. Увеличение годовых сумм осадков при снижении значений годовой температуры воздуха приведет к увеличению поступающей в озеро с речным притоком воды. Снижение значений и температуры, и осадков вызовут уменьшение величин речного притока в Онежское озеро.

Возможное потепление климата как за счет антропогенного накопления парниковых газов, так и при естественных его флуктуациях может привести к изменениям водных и наземных экосистем. Изменение водного баланса, уровня озер приведет к необходимости скорректировать водохозяйственную деятельность. Уменьшение притока речных вод и понижение уровня озер приводят в основном к ухудшению обеспечения населения водой и ухудшению экологического состояния водоемов. Увеличение речного стока и повышение уровня воды в озерах могут иметь и положительные, и отрицательные последствия. Для обеспечения водой населения, гидроэнергетики, сельского хозяйства южных регионов России в большинстве случаев это может быть благоприятно. Однако для территории Карелии увеличенный приток воды в водоемы может приводить к затоплению населенных пунктов, сельскохозяйственных угодий, эрозии берегов, заболачиванию почвенного покрова и т.д.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Назарова, Лариса Евгеньевна, Санкт-Петербург

1. Адаменко В.Н. Климат и озера / В.Н. Адаменко. JI, 1985.- 263 с.

2. Адаменко В.Н. Глобальные изменения климата и их эмпирическая диагностика / В.Н. Адаменко, К .Я. Кондратьев // Сб. Антропогенное воздействие на природу Севера и его экологические последствия. КНЦ РАН. Аппатиты, 1999. -С. 17-34.

3. Аракава X. Изменения климата / X. Аракава. J1, 1975. - 103 с.

4. Арпе К. Анализ изменений гидрологического режима на водосборе Ладожского озера и стока Невы в XX и XXI веках с помощью глобальной климатической модели / Л. Арпе и др.. Метеорология и гидрология, 2000, № 12, с. 5-13.

5. Афанасьев А.Н. Колебания гидрометеорологического режима на территории СССР / А.Н. Афанасьев. М, 1967. - 230 с.

6. Бабкин В.И. Методы определения испарения с водной поверхности и суши / В.ИМ. Бабкин, А.П. Вершинин, В.В. Виноградов, B.C. Вуглинский. -Гидрометеорология. Серия: Гидрология суши, 1986, вып. I, 131 с.

7. Бардин М.Ю. Изменчивость температуры воздуха над западными территориями России и сопредельными странами в XX веке / М.Ю. Бардин // Метеорология и гидрология. № 8 2002. - С. 5-23.

8. Бардин М.Ю. Изменчивость и современные изменения температуры воздуха на территории РФ, стран СНГ и Балтии в 20 веке по данным наблюдений / М.Ю. Бардин // Всемирная конференция по изменению климата. Тезисы докладов М., 2003.-С. 375.

9. Беккер А. Математическая модель процесса формирования дождевого стока с речного водосбора, предназначенная для использования в системе оперативного прогноза дождевых паводков / А. Беккер и др.. Труды ГГИ, 1988, вып. 331, с. 3 - 16

10. Бондарик H.JI. Прогноз годового стока с водосборов Карелии при различных сценариях антропогенного воздействия / H.JI. Бондарик // Климат Карелии: Изменчивость и влияние на водные объекты и водосборы. — Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2004.-С. 101-114.

11. Борисенков Е.П. Климат и деятельность человека / Е.П. Борисенков. М, 1982.- 133 с.

12. Борисенков Е.П. Многокомпонентная природа парникового эффекта и некоторые сопутствующие явления / Е.П. Борисенков // Глобальные и региональные изменения климата и их природные и социально-экономические последствия М, 2000. - С.24-40.

13. Борисенков Е.П. Изменение солнечной постоянной / Е.П. Борисенков и др.. // Метеорология и гидрология. 1986. № 2. С.5-11.

14. Борисенков Е.П. Круговорот углерода и климат / Е.П. Борисенков, К.Я. Кондратьев Л, 1988. - 319 с.

15. Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем /М.И. Будыко Л, 1980. - 350 с.

16. Будыко М.И. Влияние изменений глобального климата на водные ресурсы / М.И. Будыко, К.Я. Винников // Тезисы докл. V Всесоюз. гидролог, съезда. JL, 1986.-С.11-12.

17. Бусарова O.E. Использование результатов моделирования изменения климата для оценки изменения суммарного испарения для территории Европы / O.E. Бусарова, Е.М. Гусев // Метеорология и гидрология. 1995. № 10. С. 29-34.

18. Вильфанд Р. Газ. «Поиск» № 32-33 2001.

19. Винников К. Я. Чувствительность климата /К.Я. Винников.- Л., 1986.-224с.

20. Гандин JI.C. Статистические методы интерпретации метеорологических данных / JI.C. Гандин, Р.Л. Каган. Л., 1976. - 357 с.

21. Глазовский Н.Ф. Торговля квотами на выбросы парниковых газов / Н.Ф. Глазовский, O.A. Коваленко // Глобальные и региональные изменения климата и их природные и социально-экономические последствия М, 2000. - С. 71-85.

22. Георгиевский В.Ю. Оценка влияния возможных изменений климата на гидрологический режим и водные ресурсы рек бывшего СССР / В.Ю. Георгиевский и др.. Метеорология и гидрология, 1996, №11, с.89-99.

23. Голицын Г.С. Парниковый эффект и изменения климата / Г.С. Голицин // Природа. 1990. № 7.- С. 17-24.

24. Голицын Г.С. Изменения температуры и осадков в бассейне Ладожского озера по расчетам климатической модели общей циркуляции в XIX-XXI вв. / Г.С. Голицин и др.. //Изв. РГО, т. 134, в. 6, 2002.

25. Гриппа С.П. Дендроиндикация естественных и антропогенных изменений природных условий Восточной Фенноскандии / Гриппа С.П. Диссертация на соиск. уч.ст. к.г.н. - Петрозаводск, 1999. - 238 с.

26. Гришин A.C. Слоисто-блоковое строение земной коры Карелии / A.C. Гришин // Строение земной коры юго-восточной части Балтийского щита по геофизическим данным. Л., 1983. - С. 124-148.

27. Тройская Т.П. Изменение гидрологического режима озер и водохранилищ России / Т.П. Тройская и др. // Труды XII Съезда Русского географического общества. Т.5. Мировой океан, водоемы суши и климат. СПб, 2005. - С. 227-231.

28. Груза Г.В. Об изменениях температуры воздуха и атмосферных осадков на территории России в XX веке / Г.В. Груза и др. // Состояние и комплексный мониторинг природной среды и климата. Пределы изменений. Ред. Израэль Ю.А. -М., 2001. С. 18-40.

29. Груза Г.В. Сезонные особенности пространственного распределения циклов-индексов в северном полушарии / Г.В. Груза, Л.В. Коровкина // Метеорология и гидрология. 1991. № 3. С. 108-110.

30. Груза Г.В. Изменение климатических условий Европейской части России во второй половине XX века / Г.В. Груза, Э.Я. Ранькова // Влияние изменения климата на экосистемы. Охраняемые природные территории России. Российское представительство WWF. 2001 г.

31. Груза Г.В. Обнаружение изменений климата: состояние, изменчивость и экстремальность климата / Груза Г.В., Ранькова Э.Я. // Метеорология и гидрология. 2004. №4. С. 50-67.

32. Гулев С.К. Если завтра весна. / Гулев С.К. // газ. «Московский комсомолец», 24-31 янв. 2007. с.26.

33. Густоев Д. Похолодает / Д. Густоев // газ. Известия 1 авг. 2001.

34. Даценко Н.М. Сезонные различия в длинных рядах приземной температуры воздуха в Европе / Н.М. Даценко, Д.М. Сонечкин, М.В. Шабалова // Метеорология и гидрология. 2000. № 7. - С. 33-41.

