Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Пространственно-временная изменчивость водного стока рек бассейна Северного Ледовитого океана

ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная изменчивость водного стока рек бассейна Северного Ледовитого океана"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. Ломоносова

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

Симонов Юрий Андреевич 003449371

УДК 556 16 06 (268)

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ВОДНОГО СТОКА РЕК БАССЕЙНА СЕВЕРНОГО ЛЕДОВИТОГО ОКЕАНА

Специальность 25 00 27 — гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 6 ОКТ 2008

Москва — 2008

003449371

Работа выполнена на кафедре гидрологии суши географического факультета Московского государственного университета имени М В Ломоносова

Научный руководитель:

А.В. Христофоров — доктор географических наук, профессор Официальные оппоненты

A.Н. Гельфан — доктор физико-математических наук,

ведущий научный сотрудник (Институт водных проблем РАН)

B.В. Ильинич — кандидат географических наук, профессор

(Московский государственный университет природообустройства)

Ведущая организация.

Гидрометеорологический научно-исследовательский центр РФ

Защита состоится «Зо » 2008 г в 15-00 часов на заседании

диссертационного совета Д 501 001.68 при Московском государственном университете имени M В Ломоносова по адресу.

119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 18 этаж, аудитория 1801

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан « 2.S » 2Q08 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор геолого-минералогических наук

B.C. Савенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы определяется следующими обстоятельствами Водный сток арктических рек играет важную роль в гидрологическом режиме Северного Ледовитого океана и присущих береговой зоне процессах Приток пресных вод арктических рек значительным образом влияет на соленость поверхностного слоя океана, тем самым оказывая влияние на процессы плотност-ной стратификации, динамики вод океана, а также на процессы льдообразования, которые в свою очередь регулируют тепловой баланс всего арктического региона Водный сток северных рек оказывает влияние не только на экологию региона, но и на качество жизни населения, проживающего в арктическом регионе Возможные изменения стока арктических рек значительным образом влияют на условия водопользования - на работу водохозяйственных систем, на речной транспорт и другие важные аспекты экономики и народного хозяйства Согласно данным Межправительственной группы экспертов по изучению климата (МГЭИК) наибольшие изменения климата проявятся в высоких широтах Большинство научных работ склоняется к тому, что климатические изменения в арктическом бассейне возымеют отрицательный эффект на водные ресурсы региона Поэтому исследование пространственно-временной изменчивости стока северных рек и оценка их изменения позволит спрогнозировать и минимизировать риск от возможных негативных последствий изменения климата в арктическом регионе как в экологическом, так и в экономическом плане Оценка изменений стока является важным аспектом обеспечения экологической безопасности территории арктического побережья не только России, но и других стран, расположенных в пределах бассейна Северного Ледовитого океана

Состояние изученности проблемы. Изучению изменчивости и колебаний водного стока северных рек посвящено большое количество научных работ Анализ гидрологической изученности бассейна Северного Ледовитого океана, а также изучение многолетней изменчивости водного стока северных рек представлено в научных трудах И А Шикломанова, А И Шикломанова, В Ю Георгиевского, С J Vorosmarty, В J Peterson, R В Lammers Изучение изменения

3

сезонного стока крупнейших сибирских рек представлено в работах С JI Березовской, D Yang Достаточно большое количество публикаций посвящено оценке возможных изменений стока арктических рек В них используются оценки климатических изменений в арктическом регионе в качестве входа в гидрологические модели различной сложности Одними из первых прогноз изменения стока на такой основе получили J R Miller и G L Russell В исследовании И А Шикломанова, А И Шикломанова использованы выходы моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО) и палеоклиматические реконструкции в качестве входа в детальную гидрологическую модель Государственного Гидрологического Института для прогноза изменения годового и сезонного стока р Енисей Схожие оценки для стока рек севера европейской территории России (ЕТР) описаны в работе В Ю Георгиевского Общие выводы по влиянию изменения климата на сток северных рек получены при анализе научных работ В М Евстигнеева, И И Мохова, В Ч Хона, N W Arnell, V К Arora, G J Boer, S Linden, В Nysen, В J Peterson

Ввиду исключительной актуальности и важности рассматриваемой проблемы в настоящее время для ее решения задействованы очень мощные научные силы Однако сложность и многоплановость проблемы дают основание автору внести и свой вклад в ее решение В частности, в перечисленных выше исследованиях основная роль отводится годовому стоку арктических рек Оценки изменения годового стока рек в Северный Ледовитый океан имеют большое значение, но необходимо также проанализировать изменчивость и дать оценку изменения внутригодового распределения стока и характерных расходов воды (максимальных и минимальных среднемесячных расходов воды) арктических рек

Цель и задачи исследования — изучить и количественно описать закономерности пространственно-временной изменчивости водного стока рек бассейна Северного Ледовитого океана и дать долгосрочную оценку возможных климатических изменений стока арктических рек Для достижения данной цели были решены следующие задачи

1 Исследование природных и антропогенных факторов формирования и пространственно-временной изменчивости водного стока рек в различных частях бассейна Северного Ледовитого океана

2 Анализ современных представлений о закономерностях формирования стока данных рек, о влиянии изменения климата на сток арктических рек Изучение современных подходов к оценке изменения стока северных рек

3 Составление многолетней базы данных по среднемесячным расходам воды в замыкающем створе крупнейших арктических рек, а также среднемесячных значений метеорологических элементов в бассейнах рассматриваемых рек

4 Статистический анализ многолетних колебаний характеристик речного стока, его внутригодового распределения, а также его основных климатических факторов

5. Анализ статистических связей водного стока арктических рек с его основными климатическими факторами в многолетнем разрезе

6 Изучение процессов формирования речного стока конкретных водосборов методом математического моделирования и оценка влияния климатических факторов на сток северных рек

7 Оценка изменений стока рек бассейна Северного Ледовитого океана на вторую половину XXI века методом динамико-стохастического моделирования и методом, основанным на статистических связях стока с его климатическими факторами

Методика исследований. В ходе диссертационного исследования использован географический анализ природных и антропогенных факторов формирования и пространственной изменчивости водного стока рек бассейна Северного Ледовитого океана Использован статистический анализ многолетних колебаний речного стока и его основных климатических факторов Метод динамико-стохастического моделирования представляет собой использование в концептуальной модели формирования талого и дождевого стока Гидрометцентра РФ выходов МОЦАО Для реализации динамико-стохастического моделирования использованы методы программирования баз гидрометеорологических данных

В работе использованы материалы глобальных баз данных Данные по среднемесячному стоку воды в замыкающих створах крупнейших арктических рек получены из баз данных R-arcticNET, ArcticRIMS, HYDRA2 Данные по годовым осадкам и температурам воздуха в различных метеостанциях арктического бассейна получены из баз данных Всероссийского научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мирового центра данных (ВНИГМИ-МЦД) и предоставлены лабораторией климатологии Института Географии РАН (ИГ РАН) Входные данные для динамико-стохастического моделирования получены из базы данных Гидрометцентра РФ Оценочные выходы МОЦАО были предоставлены в рамках грантов РФФИ (проекты № 03-0564306, 04-05-65032) кафедрой метеорологии и климатологии географического факультета МГУ Данные о месячных суммах осадков и среднемесячной температуре в узлах интерполяционной сетки для всего бассейна Северного Ледовитого океана получены из базы данных Отделения по исследованию климата (CRU)

Предмет защиты состоит в том, что в диссертации на основе анализа пространственно-временных закономерностей формирования водного стока рек бассейна Северного Ледовитого океана для всего бассейна в целом и его отдельных частей выполнена оценка изменения водного режима под влиянием различных природных и антропогенных факторов и дан поливариантный прогноз его ожидаемых климатических изменений Основные защищаемые положения выглядят следующим образом

1 Исследование водного стока рек бассейна Северного Ледовитого океана целесообразно проводить не только для всего бассейна в целом, но в виду разнообразия его природных условий и антропогенной нагрузки, для отдельных регионов, приуроченных к бассейнам крупнейших рек или относительно однородных территорий

2 Влияние климатических изменений и хозяйственной деятельности приводит не только к образованию трендов, но и к появлению более тонких нарушений статистической однородности рядов многолетних колебаний речного

стока В частности, к изменению амплитуды колебаний и характера внутри-рядной коррелированное™

3 Географически обоснованное выделение относительно однородных районов позволяет получить для них достаточно надежные корреляционные зависимости характеристик речного стока от характеристик основных климатических факторов

4 Удачное варьирование входными метеорологическими данными при использовании достаточно надежной концептуальной модели формирования талого и дождевого стока позволяет уточнить влияние на водный режим северных рек основных климатических характеристик, таких, как годовая сумма осадков и среднегодовая температура воздуха

5. Для относительно небольших территорий наиболее надежный поливариантный прогноз изменения водного режима может быть получен на основе ди-намико-стохастического моделирования, при котором модель формирования стока используется в сочетании с данными различных МОЦАО

6 Учет погрешностей статистической оценки параметров корреляционных связей позволяет повысить точность прогноза ожидаемых климатических изменений водного режима крупных частей бассейна Северного Ледовитого океана

7 Анализ географических особенностей бассейнов крупнейших рек и учет пространственной неоднородности условий формирования речного стока позволяет существенно повысить надежность прогноза его ожидаемых климатических изменений

Научная новизна работы состоит в следующем

1 Обнаружены статистически достоверные климатические и антропогенные изменения математических ожиданий, дисперсий и автокорреляционных функций многолетних колебаний годового, сезонного, максимального и минимального стока и основных климатических факторов для различных регионов бассейна Северного Ледовитого океана

2 С учетом пространственной неоднородности условий формирования речного

стока и погрешностей статистического оценивания получены достаточно надежные эмпирические зависимости характеристик речного стока (годовой сток, сток за половодье, летне-осенний и зимний периоды, а также максимальный и минимальный среднемесячные расходы воды) от важнейших климатических факторов для различных частей бассейна Северного Ледовитого океана дан прогноз ожидаемых климатических изменений водного режима в XXI веке

