Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Метеорологические факторы многолетней изменчивости стока рек Урала

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Метеорологические факторы многолетней изменчивости стока рек Урала"

ПЕРМСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А.М.ГОРЬКСГО

На правах рукописи

ИМАЙКИНА Татьяна Алексавдровна

МЕТЕ0РШ01ИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ЩСГШЕШЕЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ СТОКА РЕК УРАЛА

11.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Пермь - 1990

Работа выполнена за кафедре гидрологии суш Пермского ордена Трудового Красного Знамени государственного университета им. А.М.Горького.

Научный руководитель - доктор географических наук,

профессор А. М.Кошев

Официальные оппоненты: доктор географических наук

И.С.Шах® (Уральский политехнический институт) кандидат географических наук Е. Б.Соболева (Пермский государственный университет)

Ведущая организация: Пермский центр по гидрометеорологии

Заката состоится 2У декабря 1990 г. з 14.00 чассз н* заседании специализированного совета К 053.59.01 в Перг.-.сг.ом госу-дарсгвакном университете им. А.М.Горького по адресу: 614600, Пермь, ГСП, ул. 1^кирева, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета.

Автореферат разослан гг ноября 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

Уральского УГМ

к.г.н., доцент

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РА БОШ

Актуальность темы. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года" рациональное использование и охрана природных ресурсов выдвинуты в ряд основных народнохозяйственных задач, важным условием решения которых является обеспеченность водными ресурсами. Для рационального управления системой водных ресурсов большое значение имеет точность расчета гидрологических характеристик. Исследование пространственно-временной изменчивости элементов водного баланса, выявление причин колебаний речного стока от года к году представляется важным в деле совершенствования методов гидрологических расчетов для обоснования оптимальных вариантов проектирования и эксплуатации водохозяйственных объектов. Показателя™ многолетней изменчивости элементов гидрометеорологического режима являются коэффициент вариации' С„ и среднее квадра-тическое отклонение в . Косвенные методы расчета этих характеристик при отсутствий материалов наблюдений требуют дальнейшего уточнения по различным регионам с учетом конкретных условий их формирования.

Средний и Южный Урал, на территории которого расположены бассейны рек Камы и Тобола, является одним из наиболее экономически развитых районов Советского Союза, где строительство промышленных, гидротехнических и других объектов, подъем сельского хозяйства, рост городе© сопровождается интенсивным использованием водных ресурсов. Это определяет необходимость тщательного и всестороннего их изучения. Сочетание широтной зональности и высотной поясности в распределении природных факторов обусловливает разнообразие условий формирования речного стока, а также особенностей распределения характеристик его многолетней изменчивости на исследуемой территории, что делает задачу исследований трудной, но в то же время интересной.

Речной сток является одной из составных частей общего круговорота воды в природе. Поэтому чрезвычайно важно рассматривать характеристики речного стока в тесной связи с остальными звеньями водообмена. Изучение распределения атмосферной влаги, которая является в конечном счете основным источником питания рек, особенно необходимо для оценки роли различных факторов в формировании речного стока. Значение таких пограничных исследований, про-

водимых на стыке наук, особенно велико на этапе перехода от узкоспециального к комплексному изучению природных ресурсов.

Диссертационная работа выполнена по теме комплексной целевой региональной подпрограммы "Кат,1и" кафедры гидрологии суш Пермского госуниверситета, входящей в научно-техническую программу Минвуза СССР и РСФСР "Человек и окружающая среда. Проблемы охраны природы".

Цель работы состоит в исследовании метеорологических факторов многолетней изменчивости речного стока, особенностей территориального распределения показателей изменчивости основных элементов водного баланса, в совершенствовании методики расчета этих характеристик, особенно для неизученных рек, на основе материалов, опубликованных Госкомгидрометом. В связи с этим было необходимо:

- рассмотреть основные факторы многолетней изменчивости годового стока рек для различных районов и природных зон;

- разработать принципы выбора исходных гидрологических и метеорологических данных и методику исследования;

- произвести расчеты показателей многолетней изменчивости атмосферных составляющих уравнения водного баланса;

- проанализировать и количественно оценить связь показателей изменчивости со средними многолетними значениями речного стока, атмосферных осадков и дефицита влажности, как главного фактора испарения;

- провести качественный анализ влияния атмосферных факторов на колебания речного стока от года к году;

- дать рекомендации по расчету показателей многолетней изменчивости годового стока и годовых сумм атмосферных осадков для условий отсутствия материалов гидрометеорологических наблюдений.

