Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Пространственно-временные закономерности межгодовой изменчивости колебаний уровней воды озер Северо-Запада

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временные закономерности межгодовой изменчивости колебаний уровней воды озер Северо-Запада"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОЗЕРОВЕДЕНИЯ

<"■ р

На правах рукописи

ХОРБАЛАДЗЕ Маргарита Апполониевна

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ МЕЖГОДОВОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ КОЛЕБАНИЙ УРОВНЕЙ ВОДЫ ОЗЕР СЕВЕРО-ЗАПАДА

11.00.11—охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Институте Озероведения Российской Академии наук.

■ Научные руководители: доктор географических наук, профессор В. А. Румянцев доктор физико-математических наук Ю. А. Трапезников

Официальные оппоненты: доктор географических наук Н. Н. Филатов доктор географических наук С. В. Рянжин

Ведущая организация: Российский Государственный Гидрометеорологический институт.

Защита диссертации состоится «. _» ноября 1997 года

» часов на заседании Диссертационного совета Д 200.10.01 Института Озероведения Российской Академии Наук по адресу: 196105, Санкт-Петербург, ул. Севастьянова, 9.

Отзывы просим направлять по указанному адресу Ученому секретарю совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Озероведения РАН.

Автореферат разослан «. ¿О .» октября 1997 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Настоящая работа посвящена изучению [¡ременных и пространственных закономерностей естественных колебаний уровнен поды озер Северо-Запада. Этот район, включающий Кольский полуостров, Карелию, нечерноземные районы европейской части России, Эстонию, Латвию и Белоруссию, является территорией максимального сосредоточения озер нашей- страны и сопредельных государств и поэтому был выбран в качестве объекта исследования. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Уровень воды озер рассматривается как важный экологический фактор, значительные изменения которого ведут не только к количественному, но и качественному изменению воды в водоеме, что влечет за собой преобразование всего лимнологического комплекса и окружающего озеро ландшафта. Знание закономерностей колебания уровней воды озер, особенно в промышлеино развитых и густонаселенных регионах, позволит на научной основе подойти к планированию водохозяйственных и водоохранных мероприятий, решить проблему бесперебойного водоснабжения Населения, промышленных и сельскохозяйственных объектов, а также обеспечить безопасное рекреационное использование озер. ЦЕЛЬ И ЗАЛАМИ РАБОТЫ.

1 выявить нарушения естественных колебаний уровней воды в результате водохозяйственных мероприятий на озере' и его водосборе;

2 иссдедотнь закономерности межгодовой изменчивоеги уровня воды озер;

3 пронесп| географо-гплро.'шгичеекпеобобщения пространственно-временной изменчивости уровнен о ¡ер;

I оцениII. вклад климатообразуюгпих факюро» н формирование уровня во^ы о ¡ер

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. закономерности межгодовой изменчивости уровня воды озер;

2.типизация озер рассматриваемого региона по вероятностным характеристикам колебаний уровня воды;

3. оценка вклада климатообразующих факторов в формирование уровня воды озер.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1. Стационарность рядов уровней воды озер проверялась по алгоритму разладки статистических свойств временных последовательностей.

2. Закономерности межгодовой изменчивости колебаний уровней воды озер определялись на основе авторегрессионного оценивания их спектральной структуры.

3. Оценка вклада климатообразующих факторов в формирование межгодовой изменчивости уровней воды озер осуществлялась с использование^ моделей передаточной функции.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Выявлены и проанализированы резкие нарушения естественного хода колебаний уровней воды в результате хозяйственной деятельности человека на озерах и р их водосборах.

2. Для изучаемого региона исследования закономерностей меж годовой изменчивости уровней воды озер проведены на основе современных параметрических методов оценивания их спектральной структуры.

3. Предложена типизация озер по спектрам колебаний уровней воды.

4.Для учета региональных особенностей изменения уровнен озер предложен показатель динамической устойчивости озер.

5. Выполнена оценка вклада климатообразующих факторов в формирование колебаний уровней воды озер.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.