35. Дзюба A.B. современной тенденции изменения климата и ее влиянии на локальные изменения водных ресурсов / A.B. Дзюба, Г.Н. Панин // Водные ресурсы. М., 1995. Т.22. № 1. - С. 14-22.

36. Догановский A.M. Закономерности колебаний уровней озер и их влияние на основные элементы режима водоемов / A.M. Догановский // Тр. V Всесоюзного гидрологического съезда. Т. 8. Л., 1990. - С. 65.

37. Догановский A.M. Влияние климатических вариаций на уровенный режим озер Северо-Запада России / A.M. Догановский, Е.А. Анохина // Водные ресурсы Северо-Западного региона России. СПб, 1999. - С. 86-91.

38. Дроздов O.A. Формирование увлажненности суши при колебаниях климата / O.A. Дроздов // Метеорология и гидрология. 1981. № 4. С. 17-23.

39. Дроздов O.A. Естественные и антропогенные изменения климата / O.A. Дроздов и др. // Глобальные и региональные изменения климата и их природные и социально-экономические последствия. М, 2000. - С. 54-60.

40. Дружинин И.П. Динамика многолетних колебаний речного стока / И.П. Дружинин, В.Р. Смага, А.Н. Шевнин.- М., 1991. -175 с.

41. Дымников В.П. Основы математической теории климата / В.П. Дымников, А.Н. Филатов. М., 1994. - 254 с.

42. Захаров В.Ф. Морские льды и климат / В.Ф. Захаров, В.Н. Малинин. С-Птб, 2000. - 92 с.

43. Изменения климата: глобальная проблема. Мировые ресурсы 1990-1991. Доклад Ин-та мировых ресурсов совместно с программой по окружающей среде ООН и программа по развитию ООН.

44. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды / Ю.А. Израэль. Л, 1979. - 376 с.

45. Израэль Ю.А. Анализ современных и ожидаемых в будущем изменений климата и криолитозоны в северных регионах России / Ю.А. Израэль, A.B. Павлов, Ю.А. Анохин // Метеорология и гидрология. 1999. № 3. С. 18-27.

46. Калинин Г.П. Проблемы глобальной гидрологии / Г.П. Калинин. Л, 1968.378 с.

47. Карельская АССР: природа, хозяйство // Карел. Филиал АН СССР. -Петрозаводск, 1986. 279 с.

48. Карпечко В.А. Водные ресурсы / В.А. Карпечко, Ю.А. Сало // Онежское озеро. Экологические проблемы. Петрозаводск, 1999. - С. 15-22.

49. Карпечко Ю.В. Изменение годового стока с речных водосборов / Ю.В. Карпечко // Климат Карелии: изменчивость и влияние на водные объекты и водосборы. Петрозаводск, КарНЦ РАН, 2004. - С. 55-63.

50. Клиге Р.К. Глобальные гидроклиматические изменения / Р.К. Клиге // Глобальные и региональные изменения климата и их природные и социально-экономические последствия. М, 2000. - С. 6-24.

51. Климат Сортавалы. / Под ред. Ц.А. Швер и Л.С. Раковой. Л., 1988. - 117с. Климат Петрозаводска. / Под ред. Ц.А. Швер. - Л., 1982. - 212 с. Клинов Ф.Я. Изморозь и гололед в нижнем 300-метровом слое атмосферы / Ф.Я. Клинов. - Л., 1970. - 67 с.

52. Кобак К.И. Анализ многолетних метеорологических наблюдений в СевероЗападном регионе России / К.И. Кобак и др. // Метеорология и гидрология, № 1, 1999. С. 30-38.

53. Кобышева Н.В. Климатологическая обработка метеорологической информации / Н.В. Кобышева, Г.Я. Наровлянский. Л., 1978. - 295 с.

54. Кобышева Н.В. Климат России / Кобышева Н.В. и др./ СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. 655 с.

55. Кондратьев К.Я. Вулканы и климат / К.Я. Кондратьев // Гидрометеорология. Сер. Метеорология. Обзорная информация. Вып.5. Обнинск, 1981.-51 с.