Методы исследований. В работе широко используются статистические, картографические и графоаналитический методы, которые, главным образом, наши применение при анализе зависимости показателей изменчивости основных элементов водного баланса со значениями их нормы и районировании территории бассейнов по различного характеру этой зависимости. Основной объем расчетов выполнен с помощью ЭВМ.

ч Научная новизна работы заключается:

- в гидрометеорологическом анализе многолетней изменчивости годового стока рек и его факторов на территории, отличающейся сложными физико-географическими условиями;

- комплексном изучении многолетней изменчивости всех основ-

ных составляющих уравнения водного баланса речных бассейнов;

- оценке изменчив осой месячных суш атмосферных и дефицита влажности воздуха, а также особенностей их территориального распределения;

- уточнении методики определения показателей изменчивости стока рек бассейна Тобола при отсутствии материалов гидрологических наблюдений на основе полученных связей этих показателей со значениями нормы стока;

- установлении аналогичных зависимостей для сумм атмосферных осадков, а также дефицита влажности воздуха;

- районировании территории по характеру установленных зависимостей между значениями нормы и среднего квадратического отклонения указанных характеристик;

- оценке влияния метеорологических факторов на многолетнюю изменчивость годового стока рек исследуемой территории.

Практическая значимость результатов исследований состоит в уточнении методики расчета показателей многолетней изменчивости годового стока рек при отсутствии или недостаточности материалов наблюдений,- а также в разработке рекомендаций для расчета показателей изменчивости годовых сумм атмосферных осадков, недостатка насыщения и составлении карт распределения этих характеристик на исследуемой территории. Важное значение для дальнейших исследований и разработок методов расчета показателей изменчивости годового стока рек имеет выявление основных факторов, определяющих его колебания от года к году.

.Результаты расчетов наши практическое применение в работе Пермского госуниверситета по проблеме 0.85.01 и 0.85.06 Госкомитета по науке и технике.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и получили одобрение на итоговых научных конференциях Пермского госукивер-ситета (1988-1990 гг.), на Всеуральском совещании "Урал: география и развитие" (Пермь, 1989 г.), на научно-практической конференции "Методологические аспекты гидрологии и водной экологии Урала" (Пермь, 1990 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введ ия, четырех глав, заключения, списка литературы (175 наименовр лй) и приложений. Объем основной части работы 150 стр. машинописного текста, включая 32 рисунка, и 5 таблиц. В приложениях приведены списки пунктов наблюдений и карты изолиний.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш, сформулированы цель и задачи исследований, определена научная новизна работы и показана практическая ценность, полученных результатов.

I. ФАКТОРЫ МНОГОЛЕТНЕЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ШОВ (ГО СТОКА

Анализ речного стока был бы неполным, если бы он не включал в себя рассмотрение изменчивости годового стока, его колебаний из года в год. Понимание особенностей такого рода колебаний, а также распределения количественных показателей изменчивости стока в пространстве требует предварительного изучения вопроса о причинах, обусловливающих и предопределяющих эти изменения.

Сток рек формируется под воздействием большого числа факторов, которые подразделяют на две большие группы:

- сильно изменяющиеся во времени факторы, к которым относятся метеорологические условия (количество и распределение атмосферных осадков, испарения, дефицита влажности воздуха, температуры воздуха и др.);

- факторы, тлеющие относительно постоянный характер для данного бассейна (площадь, форма и конфигурация бассейна, почвенно-гесяогические условия, растительность, рельеф и др.).

Бассейны рек Каш и Тобола, расположенные на границах трех крупных физико-географических комплексов - Русской равнины, горного Урала и Западно-Сибирской низменности, отличаются значительным разнообразием и сложностью взаимодействия стокоформирующих факторов. В этом разделе работы на основе использования многочисленных литературных источников проанализированы наиболее важные из них; дана оценка влияния казвдого фактора на многолетнюю изменчивость годозого стока рек:

- колебания годового стока обусловлены, главным образом, метеорологическими факторами; основная роль принадлежит характеру атмосферной циркуляции и атмосферным осадкам, а в зоне недостаточного увлажнения - суммам зимних осадков и испарению;

- непосредственное влияние физико-географических условий (размер водосбора, его рельеф, геологические и морфометрические особенности, растительность и др.) на колебания годового стока

