Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Многолетние изменения сроков наступления ледовых явлений на реках СНГ

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Многолетние изменения сроков наступления ледовых явлений на реках СНГ"

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА РОССИИ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации

МНОГОЛЕТНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СРОКОВ НАСТУПЛЕНИЯ ЛЕДОВЫХ ЯВЛЕНИЙ НА РЕКАХ СНГ

11.00,07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

На правах рукописи

СОЛДАТОВА Ирина Игоревна

Москва - 1996

Работа выполнена в Гидрометеорологическом научно-исследовательском центре Российской Федерации.

Научный руководитель - доктор географических наук,

Официальные онпоненты:

Доктор гео|рафических наук, профессор Христофоров A.B. Кандидат физико-математических наук Ранькова Э.Я.

Ведущая организация - Арктический и антарктический научно* исследовательский институт

Защита состоится "ß.1? "<J> (с'^^Хл 1,, в 14 час в конференц-зале Гидрометцентра России (6-й этаж) на заседании специализированного совета К024.05.01 Гидрометеоролошческого научно-исследовательского цетра Российской Федерации по адресу: 123242, Москва, Большой Предтеченский переулок, 9-13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Гидрометцентра России.

Автореферат разослан «сff" января 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

профессор Б.М.Гинзбург

кандидат геогр. наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

"Покрытие вод земной поверхности ледяным покровом и свобождение их от оного представляет большое значение как для жзической географии страны, так и в обиходной жизни парода", - писал в 886 г. академик М.А.Рыкачев, указывая на важность изучения режима едовых явлений для различных отраслей экономики. Планирование и рганизация работ в строительстве, особенно в гидротехническом и ранспортном (мосты и трубопроводы), лесной промышленности, нергетике, на водном транспорте не могут осуществляться без знания едового режима рек. С другой стороны, проблема изменения климата стала иной из важнейших экологических проблем современности и все ее спекты рассматриваются Всемирной климатической программой на ежправительственном уровне под эгидой ООН. Изменение режима риосферы и гидрологического режима является немаловажной частью этих сследований. При этом проблема изменения ледового режима вод суши до' астоящего времени оставалась наименее изученной.

Сказанное выше определяет актуальность рассматриваемой проблемы позвоЛяет сформулировать цели и задачи настоящего исследования.

Цель и задачи работы

Целью данной рабо-ад является определение временных и зостранственных закономерностей распределения сроков наступления :довых явлений на реках, а также уточнение вероятностных характеристик тременного и ожидаемого в ближайшее десятилетие ледового режима.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1) Определение направления и интенсивности изменений ледового жима основных судоходных рек СНГ на основе расчета линейных трендов семенных рядов сроков наступления ледовых явлений.

2) Установление закономерностей географического распределения «считанных трендов.

3) Исследование зависимости сроков наступления ледовых явлений и ендов ¿к временных рядов от обусловливающей эти сроки температуры здуха.

4) Оценки степени нарушении однородности ридов сроков иистунлешш и продолжительности ледовых явлений.

5) Определение вероятностных характеристик современною (19611990) ледового режима.

6) Исследование характера колебании сроков ледовых явлений.

7) Оценки возможного изменении ледовою режима в ближайшее дссшнлегие 1996-2005 1г.

Меучняя иовитц

Цыиолнсно исследование ледового режима рек впервые за. почти 100 леший период (1893-1991) и для обширной территории. Новым ишшегс»! установление закономерностей географическою распрсдслснн>1 разнонаправленных изменений ледового режима и их причин. Предложена меюдика оценки локальных ашроногенных нарушений осеннею ледовой режима реки в результате регулировании сюки.

Шиишшш шиша*

Определены речные бассейны, дли которых необходимо установим новые нормы сроков ледовых явлений, соответствующие современней климашческнм условмим. Представлены соответствующие карты норл сроков нонвлении льда и вскрыш» рек европейской территории и Заи<шно1

Нонучени уравнении, позводмющие рассчитывать изменении сроко| ледовых шшенпп и ыышшмеги от долюерочных тенденций тмсиспи! средней месячной температуры воздуха.

Оценены всрошные изменение средних сроков ледовых явлений 199б-2005 и.

Рафаботана методика расчета и краткосрочною прогноза сроко появлении плавучею льда на Иол1С ниже г.13олю1рада в условии за|>с| улировашюю стока.

]}11Шц;1Ш£ шшшш

Па основе полученных автором результатов Росгидромет да рещональным УГМС и Гидрометцентру 1'оссии указание о расчете

установлении с 1996 года новых норм сроков наступления ледовых явлений (определенных за период 1961-1990 гг.) для использования при составлении фоновых долгосрочных ледовых прогнозов. Методика прогноза сроков появления плавучего льда на Волге ниже г.Волгограда применяется в оперативной практике Гидрометцентра России и Северо-Кавказскою УГМС.

Основные результаты диссертационной работы были представлены в гокладах автора на семинарах по речным гидрологическим прогнозам Гидрометцентра России (1991-1995 гг.), на Семинаре по моделированию и прогнозу крупномасштабных гидрометеорологических процессов и климата Гидрометцентра России (1996 г.), на семинаре кафедры гидрологии суши [1994 г.) и кафедры метеорологии и климатологии (1994 г.) Московского •осударственного университета им. М.ВЛомоносова, на заседании. Географического общества (Москва, 1993 г.), на научной конференции 'Лед-93" (Санкт-Петербург, 1993 г.), на IV Конференции "Динамика и ■ермика рек, водохранилищ, внутренних и окраинных морей" (Москва, 1994

По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и [риложений. Общий объем работы состоит из 126 страниц, включая 19 аблиц, 20 рисунков и списка литературы из 107 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

По Введении сформулирована цель и задачи исследований, боснована актуальность работы, кратко охарактеризована ее общая груктура и главные результаты.

Глин» 1. Ледовые явления на реках

В первой тлаве покачана важность изучения ледового режима рек для различных отраслей промышленности, транспорта и строительства. Сформулированы принципы определения дат устойчивого наступление ледовых явлений, принятые в "Руководстве по гидрологическим прогнозам" |1989|. Далее рассмотрена история исследований ледового режима рек. начиная с трудов К.С.Веселовского |1857| и М.А.Рыкачева (1886J.

В разделе 1.2 дано расширенное, определение термина "вероятностные . характеристики ледового режима" рек как совокупности четырех основных его фаз (появления плавучего льда, начала ледостапа, начала весеннего ледохода и его окончания), для которых рассчитаны средние многолетние значении сроков наступления ледовых явлений, их средние квадратические отклонения, коэффициенты асимметрии, построены кривые обеспеченности и получены величины обеспеченности 2, 10. 25, 50, 75, 90 и 98 %. Для описания кривых распределения вероятностей сроков ледовых явлений применяется теоретическое распределение Пирсона III типа,

В разделе 1.3 описаны основные закономерности режима замерзания и вскрытия рек территории бывшего СССР. Главная закономерность -наличие тесной связи ледового режима реки с климатическими условиями территории, на которой она протекает. Изохроны средних дат наступления осенних и весенних ледовых явлений отражают свои»'-' очертаниями как широтную зональность пространственного распределения температуры воздуха, так и влияние выноса теплых воздушных масс с океана. Существенное влияние Атлантики распространяется на европейскую территорию и Западную Сибирь, влияние Тихого океана - на Дальний Восток, Камчатку и Сахалин. В »nix районах изохроны отклоняются от широтного направления к северу.

Климатические условия определяют, в основном, и распределение по территории изменчивости сроков замерзания и вскрытия рек. Наибольшая изменчивость присуща зонам морского, наименьшая - зонам континентального климата. Это объясняется тем, что в континентальном климате понижение температуры осенью и ее повышение весной и лез быстро, в морском - замедленно из-за влияния Тепловой инерции океана.

О данной работе решалась задача поиска количественною вырзжения указанной связи дня основных судоходных рек СНГ.

В разделе 1.4 описано районирование рек по степени однородное!и сроков наступления ледовых явлений, предложенное в 1941 т. Г.Р.Брсгманом и завершенное М.Б.Гшпбурюм в 1973 i. Объединение отдельных пунктов наблюдений в районы дает существенное нреимушесшо при анализе пространственно-временных святей на большой территории, облегчает статистическую обрабсику данных и позволяет уоанотиь фишческие закономерности процессов климатическою масшгаои, исключая влияние локальных факторов. Всего ни террлюрни бывшею СССР было выделено 62 района.

Глав» 2. Современное состояние исследований изменения климата и гидрологического режима рек.

Раздел 2.1 посвящен вопросу изменения глобальной) климат, ючнее

- изменению средней глобальной темнерагуры воздухи. Большинством исследований |Будыко, 1991; "Антропогенное изменение климат", 1987; Jones, 1986; Hansen, LebsJeff," 1988| установлено наличие сушонвеншшо тренда глобальной" ■ средней годовой приземной температуры воздуха с середины, XIJ^ до конца XX века. Несмотря на различие в методах подсчета температуры по полушариям и по глобусу, конечные выводы всех авторов, как показано в работе (Груза и др., 19891, близки между собой и составляют 0,3-0,6°С. Совместный анализ данных для суши и океана привел к выводу о наличии осциллирующего тренда потепления в северном полушарии, составившего 0,4е - 0,6°С за 100 лот. Фрагментарные наблюдения в южном полушарии отображают тренд потепления климата около 0,J° - 0,7°С, начиная с 1900 года. Погрешность оценки составляет, по-видимому, около ±0,2°С. Bloomfield |1992| оценивает диапазон вероятною роста Н ТВ кик 0,2°

- 0,8°С за 100 лет. Большинство авторов относит эти изменения за счет парникового эффекта, возникшего при росте конценфации углекислого газа в атмосфере. С наибольшей полнотой -лта точка зрения изложена и обоснована в монографии "Антропогенное изменение климата" |1987|.

Однако в действительности этот вопрос далек от того, чтобы считать« решенным.

В обзоре исследований по изменению климата |1РСС, 1994] сдела1 вывод о том, что современное понимание внутренней изменчивое» климатической системы недостаточно, чтобы надежно оценить вклзд природных и антропогенных факторов изменения климата.

По материалам публикаций, поддающихся сравнению, автору удалоа привести к табличному виду прогностические оценки глобального климата i следующем столетии (раздел 2.2). В нее вошли данные Г.В. Грузы у Э.Я.Раньковой [1991], НАБагрова ]1994], М.И.Будыко (1991J и Рабочег группы -1 (РГ-1) Межправительственной группы экспертов по измененик климата (МГЭИК), доложенной в 1990 г. Прогнозы Грузы и Раньковой г Багрова хорошо согласуются и их средние значения примерно в 3 раз; меньше данных Будыко. Прогноз РГ-l к 2000 г. также больше, но он т выходит за пределы 50% вероятностного интервала прогноза . Грузы i Раньковой.

Несмотря на указанные ' особенности, концепция М.И.Будыко с неизбежности процесса антропогенного глобального потепления послужил! основой для множества прогнозов изменения гидрологического режиме pet (раздел 2.3). Большая часть исследований посвящена изменению годового i весеннего речного стока. Выполнены также работы по проблеме временны) изменений ледовитости морей Арктики.

В исследованиях ледового режима рек и озер автором выделены Tpv направления. В рамках первого из них временные ряды сроков ледовы; явлении рассматриваются как стационарный случайный процесс рассчитываются такие его характеристики как среднее, изменчивость кривая обеспеченности. Другое направление объединяет исследованш изменения ледового режима при известном времени разладки, например после строительства водохранилища. Третий подход (наимене< распространенный) составляют исследования изменений' ледового режим! рек и озер во времени. К нему относятся работы Г.А.Ремизова [1956] Шимараева с соавторами ]1991], Б.М.Гинзбурга и К.Н.Поляковой (1991а 1992] авторов монографии "Климатический режим Арктики" ]1991], а такж< таких зарубежных исследователей как Kajander ]1989], Kuusisto J1987], Der

|19911, Ьуачг |199||, Л,<;хе1 |1990, 1991|, Ргоигае |19Я6, \992\. Настоящая диссертационная работа тоже принадлежит к этому типу.

Глава 3. Линейные тренды сроков ледовых явлений на реках.

В работе использованы данные наблюдений за ледовыми явлениями на реках за 1893-1991 гг. в 35 районах: 15 европейских и 20 азиатских с наиболее полными рядами наблюдений. Дли трех районов - Нижней Волги (район 24), Нижнего /'она (район 17) и Енисея (район 41) - предварительно пришлось восстанавливать ряды ледовых явлений, исключив влияние регулирования стока.

Для восстановлений временного ряда сроков появления плавучего льда на Нижней Волге автором применена следующая схема: для каждого года по методу Л.Г.Шуляковского выполнен расчет даты появления льда, причем метеорологические условия взяты фактические, а данные о расходах, уровнях и температуре воды - восстановленные для естественных условий. Разница между наблюдавшимися и рассчитанными датами появления льда является вкладом регулирования стока. В ходе исследования была разработана Методика краткосрочного прогноза сроков появления плавучего льда на Волге ниже г.Волгогрэда в условиях регулирования ет»гл. Предлагаемый подход может быть использован для анализа причин и степени нарушения однородности осеннего ледового режима в результате регулирования стока на других реках.

По всем районам методом наименьших квадратов был вычислен танейный тренд сроков появления Лкда (ТД1) за период 1893 - 1990 п., сроков вскрытия (ТД2) за 1894-1991 гг. и продолжительности ледового зериода (ТПр) за сезоны с 1893-1894 по 1990-1991 гг. Под термином 'линейный тренд" в данной работе понимается коэффициент "а" в гравнени«

ЛЭ = а I + Ь (I),

де Л Б - аномалии сроков ледовых явлений на реках, обобщенные по 1аЙонам; I - время, в годах.

В целях анализа пространственного распределения и сравнения |роизошедших изменений ледового режима значения трендов были юрмированы на среднее квадратическое отклонение соответствующего ряда.

Полученные величины были обозначены как нормированные линейные тренды (НТД).

Результаты расчетов приведены на рис. 1а и 16.

Максимальные изменения сроков появления льда произошли на реках европейской территории. Здесь величина нормированного линейного тренда (НТД1) за 100 лет колеблется от 0.8 в бассейнах Немана, Верхнего Днепра и в верховьях Волги до 1.4 на Среднем Днепре. Север европейской территории и Западная Сибирь, а также бассейны Яны, Индигирки, Колымы, Нижнего Амура и Уссури составляют вторую область со значениями НТД1 в пределах 0.3 + 0.7. В третьей группе районов, расположенных в Средней и Восточной Сибири, знак тренда меняется на отрицательный при его значениях от нуля до -0.4. Таким образом, можно говорить о стабильности или даже некотором увеличении суровости осенних ледовых явлений в этой области.

Географическое распределение линейных нормированных трендов сроков весенних ледовых явлений (НТД2) более сложное, чем осенних. Наибольшие отрицательные значения (-0.7 + -1.4) наблюдаются на большинстве рек бассейнов Волги, Дона и Оби, меньшие отрицательные значения (-0.3 + -0.5) - в бассейнах Северной Двины, Немана, Нижнего Днепра, Белой. В Средней и Восточной Сибири существует область незначительных (+0.3 + -0.3) тенденций. Далее на восток отмечается некоторое усиление отрицательных тенденций в сроках вскрытия до -1.0 на Нижнем Амуре и Уссури.

Географическое распределение трендов аномалий продолжительности (НТПр) повторяет в целом распределение НТД2. Область максимальных Изменений также расположена в Европе и Западной Сибири с величинами НТПр от -0.8 в бассейнах Камы и Верхней Волги, -1.0 + -1.2 в бассейне Оби до -1.6 на Дону и Оке. В бассейнах Енисея и Лены изменения незначительны (-0.2 + +0.2). Далее на восток значения НТПр увеличиваются до -0.5 + -0.8 и даже до -1.2 на Нижнем Амуре.

Абсолютные величины трендов показывают изменения срокоЕ вскрытия за последние 100 лег. Стали вскрываться на 7-11 суток раньше реки бассейнов Оки, Верхней Волги, Нижнего Дона, Верхней Оби, Нижнегс Иртыша. Это практически в два раза меньше наибольших абсолютны)

Рис.1. Средние квадратические отклонения (1) и нормированные линейные тренды (2) сроков появления льда (а) и вскрытия ре«с (б).

изменений сроков осенних ледовых явлений, составивших 14-19 суток за 100 лет в бассейне Дона и на реках Причерноморья. Данный факт можно отчасти объяснить большей изменчивостью сроков осенних ледовых явлений но сравнению с весенними. На европейской территории в 9 районах продолжительность ледового периода сократилась на 15 суток и более. Наибольшие изменения произошли в бассейне Дона - на 23 - 30 суток за 100 лет! В бассейнах Камы, Белой, Оби и Иртыша ледовый период сократился на 9-14 суток.

Географическое распределение НТД для всех трех фаз ледового режима имеет общую черту: максимальные значения на европейской территории уменьшаются по направлению к Западной Сибири, становятся равными нулю или слабо выраженными обратного знака в Средней и Восточной Сибири, а затем снова увеличиваются в восточном направлении. Подобная закономерность была ранее обнаружена Б.М.Гинзбургом |1973) при анализе пространственного распределения ежегодных аномалий сроков ледовых явлений.

Поскольку географическое распределение ежегодных аномалий сроков ледовых явлений связано со структурой нолей температуры, то и пространственная неоднородность произошедших изменений ледового режима рек, по мнению автора, обусловлена соответствующими особенностями изменений климата. В работе 1Гинзбург, 19671 показано, что время появления льда на реках связано со средней температурой воздуха за предыдущий примерно месячный период. Исходным материалом для обосновании предложенной гипотезы (раздел 3.3) послужила база данных о средней месячной температуре воздуха, карты трендов ее аномалий и их средних квэдратических отклонений (1891-1985 гг.) с разрешением в узлах координатной сетки 5 градусов широты на 10 градусов долготы. Значение аномалий температуры воздуха за предшествующий ледовым явлениям месяц для каждого района получены путем линейной интерполяции со взвешиванием по площади.

В результате расчетов для всех районов имеются по 2 ряда: ежегодных аномалий сроков ледовых явлений и температуры воздуха. Парный коэффициент корреляции доказал наличие достаточно тесных связей между ними как весной (г=-0,70), так и осенью (г=0,66). Оказалось, что даже в

икнем течении больших рек (Волга, Обь) аномалия сроков начала ледовых тений зависит в большой степени от синоптико-климатических условий зенно данного района. Из этого следует возможность аналогичного доставления вековых трендов ледовых явлеиий (НТД) и температуры >здуха (НТТ).

Для корректного сравнения НТД с трендами температуры, )лученными (Груза и др., 1990] за период 1891-1985 гг., ряды ледовых шений также были ограничены 1985 годом. Получены уравнения связи шейных нормированных трендов сроков ледовых явлений и температуры >здуха. Для сроков появления льда уравнение записывается как:

НТД1 = 0,42 + 0,982 НТТ1 (2)

иязь достаточно тесная. Коэффициент корреляции равен 0,67±0,0.1. аличие в уравнении свободного члена указывает на существование которого дополнительного фактора изменения ледового режима, ломимо и мата. Возможно, сказывается не выявленное заранее прямое тропогенное воздействие.

Аналогичная связь получена и для вскрытия рек. В качестве меры «ртности ледяного покрова к притоку тепла в расчет введена норма щцины льда (Ы), вычисленная для каждого района по данным "Основных урологических характеристик":

НТД2 = -0,7 (НТТ2/Ы) (3)

эффициент корреляции равен 0,65±0,01. Попытка учета в уравнении рмированных трендов средней температуры воздуха за зиму не улучшило |ультаты.

С помощью полученных уравнений (2) - (3) можно оценить юятные значения трендов или тенденций в сроках ледовых явлений для ; районов, где нет достаточных рядов гидрологических наблюдений.

Установленное наличие направленных тенденций в рядах сроков ювых явлений, а также их зависимость от температуры воздуха позволили ору оценить возможные будуидее изменения ледового режима рек (раздел ). Известно, что расчеты климата будущего более достоверны для бальных его характеристик, чем для региональных. Поэтому пришлось одить из сопоставления трендов средней глобальной температуры воздуха

и трепцов сроков ледовых явлений, осредненных в пределах значительных по территории зон.

Всего было выделено 5 зон для сроков появления льда и 6 зон для сроков вскрытия (табл. 1 и 2). Границы зон для весны и осени не везде совпадают и их размеры также различны, что связано со степенью дружности распространения ледовых явлений. Для этих зон выполнены 3 варианта оценки изменений средних сроков ледовых явлений за десятилетие 1996-2005 по отношению к средним за 1961-1990 гг.

По первому варианту расчета автор исходил из сопоставления наблюденных грендов средней годовой глобальной температуры воздуха и зональных трендов сроков ледовых явлений. Для каждой зоны определено отношение ("отклик") тренда зональных сроков (ТД1 и ТД2) к глобальному тренду температуры воздуха. Чтобы вычислить вероятные изменения сроков появления ледовых явлений на реках по зонам к 2000 году, достаточно умножить значение любого из имеющихся в настоящее время прогнозов изменения климата на полученные коэффициенты. Автором использованы два прогноза: Н.А.Багрова [1994] и М.И.Будыко |1991].

Второй вариант оценки будущих сроков ледовых явлений выполнен на основе методики вероятностного прогноза глобальной температуры воздуха, предложенной Г.В.Грузой и Э.Я.Раньковой [1991]. Данный метод представляет собой вероятностный прогноз короткопериодных изменений климата (или любой другой характеристики гидрометеорологического режима) по одному-единственному предиктору - концентрации углекислого газа. Расчет дает медианное значение и интервал 50% обеспеченности. Поскольку описанный метод позволяет прогнозировать любой метеорологический параметр, в качестве предиктанга были взяты ряды сроков наступления ледовых явлений на реках по зонам.

Третий вариант расчета предполагает простую экстраполяцию векового тренда сроков появления льда по зонам до 2000 года.

Оказалось, что все три метода дали достаточно близкие результаты (табд.1 и 2). По всем зонам они укладываются в 50%-ный доверительный интервал как для осенних, так и для весенних ледовых явлений.

Таблица 1.

Вероятные изменения (сут) сроков появления льда на реках к 2000

г. (по отношению к средним за период 1961-1990 гг.)

Номер зоны Название зоны Вероятные изменения

1 вариант 2 вариант 3 вариант

по Багрову по Будыко наиболее вероятные 50%-интервал

1 Север европейской, части 2 6 2 ±8 2

11 Юг европейской, части 4 14 7 ±10 4

111 Западная Сибирь 1 2 6 ±5 1

IV Средняя и Восточная Сибирь -0 -0 -3 ±4 -0

V Дальний Восток 0 1 -3 ±4 +0

Таблица 2.

Вероятные изменения сроков вскрытия рек (сут) к 2000 г. (но

отношению к средним за период 1961-1990 гт.)

Номер зоны Название зоны Вероятные изменения

1 вариант 2 вариант 3 вариант

по Багрову по Будыко наиболее вероятные 50%-интервал

I Север и восток европейской, части -1 -3 0 ±6 -1

II Центр, юг и северо-запад европейской, части -3 -10 -8 ±9 -3

111 Запад и юго-запад европейской части -0 -1 -6 ±10 -0

. IV Западная Сибирь -2 -6 -4 ±6 -1

V Средняя и Восточная Сибирь 0 0 0 ±4 0

VI Дальний Восток -1 -4 -4 ±3 -1

Глава 4. Нарушение однородности рилов сроков ледовых явлений на реках я нелинейные составляющие их трендов

Поскольку установлено существование областей значимых трендов, в ргчлеле 4.1 исследована степень нарушения однородности рядов сроков наступления ледовых явлений. В соответствии с рекомендациями ВМО рассмотрено два периода: 1893-1960 и 1961-1990 гг.

С помощью критерия Фишера при уровне значимости 5% нарушение однородности по дисперсиям обнаружено Только в 4-х районах для осенней фазы ледового режима, в 6-и районах для весенней фазы и в 5-и районах для продолжительности ледового периода.

Нарушение однородности исследуемых рядов по средним значениям с помощью критерия Стмодеитп установлено в 1.1 районах для осени, в 15 районах для весны и в 14 районах для продолжительности. Все эти районы расположены на европейской территории и в Западной Сибири, что совпадает с областью максимальных линейных трендов. При сохранении существующих тенденций к потеплению в этой области необходимо перейти к новым нормам для характеристики современного ледового режима рек.

Автором предложены карты средних дат появления плавучего льда (рис.2а) и вскрытия (рис.26) рек европейской территории и Западной Сибири (пунктирная линия). Данные карты могут быть использованы для определения ориентировочных норм сроков ледовых явлений в современных условиях. Здесь же нанесены изохроны "старых" средних дат (сплошная линия) из работы (Гинзбург, 1973|. Отметим, что в области наибольшего изменения ледового режима изохроны сместились к северу на 3-4 градуса широты.

Далее в разделе 4.2 приведены результаты собственно анализа многолетних колебаний сроков ледовых явлений. Использованы осредненные данные по выделенным в главе 3 шли зонам для осенней и шести зонам для весенней фазы режима. Из всех рядов были удалены линейные тренды. С помощью критерия серий преобразованные последовательности проверены на наличие цикличности. Не удалось выявить статистически значимое наличие цикличности по двум фазам ледового режима хотя бы в одной зоне или районе. Построение автокорреляционных функций и функций, спектральной плотности выявило

Рис.2. Средние даты появлении липа (а) и вскрытия рек (б): современные (пунктир) и по данным Б.М.Гинзбурга [1973] (сплошная линия).

колебании с периодом 2,2-3,4 юда практически ьо ьсех II рядах по зонак Однако болышшешо пиков функций имеют плавные очертании, а их числ по разным зонам варьирует от одною-двух до чешрех-ияти.

Далее в рабой (раздел 4.3) проведено сравнение многолетни колебаний сроков ледовых явлений в пределах II зон и средне! температуры воздуха Северною полушарии за соответствующий месят Козффициешы корреляции дни осени оказались равными 0,23(0,47, дл весны -.-0,40(-0,19. Все используемые рады были подвергнуты процедур частотной фильтрации фильтром низких частот. В результате из рядо исключены колебания с периодом менее 30 лет. При визуальном анализ совмещенных графиков окатилось, что положение волн "тепла" и "холода и их число различно но зонам и фазам ледовою режима. Установлен* несовпадение долгопериодных колебаний зональных сроков ледовы явлений и иолушарпой температуры воздуха. В большей степени эг< относится к областям морского, умеренно-континентального и муссонноп климата, нежели к областям континентального и резко-континенталыюп климата.

В качестве проверки гипотезы о том, что современное потепление климата лежит в пределах его внутренней изменчивости, в разделе 4.' проанализирован^ колебания сроков ледосгава и вскрытия 10 рек с< сверхдлинными рядами наблюдений. Имеются достаточно полные рядь наблюдений по Неве у г.С.-Петербурга с 1706 года, по Северной Двине ; г.Архангельска с 1734 года, по р.Белой у г.Уфы с 1780 года, по Днепру верховьям Волги и Лены, Оби, Енисея у г.Енисейска, - с первой четверт» XIX века.

Были рассчитаны величины абсолютных и нормированных линейны! трендов по двум фазам ледового режима. Оказалось, что в течение полноте периода наблюдений в рндах всех рек но двум фазам ледового режим; присутствует тенденция к его смягчению. Величины нормировании) трендов составили 0,2 »1,0 осенью и -0,21-1,0 весной. Исключением явился нормированный линейный тренд сроков ледосгава (НТД1=-0,1) для Днепра.

Сравнив графики профичырованных рядов, можно выделить 2 тин; многолетних колебаний. К первому типу относятся реки с таким временным ходом колебаний, в котором ясно виден момент нарушения однородности

рядя. Эго Нева (особенно весной), Северная Двина, Енисей и верховья Полги (особенно осенью). Не всегда перелом приходится на начало XX века и на конец XIX. Так, тенденция к ранним вскрытиям (и поздним ммерзаниям) Невы проявилась в 1850-е н усилилась в 1950-е годы. Ко второму типу относятся реки, для временного хода сроков наступления тедовых явлений на которых характерны или постоянная однонапраиленппя тенденция с наложенными на нее колебаниями, или отсутствие таковой. Например, сроки начала как осенних, так и весенних ледовых явлений на Днепре в течении почти двух веков плавно колебались относительно одного :реднего значения. Зато в рядах сроков весенних ледовых явлений на Белой, Эби и Иртыше устойчивая тенденция к смятению ледового режима шблюдается с самого начала наблюдений, то есть с первой четверти XIX «ка. Есть также реки, где изменение ледового режима происходит не главно, а скачками.

Следуя логике хода предыдущего исследования, была проведена |роверка сверхдлинных рядов на наличие цикличности критерием серий, а акже на нарушение однородности рядов по средним и дисперсиям. Статистически значимая при а=5% цикличность в рядах сроков ледовых 1влгний обнаружена на Северной Двине и Лене как весной, так и осенью, т Днепре и Белой осенью, на Неве и Оби у г.Салехарда весной. С юмощью построения функций спектральной плотности удалось выявить ¡реобладающие периоды: 2,4-4,9 года и 9,8-11,6 лет в рядах сроков юкрытня рек, 4,0-5,8 лет и 51-58 лет в рядах сроков начала ледостава, (анные периоды совпадают с полученными ранее по зонам на Днепре (11,8 1ет) и на Северной Двине (2,5 года).

Поскольку почти во всех сверхдлишшх рядах обнаружена тенденция к мягченню ледового режима, была оценена степень его отличия в XX веке т режима двух предыдущих столетий.

Нарушение изменчивости при уровне значимости а-5% отмечено ишь в двух весенних рядах. Статистически значимое нарушение средних рокоз со сдвигом их к ранним в XX веке на 4-13 суток обнаружено в рядах есенних ледовых явлений на всех реках, кроме Лены. В радах осенних едовых явлений сдвиг к поздним срокам на 4-11 суток произошел в шести нализируемых рядах: на Неве, Северной Двине, Белой, Енисее, Оби у

г.Барнаул, Лене. Как и в рядах сроков ледовых явлений по районам, количество значимых нарушений по средним значениям весной больше, чем осенью.

Итак, в ледовом режиме практически всех исследуемых рек со сверхдлиниыми рядами наблюдений существует тенденция к его смягчению, при этом в 90% случаев изменчивость явлений не нарушается. Хотя средние значения рядов за XX век в 75% случаев значимо отличаются от таковых за век предыдущий, не получено убедительных доказательств гипотезы о потеплении климата только в результате роста концентрации СОг в атмосфере с конца XIX века. Ход многолетних колебаний сроков ледовых явлений на реках первого типа свидетельствует скорее о преобладании вклада прямого хозяйственного воздействия над опосредованным через антропогенное изменение климата. Автор склоняется к точке зрения, что происходящие изменения ледового режима (как и климата) в значительной мере могут быть отнесены за счет его внутренней изменчивости.

В Заключении сформулированы основные выводы диссертационной работы.

1. С помощью метода линейного регрессионного анализа во временных рядах сроков появления плавучего льда и вскрытия рек, а также продолжительности периода с ледовыми явлениями за период 1893-1991 годы обнаружены различные по величине и знаку тренды и тенденции.

2. Генеральная тенденция к смягчению ледового режима отчетливо проявляется на реках юга и средней полосы европейской территории и Западной Сибири. В то же время установлена относительная стабильность ледового режима рек Средней и Восточной Сибири или даже некоторое усиление его суровости.

3. Показано, что географическое распределение В1 лвленных трендов сроков ледовых явлений носит закономерный характер и определяется распределением трендов определяющей эти сроки средней месячной температуры воздуха над каждым конкретным районом. Получены уравнения данной зависимости для двух фаз ледового режима. Они могут

•ыть применены дли оценки изменении ледовою режима малоизученным

1СК.

4. Выявлены речные бассейны со стагисшческп шачимым крушением однородности ледового режима рек но средним шачениям. 1редставлены карты соиременных (т.е. за период 1961-1990 п ) средних :рокоц появления плавучего льда и вскрытия рек. При лом усыновлено, по изменчивость сроков ледовых явлений на реках остается практически шегоннной в 80-90% случаев.

5. С помощью сопоставления рассчитанных линейных трендов сроков ¡сдовых явлений и трех вариантов промина ишеиленин I лобалмюю ¿лимита оценены вероятные ишенения сроков деловых явлений на период 1996-2005 гг. (по отношению к 1961-1990 п.) для шесш крупных реыюнов. Наиболее существенные ишенения сроков появлении льда (на 4-7 суюк в ;торону поздних) вероятны на юге европейской |ерригорни, сроков ккрытия (на 3-9 суюк в сторону ранних) - на реках ее ни а н средней юл осы.

6. Исследование нелинейных составляющих мноюленшх колебаний ;роков ледовых явлений но зонам показало, что число ников спектральной пюгности варьирует от одного-дцух до четырех-пмтн, причем болынннсню ¡13 них имеет плавные очертания. Периоды, на которые приходятся пики щектров, также разнообразны. Сделан вывод об о1сугс1вин четко выраженной периодичности в исследуемых рядах. Положение волн "|епла" 11 "холода" и их число различно но зонам и фатам ледовою режима.

7. Установлено несовпадение долгопериодных колебаний зональных сроков ледовых явлений и полушарной температуры воздуха. В большей .пенсии это относится к областям морского, умеренно-континенталыюю и муссонною климата, нежели к областям кошииенталыюю и резкоконтинентальною климата.

8. В результате исследования сверхдлинных рядов иодшерждено статистически значимое смягчение ледовою режима болмнинова крупных рек в XX веке но сравнению с предыдущими двумя столетиями. Не получено убедительных доказательств тою, что произошедшие ишенения являются следствием только антрошленною роста концентрации углекислоты в атмосфере.

9. Предложен способ оценки локальных антропогенных изменений ледового режима реки в результате регулирования стока.

Публикации по теме диссертации:

1. Гинзбург Б.М., Полякова К.Н., Солдатова И.И. Вековые изменения сроков появления льда на реках и их связь с изменениями климата. - Метеорология и гидрология, 1992, 12, с.71-79.

2. Гинзбург Б.М., Солдатова И.И. Вековые изменения сроков ледовых явлений на реках и их связь с изменениями климата//Ледо-термические аспекты экологии гидротехники: Материалы конференций и совещаний по гидротехнике//ВНИИГ им.Веденеева - СПб, 1994, с.20-25.

3. Солдатова И.И. Долгопериодные изменения сроков ледовых явлений на реках в связи с изменениями климата//Динамика и термика рек, водохранилищ, внутренних и окраинных морей: Тез. докл.//Ин-т Водных проблем РАН - М., 1994, с.77-79.

4. Солдатова И.И. Вековые изменения сроков вскрытия рек и их связь с изменениями климата. - Метеорология и гидрология, 1993, 9, с.89-96.

5. Солдатова И.И. Причины изменения сроков появления льда на Нижней Волге. - Метеорология и гидрология, 1992, 2, с.82-87.