56. Кондратьев К.Я. Глобальный климат и проблемы сокращения парниковых газов / К.Я. Кондратьев // ж. Евразия, экологический мониторинг. №2 (27) 1995. -с.11-14.

57. Кондратьев К.Я. Глобальный климат / К.Я. Кондратьев.-С-Пб, 1992. 357с.

58. Кондратьев К.Я. Парниковый эффект атмосферы и климат / К.Я. Кондратьев, Н.И. Москаленко // Метеорология и климатология. М. ВИНИТИ, 1987.-205 с.

59. Кондратьев К.Я. Арктика и климат / К.Я. Кондратьев, О.М. Иоханнессен. -СПб.,1995.- 139 с.

60. Кондратьев К.Я. Неопределенности данных наблюдений и численного моделирования климата / К.Я. Кондратьев // Метеорология и гидрология. 2004. № 4.-С. 93-119.

61. Кондратьев С.А. Формирование внешней нагрузки на водоемы: проблемы моделирования. СПб.: Наука, 2007. С. 255.

62. Кондратьев С.А. Оценка возможных антропогенных изменений стока и выноса биогенных элементов с малых водосборов лесной зоны на основе математической модели. Водные ресурсы, 1990, т.17, № 3, с. 24-32.

63. Кондратьев С.А. Влияние осадков и температуры воздуха на гидрологический режим системы водосбор озеро (на примере оз. Красного) / С.А. Кондратьев, И.В. Бовыкин. Водные ресурсы, 2000, том 27, № 4, с. 416 - 423.

64. Кондратьев С.А. Влияние возможных климатических изменений на гидрологический режим системы водосбор-озеро / С.А. Кондратьев, И.В. Бовыкин. Метеорология и гидрология, 2003, N10, с. 86-96.

65. Кондратьев С.А. Изучение формирования стока с речных водосборов методами математического моделирования (на примере бассейна Ладожского озера) / С.А. Кондратьев, М.В. Шмакова. Труды XII съезда РГО, СПб.: Наука, 2005, т.6, с. 99-104.

66. Кондратьев С.А. Оценка изменений гидрологического режима водосбора и притока в озеро в зависимости от изменений климата / С.А. Кондратьев, Л.К. Ефимова, Е.Г. Маркова // Ладожское озеро: прошлое, настоящее, будущее. СПб. Наука, 2002. - С. 50-54.

67. Литвиненко A.B. Гидрографическая сеть Карелии и ее особенности / A.B. Литвиненко // Экологические исследования природных вод Карелии. -Петрозаводск, КарНЦРАН, 1999. С. 8-13.

68. Лоция Онежского озера. Управление гидрографической службы военно-морского флота. 1965. С. 188.

69. Максимов Е.В. Учение о ритмах в природе / Е.В. Максимов. СПб., 1992.123 с.

70. Малинина Т.И. Водный баланс Ладожского озера / Т.И. Максимова // Гидрологический режим и водный баланс Ладожского озера. Л., 1966. - С. 182203.

71. Масанова М.Д. Вероятностная структура межгодовых колебаний уровня озер Северо-Запада / М.Д. Масанова, И.В. Филатова // Проблемы исследования крупных озер СССР. Л., 1985. - С. 81-84.

72. Марчук Г.И. Приоритеты глобальной экологии / Г.И. Марчук, К.Я. Кондратьев. М, 1992. - 262 с.

73. Матвеев Л.Т. Теория общей циркуляции атмосферы и климата Земли / Л.Т. Матвеев. Л, 1991. - 296 с.

74. Мелешко В.П. Изучение возможных изменений климата с помощью моделей общей циркуляции атмосферы и океана / В.П. Мелешко и др. // Изменения климата и их последствия. С-Пб, 2002. - С. 13-36.

75. Мелешко В.П. Возможные антропогенные изменения климата России в XXI веке: оценки по ансамблю климатических моделей / В.П. Мелешко и др. // Метеорология и гидрология. 2004. №4. С. 38-50.