рек незначительно и в основном проявляется в некотором сглаживании этих колебаний;

- в связи со слою ":тью учета метеорологических факторов при разработке методов оценки многолетней изменчивости стока, вполне правомерным и наиболее удобным является использование среднего многолетнего значения (нормы) этого стока, являющегося по определению Д.Л.Соколовского (1968) "универсальным показателем климатических условий" как на равнинах, так и в горах.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Теоретической базой обобщения исходной информации является математическая статистика (Рождественский, Чеботарев, 1974; Панов ский, Брайер, 1972; Кобышева, 1971; Исаев, 1988). Гидрологическая или метеорологическая совокупность в виде статистического распределения позволяет получить, первое представление об основных закономерностях многолетнего режима алемента: его средних значениях и диапазоне изменений.

Наиболее распространенным показателем изменчивости является среднее квадратическое отклонение (б), которое характеризует рассеивание ряда наблюденных величин относительно среднего значения и вычисляется по формуле:

6 = /-^ггт- ' (1)

где I = I, 2, 3,... - годы наблюдений; я- количество лет наблюдений; XI- значение элемента за ¿-й год; х0- среднее многолетнее значение элемента. Среднее квадратическое отклонение выражается в тех яе абсолютных единицах, что и величина .

Другим показателем изменчивости является коэффициент вариации ( Су ), который используется для характеристики и оценки относительной изменчивости различных совокупностей:

С„ = -7- • «)

Он представляет собой нормированное значение среднего квадратиче-ского отклонения, дающее лучшее сравнение в пространстве и являющееся безмерной величиной.

Анализ пространственного распределения средних многолетних величин и характеристик изменчивости £Г и С удобно проводить

методом картографирования. При пользовании картами изолиний необходимо избегать механического подхода и принимать во внимание как местные физико-географические условия, неучтенные при составлении карты из-за отсутствия данных, так и новые данные, которые могут изменить характер изолиний (Соколовский, 1968).

Использование статистических методов оценки изменчивости гидрометеорологических элементов предполагает наличие рядов наблюдений определенной длительности. Отсутствие или недостаточность исходной информации не позволяют провести статистическое обобщение. Эти трудности привели исследователей к необходимости разработки методов анализа изменчивости при отсутствии материалов наблюдений. Особенно важна разработка таких методов для гидрологической информации в условиях территории СССР с большим количеством рек, по которым нет материалов непосредственных гидрометрических наблвдений.

Методы определения коэффициента вариации годового стока {С ) при отсутствии материалов наблвдений представлены в основном эмпирическими зависимостями и формулами. В них в явном или неявном виде учитывается зависимость Су от изменчивости по территории климатических факторов стока и от регулирующей роли речных бассейнов (Горошков, 1979).

Ныне действующим! нормативами (Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик, 1984; СНиП 2.01.14-83 Определение расчетных гидрологических характеристик, 1985) допускается определять коэффициент вариации стока неизученных рек по норме этого стока и площади водосбора /-1. Наиболее распространенной в настоящее время является формула К.П.Воскресенского

(1962); г, а

. Г -----И)

Ч 9оа" ■ (г+юоо)«1 '

где а - параметр, определяемый по данным рек - аналогов, л/с, а для Урала (Ресурсы поверхностных вод СССР, 1973) - региональная Формула:

' = " у „ ™ . (р + 1)

С„„— „ 0.26 Л-, ,) О Оч • (4)

Целесообразность включения величины водосборной площади в расчетную формулу для вычисления коэффициентов вариации признается не всеми авторами (Давыдов, 1947; Огиевский, 1951; Калинин, 1965; Болдырев, 1986). С довольно высокой точностью С^ определяется (Кошев, Паздникова, 1979; Комлев, Лаптева, 1982) по формуле (5) с использованием одного параметра д0:

где а и к - эмпирические параметры. Некоторые выводы по использованию и применению таких зависимостей сдаланы в настоящей работе.

Оценка многолетней изменчивости испарения проведена косвенно по изменчивости дефицита влажности воздуха, который служит достаточно репрезентативной характеристикой испарения и отражает его потенциальные ресурсы, являясь функцией температуры и злаж-ности воздуха (Константинов, Иасечнюк, 1973). Оценка многолетней изменчивости испарения по вычисленным его ежегодным значениям, при погрешности этих вычислений в 20-30 %, дала бы, на наш взгляд, менее надежные результаты. .