Важными аспектами применения результатов исследования,

обусловленного естественной необходимостью охраны природы,

подразумевающей не только сбережение ее богатств, но и их

рациональное потребление, является возможность: I. использования выявленных закономерностей колебаний уровня волы озер для планирования водохозяйственных и водоохранных мероприятий, предвидение последствий хозяйственной деятельности на озерах и их водосборах, выработки рекомендаций по принятию мер по восстановлению озерных экосистем;

2 перенесение результатов обобщения географических закономерностей пространственного распределения озер с однотипной структурой многолетних колебаний уровня воды на малоизученные водоемы, неохваченных постами и станциями наблюдений Гидрометслужбы и, следовательно, лишенных постоянного экологического контроля и охраны.

3 оценки вклада клнматообразующнх факторов в формирование уровня воды озер, что имеет важное значение не только с теоретической, но и практической точки зрения: сильная изменчивость общей увлажненности приводит к неустойчивому водоснабжению, что в значительной степени сказывается не только на экономических показателях работы предприятий, но и на здоровье людей.

Л ИРОБАЦНЯ РАБОТЫ.

Основные результаты, полученные по теме диссертации, докладывались и обсуждались на семинаре в Группе вероятностных методов исследования водных экосистем, па Ученом совете Института Озероведения Российской Академии Наук, на Международной конференции фундаментальных и прикладных проблем охраны окружающей Среды (Томск, 1995) Л1МЙЖЛАД АВТОРА.

Обоснование применяемых методов, сбор, обработка и анализ ншурных данных, выполнение расчеши, интерпретация результатов и вывод (ео!рафпческих закономерное!ей межгодовой изменчивости уровня озер исследуемого региона

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Общий объем работы 254 страниц, включая страниц текста, 20 таблиц и 74 рисунка. Список

литературы включает 152 названия.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность, научная новизна темы, значимость и цель исследования, изложена структура диссертации.

Первая глава посвящена изучению закономерностей межгодовой изменчивости колебаний уровней воды озер исследуемого peí иона.

Для анализа отобранны 31 временной ряд колебаний уровней воды озер, различающиеся между собой по продолжительности и синхронизации сроков наблюдений. Выбор озер обусловлен стремление наиболее равномерного охвата исследуемой терри тории.

Для изучения структуры естественных колебаний уровней воды озер проведен предварительный анализ степени воздействия хозяйственной деятельности человека на водные объекты; в первую очередь строительство плотин, дамб и т.д., изменяющих уроненный режим озер. Установление причин выявленных неоднородностей временных рядов затруднялось недостатком исходной информации о гидрологическом режиме озер и их хозяйственном использовании. Поэтому гипотеза стационарности рядов уровней воды озер проверялась по алгоритму разладки статистических свойств временных последовательностей, включающему в себя, установление времени изменения статистических свойств процесса "скачком" и оценку значимости выявленной разладки. Для определения разладки использовалась статистика S,, минимум которой соответствует резкому изменению статистических свойств процесса. На рис.1 представлены

исходным временной ряд колебании уровня воды Белою озера и знамения функции 8,. В данном случае минимум сгашстики 8, совпадает со временем начала строительства плотины.

Рис.1 Временные ряды колебаний уровня воды Белого озера (-—) и значения функции Б (х-х-х).

В результате проведенного анализа информационной базы у 49% рассматриваемых озер выявлена разладка структуры многолетних естественных колебаний уровней воды озер в результате хозяйственной деятельности человека на озерах и в их водосборах.

В условиях естественного хода изменчивости уровней на исследуемом промежутке времени колебания уровней воды озер рассматривались как стационарный случайный процесс. Закономерности межгодовой изменчивости колебаний уровня воды озер, имеющего, как показано в работе, нормальное (гауссовское) распределение вероятностей, определялись на основе метода параметрическою авторегрессиониого оценивания их спектральной структуры, которое получило широкое распространение, особенно в случае коротких рядов. Известные преимущества АР-оценивания

относительно возможности получения достоверных оценок спектральной плотности в случае коротких рядов подтвердились проведенными исследованиями изменения порядка АР-спектров как функции от длины реализации. Выполненные расчеты показали, что для получения достоверных оценок спектров требуются временные ряды с продолжительностью не менее 30 лет.