76. Менжулин Г.В. О точности современных сценариев изменений климата / Г.В.Менжулин, Г.Н. Петерсон, В.И. Шамшурин // Теория и практика эколого-географических исследований. СПб.: ТИН, 2005. — С. 351-392.

77. Мещерская A.B. Колебания уровня Каспийского моря в связи с особенностями общей циркуляции атмосферы в XX веке / Мещерская A.B., Голод М.П., Белянкина И.Г. // Изменения климата и их последствия. СПб, Наука, 2002. -С. 180-195.

78. Минин A.A. Динамика экосистем Европейского севера под влиянием современных изменений климата / A.A. Минин // Экология северных территорий

79. России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения. Т.1. Материалы международной конференции. Архангельск, 2002. - С. 354-358.

80. Монин A.C. Вращение Земли и климат / A.C. Монин. Л., 1972. - 115 с.

81. Монин A.C. История климата / A.C. Монин, Ю.А. Шишков. JI,1979. - 407с.

82. Мирвис В.М. Закономерности изменения режима температуры воздуха на территории России в последнее столетие / В.М. Мирвис // Изменения климата и их последствия. С-Пб, 2002. «Наука». - С. 105-117.

83. Молчанов ИВ. Ладожское озеро / И.В. Молчанов. Л.,1946. - 559 с.

84. Назарова Л.Е. Изменение климата и водные ресурсы Восточной Фенноскандии. Препринт доклада / Л.Е. Назарова, Ю.А. Сало, H.H. Филатов. -Петрозаводск, КарНЦ РАН., 2001. 35 с.

85. Назарова Л.Е. Изменение температурного режима Карельского побережья Белого моря / Л.Е. Назарова // Экологическое состояние континентальных водоемов северных территорий. С-Пб, Наука., 2005. С.148-153.

86. Назарова Л.Е. Изменение температурного режима в районе Онежского озера / Л.Е. Назарова // Физические проблемы экологии (экологическая физика): сборник научных трудов. № 4. М., МГУ., 2007. С. 213-220.

87. Назарова Л.Е. Изменение стока с водосбора Онежского озера под влиянием колебаний климата / Л.Е. Назарова // Экология речных бассейнов: труды IV Междунар.научно-практич. конф. Владимир, ВлГУ, 2007.-41-45.

88. Науменко М.А. О климатических трендах температуры поверхности воды Ладожского озера в безледный период / М.А. Науменко, В.В. Гузиватый, С.Г. Каретников // Доклады Академии наук. 2006, том 408, №5. с. 1-4.

89. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Части 1-6, вып. 3. Карельская АССР, Ленинградская, Новгородская, Псковская и Смоленская области. Л., 1988. - 692 стр.

90. Орлов В.Г. Основы физической гидрографии. Учебное пособие / В.Г. Орлов. Л, 1979. - 72 с.

91. Пановский Г.А. Статистические методы в метеорологии / Г.А. Пановский, Г.В. Брайер. Л., 1972. - 210 с.

92. Попова В.В. Современные изменения климата и их региональные особенности на территории России / В.В. Попова // Антропогенные воздействия на водные ресурсы России и сопредельных государств в конце XX столетия. М., Наука, 2003. - С. 194-219.

93. Привальский В.Е. Климатическая изменчивасть. Стохастические модели, предсказуемость, спектры / В.Е. Привальский. М., 1985. - .183 с.

94. Романов A.A. О климате Карелии/ A.A. Романов.-Петрозаводск,1961. 139с.

95. Румянцев В.А. Стохастические модели влияния климата на гидрологию озер / В.А. Румянцев, Ю.А. Трапезников, A.C. Григорьев. С-Птб, 2001. - 155 с.

96. Раткович Д.Я. Гидрологические основы водообеспечения / Д.Я. Раткович. -М., 1993.-429 с.

97. Сало Ю.А. Возможные изменения климата и элементов водного баланса территории Карелии в 2001-2050 гг. / Ю.А. Сало, Л.Е. Назарова // Климат Карелии: изменчивость и влияние на водные объекты и водосборы. -Петрозаводск, КарНЦРАН. 2004. С. 88-101.