При определении принципов выбора исходных данных по стоку рек наибольшее влияние уделено величине водосбора и продолжительности исходных рядов найяодений. Предельные значения площади водосбора приняты от 100 до 30000 кмй. Для анализа выбрано 110 пунктов по Камскому бассейну (исключая бассейн Вятки) и 86 пунктов по бассейну р. Тобсл с продолжительностью гидрологических наблюдений преимущественно не менее 10 лет. Главными критериями при выборе исходных данных по атмосферным осадкам и дефициту влажности воздуха, принятому в качестве 'косвенной характеристики испарения, были однородность и длительность рядов наблюдений. Проверка на однородность осуществлена с помощью непараметрического критерия Вилкоксона. В анализ включены данные средних месячных и годовых сумм атмосферных осадков и дефицита влажности воздуха по 81 метеостанции Среднего и Южного Урала за период 28 лет (1961-1988 гт.). Значения сумм атмосферных осадков исправлены на влияние ветра и смачивание с помощью введения поправочных коэффициентов (Справочник по климату СССР, 1968; Рекомендации по расчету испарения с поверхности суши, 1976). Исследование связи показателей изменчивости со средними многолетними величинами речного стока, атмосферных осадков и недостатка насыщения проведено по методике, предложенной А.М.Кошевым (см. раздел 4). Расчеты статистических характеристик, их ошибок выполнены на персональном компьютере "Электроника МС-0585". Техническое задание, программирование, отладка программы, проверка и анализ полученных результатов выполнены автором. Программирование осуществлено на алгоритмическом языке "Бейсик".

3. ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕШСТИК АМОСФЕРНСИ ВЛАГИ НА СРЕДНЕМ И ШНОМ УРАЛЕ

Исследование изменчивости элементов водного баланса во времени целесообразно проводить на основе анализа распределения средних значений этих элементов в пространстве. Анализ пространственной изменчивости атмосферных осад: ' дефицита влажности воздуха проведен с помощью построения схе." .зских карт распределения их средних годовых и средних месячных значений. На рассматриваемой территории это распределение ноет довольно сложный характер и определяется главным образом особенностями атмосферной циркуляции и рельефа, а для дефицита влажности также и тепловыми ресурсами.

Уральские горы нарушают постепенный пеееход от океанических влияний к континентальным (Жаков, 1982), определяя резкое уменьшение осадков к востоку от хребта. Общее количество осадков в Предуралье в среднем на ТбО-^ОО мм больше, чем на соответствующей шроте в Зауралье. Максимальное среднее годовое количество осадков отмечается на западных склонах гор северной части исследуемой территории. Максимум совпадает с положением южной окраины полосы наиболее частого перемещения циклонов полярного фронта и обусловлен влиянием орографического эффекта. Он расположен в бассейнах рек Вишера, Яйва и Косьва. Здесь выпадает до 800-1000 мм осадков. Введение попразок на смачивание и влияние ветра позволило более объективно оценить количество осадков в этом районе и привести их в соответствие со значениями других составляющих уравнения водного баланса.

Минимальное количество осадксв характерно для южных районов рассматриваемой территории. Вследствие влияния орографического эффекта минимальные значения осадков наблюдаются на некотором удалении к западу и востоку от хребта. В Предуралье минимальное годовое количество осадков отмечается в бассейнах рек Ик и Дет и составляет 500-550 мм. В Зауралье минимум осадков (400 мм) приходится на верховья р. Тобол.

В годовом ходе осадки теплого периода составляют 65% их годовой суммы в Предуралье и 70% - в Зауралье. Наибольшее количество месячных осадков выпадает в ноябре в Предуралье (120 мм, бассейн р. Вишеры) и в июле в Зауралье (100 мм, верховья р. туры). Сдвиг максимума осадксв в Предуралье на осенние .месяцы объясняется усилением циклонической деятельности на полярном фронте, в то время как в Зауралье основная роль в формировании максимума осадков

принадлежит конвективным осадкам летнего периода. Минимальное количество осадков отмечается в феврале и марте: для Предуралья - 20 мм (бассейн р. Ик, верховья р. Ай), для Зауралья - 15 мм (верхсвья р. Миасс, правобережье среднего течения р. Тобол).