При АР-методе спектрального оценивания центральное место занимает вопрос выбора оптимального порядка (р), который оказывает существенное влияние на характер спектральной плотности. При выборе оптимального порядка АР-модели исходили из поведения критериальных функций Акаике - AIC, FPE - и Парзена - CAT. В ряде случаев имелись расхождения в полученных величинах и, поскольку при использовании критериев Акаике и Парзена не исключена возможность занижения или завышения порядка авторегрессии, то были выполнены расчеты спектральных плотностей порядков как больших, так и меньших оптимального, что позволило не только исследовать поведение функции спектральной плотности при последовательном увеличении порядка АР-модели, но и уточишь выбранные оптимальные порядки. На примере Онежскою озера (рис.2) видно, что, начиная с четвертого порядка увеличение порядка авторегрессионного процесса мало сказывается на поведении кривых спектральной плотности, поэтому в данном случае четвертый порядок выбран как оптимальный для получения оценки спектра с наилучшими статистическими свойствами. Для 52% озер отмечается совпадение оптимальных порядков АР-спектров, рассчитанных по критериям AIC, FPE и CAT со значениями, полученными в результате качественног о исследования поведения спектральных плотностей. Поэтому наряду с использованием формальных критериев выбора порядка Акаике и Парзена, необходимо применять и другие приемы, фиксирующие порядок; например, качественный анализ характерных особенностей формы спектра, таких как: положение*'"вторичного максимума,

ч

скорость убывания низкочастотной ветви, подъем высокочастотной не гни спектра и т.д.

Рис.2 Спектральные плотности уровней воды Онежского озера. Цифры у кривых - порядки АР-моделей.

Важной характеристикой для понимания механизма многолетних колебаний уровня озер является понятие "память процесса" или "радиус корреляции", который означает, что члены ряда, удаленные от некоторого значения уровня более чем на р шагов, не коррелируют с ним. Выполненные исследования показали, что при ненарушенном режиме колебаний уровней воды можно констатировать отсутствие "памяти" у озер Кольского полуострова; а для озер северной Карелии и северо-восточной части рассматриваемого региона она составляет один год; в то время как для озер западной и центральной части исследуемою региона - 4-6 лет.

Обобщение спектральной структуры колебании уровней воды озер позволяет сформулировав следующие закономерности пространсшепного распределения о!ер в соотвсчавин с данными гидрологнческо!о районирования:

1. наибольшее количество (55% исследуемых озер) относякя к бассейну Балтийского моря с характерным четвертым порядком АР-спектров;

2. 19% водоемов - озера Кольского полуострова и Северной Карелии, оптимальные порядки нулевой и первый;

3. Северный гидрологический район представлен 13% ог общего количества исследуемых озер, для которых свойственен первый порядок;

4. оставшиеся 13% озер принадлежат к бассейну реки Волги с первым -четвертым порядками.

Выполненное ЛР-оценивание спектров позволило иерейгн к описанию и представлению колебаний уровней воды озер моделью процессов авторегрессии. Эта модель адекватно описывает структуру многолетних колебаний уровней воды озер, обладает максимальной простотой и минимальным числом параметров:

Н1=-£акН,_к+п, (I),

к = 1

где Н - уровень воды озера в момент времени I, {а^} - параметры модели, {п(} - нормальный белый шум, р - порядок модели.

Указанная модель использовалась для оценки предсказуемости среднегодовых значений уровней воды по их предыстории. Проведенные исследования свидетельствуют о нецелесообразности оценивания будущих значений уровней по их настоящим и прошлым значениям для озер Кольского полуострова, поскольку их колебания целиком состоят из некоррелированных смежных импульсов. Для 58% озер относительная погрешность прогноза колебаний уровня на год

п

вперед не превышает критериальное значение (0,8); при этом для 16% возможна предсказуемость на четыре года вперед. Тем не менее из-за высокой относительной погрешности прогноз будущих значений процесса колебаний уровня по его предыстории не представляет практической ценности.

Вторая глава посвящена исследованию пространственного распределения озер с однотипной структурой колебаний уровней воды.

Основываясь на результатах спектрального оценивания межгодовой изменчивости колебаний уровня воды проведено объединение озер со сходной спектральной структурой в труппы при общности природно-климатической обстановки на их водосборах. Первым этапом типизации озер Северо-Запада явилось выделение трех основных типов спектральной структуры многолетних колебаний уровней воды озер (рис.З).

Рис..! C11eKipajn.111.1e илошосш колебаний уровней воды озер: (I) -первый тип: (2) - шорой иш; (3) - 1 ретин тип; (4) - подтип [реп.ею 1 пил

Перый тип - это спектры идентифицирующиеся белым шумом, оптимальный порядок АР-спектров - нулевой. Такой тип спектра характерен для озер Кольского полуострова. График спектральных плотностей представляет собой прямую линию без преобладающею вклада каких-либо частот.

Второй тип - это спектры идентифицирующиеся красным шумом. Спектры озер этой группы имеют вид плавно спадающих кривых от низких частот к высоким. Оптимальный порядок АР-спектров -первый. Данный тип спектра наблюдается на озерах северной и центральной Карелии и восточных озер рассматриваемого региона. При этом спектры озер Карелии можно рассматривать как промежуточные при переходе от белошумовых к красношумовым спектрам.

Трети» тип - это спектры с типичной для красного шума формой, т.е. максимальная энергия приходится на низкие частоты затем идет быстрое спадание кривой, которое уже на частоте {=0,1 -0,13 лет"1 сменяется на более плавное с локальным максимумом на частотах 1=0,2-0,22 лет"1. Оптимальный порядок АР-спектров - четвертый. Данный тип спектра характерен для озер, расположенных в пониженных формах рельефа центральной части рассматриваемого региона, на севере включающей в себя территорию южной части Карелии, на западе - Эстонию и северо-западную часть Латвии и ограниченную с юго-востока северо-западными склонами цепи возвышенностей (Валдайской, Витебской, Латгальской).

Выделяется отдельно группа озер также с локальным максимумом квазичетырехлетней цикличности на спектре, похожим по форме на третий тип, но характеризующимся менее резким спаданием кривой до {=0,13-0,15 лет" ' и пиком на средних частотах Г=0,25-0,26 лет' '. Сходство форм графиков спектральной плотности с третьей группой озер дает основания рассматривать их как ее подтип. Данный подтип спектра характерен для озер южней"! окраины

рассматриваемого региона, расположенных на повышенных формах рельефа с абсолютными отметками более 130 м над уровнем моря.

Выполненное объединение групп озер по типам спектра дополнено изучением морфометрическнх, морфологических и гидрологических характеристик с параллельным качественным анализом природно-климатической и геофизической обстановки на их бассейнах. При проведении указанных исследований получили, что все озера рассматриваемого региона имеют ледниковое происхождение. Однотипная структура многолетних колебаний уровней воды характерна для озер, входящих в состав единых озерно-речных систем.

По величине водной поверхности 48% исследуемых озер от кеч я (ся к классу больших, очень больших н великих; 42% - средние озера; и только 10% - малые озера. Л по показателю огноснтелыюй глубины 71% рассматриваемых озер относятся к классу мелких и очень мелких водоемов и только 29% - это озера нормальной глубины. При этом наибольшая открытость Когер=107-505 и, как следствие, наибольшая доступность водной массы водоемов воздействию метеорологических факторов через водную поверхность, свойственная очень большим и великим озерам: Ладожскому, Онежскому, Чудскому, Ильмень и Белому, а также большим, но очень мелким озерам: Водлозеро, Лача, Воже, Кубенское и Выртсьярв.

В исследуемой группе озер 36% составляют водоемы с малым (к<10) и 61% - со средним (от 10 до 100) удельным водосбором. Большая часть рассматриваемых озер (55%) входит в аккумулятивную |руппу с замедленным (кв=0,3-1), малым (кв=0,1-0,3) и весьма малым (к-0,03-0,1) водообменом. Оставшиеся 45% озер принадлежат к аккумулятивно-транзитной группе среднепроточных (кв=3-10) и слабопроточных (к~1-3) водоемов. Несмотря на то, что полною соответствия между коэффициент« внешнего водообмена и величиной удельного водосбора не обнаружено, тем не менее 53% озер >н группы слабообменных (кв<1) относятся к водоемов с малы-!

удельным водосбором (к<10); 56% озер со средней величиной внешнею водообмена (от 1 до 5) - к озерам со средним удельным водосбором. Однозначно детерминированных связей структуры многолетних колебаний уровней воды озер с их водосбором не обнаружено. Однако, возможно разделение исследуемых озер по показателю внешнего водообмена, который является важной характеристикой в формировании экологического облика озер в различных природных зонах, что дает основания для суждения об инерционности в колебаниях уровней воды, в целом имеющую тенденцию возрастать с севера на юг рассматриваемого региона, в то время как коэффициент внешнего водообмена в том же направлении убывает.

В ходе исследования географических закономерностей распределения озер со сходной структурой многолетних колебании уровней воды установлено, чго зональные различия природных условий, обусловленных климатическими факторами, отражаются на межгодовой структуре колебаний уровня озер. Однако, исходя из ландшафтных особенностей водосборов, их геоморфологического прошлого и гидрологических особенностей, внутри зон наблюдается перераспределение озер иод действием азональных факторов. При более крупномасштабном исследовании можно говори п. о принципиальном совпадении предлагаемой типизации озер по спектрам колебаний уровней с результатам геоморфологического и ланцшафтного районирования, особенно в случае их совмесшош рассмотрения. Таким образом, структура колебаний уровней может рассмагрнвагься как обобщающий показатель .гидрологических особенностей, геоморфологического прошлой) и фпшко-1 со!рафнческто напоящею озер. Предложенная типизация июшекя не юты.о обобщением структуры многодеишх колебании >ровней ноты, но и информационной характеристикой условий формирования и ра : п!1 о (.фа в пера фыыиш свя гн с окружающим дан пнаф I ом

Для учета региональных особенностей изменения уровней полы выполнена типизация озер с выделением как устойчивых, так и наиболее чувствительных водоемов к климатическим вариациям. Применительно к исследуемому процессу многолетних колебаний уровней поды озер было введено понятие динамической устойчивости, показатель которой учитывает соизмеримость возможных колебаний уровня воды озера относительно объема его водного зела. В качесше закон характеристики принято безразмерное среднеквадрагическое отклонение:

о = ст / Н ср (2).

где а - среднее квадратическое отклонение уровня озера,

11ср- средняя глубина озера (м).

Очевидно, чем меньше ст, тем динамически устойчивее озерная система. Для численной оценки динамической устойчивости будем исходит!, из того насколько близко диапазон межгодовых, колебаний уровня соизмерим по величине с половиной глубины озера. Если принять допущения о нормальности распределения среднегодовых значении уровня, то возможным диапазонам его размаха будем считать ±55. Исходя из этого условия, колебания уровней воды озер

относились к динамически неустойчивому режиму, если 5>0,1, те. разброс среднегодовых значений равен или превышает 0,511. Л для динамически устойчивых озер показатель устойчивости соответствовал 5<0,02, т.е. изменчивость среднегодовых данных значительно меньше половины глубины озера. Построенная диаграмма разброса (рис.4) коэффициента динамической устойчивости в зависимости от удельною водообмена наглядно демонстрирует четкую Iруппировку озер но территориальному признаку. Из рис.4 видно, что дли широтных зон трех выделенных трупп озер (расположенные севернее 64°с.ш, южнее 59-е ш п промежуточная группа озер.)

просматривается общая закономерность: внутри каждой широтной зоны озера характеризуются большей неустойчивостью, чем выше у них численные значения показателя внешнего водообмена. При этом большая динамическая устойчивость свойствена озерам более высоких широтных зон с повышенной увлажненностью.

Важным выводом данного раздела является предложение характеризовать динамическую устойчивость колебаний уровней воды озер Северо-Запада России и сопредельных территорий двумя факторами: коэффициентом внешнего водообмена и широтным распределением озер.

60.20

0.10

0.05 0.02

0.01

0.1 0 2 0 5 1 2 5 10

• 25 • и .....М2 ... • •23 13

1 10

• * • 22 • 18 • 28 19 11

®26 • 6 24

• 17 . 20

- ф ^ 7 о 5

• 29 ®16 О 4 О3

^—1. 9 8 О 31 О 2

Рис.4 Зависимость показателя динамической устойчивости от коэффициента внешнего водообмена для озер северной (О) (1-Пулозеро, 2-оз Пермус, З-Ловозеро, 4-Ругозеро, 5-Верхиее-Куйю, 31-Энгозеро). средней (А) (6-Водлозеро, 7-Сямозсро, 8-Ладожское оз., 9-Онежское см., .Ючм.Лача, 11-оз.Воже, 12-Пелое оз., 13-1Субепское оз , 20-Г,1\оокое оз., 24-Череменецкое от.) и южной (•) (14-Чучломское оз ,

15-Галичское оз., 16-Плещеево, 17-Валдайское оз., 18-оз.Селигер, 19-оз.Охват, 21-Щучье оз., 22-Чудское оз., 23-оз.Ильмень, 25-оз.Выргсъярв, 26-озУсма, 27-оз.Разна, 28-оз.Дривяты, 29-оз.Нарочь. ЗО-Отолово оз.) широтных зон исследуемого региона.

В третьей главе осуществлялась оценка вклада климагообразующих факторов в формирование уровнен воды озер.

Вклад климагообразующих факторов в формирование уровней воды озер оценивался на основе построения модели передаточной функции.

М

+ е,

П1-0

(3),

где П(° и Н,° - вход и выход динамической системы соответственно, Ь т - передаточная функция системы, е, - белый шум.

Климатообразующие факторы рассматривались как вход динамической системы, влияющие на уровень озер - выход этой системы. Модели передаточной функции описывают динамическую реакцию системы из-за инерционности и запаздывающей реакции выходного воздействия на входное.

Для объяснения механизма формирования межгодовой изменчивости уровня озер под влиянием температуры или осадков использовались модели в предположении, что вход и выход системы являются стационарными случайными процессами. При этом исходили из того, что на исследуемых временных интервалах ряды среднегодовых значений температуры и осадков можно рассматривать как некоррелированные последовательности с гауссовым законом распределения.

Рассматривая температуру и осадки как формирующие факторы колебаний уровня роды озер, показан механизм формирования из некоррелированных последовательностей температуры и осадков коррелированных рядов колебаний уровня озер. При этом получили, что вклад температурного фактора значителен в формировании долгопериодной изменчивости уровней воды озер (рис.5а). В то время как осадки формируют квазичетырехлетнюю цикличность, устойчиво проявляющуюся в автокорреляционных функциях уровней воды озер (рис.5б).

На основе проведенного анализа выявлены следующие особенности реакции расположенных в различных ландшафтных зонах озер на климатообразующие факторы:

1. Построенная модель передаточной функции для озер Кольского полуострова свидетельствует об отсутствии "памяти" уровней воды озер на воздействующие факторы. Вклад осадков (31 -60%) в изменчивость уровней озер превосходит в два раза вклад температурного фактора (14-30%). При такой реакции системы на внешнее воздействие появление повышенных или пониженных относительно нормы значений уровня в большей степени обусловлено сочетанием повышенных или пониженных значений текущего года осадков и температуры.

2. По результатам построения моделей передаточных функций озера посточной континентальной зоны исследуемого региона представляют собой слабо инерционные системы с "памятью" на осадки текущего и предыдущего года и на температуру 2-3-х предшествующих лет.

3. В соответствии с результатами построения моделей передаточных функций для озер центральной части исследуемого района вклад осадков (43-74%) в формирование уровня воды озер в среднем превышает вклад температурного фактора (10-29%) в три раза. "Память" на осадки сохраняется в течение пяти лет, а на

1У

Рис.5 Оценки автокорреляционных функций температуры Ят(т) и осадков Яр(т), уровня воды Онежского озера Яц(т) и их взаимных

0орреляционпых функций ЯтОп) и Кцр(т) соответственно. - оценки, (о) - модельные характеристики, (—) - доверительные интервалы белого шума.

температуру - 5-6-ти лет. 4. Для озер южной части исследуемого района вклад осадков (12-78%) в формирование уровня воды озер в среднем превышает вклад температурного фактора (8-39%) в два раза. При этом "память" па осадки сохраняется в течение пяти лет, а на температуру -определяется 1-2-мя годами.

За счет разного вклада климатообразующих факторов в формирование уровня возможно оценить эффект "добегания" осадков, выпавших не непосредственно на зеркало озер, а на их водосборы. Так, именно разная степень насыщенности бассейнов грунтовыми и подземными водами сказывается на "памяти" уровней на воздействие климатообразующих факторов. Поскольку низменная часть исследуемого региона находится в зоне избыточного увлажнения, то, получая за год осадков меньше, чем возвышенное™ (барьерный эффект), оказываются переувлажненными из-за затрудненного стока и дополнительного притока с окружающих их возвышенностей. Поэтому при исследовании формирования колебаний уровней воды озер, расположенным в пониженных формах рельефа, необходимо учитывать вклад большего количества лет как по температуре, так н осадкам.

Заключение

1. Основные результаты исследований временных закономерностей межгодовой изменчивости естественных колебаний уровней воды озер сводятся к следующим положениям:

• па основе результатов применения алгоритма разладки временных рядов показано, что более 49% рассматриваемых озер наблюдается нарушение естественных колебаний уровнен воды в результате хозяйственной деятельности человека на озерах и на их водосборах;

• выявлены кваш-четырех-шес1и-лепше циклические составляющие колебаний уровней воды озер;

• показано отсутствие "памяти" у озер Кольского полуострова, в то время как для озер северной Карелин и северо-восточной части рассматриваемого района она составляет 1 год, а для озер западной и центральной часги исследуемого региона - 4-6 лег;

2. Результаты исследований пространственно-временной изменчивости колебаний уровней воды озер сводятся к следующему:

• выделено три основных типа спектральной структуры мноюлетних колебаний уровня воды озер;

• проведен сравнительный анализ межгодовой изменчивое!и колебаний уровней озер различных ландшафтов;

• установлено, что предложенная типизацией колебаний уровня озер по типам спектра является не только обобщением структуры многолетних колебаний, но и может служить информационной характеристикой условий формирования и развития озера в неразрывной связи с окружающим ландшафтом;

• для учета региональных особенностей изменения уровня озер выполнена типизация озерных систем с выделением как устойчивых озер, так и наиболее чувствительных к климатическим вариациям, предложено характеризовать динамическую устойчивость колебаний уровней воды озер двумя факторами: коэффициентом внешнего водообмена и широтным расположением озер.

3. В результате построенных моделей передаточной функции, раскрывающих механизм формирования уровня воды озер под воздействием климатообразующих факторов, дана:

• оценка вклада климатообразующих факторов в формирование уровней воды озер;

• схема формирования повышенных или пониженных относительно нормы значений уровней воды озер под влиянием атмосферных осадков и температуры воздуха.

4. Перечисленные исследований могут быть полезны при планировании водохозяйственных и водоохранных мероприятий

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о возможности проявления последствий хозяйственной деятельности на озере и его водосборе не в год их проведения, а только через несколько лет (4-6 лет).

Рациональное использования потенциальных возможностей и естественных ресурсов озер подразумевает в первую очередь обоснованное с экологической точки зрения природопользование и разработку основ их охраны. Определение и дальнейшее отслеживание уровня экономического потенциала территории, исследуя размещение одного из важных природных ресурсов - запасов пресной воды, невозможно без изучения условий развития озер и их типизации, которые в свою очередь существенно зависят- от природно-климатической обстановки на их водосборах.

Приведенные научные результаты обосновывают положения выносимые на защиту.

Основные результаты диссертационной работы отражены в публикациях:

1. Догановский A.M., Хорбаладзе М.А. Долгопериодная изменчивость водных ресурсов озер Северо-Запада России. Международная конференция фундаментальных и прикладных проблем охраны окружающей Среды. 12-16 сентября 1995 г Тезисы докладов. Изд-во Томского Ун-та. Томск, 1995.

2. Румянцев В.А., Хорбаладзе М.А. Обоснование выбора порядка авторегрессионной плотности колебаний уровня озер. Санкт-Иегербург, 1996, Деи. в ВИНИТИ, 12 с.

3. Хорбаладзе М.А. Спектры межгодовой изменчивости колебании уровня озер Северо-Запада России. Санкт-Петербург, Деп. В ВИНИТИ. 1996, 6 с.