98. Сало Ю.А. Закономерности многолетних колебаний элементов водного баланса территории Карелии. / Ю.А. Сало // Автореферат диссертации на соиск. уч. ст. к.г.н. СПб. 2003. - 24 с.

99. Смирнов Н.П. Северо-Атлантическое колебание и климат / Н.П. Смирнов, В.Н. Воробьев, С.Ю. Качан. СПб. Изд. РГГМУ, 1998. - 122 с.

100. Сепп М. Причины увеличения температуры воздуха в Тарту в марте / М. Сепп, Д. Джоагус // Всемирная конференция по изменению климата. Тезисы докладов.- М., 2003. С. 480.

101. Тихомиров А.И. Термика крупных озер / А.И. Тихомиров. Л.,Наука, 1982.232 с.

102. Трапезников Ю.А. Уровень Ладожского озера под влиянием климатических факторов / Ю.А. Трапезников, A.C. Григорьев, М.А. Хорбаладзе // Ладожское озеро. Петрозаводск, 2000. - С.358-365.

103. Усманов Р.Ф. О влиянии вращения земли на общую циркуляцию атмосферы / Р.Ф. Усманов. Труды ИЦП. Л, 1961. Вып. 104.

104. Федосеева Н.В. О тенденциях климатических изменений температуры воздуха и количества атмосферных осадков в Санкт-Петербурге / Н.В. Федосеева // Современные проблемы гидрометеорологии. С-Пб, 1999. - С. 172-180.

105. Филатов H.H. Изменения климата Восточной Фенноскандии / H.H. Филатов. Петрозаводск, КарНЦ РАН, 1997. - 147 с.

106. Филатов H.H. Изменчивость некоторых климатических характеристик и общего увлажнения в Карелии / H.H. Филатов, Ю.А. Сало, Л.Е. Назарова // Текущее состояние водных объектов Республики Карелия. Петрозаводск, КарНЦ РАН, 1998.-С. 30-33.

107. Филатов H.H. Региональный климат: возможные сценарии изменения климата Карелии. Похолодание или потепление? / H.H. Филатов, Л.Е. Назарова, Ю.А. Сало // Известия РГО. Вып. 3. 2007. С. 72-79.

108. Хромов С.П. Метеорологический словарь / С.П. Хромов, Л.И. Мамонтова. Л., 1974. - 568 с.

109. Хубларян М.Г. Оценка возможных изменений речного стока вследствие изменений глобального климата / М.Г. Хубларян, С.Г. Добровольский, В.И. Найденов II Всемирная конференция по изменению климата. Тезисы докладов. -М., 2003. С. 254.

110. Хубларян М.Г. Анализ колебаний уровня на основе нелинейных моделей / М.Г. Хубларян, В.И. Найденов, Н.М. Крутова. ДАН, 1996, Т.35 № 4. с. 539543.

111. Швер Ц.А. Атмосферные осадки на территории СССР / Ц.А. Швер. Л., гидрометеоиздат, 1984. - 285 с.

112. Швец П.Д. Водный баланс Онежского озера / П.Д Швец // Сб. работ Ленинградской гидрометобсерватории. Вып.2. Л., 1977. - С. 25-53.

113. Шевкунова Э.И. Необычное потепление климата в последние одиннадцать лет на северо-востоке Европы / Э.И. Шевкунова // Изменения климата и их последствия . С-Пб, 2002. Наука. - С. 117-121.

114. Шикломанов И.А. Антропогенные изменения водности рек / И.А. Шикломанов. Л, 1979. - 301 с.

115. Шикломанов И.А. Влияние антропогенных изменений климата на гидрологический режим и водные ресурсы / И.А. Шикломанов, В.Ю. Георгиевский // Изменения климата и их последствия. С-Пб, 2002. - С. 152 - 165.

116. Шнитников А.В. Внутривековая изменчивость общей увлажненности бассейна Ладожского озера / А.В. Шнитников // Гидрологический режим и водный баланс Ладожского озера. Л., 1966. - С. 5-57.