Т&ким образом, распределение атмосферных осадков по территории характеризуется главным образом широтной зональностью и вертикальной поясностью. Следует также отметить резкое различие увлажненности западных и восточных склонов Урала и крайне неравномерное распределение осадков в центральной и южной частях Предуралья. Временное распределение осадков характеризуется континентальным типом внутригодового хода.

Средние годовые значения дефицита влажности воздуха на территории Среднего и Южного Урала изменяются от 2,3 rila в северных районах до 4,7 гПа - в южных. Общая тенденция уоьшания недостатка насыщения с увеличением широты места обусловлена уменьшением тепловых ресурсов. Кроме того, конфигурация изолиний дефицита создает четкую картину значительного влияния рельефа на величину влажности воздуха: различие значений дефицита в горной местности и на равнине достигает в южных районах 1,3 rila (что составляет 30% от среднего значения). Уменьшение дефицита с высотой происходит вследствие уменьшения тепловых ресурсов из-за увеличения облачности и продолжительности снежного периода), понижения температуры и увеличения влажности воздуха. Значительного отличия в распределении годового дефицита на территории Предуралья и Зауралья не наблюдается. Однако, следует отметить, что на севере и юге значения дефицита в Зауралье на 0,3-и,4 rila (Iü-íb > от среднего) меньше, чем в Предуралье. В центральной части, где высота гор незначительна, разницы в значениях дефицита птэактически не наблюдается. Это еще одно подтверждение роли Уральского хребта в распределении атмосферной влаги на Урале.

Минимальные значения дефицита упругости водяного пара в Предуралье - 0,2 rila (бассейн р. Колва) и в Зауралье - 0,3 гПа ^верховья р. Пелым) отмечаются в январе, когда существует недостаток тепловых ресурсов, радиационный баланс отрицателен, испарение с поверхности снега ограничено недостатком тепла. В летние месяцы, когда увеличивается приход солнечной радиации, наблюдаются максимальные значения недостатка насыщения» В шале они составляют: в Предуралье - У, У гПа (крайний юго-запад территории), в Зауралье - 11,2 rila (бассейн р. Урал). 3 период с установившимся снежным покровом (ноябрь - март) влияние высоты местности

к Уральского хребта на величину среднемесячного дефицита ослабляв тся.

Таким, образом, построение в общей сложности 26-ти карт изолиний и их анализ позволили более детально оценить пространственно-временное распределение характеристик атмосферной влаги на Среднем и Южном Урале и выявить особенности этого распределения.

4. АНАЛИЗ ¡ШОГШ-ЕШЕЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ЭЛЕМЕНТ® ВОДНОГО БАЛАНСА

На основе исследований многолетней изменчивости годового стока малых и средних рек Камского бассейна А.Ы.Комлевым (1987, 1989) сделан вывод о том, что наряду с относительной характеристикой многолетней изменчивости С„ в практике гидрологических расчетов целесообразно использовать и абсолютный показатель этой изменчивости - среднее квадратическое отклонение б . На территории бассейна было выделено 4 района (рисунок) с различным характером связи между нормой стока h0 (мм) и его абсолютной изменчивостью б^ (мм) (табл. I). Аппроксимация этой связи проведена уравнением регрессии вида:

б„ = а-Ав* Ь , (6)

где а и Ь - эмпирические параметры.

Аналогичное исследование связей = Д4) выполнено в настоящей работе для территории бассейна р. Тобсга. В общем виде эта связь также может быть описана уравнением (6). По ней выделено 3 зависимости (табл. I), соответствующие определенным районам бассейна р. Тобол (рисунок). Средняя величина отклонений, вычисленных по уравнению (6) значений 6/¡ от фактических изменяется от 3,0 до 10,0 %. Количество случаев с отклонениями менее 15$ составило 83%, менее 20% -

Учитывая, что величина эмпирического параметра £ соизмерима с ошибкой вычисления уравнения регрессии (6), для определения среднего квадратического отклонения б¿ по неизученным рекам может быть использована и зависимость:

бл=о- 4 , (7)

более точно отражающая физический смысл.

Районирование территории бассейнов рек Каш и Тобола по связи значений среднего многолетнего и среднего квадратического отклонения:

------- годовой сток рек (районы 1-ТУ, I, -Цц )

- годовое количество осадков (районы А-^В, А,-В,)

----линии водоразделов

'ййяица I

Характеристики зависимости среднего квадратаческого отклонения годового стока (б^, мм) от его нормы ( 4> мм)

¡Ко-

¡ли-

I че-

Рай- рство

он ¡пун-

ктов

¡наб-

¡лю-

;ний

Коэффициент корреляции

Параметры уравнений

уравнение

уравнение

Средняя ошибка

уравнения (6), мм

¡Средние отклонения вычисленных значе-¡ний от фадти-¡ческих, %

I-

| по ¡урав-;нег

по

уравнению (7)

Бассейн р. Камы

I 63 0,97-0,007 6^=0,23 А0+6 0,25 (,0 * 7 ±6,78 ±7,37

а 18 0,88*0,119 6,=0,25 Ь0 +8 0,29 к ±7,34 ±8,81

ш 33 0,96-0,035 ег,=о,28 &0+Ю 0,30 К ±6 ±9,12 ±9,48

1У 24 0,99*0,030 (5^=0,42 ^-3 0,40 Ь0 ±6 17,52 ±7,28

Бассейн р, . Тобола

I 50 0,97*0,035 <5,=0,37 9 0,40 К 4 5 ±8,56 ,76

п 21 0,98^0,029 <%= 0,56 2. 0,58 Ь0 ±3 ±9,86 ±9,48

ш 10 0,98*0,070 82 к1 I 0,75 ±1 ±3,00 ±3,60

Точность вычисления значении б^ '¡о уравнениям (6) и (7) практически одинакова. Коэффициенты а в уравнениях, порченных для каддого района по уравнению (7), соответствуют, согласно уравнению (2), среднему коэффициенту вариации соответствующего гидрологического района. Сравнение этих значений с картой изолиний коэффициентов вариации годового стока (Ресурсы поверхностных вод, 1973) показало удовлетвориальное соответствие.

С целью выявления причин изменения коэффициентов вариации годового стока в пространстве и ввделения указанных районов на территории Среднего и Южного Урала, праведен анализ изменчивости атмосферных осадков, а также дефицита влажности воздуха, взятого в качестве косвенной характеристики испарения. Относительная ошибка вычислений показателей изменчивости этих элементов (б и С„) находится в пределах 15%. В 79% случаев ошибка не превышает 10$.

Минимальные значения относительной изменчивости как годовых

( С, = 0,12), так и месячных ( = 0,30-1.,40, осенние месяцы) суш атмосферных осадков наблюдаются в северных районах исследуемой территории и на возвышенностях, вблизи водораздельного хребта. Максимальная изменчивость годовых сумм ( С\ж = 0,26) отмечается, главным образом, в юго-восточных и юго-западных районах, что во многом объясняется характером циркуляционных процессов в этих районах, коррективы з которые вносят особенности рельефа Южного Урала.

Коэффициент вариации годового дефицита влажности воздуха увеличивается с северо-востока ( Г, „,= 0,12 , бассейн р. целым, левобережье р. Тавды) на юго-запад ( Сг/ = и,20, бассейн р. 7ема, верховья р. Ик) рассматриваемой территории. Это же распсложение максимума изменчивости сохраняется и для месячных значений дефицита влажности ( = 0,60-0,70). Минимальная изменчивость месячных значений дефицита влажности характерна для горных районов 1 = 0,20-0,30), а в летний период для всей территории Зауралья ( = 0,20-0,30, июнь). На величину временной изменчивости годовых и месячных значении дефицита влажности воздуха в большей степени оказывают влияние циркуляционные условия атмосферы и величина радиационного баланса, а таете высота места и характер подстилающей поверхности.

По результатам предварительного качественного анализа был сделан вывод о существовании, как и для годового стока рек, связи между средним многолетним значением и средним квадратхческим отклонением атмосферных осадков и дефицита влажности, для проверки этого предположения выполнен более объективный количественный анализ с помощью графоаналитического метода. Исследования показали, что зависимость среднего квадратического отклонения от среднего многолетнего значения как для атмосферных осадков, так и для дефицита влажности воздуха может быть выражена таете через уравнение регрессии (6), т.е. аналогично зависимости, полученной при исследованиях годового стока.

Связь мезду значениями среди ого многолетнего и среднекпздра-тического отклонения годового дефицита влажности воздуха па территории Камского бассейна носит однозначный характер. На территории бассейна р. Тобол указанная зависимость может быть описана также одним уравнением. Этот факт свидетельствует о том, что влияние на многолетнюю изменчивость речного стока недостатка насыщения (как косвенного показателя испарения) в сравнении с ролью атмосферных осадков довольно незначительно.

Анализ связи между средними многолетними значениями и средними квадратическими отклонениями сумм атмосферных осадков позволил выявить по три района на территории бассейнов рек Камы и Тобола (рисунок)', в пределах которых установленные зависимости характеризуются соответственными уравнениями связи (табл. 2). Установленные зависимости являются достаточно четкими, с высокими коэффициентами корреляции и могут быть выражены через уравнение линейной регрессии (6).

Т&блица 2

Характеристики зависимости среднего квадратического отклонения атмосферных осадков ( бх, мм) от их среднего многолетнего количества (Х0, мм)

! Кгати- КпчМги- ! ! Средняя! Средняя

Йо ш1нГ '; Параметры ¡ошибка ¡относи-

он стан- коте- уравнении уравне- телькая

I щй | Ж \_¡ния, мм! ошибка,

Бассейн р. Каш

А 7 0,98 4 0,077 0, = 0,21 Х„- 58 ±2,7 ±2,47

Б 22 0,93 1 0,084 0Х = 0,215Хо-32 ±6,4 ±5,67

В II 0,89 ±0,150 (5х=.а,23Х0-3 ±7,5 ±6,91

Бассейн р. Тобола

А 7 0,70 ^ 0,321 б„= 0,23 Х0- 40 ±9,1 ±9,93

Б 16 0,75 * 0,177 б„=0,31Х0-61 •±6,16

В 18 0,92 ± 0,100 б,= 0,49Х„-123 *8,0 ±7,91

При аппроксимации связи среднего многолетнего и среднего квадратического отклонения атмосферных осадков и дефицита влажности воздуха (а, в меньшей степени, и речного стока) прямой линией наблюдается несоответствие мевду физическим смыслом связи и полученной аналитической зависимостью, так как прямая не проходит через нуль графика. В связи с этим была сделана попытка аппроксимации этой связи нелинейным аналитическим выражением. Однако, это усложнение не уменьшило погрешности вычислений б . Таким образом, в интервале реальных значений рассмотренных характеристик, указанные зависимости с достаточной степенью точности могут быть описаны уравнением линейной регрессии.

Районирование территории по связям " бх-Х0" и " бр, - Ь0 " позволило провести сравнительный анализ расположения границ этих районов (рисунок). Следует отметить, что ука-

закные грашщы точно совпадают лишь в районе нижнего течешш реки Белой. Поэтому к анализу были привлечены данные по среднемесячным значениям атмосферных осадков, дефицита влажности воздуха, их изменчивости и аномалиям атмосферных осадков. На основании полного анализа сделан вывод о том, что решающее значение в распределении изменчивости годового стока малых и средних рек на территории Среднего и Южного Урала имеет изменчивость годовых сумм атмосферных осадков. На юге рассматриваемой территории возрастает роль изменчивости зимних осадков. В свою очередь изменчивость годовых суш атмосферных осадков находится в прямой зависимости от характера циркуляционных процессов атмосферы.

Полученные зависимости рекомендуется использовать для вычисления абсолютного показателя изменчивости б атмосферных осадков, дефицита влажности воздуха, годового стока рек по известному значению нормы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ лССЛЙЛОЗАЖШ

1. Составленные на основе расчетов карты средних годовых и месячных значений, абсолютного и относительного показателей изменчивости суш атмосферных осадков и дефицита влажности воздуха позволили выявить общие тенденции и закономерности распределения указанных характеристик на Среднем и Южном Урале. Эти карты пригодны для практического использования при приближенном определении многолетней изменчивости в пунктах с рядами наблюдений недостаточной длительности или их отсутствием.

2. Исследования многолетней изменчивости годового стока малых и средних рек бассейна Тобола подтвердили сформулированный

А.М.Кошевым зьшсщ о том, что наряду с относительной характеристикой многолетней изменчивости С^ в практике гидрологических расчетов целесообразно использовать и абсолютный показатель этой изменчивости - среднее квадратическое отклонение б . Установленный прямолинейный характер зависимости между значениями нормы и среднего квадратического отклонения б облегчает возможность ее аналитического выражения и оценки тесноты связи, что, в свою очередь, позволило наиболее объективно выделить гидрологические районы.

3. Связь между значениями среднего многолетнего и среднеква-дратического отклонения годового дефицита влажности воздуха на

территории Камского бассейна носит однозначный характер. То же характерно и для территории бассейна р. Тобси. Это еще раз свидетельствует о том, что влияние на многолетнюю изменчивость речного стока недостатка насыщения (как косвенного показателя испарения) в сравнении с ролью атмосферных осадков, довольно незначительно.

4 с Анализ связи ыедцу средними многолетними значениями и среднеквадратическим откяонештем сумм атмосферных осадков позволил провести районирование территории бассейнов Каш и Тобола. В пределах выделенных районов установленные зависимости являются дос та теш о четкими, с высокими коэффициентами корреляции и могут быть выражены через уравнения линейной регрессии.

5. Абсолютный показатель изменчивости 6* , как и относительный - для всех исследованных элементов водного баланса более надежно могут быть вычислены на основе полученных уравнений связи в любом пункте на территории Среднего и Южного Урала по известному среднему многолетнему значению соответствующего элемента.

6. Локальный характер связи значений нормы и среднего квадра-тического отклонения годового стока рек бассейнов Камы и Тобола, а следовательно, и колебания его величины от года к году обусловлены в значительной степени соответственным изменением характера связи среднего многолетнего и среднего квадратического отклонения годовых атмосферных осадков. Дефицит влажности воздуха, как косвенная характеристика испарения, на данной территории существенного влияния на изменчивость годового стока не оказывает. По-видимому не существенно и влияние на изменчивость собственно испарения, однако это требует дальнейшего изучения.

Результаты выполненных исследований могут быть использованы при составлении справочных и нормативных документов по водным и климатическим ресурсам Урала, а такке при разработке и реализации мероприятий по комплексному использованию и охране этих ресурсов. В методическом плане результаты могут найти применение при проведении аналогичных исследований и в других регионах.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах :

1. Имайкина Т.Д. Оценка термодинамических условий, влияющих на эволюцию и перемещение циклонов на Урале // Вопросы мезокли-мата, циркуляции и загрязнения атмосферы.- Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1988.- С. 29-41.

2. Имайкина Т.А. Значительные осадки холодного периода на Урале (как фактор формирования весенних половодий) // Вопросы

мезоклимата, циркуляции и загрязнения атмосферы.- Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1989.- С. 85-90.

3. Имайкина Т.А. Оценка термодинамических условий, влияющих на перемещение шпионов над Уралом // Циркуляция атмосферы и колебания климата:- Казань: Изд-во Каз. ун-та, 1989.- С. 36-42 (Соавторы Шкляеза Л.С., Ыкляев В.А,).

4. Имайкина Т.А. Метеорологическая обусловленность аномального весеннего половодья 1979 г. // Урал: геограсукя и развитие: Тез. докл. совещания по проблемам географии / Перм. ун-т.- Пермь, 1989.- С. 200-202.

5. Имайкина Т.А. Изменчивость атмосферных осадков и дефицита влажности в бассейнах рек Камы, Белой и Тобсяа.- деп. в ВИНИ31 20.07.90, В 40974390.- 14 с.

6. Имайкина Т.А. О метеорологических фактооах многолетней изменчивости годового стока рек Камского бассейна.- ¿еп, в ВИНИТИ

. 1.08.90, iV- 4373-090.- 9 с.

7. Имайкина 'Г,А. О метеорологических факторах многолетней изменчивости годового стока рек бассейна Тобола,- деп. в ВйШТК 1.08.УС, № 4372-Й90.- 7 с. (Соавтор Ксшев А.Ы.).

8. Имайкина Т.А. К оценке' многолетней изменчивости годового стока неизученных рек Камского бассейна // Влияние водохранилищ на водную экологию, всдноземельные ресурсы и речной сток.- Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1990.- С. Ш-126 (Соавтор Ко,.лев A.f.l.).

9. Имайкина Т.Ае Опыт совместной оценю! многолетней изменчивости элемент® водного баланса в бассейнах Камских водохранилищ // Методические аспекты гидрологии и водной экологии Урала: Тез. докл.- Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1990.- С. 45-46 (Соавтор Ком-лев A.M.).

Подписано в печать 6.11.90. Формат 60x341/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,93. '.¡йраж 100 экз. ЗаказЬ7 . Бесплатно.

614000, г. Пермь, ул. фкирева, 15. Типография Пермского университета