3 На основе концептуальной модели формирования талого и дождевого стока, реализованной для рек бассейна Северной Двины, уточнено влияние изменений годовой суммы осадков и среднегодовой температуры на водный режим рек севера лесной зоны 4. Выполнена оценка воспроизводимости МОЦАО и дан поливариантный прогноз возможных изменений водного режима рек бассейна Северного Ледовитого океана

Практическая значимость результатов работы состоит в следующем Результаты статистического анализа многолетних рядов стока указывают на статистически достоверное увеличение амплитуды колебаний стока практически для всех районов бассейна Северного Ледовитого океана Данный факт означает учащение экстремальных явлений, что должно быть учтено водопользователями, водопотребителями, а также органами, ответственными за обеспечение безопасности населения Оценка современной и ожидаемой в перспективе водности арктических рек может быть учтена при научном обосновании проектов и планов по использованию и охране водных ресурсов рек исследуемого региона Диссертационное исследование выполнено в рамках проектов №43 016 11 1628 НТЦП Министерства промышленности, науки и технологий, грантов РФФИ (проекта № 03-05-64306, 04-05-65032)

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались на восьми международных конференциях «Глобальные проблемы использования водных ресурсов» (Москва, октябрь 2003), «Ломоносовские чтения 2004» (Москва, январь 2004), «Перспективные технологии XXI века»

(Москва, май 2004), Taiwan - Russia Bilateral symposium - Development of Water resources Technology (Москва, май 2004), «Nordic Manne Sciences Conference 2006» (Осло, ноябрь 2006), «Изменения климата и его изменчивость- роль антропогенных факторов» (Санкт-Петербург, февраль 2007), «IUGG XXIV General Assembly» (Перуджа, июль 2007), «SCAR/IASC-IPY Open science conference» (Санкт-Петербург, июль 2008), на научном семинаре в Научно-исследовательском вычислительном центре МГУ им Ломоносова (Москва, февраль 2008), на семинаре кафедры Гидрологии суши МГУ им Ломоносова (Москва, февраль 2008), на научном семинаре в ИГ РАН (Москва, май 2008)

Публикации По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 коллективных монографии, 2 статьи и 5 тезисов докладов

Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 150 наименований и приложения Работа изложена на 176 страницах машинописного текста, включает 27 рисунков и 28 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении рассмотрены актуальность работы, состояние изученности решаемой проблемы, изложены цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы

Глава 1. Факторы формирования и пространственно-временной

изменчивости стока рек бассейна Северного Ледовитого океана В первой главе приводится характеристика природных условий бассейна Северного Ледовитого океана, который занимает около 22 миллионов км2 и отличается значительным природным разнообразием и антропогенной нагрузкой В целях учета разнообразия природных и антропогенных условий формирования речного стока в пределах арктического водосбора выделены девять регионов, приуроченных к бассейнам крупнейших рек или к относительно однородным территориям На севере Европы выделяется северо-западный европейский

регион, сток которого формируется в основном в Норвегии и сильно зарегулирован системой водохранилищ, обеспечивающих работу ГЭС На европейской территории России выделяется северо-восточный регион, включающий бассейны рек Онега, Северная Двина, Мезень и Печора В отдельные регионы выделены водосборы крупнейших сибирских рек - Оби, Енисея и Лены Остальная часть Азии разделена на северо-западный регион, включающий бассейны рек Пур, Таз, Пясина, Анабар, Оленек и северо-восточный регион, включающий бассейны рек Яны, Индигирки и Колымы Американская часть водосбора Северного Ледовитого океана разделена на северо-западную часть - бассейны рек Юкон и Макензи, и северо-восточную часть, которая представляет водосбор Гудзонова залива с сильнейшей антропогенной нагрузкой вследствие масштабной переброски и регулирования речного стока Характеристики выделенных регионов, включая среднее значение объема годового стока V км3/год, коэффициент вариации годового стока Су, площадь водосбора А км2 и норму модуля стока Мл/с-км2 представлены в табл 1

Таблица 1

Характеристики стока рек бассейна Северного Ледовитого

океана и его отдельных регионов

Водосбор Сток V, км3/год Доля, % Су А, тыс км2 М, л/с-км2

Весь бассейн Т 5250 100 0,04 21 556 7 72

Европа Ей 696 14 0,08 1501 14 7

северо-запад Европы Ещ 448 9 0,09 281 50 5

северо-восток Европы Еиг 248 5 0,11 1 220 6 44

Азия М 2429 46 0,06 11409 6 75

бассейн Оби ОЬ 396 8 0,15 2 990 4 20

бассейн Енисея Уп 580 11 0,07 2 580 7 12

бассейн Лены Ье 528 10 0,12 2 490 6 72

северо-запад Азии N1 771 15 0,14 1 634 15 0

северо-восток Азии N2 153 3 0,17 1715 2 83

Северная Америка Ат 2125 40 0,06 8 646 7 79

северо-запад Америки Атп] 1177 22 0,07 4 699 7 94

северо-восток Америки Атг 948 18 0,10 3 947 7 61

Анализ пространственной корреляции многолетних колебаний годового стока рек исследуемой территории показал, что в пределах выделенных регионов имеет место достаточно высокая синхронность колебаний стока, а корреляция между стоком различных регионов практически отсутствует Таким образом, суммарный сток арктического водосбора удалось разделить на отдельные, практически независимые составляющие, приуроченные к выделенным регионам

Глава 2. Пространственно-временная изменчивость стока воды рек бассейна Северного Ледовитого океана

Во второй главе представлены результаты статистического анализа многолетних колебаний стока и его характеристик для выделенных районов Анализировались объемы годового стока, объемы стока за теплый и холодный периоды года, минимальные и максимальные месячные расходы воды В качестве их основных климатических факторов проанализированы многолетние колебания осредненных по регионам годовых сумм осадков, сумм осадков, формирующих сток теплого и холодного периодов и максимальные месячные расходы воды, а также сумма положительных среднемесячных температур воздуха Продолжительность многолетних рядов рассматриваемых величин составила 60-80 лет Статистический анализ включал в себя проверку статистической однородности рядов, наличие тенденции к группировке лет повышенной или пониженной водности, оценку трендов по математическому ожиданию и дисперсии, оценку автокорреляции

Статистический анализ изменения распределения стока по месяцам от года к году наглядно продемонстрировал эффект выравнивания стока в результате сезонного регулирования водохранилищами Многолетние колебания суммарного объема годового стока в Северный Ледовитый океан Т за весь период наблюдений оказались стационарными с небольшой, но статистически достоверной автокорреляцией Для европейских регионов Еи1 и Еи2 многолетние колебания характеристик речного стока и его климатических факторов в целом ока-

запись однородными с небольшой тенденцией к повышению амплитуды их колебаний во второй половине XX века Для многолетних колебаний водности крупнейших сибирских рек характерна достоверная автокорреляция Для реки Обь (ОЬ) обнаружен положительный тренд для математического ожидания и дисперсии годового и зимнего стока Многолетние колебания водности реки Енисей (Yri) имеют достаточно сложную природу, вызванную заполнением и работой каскада водохранилищ Для реки Лена {Le) выявлено увеличение годового и зимнего стока, а также рост амплитуды их колебаний во второй половине периода наблюдений Интересным, но пока необъяснимым является статистически достоверное увеличение внутрирядной скоррелированности колебаний стока во второй половине XX века, обнаруженное для рек северо-запада Ni и северо-востока N2 Азии, северо-запада Ami и северо-востока Ат2 Америки Многолетние колебания характеристик стока региона Атг отражают сложное взаимодействие климатических и антропогенных (переброска и регулирование стока) факторов В многолетних колебаниях основных климатических факторов стока присутствуют следующие тенденции Для европейского и азиатского водосборов характерен рост годовых сумм осадков, осадков, формирующих холодный и максимальный сток Также возросла автокорреляция во второй половине периода наблюдений Для региона Eui характерен рост осадков теплого периода и температур 1*, а также рост амплитуды колебаний Для бассейна ОЬ и водосбора Ат2 выявлен статистически достоверный рост температур I* во второй половине XX века Помещенные во второй главе результаты показывают, что влияние климатических изменений и хозяйственной деятельности приводит не только к образованию трендов, но и к появлению более тонких нарушений статистической однородности рядов многолетних колебаний речного стока В частности, к изменению амплитуды колебаний и характера внутрирядной коррелированности

Глава 3. Исследование статистических зависимостей характеристик

речного стока от характеристик его основных климатических факторов

В целях последующей оценки возможных климатических изменений речного стока в третьей главе на основе аппарата множественной линейной корреляции исследуются статистические связи между характеристиками стока и его основными климатическими факторами Многочисленными авторами было отмечено, что с увеличением площади водосбора пространственная неоднородность условий формирования стока снижает тесноту подобных связей Исходя из этого, в качестве первого приближения рассматривались зависимости стока в замыкающих створах от его климатических факторов для каждого из девяти выделенных регионов В качестве характеристик стока К рассматривались объем годового стока Ур (рассматривался не календарный год, а период с начала зимы предыдущего года по конец осени следующего года), объем стока половодья Уп, максимальный месячный объем стока Умахс, объем стока за летне-осенний Удо и зимний Уз периоды Для каждой из характеристик стока V в качестве климатических характеристик использовались осредненные по региону значения суммы осадков Р и положительных температур Г4" за соответствующие данной характеристике стока периоды В частности, для объема половодья и максимального месячного стока рассматривались осадки и температуры за период с начала зимы предыдущего года по конец половодья и месяц максимального стока, соответственно Для зимнего стока использованы осадки и температуры за предшествующий теплый период Зависимость характеристики стока V от соответствующих сумм осадков Р и положительных температур 1* описывалась линейным уравнением с коэффициентами регрессии а», а/, аг

У=а0 + а1Р + а2Т¥, (1)

параметры уравнения регрессии (1) оценивались методом наименьших квадратов по имеющимся рядам многолетних наблюдений Теснота связи характеризовалась множественным коэффициентом корреляции Я Для регионов Ей и ¥п и Ат2 глубокое регулирование стока привело к слабой связи между всеми ха-

рактеристиками стока и соответствующими климатическими характеристиками Для остальных регионов достаточно тесная зависимость от климатических факторов со значениями й=0 5-0 7 имеет место для годового и летне-осеннего стока В качестве примера в таблице 2 для бассейна реки Лена помещены значения коэффициентов корреляции стока с осадками и температурами, оценки параметров уравнения (1) и значения множественного коэффициента корреляции Л

Таблица 2

Параметры уравнения регрессии (1) для бассейна реки Лена

Объем стока V т(У/Р) г(У/1+) ав в/ д/ Я

К 0 71 -0 05 881 0 83 1 88 0 58

У„ 0 65 -0 12 368 0 88 -3 14 0 53

Кивке 0 40 -0 04 118 0 37 0 006 0 36

Уля 0 78 -0 05 -209 0 53 3 28 0 66

V, 0 41 0 19 -18 1 0 10 0 83 0 38

Практически во всех случаях фактор оказался «слабым» предиктором, оценки коэффициентов корреляции т(у/Т*) и регрессии аг статистически недостоверно отличаются от 0

В целях получения более тесных зависимостей предпринята попытка учета пространственной неоднородности условий формирования стока в пределах исследуемых регионов В качестве ведущего фактора рассматривались суммы осадков за соответствующие периоды На первом этапе рассматривалась зависимость каждой характеристики стока от соответствующих осадков в различных узлах интерполяционной сетки Методом просеивания предикторов исключены малоинформативные узлы и отобраны наиболее репрезентативные сгущения узлов В сочетании с географическим анализом условий формирования стока и учетом строения гидрографической сети в регионах северо-востока Европы Еи2, бассейна Оби ОЬ, Лены Ье и северо-востока Азии N2 удалось вы-

делить по 2-3 «репрезентативных кластера» - территории, для которых осред-ненные осадки могут быть использованы в качестве наиболее эффективных аргументов линейной регрессии, описывающей речной сток В частности, в бассейне реки Лена было выделено три «репрезентативных кластера» первый -водосбор верхней Лены, второй - водосбор реки Алдан, третий - водосбор реки Вилюй Осредненные по этим трем территориям осадки Ри Р2 и Рз за соответствующие периоды позволяют достаточно надежно описывать каждую из рассматриваемых характеристик стока в виде

У= ав + а,Р, + агР2+ азРз (2)

Характеристики таких зависимостей для реки Лены помещены в таблице 3 Сравнение таблиц 2 и 3 показывает, что предлагаемый прием учета пространственной неоднородности позволил существенно повысить тесноту зависимостей стока от осадков - представленные в табл 3 значения множественного коэффициента корреляции Л намного превышают аналогичные значения таблицы 2

Таблица 3

Параметры уравнения регрессии (2) для бассейна реки Лена

Объем стока У а0" а/ а/ аз'

Уг 103 03 0 67 02 0 87

Уп 178 05 0 53 03 0 83

Умлкс 73 8 0 23 0 42 0 69 0 67

Уло 16 8 0 43 0 61 02 0 91

Уз 12 6 014 0 02 01 0 79

Как и в случае осреднения климатических факторов по всему региону, при использовании «репрезентативных кластеров» суммы положительных температур также оказались слабым предиктором, учет которого статистически не эффективен Столь неодинаковая роль рассматриваемых факторов речного стока Р и Т* объясняется очевидностью влияния осадков на процесс формирова-

ния стока и вместе с тем неоднозначностью роли температуры в данном процессе С одной стороны, чем теплее год, тем выше потери на испарение в теплый сезон, и, следовательно, ниже сток С другой стороны, в холодные годы при прочих равных условиях длиннее период снегонакопления, выше глубина промерзания, но менее интенсивное весеннее снеготаяние В связи с этим в четвертой главе роль климатических факторов речного стока исследована более детально с привлечением более тонких методов анализа и рассмотрением географически однородных территорий меньшей площади

Глава 4. Оценка влияния изменения климатических факторов на сток рек бассейна Северной Двины

В целях более точного количественного отображения влияния годовой суммы осадков и среднегодовой температуры воздуха на водный режим северных рек в четвертой главе даны результаты использования концептуальной модели формирования талого и дождевого стока Гидрометцентра для бассейна Северной Двины Исследовались водосборы ее притоков Вага, Вымь и Сысола с площадями водосборов от 10 до 20 тыс км2 Расчеты выполнены на основе данных о ежедневных расходах воды, осадках, температурах, дефицитах влажности воздуха за период с 1969 по 2005 гг Оптимизация параметров модели выполнена по данным за период с 1970 по 1974 гг Для рассматриваемых рек модель достаточно хорошо воспроизводит гидрографы Проверка на независимом материале показала, что модель позволяет достаточно точно рассчитывать характерные расходы воды

Анализ данных многолетних метеорологических наблюдений (1950-2005 гг) позволил выявить достаточно тесную корреляционную зависимость значений дефицита влажности воздуха от значений температуры воздуха и количества атмосферных осадков в различные сезоны года Это позволило использовать температуру и осадки в качестве ведущих факторов речного стока Использование статистического критерия независимости признаков показало, что для климата исследуемого региона погодные условия теплого периода

практически не зависят от погодных условий предшествующего холодного периода Это позволило многократно увеличить число вариантов внутригодового хода метеорологических элементов с 50-60 фактически наблюдавшихся до 2500-3600 искусственных вариантов, составленных путем сочетания холодных и теплых периодов, взятых от разных лет

Для того чтобы оценить роль каждого из рассматриваемых климатических факторов, среди искусственных модельных лет по средней годовой температуре выделялись холодные, средние и теплые годы, а по значению годовой суммы осадков - сухие, средние или влажные Таким образом, рассматривались 9 вариантов погодных условий модельного года холодный и сухой, теплый и влажный и т д Для каждого варианта подбирались 20-25 искусственных модельных лет Соответствующий каждому искусственному модельному году ход суточных колебаний температуры и осадков использовался в качестве метеорологического входа модели формирования талого и дождевого стока Таким образом, для каждого из девяти вариантов метеорологических условий модельного года были смоделированы 20-25 гидрографов По результатам моделирования для каждого варианта вероятного изменения климата были рассчитаны средние значения среднегодового расхода воды Qr, среднего расхода воды половодья <2/7, максимального расхода воды Qmakc, а также средних расходов летне-осеннего Quo и зимнего Qj периодов Для водосбора р Сысола -п Первомайский эти характеристики представлены в табл 4 По строкам сверху вниз представлено изменение температуры от холодного (х) к теплому году (т), по столбцам слева направо - изменение сумм осадков от сухого (с) к влажному (в) году через средние по влажности и температурному режиму годы (ср) Помещенные в табл 4 данные не только количественно отражают влияние годовой суммы осадков и среднегодовой температуры воздуха на водный режим северных рек лесной зоны, но по существу представляют собой поливарианшую оценку возможного изменения характеристик речного стока данной реки при различных вариантах изменения температуры и осадков В целом, имеет место закономерное изменение стока и его характеристик наблюдается увеличение

стока от сухих лет к влажным и, наоборот, его уменьшение от теплых к холодным при одинаковой увлажненности Максимальное увеличение стока (в целом на 30%) следует ожидать при увеличении частоты холодных и влажных лет, а уменьшение стока (в целом на 30%) при повышении температуры и снижении осадков Как и следовало ожидать, меньших климатически обусловленных изменений стока следует ожидать для холодного периода, а наиболее заметных -для стока теплого периода и, особенно, для максимальных расходов воды весеннего половодья Расчеты, выполненные для рек Вага и Вымь, дали сходные результаты

Таблица 4

Поливариантная оценка изменения стока для створа Сысола-Первомайский в относительных величинах

0г,% Оп,% ОмАКС, %

с ср в с ср в с ср в

X -2 +15 +31 X -16 +3 +20 X +4 +7 +49

ср -13 0 +23 ср -22 0 +8 ср -8 0 +21

т -28 -3 +17 т -23 -3 +1 т -23 0 +12

Оло, % 0з,%

с ср в с ср в

X -13 +14 +39 X +14 +16 +16

ср -14 0 +29 ср -14 0 +11

т -21 -2 +21 т -25 -3 +8

Глава 5. Прогноз возможных изменений стока рек бассейна Северного Ледовитого океана

В пятой главе дан прогноз возможных климатических изменений водного режима рек бассейна Северного Ледовитого океана на середину и конец XXI века Для рассмотренных выше рек бассейна Северной Двины применялся метод динамико-стохастического моделирования В качестве стохастического входа использованы искусственные ряды суточных колебаний метеорологиче-

ских элементов, предлагаемые различными моделями общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО), смоделированные с учетом прогнозируемых каждой моделью ожидаемых климатических изменений в этом регионе для сценария выбросов парниковых газов А2 Применялись результаты моделирования по семи МОЦАО, разработанными в России, США и Канаде Преобразование входных метеорологических рядов в расходы воды в замыкающем створе осуществлялось с помощью концептуальной модели формирования талого и дождевого стока Гидрометцентра В целях проверки возможностей используемых МОЦАО их воспроизводимость оценивалась для базового периода 1961-1990 гг Проверка показала, что в целом для базового периода эти МОЦАО позволяют рассчитывать средние значения годовой суммы осадков с ошибкой 1530%, а для среднегодовой температуры воздуха с ошибкой 1 5-4°С Результирующие погрешности расчета характеристик водного режима при такой схеме динамико-стохастического моделирования составляют от 5 до 40% Смоделированный каждой из климатических моделей возможный ход метеорологических элементов для периодов 2046-2065 гг. и 2081-2100 гг использовался в качестве входа в гидрологическую модель формирования стока Таким образом, был получен поливариантный прогноз возможных климатических изменений водного режима рек бассейна Северной Двины на середину и конец XXI века В таблице 5 приведены результаты таких расчетов для реки Сысола у п Первомайский при использовании российской климатической модели Института Вычислительной Математики РАН (ШМсшЗ 0) В таблице помещены средние для базового и двух прогнозируемых периодов значения среднегодового расхода воды От, среднего Оп и максимального Омакс расхода половодья, среднего расхода за летне-осенний Одо и зимний Оз сезоны, полученные методом динамико-стохастического моделирования В первой строке помещены результаты осреднения по фактическим данным, что позволяет оценить воспроизводимость модели ШМстЗ 0 для базового периода

Таблица 5

Результаты динамико-стохастического моделирования дляр Сысола-п Первомайский

Периоды Ог.м2/с Qn, м3/с ОМАКС. М3/С Оло.мъ/с СЬ.м3/с

1961-1989ф 104 241 832 78 43

1961-1989 117 253 973 95 51

2046-2065 163 369 1142 110 80

2081-2100 188 469 1519 103 88

Данные табл 5 показывают, что в соответствии с климатическим прогнозом модели INMcm3 0 по сценарию выбросов А2 к концу XXI можно ожидать существенное повышение водности во все сезоны года и особенно зимой Аналогичные прогнозы для бассейна Северной Двины были получены и при использовании других шести МОЦАО

Для оценки возможных климатических изменений стока рек всего бассейна Северного Ледовитого океана были использованы рассмотренные в главе 3 статистические зависимости характеристик речного стока от его основных климатических факторов и мультимодельный прогноз изменения осадков и температур на конец XXI века по данным МГЭИК Учет погрешностей статистического оценивания параметров корреляционных связей позволил для каждого региона и для каждой характеристики стока отобрать ту эмпирическую формулу вида (1) или (2), которая позволяет получать наиболее надежный прогноз климатических изменений стока Для подверженных сильной антропогенной нагрузке регионов северо-западной Европы Eui, бассейна Енисея Yn и северо-восточной Америки Ат2 таких зависимостей получить не удалось Для регионов северо-запада Азии Nj и северо-запада Америки Ami прогнозируется годовой сток по формуле (1) Для остальных регионов арктического водосбора применялись зависимости вида (2) с использованием «репрезентативных кластеров», рассмотренных в главе 3 В этих зависимостях ожидаемые изменения температуры напрямую не учитываются Однако не следует забывать, что изменение количества осадков, выпадающих в различных регионах Арктического водосбора в раз-

личные сезоны года, прогнозируется МОЦАО исходя из предполагаемого глобального потепления климата и косвенно учитывается зависимостями вида (2) учитывается Прогноз стока представлен в виде изменения среднего значения характеристик речного стока АУк концу XXI века (2080-2099 гг) относительно базового периода (1980-1999 гг) Средние квадратические погрешности прогноза С(АУ), обусловленные теснотой используемых связей и продолжительностью рядов многолетних наблюдений, по которым эти связи были получены, определялись при заданных прогнозируемых изменениях климатических характеристик Таким образом, возможные ошибки климатических прогнозов не учитываются и, следовательно, реальная погрешность прогноза климатических изменений речного стока намного выше полученных значений о(ЬУ), которые в целом оказались значительно меньше прогнозируемых изменений стока Прогнозные оценки климатических изменений средних значений характеристик водного режима АУ и их погрешности о(АУ) представлены в табл 6 в долях относительно их нормы за базовый период

Результаты расчетов показывают, что к концу XXI века годовой сток крупнейших рек водосбора Северного Ледовитого океана может вырасти на 5-30% Объем стока половодья может увеличиться на 10-25% Максимальный рост ожидается для летне-осеннего стока, а минимальный для зимнего Выполненный прогноз стока рассчитан для сценария А1В, который является «средним» по степени выбросов парниковых газов Прогнозируемое увеличение водности крупнейших рек бассейна Северного Ледовитого океана в целом совпадает с выводами других авторов

Таблица 6

Прогноз возможных климатических изменений речного стока рек бассейна Северного Ледовитого океана к концу XXI века

Район У А У, % С(АУ), %

К 13 1

V« 13 2

Еиг Ржакс 15 3

^ло 30 4

к 8 1

V, 17 3

ОЬ V» 9 1

У макс 4 1

V, 14 2

У« 14 2

Ье Умакс 14 2

Уло 31 3

к 5 1

К к 7 2

Уг 28 4

Уп 24 3

N2 Кидкс 16 3

Уло 22 3

у; -1 1

Атп1 Уг 16 3

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы

1 Для водосбора Северного Ледовитого океана исследовано влияние различных природных и антропогенных факторов на водный режим рек и доя различных частей водосбора дана поливариантная оценка вероятных климатических изменений речного стока в ближайшие десятилетия

2 В целях учета разнообразия природных и антропогенных условий формирования речного стока в пределах арктического водосбора выделены девять регионов, приуроченных к бассейнам крупнейших рек или к относительно

22

однородным территориям.

3 Статистический анализ многолетних колебаний водного стока и его характеристик показал, что имевшие в период наблюдений климатические изменения в целом привели к увеличению амплитуды межгодовых колебаний стока и их внутрирядной скоррелированности В то же время выявленные тренды в многолетних колебаниях стока отражают совокупное влияние климатических и антропогенных факторов и имеют различный характер в разных частях арктического водосбора

4 Для регионов с минимальным антропогенным изменением водного режима получены достаточно тесные корреляционные зависимости характеристик речного стока от характеристик его основных климатических факторов При этом корреляция объемов речного стока за различные периоды с соответствующими суммами температур в большинстве случаев оказалась статистически недостоверной, а корреляция речного стока с соответствующими суммами осадков может быть увеличена за счет более детального учета пространственной изменчивости природных условий

5 Полученные зависимости использованы для оценки вероятных климатических изменений водного режима арктических рек В качестве оценки ожидаемых изменений климата были взяты данные МГЭИК для сценария А1В при осреднении прогнозов различных МОЦАО В результате для годового стока с незарегулированной части водосбора Северного Ледовитого океана во второй половине XXI века прогнозируется увеличение на 5-30%

6 Уточнение влияния на водный режим северных рек основных климатических факторов, таких, как годовая сумма осадков и среднегодовая температура воздуха выполнено для бассейна Северной Двины на основе концептуальной модели формирования талого и дождевого стока Гидрометцентра

7 Полученная для этого региона оценка воспроизводимости различных МОЦАО позволила получить представление о возможности их применения для таких относительно небольших территорий

8 Реализация метода динамико-стохастического моделирования для бассейна

Северной Двины позволило дать поливариантный прогноз вероятных изменений характеристик стока рек севера лесной зоны ЕТР К концу XXI века прогнозируется увеличение годового стока на 20-40%, а для зимнего стока на 75%

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Алексеевский Н И, Магрицкий Д В , Христофоров А В , Симонов Ю А Изменение притока воды в Северный Ледовитый океан Международная научно-практическая конференция «Инженерное искусство в развитии цивилизации» 150-летию со дня рождения В Г Шухова посвящается Материалы заседания круглого стола «Глобальные проблемы использования водных ресурсов», 6 октября 2003 года Москва, Россия, с 55-79

2 Алексеевский Н И, Магрицкий Д В , Христофоров А В , Симонов Ю А Изменчивость водного стока крупнейших северных рек Труды российско-тайваньского симпозиума по развитию технологий использования водных ресурсов Москва, Россия, 31 мая 2004 г, с 93-117 (на английском языке)

3 Симонов Ю А Анализ изменения водного режима рек бассейна Северного Ледовитого океана Материалы XI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2004» Секция географии Москва, Россия, апрель 2004 г, с 123-124

4 Христофоров А В , Симонов Ю А Многолетние тенденции изменения притока воды в Северный Ледовитый океан (глава 3 3 коллективной монографии Гидроэкология теория и практика Проблемы гидрологии и экологии Выпуск2(подред НИ Алексеевского) М Изд-воМГУ 2004 с 187-202

5 Симонов Ю А, Христофоров А В Анализ многолетних колебаний стока рек бассейна Северного Ледовитого океана //Водные ресурсы 2005 Т 32 №6, с 645-652

6 Симонов Ю А Изменение водного стока российских рек в Северный Ледовитый океан В материалах международной конференции по исследованиям моря, Осло, 3-5 ноября 2006 г, 57 с (на английском языке)

7 Симонов Ю А, Христофоров А В Изменчивость притока воды в Северный Ледовитый океан В материалах Международного конгресса по геодезии и геофизике, Перуджа, Италия, 2-13 Июля 2007 г (на английском языке)

8 Христофоров А В , Симонов Ю А Статистический анализ колебаний притока воды в Северный Ледовитый океан (глава 4 1 коллективной монографии Геоэкологическое состояние арктического побережья России и безопасность природопользования (под ред Н И Алексеевского) М ГЕОС 2007, с 398416

9 Попова В В , Симонов Ю А Влияние аккумуляции снега в северной Евразии на увеличение водного стока рек в Северный Ледовитый океан в конце XX века В материалах открытой научной конференции, посвященная изучению Арктики и Антарктики, Санкт-Петербург, Россия, 8-11 июля 2008 г, 165 с (на английском языке)

Напечатано с готового оригинал-макета

Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИД N 00510 от 01 12 99 г Подписано к печати 01 09 2008 г Формат 60x90 1/16 Услпечл 1,5 Тираж 100 экз Заказ 474 Тел 939-3890 Тел/Факс 939-3891 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им МВ Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Симонов, Юрий Андреевич

Введение.

Глава 1. Факторы формирования и пространственно-временной изменчивости стока рек бассейна Северного Ледовитого океана.

1.1 Природные условия в бассейне Северного Ледовитого океана.

1.2 Влияние человеческой деятельности на сток рек бассейна Северного Ледовитого океана.

1.3 Ожидаемые изменения климата в бассейне.

Северного Леовшпого океана.

Глава 2. Пространственно-временная изменчивость стока воды рек бассейна

Северного Ледовитого океана.

2.1. Исходные данные.

2.2 Анализ многолетних колебаний годового стока.

2.3. Анализ многолетних колебаний характеристик стока и его основных климатических факторов.

2.4. Анализ внутригодового распределения стока.

Глава 3. Исследование статистических зависимостей характеристик речного стока от характеристик его основных климатических факторов.

3.1 Анализируемые характеристики речного стока и его климатических факторов.

3.2 Статистическое оценивание параметров эмпирических зависимостей и их погрешности.

3.3 Учет пространственной неоднородности условий формирования стока.^.

Глава 4. Оценка влияния изменения климатических факторов. на сток рек бассейна Северной Двины.

4.1 Модель формирования стока для рек севера лесной зоны.

4.2 Исследуемые водосборы.

4.3 Анализ метеорологических данных.

4.4 Оценка влияния изменений годовой суммы осадков и среднегодовой температуры воздуха на водный режим.

Глава 5. Прогноз возможных изменений стока рек бассейна Северного Ледовитого океана.

5.1 Методы прогноза климатических изменений стока рек бассейна Северного Ледовитого океана.

5.2 Прогноз изменений стока на основе динамико-стохастического моделирования.

5.3 Прогноз климатических изменений стока крупнейших рек бассейна Северного Ледовитого океана.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Пространственно-временная изменчивость водного стока рек бассейна Северного Ледовитого океана"

Диссертация посвящена исследованию природных и антропогенных условий формирования и закономерностей пространственно - временной изменчивости стока рек бассейна Северного Ледовитого океана и оценке его возможных климатических изменений. При этом рассматривается вся территория водосбора, включая не только российскую часть бассейна Северного Ледовитого океана, но и северо-американскую и западноевропейскую части водосбора, что позволяет рассмотреть все многообразие природных условий и учесть различные антропогенные нагрузки рек бассейна Северного Ледовитого океана.

Актуальность проблемы определяется следующими обстоятельствами. Водный сток арктических рек играет важную роль в гидрологическом режиме Северного Ледовитого океана и присущих береговой зоне процессах. Этому способствуют его сравнительно малые размеры и сравнительно большие водные ресурсы северных рек — объем их годового стока составляет более 40% прихода воды в Северный Ледовитый океан £Serreze et al., 2006), а также высокую уязвимость арктических территориально-природных комплексов и аквальных экосистем. Влияние речного стока распространяется на водный баланс, процессы опреснения, термический и ледовый режим океана и его частей (Шикломанов и др., 2003). Установлено, что возможное увеличение стока арктических рек приведет к увеличению экспорта пресных вод из Северного Ледовитого океана в северную Атлантику, что может ослабить формирование глубинных вод севера Атлантики и Атлантическую термогалинную циркуляцию (Broecker, 1997; Clark et al., 2002; Curry et al., 2003). Подобные изменения термогалинной циркуляции могут иметь необратимые климатические последствия для всей Земли. Сток северных рек значительным образом влияет на процессы ледообразования в Северном Ледовитом океане. Плотностная стратификация толщи воды Северного Ледовитого океана в условиях холодного климата Арктики определяется в первую очередь соленостью (Океанология., 1979), а не температурой воды. Приток пресных вод арктических рек значительным образом влияет на соленость поверхностного слоя океана, тем самым, оказывая влияние на процессы плотностной стратификакции, динамики вод океана, а также на процессы льдообразования, которые в свою очередь регулируют тепловой баланс всего арктического региона (Aagaard et al., 1989). Кроме того, водный сток северных рек влияет на биохимические процессы, протекающие в океане (Ecological., 1978). Водный сток северных рек оказывает влияние не только на экологию региона, но. и на качество жизни населения, проживающего в арктическом регионе. Возможные изменения стока арктических рек значительным образом влияют на условия водопользования — на работу водохозяйственных систем, на речной транспорт и другие важные аспекты экономики и народного хозяйства. Сток рек данного региона относится к речным факторам влияния на геоэкологическую безопасность всего бассейна Северного Ледовитого океана, оценка, которая в свою очередь необходима для планирования новых видов природопользования и для реализации плана мер, направленных на снижение социальных и экономических ущербов в арктическом регионе (Алексеевский, 2007). Можно отметить, что водный сток арктических рек в Северный Ледовитый океан имеет глобальное значение. Результаты научных модельных экспериментов Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) показывают, что наибольшие изменения климата проявятся в высоких широтах (IPCC, 2007). В настоящее время прогнозируется увеличение величины годовой суммы атмосферных осадков за вычетом годового испарения в бассейне Северного Ледовитого океана в будущем (Van der Linden et al., 2003; Serreze et al., 2000; Manabe et al, 1993; Rahmstorf et al, 1999). Какие будут последствия столь значительных климатических изменений на сток арктических рек и на весь бассейн Северного Ледовитого океана сказать сложно. Большинство научных работ склоняется к тому, что климатические изменения в арктическом бассейне возымеют отрицательный эффект на водные ресурсы региона (ГРСС, 2007).

Исследование пространственно-временной изменчивости стока северных рек и оценка их изменения позволит спрогнозировать и минимизировать риск от возможных негативных последствий изменения климата в арктическом регионе, как в экологическом, так и в экономическом плане. Оценка изменений стока является важным аспектом поддержания геоэкологической безопасности территории арктического побережья не только России, но и других стран, расположенных в пределах бассейна Северного Ледовитого океана (Алексеевский, 2007; Arnell, 2004; Vorosmarty et al., 2000).

Изучение пространственно-временной изменчивости водного стока рек всего бассейна Северного Ледовитого океана, а не его отдельных частей, имеет исключительное значение для оценки глобальных океанологических процессов в Северном Ледовитом океане и в северной части Атлантического океана. Суммарный сток рек оказывает влияние на процессы льдообразования в Северном Ледовитом океане, что в свою очередь оказывает воздействие на баланс тепла и соответственно на климат всего арктического региона.

Состояние изученности проблемы. Изучению изменчивости и колебаний водного стока северных рек посвящено большое количество научных работ. Анализ водности северных реки описан в работах. Анализ гидрологической изученности бассейна Северного Ледовитого океана, а также изучение многолетней изменчивости водного стока северных рек представлено в научных трудах (Shiklomanov et al., 2006; Vorosmarty et al., 2000; Peterson et al., 2002; Lammers et al., 2001; Shiklomanov et al., 2000). Изменение суммарного годового стока шести крупнейших евроазиатских рек представлено в работах (Peterson et al., 2002; Shiklomanov et al., 2006). Изучение изменения сезонного стока крупнейших сибирских рек представлено в работах (Георгиевский и др., 1996; Yang et al. 2002; Yang et al. 2004). Достаточно большое количество публикаций посвящено оценке возможных изменений стока арктических рек. Общие выводы по влиянию изменения климата на сток северных рек получены при анализе научных работ (Shiklomanov, 1994; Shiklomanov, 1997; Van der Linden et al., 2003). В них используются оценки климатических изменений в арктическом регионе в качестве входа в гидрологические модели различной сложности (Shiklomanov, 1991). Одними из первых прогноз изменения стока на такой основе получили Miller и Russell (Miller, Rüssel, 1992). В исследовании (Shiklomanov et al., 1994) использованы выходы моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО) и палеоклиматические реконструкции в качестве входа в детальную гидрологическую модель Государственного Гидрологического Института (ГГИ) для прогноза изменения годового и сезонного стока р. Енисей. Схожие оценки для стока рек севера европейской территории России (ЕТР) описаны в работе (Георгиевский, 1996). Другие исследования такой же сути описаны в работах (Мохов, Хон 2003; Amell, 2005; Arora, Boer, 2001; Miller, Rüssel 2000; Nijsen et al., 2001a; Nijsen et al., 2001b; Van der Linden, 2003).

Ввиду исключительной актуальности и важности рассмтриваемой проблемы в настоящее время для ее решения задействованы очень мощные научные силы. Однако, сложность и многоплановость проблемы дают основание автору внести и свой вклад в ее решение. В частности, в перечисленных выше исследованиях основная роль отводится годовому стоку арктических рек. Оценки изменения годового стока рек в Северный Ледовитый океан имеют большое значение, но необходимо также проанализировать изменчивость и дать оценку изменения внутригодового распределения стока и характерных расходов воды (максимальных и минимальных среднемесячных расходов воды) арктических рек.

Цель исследования — изучить и количественно описать закономерности пространственно-временной изменчивости водного стока рек бассейна Северного Ледовитого океана и дать долгосрочную оценку возможных климатических изменений стока арктических рек. Для достижения данной цели были решены следующие задачи:

1. Исследование природных и антропогенных факторов формирования и пространственно-временной изменчивости водного стока рек в различных частях бассейна Северного Ледовитого океана.

2. Анализ современных представлений о закономерностях формирования стока данных рек, о влиянии изменения климата на сток арктических рек. Изучение современных подходов к оценке изменения стока северных рек;

3. Составление многолетней базы данных по среднемесячным расходам воды в замыкающем створе крупнейших арктических рек, а также среднемесячных значений метеорологических элементов в бассейнах рассматриваемых рек;

4. Статистический анализ многолетних колебаний характеристик речного стока, его внутригодового распределения, а также его основных климатических факторов.

5. Анализ статистических связей водного стока арктических рек с его основными климатическими факторами в многолетнем разрезе;

6. Изучение процессов формирования речного стока конкретных водосборов методом математического моделирования и оценка влияния климатических факторов на сток северных рек;

7. Оценка изменений стока рек бассейна Северного Ледовитого океана на вторую половину XXI века методом динамико-стохастического моделирования и методом, основанным на статистических связях стока с его климатическими факторами. л

Методика исследований. В ходе диссертационного исследования использован географический анализ природных и антропогенных факторов формирования и пространственной изменчивости водного стока рек бассейна Северного Ледовитого океана. Использован статистический анализ многолетних колебаний стока и его основных климатических факторов. Метод динамико-стохастического моделирования состоял из использования концептуальной модели формирования талого и дождевого стока Гидрометцентра РФ и выходов МОЦАО. Для реализации динамикостохастического моделирования использованы методы программирования баз гидрометеорологических данных. В работе использованы материалы глобальных баз данных. Данные по среднемесячному стоку воды в замыкающих створах крупнейших арктических рек взяты из баз данных R-arcticNET (www.r-arcticnet.sr.unh.edu), ArcticRIMS (rims.unh.edu), HYDRA2 (www.nve.no). Данные по годовым осадкам и температурам воздуха в различных метеостанциях арктического бассейна взяты из базы данных Всероссийского научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации-Мирового центра данных (ВНИГМИ-МЦЦ) и предоставлены лабораторией климатологии Института Географии РАН (ИГ РАН). Входные данные для динамико-стохастического моделирования были взяты из базы данных Гидрометцентра РФ. Оценочные выходы МОЦАО были предоставлены в рамках грантов РФФИ (проекты № 03-05-64306, 04-05-65032) кафедрой метеорологии и климатологии географического факультета МГУ. Данные по месячным суммам осадков и среднемесячной температуре для узлов интерполяционной сетки для всего бассейна Северного Ледовитого океана были взяты из базы данных Отделения по исследованию климата (CRU).

Предмет защиты состоит в том, что в диссертации на основе анализа пространственно-временных закономерностей формирования водного стока рек бассейна Северного Ледовитого океана для всего бассейна в целом и его отдельных частей выполнена оценка изменения водного режима под влиянием различных природных и антропогенных факторов и дан поливариантный прогноз его ожидаемых климатических изменений. Основные защищаемые положения выглядят следующим образом.

1. Исследование водного стока рек бассейна Северного Ледовитого океана целесообразно проводить не только для всего бассейна в целом, но в виду разнообразия его природных условий и антропогенной нагрузки, для отдельных регионов, приуроченных к бассейнам крупнейших рек или относительно однородных территорий.

2. Влияние климатических изменений и хозяйственной деятельности приводит не только к образованию трендов, но и к появлению более тонких нарушений статистической однородности рядов многолетних колебаний речного стока. В частности, к изменению амплитуды • колебаний и характера внутрирядной скоррелированности.

3. Географически обоснованное выделение относительно однородных районов позволяет получить для них достаточно надежные корреляционные зависимости характеристик речного стока от характеристик основных климатических факторов.

4. Удачное варьирование входными метеорологическими данными при использовании достаточно надежной концептуальной модели формирования талого и дождевого стока позволяет уточнить влияние на водный режим северных рек таких основных климатических характеристик как годовая сумма осадков и среднегодовая температура воздуха.

5. Для относительно небольших территорий наиболее надежный поливариантный прогноз изменения водного режима может быть получен на основе динамико-стохастического моделирования при котором модель формирования стока используется в сочетании с данными различных МОЦАО.

6. Учет погрешностей статистического оценивания параметров корреляционных связей позволяет повысить точность прогноза ожидаемых климатических изменений водного режима крупных частей бассейна Северного Ледовитого океана.

7. Анализ географических особенностей бассейнов крупнейших рек и учет пространственной неоднородности условий формирования речного стока позволяет существенно повысить надежность прогноза его ожидаемых климатических изменений.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Обнаружены статистически достоверные климатические и антропогенные изменения математических ожиданий, дисперсий и автокорреляционных функций многолетних колебаний годового, сезонного, максимального и минимального стока и основных климатических факторов для различных регионов бассейна Северного Ледовитого океана.

2. С учетом пространственной неоднородности условий формирования речного стока и погрешностей статистического оценивания получены достаточно надежные эмпирические зависимости характеристик речного стока (годовой сток, сток за половодье, летне-осенний и зимний периоды, а также максимальный и минимальный среднемесячные расходы воды) от важнейших климатических факторов и для различных частей бассейна Северного Ледовитого океана дан прогноз ожидаемых климатических изменений водного режима в XXI веке.

3. На основе концептуальной модели формирования талого и дождевого стока, реализованной для рек бассейна Северной Двины, уточнено влияние изменений годовой суммы осадков и среднегодовой температуры на водный режим рек севера лесной зоны.

4. .Выполнена оценка воспроизводимости МОЦАО и дан поливариантный прогноз возможных изменений водного режима рек бассейна Северного Ледовитого океана.

Практическая значимость результатов работы состоит в следующем. Результаты статистического анализа многолетних рядов стока указывают на статистически достоверное увеличение амплитуды колебаний стока практически для всех районов бассейна Северного Ледовитого океана. Данный факт означает учащение экстремальных явлений, что должно быть учтено водопользователями, водопотребителями, а также органами, ответственными за обеспечение безопасности населения. Данные изменения важно учитывать при расчете гидроэкологического потенциала территории. Оценка изменения среднемноголетнего стока арктических рек, а также его компонентов, может быть учтена при регулировании стока водохозяйственными системами, в частности, при корректировке графика регулирования водохранилищ, водопользования и водопотребления. Отдельные отрасли водного хозяйства также могут учитывать оценки возможного изменения годового стока и его внутригодового распределения, приведенные в настоящей работе. Диссертационное исследование выполнено в рамках проектов №43.016.11. 1628 НТЦП Министерства промышленности, науки и технологий, гранты РФФИ (проекты № 03-05-64306, 04-05-65032).

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались на Международной научно-практическая конференции «Инженерное искусство в развитии цивилизации». 150-летию со дня рождения В. Г. Шухова посвящается. Материалы заседания круглого стола «Глобальные проблемы использования водных ресурсов» (Москва, октябрь 2003); на международной конференции «Ломоносовские чтения 2004» (Москва, январь 2004); на международной конференции Перспективные технологии XXI века. Круглый стол «Оценка и прогнозирование антропогенных изменений климата и выработка мер по предупреждению негативных последствий климатических изменений» (Москва, май 2004); на Taiwan - Russia Bilateral symposium -Development of Water resources Technology (Москва, май 2004); на международной научно-практической конференции «Развитие подводной деятельности в СССР и России» (Москва, декабрь 2004); на международной конференция «Nordic Marine Sciences Conference 2006» (Осло, ноябрь 2006); на российско-британской конференции молодых ученых на тему «Изменения климата и его изменчивость: роль антропогенных факторов» (Санкт-Петербург, февраль 2007); на международной конференции «IUGG XXIV General Assembly» (Перуджа, июль 2007); на научном семинаре в Научно-исследовательском вычислительном центре МГУ им. Ломоносова (Москва, февраль 2008); на семинаре кафедры Гидрологии суши МГУ им. Ломоносова (Москва, февраль 2008); на международной конференции, посвященной полярным исследования «SCAR/IASC-IPY Open science conference» (Санкт-Петербург, июль 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 коллективных монографии, 2 статьи и 5 тезисов докладов.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 150 наименований и приложения. Работа изложена на 176 страницах машинописного текста, включает 27 рисунков и 28 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия", Симонов, Юрий Андреевич

Заключение

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.

1. Для водосбора Северного Ледовитого океана исследовано влияние различных природных и антропогенных факторов на водный режим рек и для различных частей водосбора дана поливариантная оценка вероятных климатических изменений речного стока в ближайшие десятилетия.

2. В целях учета разнообразия природных и антропогенных условий формирования речного стока в пределах арктического водосбора выделены девять регионов, приуроченных к бассейнам крупнейших рек или к относительно однородным территориям.

3. Статистический анализ многолетних колебаний водного стока и его характеристик показал, что имевшие в период наблюдений климатические изменения в целом привели к увеличению амплитуды межгодовых колебаний стока и их внутрирядной скоррелированности. В то же время выявленные тренды в многолетних колебаниях стока отражают совокупное влияние климатических и антропогенных факторов и имеют различный характер в разных частях арктического водосбора.

4. Для регионов с минимальным антропогенным изменением водного режима получены достаточно тесные корреляционные зависимости характеристик речного стока от характеристик его основных климатических факторов. При этом корреляция объемов речного стока за различные периоды с соответствующими суммами температур в большинстве случаев оказалось статистически недостоверной, а корреляция речного стока с соответствующими суммами осадков может быть увеличена за счет более детального учета пространственной изменчивости природных условий.

5. Полученные зависимости использованы для оценки вероятных климатических изменений водного режима арктических рек. В качестве оценки ожидаемых изменений климата были взяты данные 1РСС для сценария А1В при осреднении прогнозов различных МОЦАО. В результате для годового стока с незарегулированной части водосбора Северного Ледовитого океана во второй половине XXI века прогнозируется увеличение на 5-30%.

6. Уточнение влияния на водный режим северных рек таких основных климатических факторов как годовая сумма осадков и среднегодовая температура воздуха выполнено для бассейна Северной Двины на основе концептуальной модели формирования талого и дождевого стока Гидрометцентра.

7. Полученная для этого региона оценка воспроизводимости различных МОЦАО позволила получить представление о возможности их применения для таких относительно небольших территорий.

8. Реализация метода динамико-стохастического моделирования для бассейна Северной Двины позволило дать поливариантный прогноз вероятных изменений характеристик стока рек севера лесной зоны ЕТР. К концу XXI века прогнозируется увеличение годового стока на 20-40%, а для зимнего стока на 75%.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Симонов, Юрий Андреевич, Москва

1. А. Б. Авакян, В. П. Салтанкин, В. А. Шарапов. Водохранилища. М.: Мысль, 1987.

2. Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов. М.: Мир, 1976, 755 с.

3. Бельчиков В.А., Корень В.И. Опыт использования модели формирования талого и дождевого стока рек лесной зоны европейской территории СССР // Тр. Гидрометцентра СССР. 1983. Вып. 246. С. 3-20.

4. Бельчиков В.А., Корень В.И., Нечаева Н.С. Автоматизированные кратковременные прогнозы расходов и уровней воды для речной системы Северной Двины // Тр. Гидрометцентра РФ. 1992. Вып. 324. С. 3 15.

5. Бельчиков В.А., Полунин А.Я., Симонов Ю.А., Христофоров A.B. Предварительная оценка возможных изменений стока северных рек. Метеорология и Гидрология (в печати), 2008.

6. Большая Советская энциклопедия. Гл. редактор Б.А. Введенский. Второе издание. М.: Государственное научное изд-во "Большая советская энциклопедия ", 1954 г.

7. Гармаев Е.Ж., Евстигнеев В.М., Христофоров A.B., Шайбонов Б.Б. Сток рек Бурятии. Улан-Удэ. 2000. 188 с.

8. Георгиевский В.Ю., Ежов A.B., Шалыгин A.JI. и др. Оценка влияния возможных изменений климата на гидрологический режим и водные ресурсы рек бывшего СССР // Метеорология и гидрология. 1996. №11.С.87-99.

9. Давыдов JI. К. Гидрография СССР. Часть 1. JL: Гидрометеоиздат, 1954

10. Давыдов JI. К. Гидрография СССР. Часть 2. Л.: Гидрометеоиздат, 1954

11. Н.Евстигнеев В.М. Речной сток и гидрологические расчеты. М.: Изд-во МГУ, 1990,304 с.

12. Евстигнеев В.М., Акименко Т.А. Возможные изменения стока рек северного склона Восточно-Европейской равнины в XXI веке. М.: Вестн. Моск. ун-та, серия 5, 2005, №5, 34-39 с.

13. Жук В.А., Фролова Н.Л. Расчет стока малых рек и притока воды к истринскому водохранилищу на основе модели формирования стока. В сб. «Малые реки России». М.: МЦГО РФ, 1994, с.146-154.

14. Карты снежного покрова европейской части СССР за период с 1936 по 1960 г. Часть I. Бассейны рек Белого и Баренцева морей, В надзаг.: Главное управление гидрометеорологической службы при Совете Министров СССР, Центральный институт прогнозов. М., 1961.

15. Кендалл М., Стьюарт А. Статистические выводы и связи. — М.: Наука, 1973.(добавить в текст ссылку)

16. Кислов A.B. Климат в прошлом, настоящем и будущем. М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001, 351 с.

17. Корень В.И. Математические модели в прогнозах речного стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1991, 200 с.

18. Кучмент JI.C., Гельфан А.Н. Динамико-стохастические модели формирования речного стока. М.: Наука, 1993, 104 с. (добавить в текст ссылку)

19. Магрицкий Д.В. Ожидаемые изменения осадков и температуры воздуха, (глава 4.2.1 коллективной монографии Геоэкологическое состояние арктического побережья России и безопасность природопользования, (под ред. Н.И. Алексеевского). М.: ГЕОС. 2007. С.416-428.

20. Мильков Ф. Н., Гвоздецкий Н. А. Физическая география СССР. Издание третье. М.: "Мысль", 1976, 448 с.

21. Мильков Ф. Н., Гвоздецкий Н. А. Физическая география СССР. Издание четвертое. М.: "Мысль", 1978, 512 с.

22. Мохов И.И., Хон Б.Ч. Гидрологический режим в бассейнах сибирских рек: модельные оценки изменений в 21 веке. Метеорология и гидрология №2, 2002, с.77-91

23. Мухин В.М. О влиянии изменений климата на возникновение катастрофических ситуаций на горных реках, Метеорология и гидрология. №5, 1994, С. 106- 111.

24. Никаноров A.M., Иванов В.В., Брызгало В.А. Реки российской Арктики в современных условиях антропогенного воздействия. Издательство: «НОК», 2007.

25. Океанология. Химия океана. Том 1. Изд-во «Наука», Москва, 1970, 520 с.

26. Ресурсы поверхностных вод СССР. ТЗ. Северный край. JL: Гидромеоиздат, 1972

27. Ресурсы поверхностных вод. Северо-восток. Т19. Л.: Гидромеоиздат, 1969.

28. Ресурсы поверхностных вод. Т15. Алтай и Западная Сибирь. Л.: Гидромеоиздат, 1969.

29. Ресурсы поверхностных вод. Т15. Нижняя Обь. Л.: Гидромеоиздат, 1969.

30. Ресурсы поверхностных вод.Т16. Ангаро-енисейский район. Л.: Гидромеоиздат, 1969.

31. Рождественский A.B., Ежов A.B., Сахарюк A.B. Оценка точности гидрологических расчетов. Л.: Гидрометеоиздат, 1990, 276 с.

32. Симонов Ю. А. Анализ изменения водного режима рек бассейна Северного Ледовитого океана. Материалы XI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2004». Секция географии. Москва-2004, 123-124 с.

33. Симонов Ю.А., Христофоров A.B. Анализ многолетних колебаний стока рек бассейна Северного Ледовитого океана // Водные ресурсы. 2005. Т.32. №6. С.645-652.

34. Симонов Ю.А., Христофоров A.B. Оценка возможных климатических изменений стока северных рек на основе моделирования процессов его формирования, 2008 (в печати).

35. Список гидрометеорологических организаций наблюдательной сети сети Росгидромета (по состоянию на 1 января 2003 года). Москва, 2003, 248 С.41 .Христофоров A.B. Надежность расчетов речного стока. М.: Изд-во МГУ, 1993.-168 с.

36. Христофоров A.B. Теория случайных процессов в гидрологии. М.: Изд-во МГУ, 1994, 139 с.

37. Христофоров A.B. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебное пособие. М.: Изд-во МГУ, 1988. - 132 с.

38. Шикломанов И. А., Шикломанов А. И. Изменение климата и динамика притока речных вод в Северный Ледовитый океан. Водные ресурсы, 2003,Т. 30, №6, 166 с.

39. ACIA, 2005: ACIA, 2005: Arctic Climate Impact Assessment. Cambridge University Press, New York, 1042 pp.

40. Aagaard, K. and E.C. Carmack. The role of sea ice and other freshwater in the Arctic circulation // Journal of Geophysical Research, 1989. P.4485-4498.

41. AARI, 1985. Arctic Atlas. Arctic and Antarctic Research Institute, Moscow, 204pp. (In Russian)

42. Andreasson, J., S. Bergstrom, B. Carlsson, L.P. Graham and G. Lindstrom, 2004: Hydrological change: climate change impact simulations for Sweden. Ambio, 33, 228-234.

43. Arnell N.W. A simple water balance model for the simulation for stream flow over a large geographic domain // Journal of Hydrology. 217 (1999). 314 — 335.

44. Arnell N.W. Climate change and global water resources: SRES emission and socio-economic scenarios // Global Environmental Change, 2004, 14, P.31-52

45. Amell, N.W. Effects of IPCC SRES emissions scenarios on river runoff: a global perspective // Hydrology and Earth System Sciences, 2003, 7. P.619-641.

46. Arnell, N.W.: Implications of climate change for freshwater inflows to the Arctic Ocean // Journal of Geophysical Research, 2005 — Atmos., 110.

47. Arora V.K., Boer G.J. Effects of simulated climate change on the hydrology of major river basins // Journal of Geophysical Research, 2001. Vol. 106, No. D4, p. 3335-3348.

48. Beldring S., Roard L.A., Engen-Skaugen Т., Forland E.J. Climate change impacts on hydrological processes in Norway 2071-2100. Norwegian Water Resources and Energy directorate, 2006.

49. Broecker, W.S. Thermohaline circulation, the Achilles heel of our climate system: will man-made C02 upset the current balance // Science, 1997. p. 645-654

50. Clark P.U., Pisias N. G., Stocker T. F., A. J. Weaver // Nature, 2002, 415, 863.

51. Curry, R., and C. Mauritzen. Dilution of the northern North Atlantic Ocean in recent decades // Science, 2005. 308, P. 1772-1774.

52. D611, P., Kaspar, F. and Lehner, В., 2003. A global hydrological model for deriving water availability indicators: model tuning and validation // Journal of Hydrology, 2002. 270, p. 105-134.

53. Dorling Kindersley World Atlas. M: Изд-во Слово, 1999.

54. Ducharne, A., C. Golaz, E. Leblois, K. Laval, J. Polcher, E. Ledoux, and G. de Marsily. Development of a high resolution runoff routing model, calibration and application to assess runoff from the LMD GCM // Journal of Hydrology, 2003. 280, p.207-228.

55. Ecological processes in coastal and marine systems. Edited by R.J. Livingston. Plenum press, New York and London, 1978, 548 p.

56. Forman, S.L., W. Maslowski, J. T. Andrews, D. Lubinski, M. Steele, J. Zhang,A

57. R.B. Lammers and B.J. Peterson. Researchers explore arctic freshwaterA's role in ocean circulation. Eos, Transactions, American Geophysical Union, 2000. 81(16), p.169-174.

58. Fowler, H.J., C.G. Kilsby and J. Stunell. Modelling the impacts of projected future climate change on water resources in north-west England // Hydroljgical Earth System Science, 2007.'11, p.l 115-1126.

59. Georgievsky, V. Yu., I. A. Shiklomanov and A.L. Shalygin. Longterm Variations in the Runoff over the Russian Territory. Report of the State Hydrological Institute, 2002, St. Petersburg, Russia, 85pp.

60. Georgievsky, V. Yu., I. A. Shiklomanov and A.L. Shalygin. Possible Changes of Water Resources and Water Regimes in the Lena Basin Due to Global Climate Warming. Report of the State Hydrological Institute, 2003, St. Petersburg, Russia.

61. Gordeev V.V., J.M. Martin, I.S. Sidorov and M. V. Sidorova, 1996. A reassessment of the Eurasian river input of water, sediment, major elements, and nutrients to the Arctic Ocean // American Journal of Science, 296, p.664-691.

62. Grabs, W.E., F. Portmann and T. de Couet, 2000. Discharge observation networks in Arctic regions: Computations of the river runoff into the Arctic Ocean, its seasonality and variability. In: E.L. Lewis, E.P. Jones, P. Lemke, T.D. Prowse and

63. P. Wadhams (eds.). The Freshwater Budget of the Arctic Ocean, NATO Science Series, pp. 249-268. Kluwer Academic Publishers.

64. Graham, L.P., S. Hagemann, S. Jaun andM. Beniston: On interpreting hydrological change from regional climate models. Climatic Change, 2007a, 81(Suppl. 1), p.97-122.

65. Hare, S.R. and N.J. Mantua. Empirical evidence for North Pacific regime shifts in 1977 and 1989. Progress in Oceanography, 2000. 47(2-4).p. 103-147.

66. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), 2000. Special Report on Emissions Scenarios. Cambridge University Press, Cambridge, UK.

67. Jha, M., Z.T. Pan, E.S. Takle and R. Gu. Impacts of climate change on streamflow in the Upper Mississippi River Basin: a regional climate model perspective // Journal of Geophysical Research — Atmos., 2004.

68. Karl, T. and K. Trenberth: Modern global change // Science, 2003. 302, P. 17191722.

69. Kay,A.,N.S. Reynard and R.N. Jones: RCMrainfall forUKflood frequency estimation. II. Climate change results // Journal of hydrology. , 2006b 318, p. 163172

70. Kay,A.,V. Bell and H. Davies: Model Quality and Uncertainty for Climate Change Impact. Centre for Ecology and Hydrology, 2006a, Wallingford.

71. Koster, R.D., and M.J. Suarez. The Components of a Svat Scheme and Their Effects on a Gems Hydrological Cycle // Advances in Water Resources, 2006a 17:61-78.

72. Lammers, R.B., A.I. Shiklomanov, C.J. Vorosmarty, B.M. Fekete and B.J. Peterson. Assessment of contemporary arctic river runoff based on observation discharge records. Journal of Geophysical Research, 2001, 106(D4), p.3321-3334.

73. Lenderink G., Buishand A., Deursen W. Estimates of future discharges of the river Rhine using two scenario methodologies: direct versus delta approach // Hydrological Earth System Science, 2007. 11(3), p.l 145-1159.

74. Lewis, E.P.' Jones, P. Lemke, T.D. Prowse and P. Wadhams (eds.). The Freshwater Budget of the Arctic Ocean, pp. 281â€"296. Kluwer Academic Publishers.

75. Manabe, S. 1969. Climate and Ocean Circulation .1. Atmospheric Circulation and Hydrology of Earths Surface. Monthly Weather Review 97:739-774.

76. Manabe, S., R.T.Wetherald, P.C.D.Milly, T.L. Delworth and R.J. Stouffer, 2004b: Century scale change inwater availability: C02 quadrupling experiment. Climatic Change, 64, pp.59-76.

77. McAvaney, B.J., et al., 2001: Model evaluation. In: Climate Change 2001: The Scientifi c Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Houghton, J.T., et al. (eds.).

78. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 471-523.

79. Meleshko, V.P., V.M. Kattsov, V.A. Govorkova, S.P. Malevsky-Malevich, E.D. Nadezhina and P.V. Sporyshev, 2004:Anthropogenic climate change in theXXIst century in North Eurasia. Meteorología Hydrologia, 7, 5-26 (in Russian).

80. P.C.D. Milly, K. A. Dunne & A. V. Vecchia. Global pattern of trends in streamflow and water availability in a changing climate. Vol 438| 17 November 2005|doi:10.1038/nature04312

81. Miller, J.R. and G.L. Russell, 1992. The impact of global warming on river runoff. Journal of Geophysical Research, 97(D3):2757-2764.

82. Miller, J.R. and G.L. Russell, 2000. Projected impact of climate change on the freshwater and salt budgets of the Arctic Ocean by a global climate model. Geophysical Research Letters, 27:1183-1186.

83. Milly, P.C.D., K.A. Dunne and A.V. Vecchia, 2005: Global pattern of trends in streamflow and water availability in a changing climate. Nature, 438, 347-350.

84. Minobe, S., 2000. Spatio-temporal structure of the pentadecadal variability over the North Pacific. Progress in Oceanography, 47(2-4):381^107.

85. Mokhov, I.I., V. A. Semenov and V.Ch. Khon, 2003. Estimates of possible regional hydrologic regime changes in the 21st century based on Global Climate Models. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 39(2): 130-144.

86. New, M., M. Hulme and P. Jones, 2000. Representing twentieth-century spacetime climate variability. Part II: Development of 1901-96 monthly grids of terrestrial surface climate. Journal of Climate, 13: 2217-2238.

87. Nijsen, B., O'Donnell, G.M., Hamlet, A.F. and Lettenmaier, D.P., 2001. Hydrologieal sensivity of global rivers to climate change. Climatic Change 50, 1943-175.

88. Nijssen, B., O'Donnel, G.M., Lettenmaier, D.P., Lohmann, D. and Wood, E.F., 2001b. Predicting the discharge of global rivers. J.Climate, 14, 3307-3323.

89. Nilsson E.W. Global-Scale Modelling of the Land-Surface Water Balance. Acta Univercitatis Upsaliensis Uppsala, 2007

90. Nohara, D., A. Kitoh, M. Hosaka and T. Oki, 2006: Impact of climate change on river runoff. J. Hydrometeorol., 7, 1076-1089.

91. Overland, J.E., J.M. Adams and M. A. Bond, 1999. Decadal variability of the Aleutian Low and its relation to high latitude circulation. Journal of Climate, 12:1542-1548.

92. Payne, J.T., A.W. Wood, A.F. Hamlet, R.N. Palmer and D.P. Lettenmaier, 2004: Mitigating the effects of climate change on the water resources of the Columbia River basin. Climatic Change, 62, 233-256.

93. Pitman, A.J. 2003. The evolution of, and revolution in, land surface schemes designed for climate models. International Journal of Climatology 23:479-510.

94. Prowse, T.D. and P.O. Flegg, 2000. The magnitude of river flow to the Arctic Ocean: dependence on contributing area. Hydrological Processes, 14: 3185-3188.

95. Rahmstorf, S. and A. Ganopolski, 1999. Long-term global warming scenarios computed with an efficient coupled climate model. Climatic Change, 43:353-367.

96. Savelieva, N.I., I.P. Semiletov, L.N. Vasilevskaya and S.P. Pugach, 2000. A climate shift in seasonal values of meteorological and hydrological parameters for Northeastern Asia. Progress in Oceanography, 47:279—297.

97. Serreze, M.C., D.H. Bromwich, M.P. Clark, A.J. Etringer, T. Zhang and R. Lammers, 2003. Large-scale hydro-climatology of the terrestrial Arctic drainage system. Journal of Geophysical Research, 108(D2). doi: 10.1029/2001JD000919.

98. Shabalova, M.V.,W.P.A. van Deursen and T.A. Buishand, 2003: Assessing future discharge of the river Rhine using regional climate model integrations and a hydrological model. Climate Res., 23, 233-246.

99. Shiklomanov, A.I., 1994. Influence of anthropogenic changes in global climate on the Yenisey River Runoff. Meteorology and Hydrology, 2:84-93. (In Russian)

100. Shiklomanov, A.I., R.B. Lammers and C.J. Vorosmarty, 2002. Widespread decline in hydrological monitoring threatens pan-Arctic research. Eos, Transactions, American Geophysical Union, 83(2): 13,16,17.

101. Shiklomanov, I. A. and H. Lins, 1991. Effect of climate change on hydrology and water management. Meteorology and Hydrology, 4:51-65. (In Russian)

102. Shiklomanov, I. A., A.I. Shiklomanov, R.B. Lammers, B.J. Peterson and C.J. Vorosmarty, 2000. The dynamics of river water inflow to the Arctic Ocean. In: E.L.

103. Shiklomanov A.I., T.I. Yakovleva, R.B. Lammers, I.Ph. Karasev, CJ. Vorosmarty, E. Linder, 2006. Cold Region River Discharge Uncertainty -Estimates from Large Russian Rivers. Journal of Hydrology, pp. 231-256.

104. Steele, M. and T. Boyd, 1998. Retreat of the cold halocline layer in the Arctic Ocean. Journal of Geophysical Research, 103:10419-10435.

105. Van der Linden, S., T. Virtanen, N. Oberman and P. Kuhry, 2003. Sensitivity analysis of discharge in the arctic Usa basin, East-European Russia. Climatic Change, 57:139-161.

106. Vorosmarty, C.J., Green, P., Salisbury, J. and Lammers R. M., 2000. Global water resources: Vulnerability from climate change and population growth. Science, 289, 284-288.

107. Wilby, R.L., 2005:Uncertainty inwater resourcemodel parameters used for climate change impact assessment. Hydrol. Process., 19, 3201-3219.

108. Wit ML, Hurk B., Warmerdam P., Torfs P., Roulin E., Deursen W., 2007. Impact of climate change on low-flows in the river Meuse. Climatic change.

109. Wood, A.W., L.R. Leung, V. Sridhar and D.P. Lettenmaier, 2004: Hydrologie implications of dynamical and statistical approaches to downscaling climate model outputs. Climatic Change, 62, 189-216.

110. Wood, E.F., D.P. Lettenmaier, and V.G. Zartarian. 1992. A Land-Surface Hydrology Parameterization with Subgrid Variability for General-Circulation Models. Journal of Geophysical Research-Atmospheres 97: 2717-2728.

111. World Geography. A global perspective. Texas teacher's edition with essential elements, 2002, 813 p.

112. Xu, C-Y 1999b. Operational testing of a water balance model for predicting climate change impacts. Agricultural and Forest Meteorology 98-99: pp. 295-304.

113. Yang Yang, D., Kane, D., Hinzman, L., Zhang, X., Zhang, T., Ye, H., 2002. Siberian Lena River hydrologie regime and recent change. J. Geophys. Res. 107 p.

114. Yang, D., B. Ye, arid D. L. Kane, 2004a: Streamflow changes over Siberian Yenisei River Basin. J. Hydrology, 296, pp.59-80.