117. Шнитников А.В. Колебания климата о общей увлажненности в XVIII-XX столетиях и их будущее / А.В. Шнитников // Известия Всезоюзного географического общества. Том 107, 1975. С. 473-484.

118. Ashok N. Shahano. Spectral Analysis of Hydrometeorological Time Series / AshokN. Shahano //Water Resources Research. 1977. V. 13. № 1. P. 41-49.

119. Assel R. Changes in winter air temperature near Lake Michigan, 1851-1993, as determined from regional lake-ice records / Assel R., Robertson D // Limnology and oceanology. 1995. V.40. № 1. P. 165-176.

120. Becker A., Pfutzner В., 1987. EGMO System approach and subroutines for river basin modelling. - Acta Hydrophys., v. 31, N 3-4, p. 125-141.

121. Bengtsson L., Numerical modeling of the Earth's Climate / Bengtsson L. /Publ. of Max-Planck Inst, for Meteorology, Hamburg, 1997. 94 p.

122. Bloomfleld P. Trends in global temperature / Bloomfield P. // Climatic Change 1992. Vol. 21,№1.-P.1-16.

123. Callender G.S. The artificial production of carbon dioxide and influence on temperature. 1938.

124. Climate Change 1995. Impacts, adaptation and Mitigation of climate change. Scientific-Tecnical analyses. IPCC. Cambridge, 1996.

125. Climate of Europe. First European Climate Assessment. ECSN, Netherlands, 1995.-731 p.

126. Duffy Ph.B. Comment on possible causes of recent global warming // Preprints. Fourth Symp. On Global Change Studies, January 17-23, 1993. Anaheim, CA Amer. Meteorol. Soc., Boston, MA. P.256-262.

127. Filatov N., Nazarova L., Salo Yu. Possible climate and water balance changes in Karelia (Russia) during the first half of the XXI century. Large Rivers Vol. 13, No. 3-4. Arch. Hydrobiol. Suppl. 141/3-4, 2002. pp. 341-352.

128. Heino R. Climate in Finland during the period of meteorological observations // Finnish Meteorol. Inst., Contr. № 12, Helsinki, 1994. -212 p.

129. Hiltunen T. What do hydrological time series tell about climate changes // Publ. of the Water and Environmental Institute. Helsinki, 1984.

130. Houghton J.T., Meira Filho L.G., Callandar B.A., Harris N, Kattenberg A, Maskell (Eds.)/ Climate Change 1995, The Science of Climate Changes. Contribution of working group I. Intergovernmental Panel of Climate Change (Cambridge Univ. Press), 1995.

131. CC Third Assessment Report. Vol. 1 Climate Changes 2001. The Scientific Basis. Cambridge Univ. Press, 2001.-881 p.

132. Mortsch L., Quinn F. Climate change scenarios for Great Lakes Basin ecosystem studies. Limnol. Oceanogr. Vol. 41. No.5, 1996. pp. 903 - 911.

133. Schlesinger M.E. and Ramankutty N. Implication for global warming of intercycle solar irradiance variation // Nature. 1992. Vol. 360. Pp.330-333.

134. The Finnish Research Programme of climate change (SILMU). Final report, 1996 //Ed. by J.Roos, 507 p.

135. The Global climate system review // WMO. 1995. № 819. 150 p.

136. Vehvilainen B., Huttunen M. Climate change and water resources in Finland // Boreal Env. Research. Helsinki, 1997. № 2. Pp. 3-18.

137. Yoo Jae Chang, DOdorico P. Trends and fluctuation the dates of ice break-up of lakes and rivers in the Northern Europe: the effect of the North Atlantic Oscillations // J. of Hydrology 268. 2002. Pp. 100-112.

Информация о работе

Назарова, Лариса Евгеньевна
кандидата географических наук
Санкт-Петербург, 2008
ВАК 25.00.27

Диссертация

Изменчивость гидрологических характеристик водосбора Онежского озера под влиянием климатических воздействий - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы