Гидрологический режим Азовского моря

Содержание раздела:

  1. Современное состояние проблемы.
  2. Изменения гидрометеорологического режима бассейна Азовского моря за последние десятилетия.
  3. Наши исследования.
  4. Наши публикации.

1. Современное состояние проблемы

Изменения климата в последние десятилетия оказывают существенное влияние на направленность гидрологических и гидробиологических процессов Азовского моря и его водосборного бассейна. Азовское море, как внутренний водоем, является уникальным природным интегратором режима увлажнения, чутко реагирующим на естественные и антропогенные воздействия разного масштаба.

Антропогенные воздействия на природу, создание искусственных гидротехнических сооружений, регулирование стока рек и изменения климата уже привели к значительным изменениям режима внутренних морей и в том числе Азовского моря. Реальностью стали такие негативные явления, как сокращение вылова промысловых рыб, загрязнение бассейна и акватории, обеднение видового состава доминирующих биоценозов. Эти процессы требуют тщательного изучения, поскольку кризис экологического состояния может стать необратимым. Проблема изменения гидрологического режима Азовского моря под влиянием антропогенного давления и изменений климата и определение возможных тенденций на перспективу является предметом исследований и споров специалистов различных областей научного знания, в том числе гидрологов, климатологов, гидробиологов, поскольку одной из важнейших причин современного кризиса является значительное колебание солености Азовских вод. Подойти к решению этой проблемы позволит комплексный анализ внутренних и внешних факторов климатической системы, их динамики в 20 и 21 веках и изучение причинно-следственных связей в системе климат – гидрометеорологический режим бассейна моря – гидротермические условия моря и их влияние на соленость и биоразнообразие моря.

Значительная неопределенность прогнозов изменения климата и антропогенного воздействия на бассейн, в том числе, противоречивые варианты региональных прогнозов термического режима, атмосферных осадков, стока рек, водно-солевого баланса моря не позволяют получать надежных долговременных прогнозов. Использование различных сценариев климата будущего, в том числе основанных на палеоклиматических данных, позволит оценить и прогнозировать возможные экстремальные изменения водного и солевого режима, их влияние на продуктивность морской экосистемы и биоразнообразие моря.

2. Изменения гидрометеорологического режима бассейна Азовского моря за последние десятилетия

Современный гидрологический режим бассейна Азовского моря характеризуется сильным антропогенным воздействием. За последние 50 лет на водосборном бассейне моря введены в строй 130 водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования речного стока. Сильное влияние оказывают различные водозаборы и агролесомелиоративные мероприятия.

Поэтому, исследуя влияние современных изменений климата на речной сток, необходимо учитывать зарегулированность всех крупных рек и большинства средних и малых рек бассейна. В качестве климатозависимого стока можно рассматривать только приток вод в водохранилища, т.е. до. Для анализа тенденций в изменении водных ресурсов реки Дон использованы данные наблюдений и расчетов стока за период с 1876 по 2004, приведенные к створу Цимлянской ГЭС (рис.2). Сток р. Дон отличается значительной изменчивостью: в маловодные годы средние годовые расходы не выходят за пределы 250-300м3/с, тогда как в многоводные могут превосходить 1000-1300 м3/с. Анализ интегрально-разностной кривой притока в Цимлянское водохранилище (рисунок 3), указывает на наличие нисходящей ветви от переломной точки 1932 г., за которым последовал длительный маловодный период. Восходящая ветвь (1886-1932 гг.) разделена десятилетием 1905-1915 гг. на две части. Продолжительность многоводного периода несколько короче, чем маловодного, и составляет 56 лет. Структура разностной кривой р. Кубань отличается от кривой р. Дон. Выделяются 3 восходящие и две нисходящие ветви, продолжительностью 10-30 лет за период 1912-1999 гг. Выделяются многоводные периоды: 1914-1917, 1937-1948, 1964-1968, 1987-1995 гг. Средний годовой сток Дона в последние два десятилетия ХХ века был на 12% ниже нормы, а экстремально многоводные годы имели весьма низкую повторяемость, то есть произошло как бы «естественное» регулирование стока реки. Сток Дона в 1999 г. был ниже нормы (26 км3/год) на 11,2 %, сток Кубани (13,5 км3/год) на 20,8%. В 2001 г. сток Дона был ниже нормы на 21,2 %, а Кубани – на 20%. После заполнения Цимлянского водохранилища в 1954 г. существенно изменилось внутригодовое распределение стока ниже плотины ГЭС (Таблица 1 в Приложении), а за последние 20-25 лет значительно (более чем в два раза) увеличилась доля зимнего стока, а доля весеннего стока сократилась с 74 до 50 %. Такие естественные изменения связаны, прежде всего, с существенным потеплением в зимний период, которое является откликом на глобальное потепление и усилившийся в последние два десятилетия западный перенос воздушных масс. Происходящие естественные и антропогенные изменения стока р. Дон и Кубань не могли не сказаться на экологических условиях нижнего течения Дона и Азовского моря, для которого сток Дона является основной составляющей приходной части пресноводного баланса.

3. Наши исследования

Кратко можно выделить следующие наиболее важные новые результаты теоретических работ участников проекта:
– на основе метода А.П. Браславского создана водно-балансовая модель устьевого взморья рек Волги и Урала — Северного Каспия и отдельных его частей. Проанализированы пространственно-временные закономерности перераспределения объемов воды под влиянием речного стока, потерь воды на испарение и осадков, с учетом изменений гидрологического режима реки Волги, фонового уровня Каспийского моря и метеорологических условий;
– для Северного Каспия проведен анализ систематической погрешности расчета водно-балансовой составляющей «атмосферные осадки» в случае использования неисправленных данных наблюдений за осадками на сети метеорологических станций;
– выполнен анализ пространственно-временной структуры временных рядов температуры воздуха Азово-Черноморского побережья с использованием стандартных и робастных методов описательной статистики и расчет границ экстремальных диапазонов изменчивости температурных характеристик с учетом нестационарности временных рядов на фоне глобального потепления.
– предложены региональные эмпирико-статистические модели термических среднеклиматических условий и температурных аномалий для Азово-Черноморского побережья.
– исследована согласованность пространственно-временных характеристик макроциркуляционных процессов и температуры воды Северной Атлантики с температурой воздуха и атмосферными осадками с выделением типовых структур барических полей, определяющих метеорологические предпосылки образования некоторых опасных явлений (заморозков, сильных морозов и оттепелей).
– выявление причинно-следственные связей в системе макроциркуляция атмосферы-аномалии температуры — ледовые явления на крупных водоемах основано на анализе характеристик глобальной циркуляции (индексы Северо-Атлантического и Арктического колебаний, температура поверхности воды Северной Атлантики) и ледово-термических условий Балтийского моря, Азовского и Черного морей и Ладожского озера.
– полученные сравнительные оценки точности воспроизведения изменений климата моделями теории климата в 20-м столетии и отобранные наиболее достоверные МОЦАО и сценарии МГЭИК позволили разработать подходы для создания концепции прогнозирования возможных изменений термического режима холодного периода года и экстремальных гидрометеорологических явлений.
– создана информационная база данных, объединяющая гидрометеорологические и экологические характеристики крупнейших водохранилищ России (в том числе, на р. Дон и р. Кубань) и их водосборных бассейнов, за период с начала наблюдений по 1995 год;
– оценены многолетние характеристики притока к водохранилищам, как климатообусловленных параметров, для двух периодов 1951-1972 и 1972-1995 гг.
Сток в бассейнах Дона и Кубани значительно ниже нормы естественного стока, причём для бассейна Дона продолжительность фазы пониженной водности достигла в 2016 г. десяти лет. Полученные данные свидетельствуют о смене тенденции притока речных вод и объемов воды в Краснодарском и Цимлянском водохранилищах.
– разработана полуэмпирическая модель гидрологического режима суши, позволяющая рассчитывать сток, испаряемость, испарение, характеристики снежного покрова и длительность теплого периода года для водосборных бассейнов рек и внутренних водоемов, природных зон, регионов и полушария в целом. Эта модель может быть адаптирована для конкретных экосистем, речных и морских бассейнов;
– на основе региональных палеоклиматических сценариев изменения температуры воздуха и атмосферных осадков для первой четверти 21 века построены карты изменения среднего годового речного стока и испарения для 3-х масштабов глобального потепления;
– подготовлены каталоги центров действия атмосферы, циркуляционных процессов, индексов зональной и меридиональной циркуляции за период 1881-2013 гг. северного полушария;
– впервые создана экспертная система, позволяющая выделить параметры гидрологического режима крупных внутренних водоемов, наиболее чувствительные к изменениям климата и циркуляции атмосферы: уровень воды, ледовые явления и продолжительность «биологического лета»;
– разработан и впервые применен для оценки гидрометеорологического режима внутренних водоемов метод исторической аналогии, что позволило получить первые количественные оценки максимальных возможных изменений уровня воды в крупнейших озерах России для различных сценариев климата;
– разработаны элементы, прототипы и действующие образцы информационно-справочных систем на основе СУБД-, ГИС- и web-технологий для районов арктических морей, Черного моря и Южного океана и получены режимные характеристики гидрологических параметров морских акваторий.

4. Наши публикации

1. Евстигнеев В.П., Мишин Д.В., Остроумова Л.П. Расчет количества выпадающих на поверхность Азовского моря осадков как составляющей его водного баланса // Метеорология и гидрология. – 2018. –№8. –C.39-52. (http://www.mig-journal.ru/archive?id=4781)

2. Остроумова Л.П. Определение действительных величин атмосферных осадков по наблюдениям на метеорологических станциях, используемых в водном балансе Северного Каспия // Труды ГОИН. – 2015. –Вып.215. –С. 257-276.

3. Остроумова Л.П Водно-балансовые исследования устьевых областей рек // Труды ГОИН. –2013. –Вып. 214. – С. 180-199.

4. Остроумова Л.П., Полонский В.Ф. Исследование пространственно-временной изменчивости составляющих водного баланса Северного Каспия с применением его водно-балансовой модели // Метеорология и гидрология. — 2015. — № 4. — С.67-78. (http://mig-journal.ru/meditorialkoboard?id=2881)

5. Н.А. Лемешко, Т.Л.Шалашина. Особенности гидрологического режима малых незарегулированных рек Северо-Запада России //Вопросы географии: Русское географическое общество. –2018. –Сб.145. –С. 314-324 (https://elibrary.ru/item.asp?id=34913840)

6. Сперанская, Н. А., К. В. Цыценко Суммарное испарение в бассейнах рек Северная и Западная Двина и его изменчивость // Метеорология и гидрология. –2013. – № 8. – C. 77-87. (http://downloads.igce.ru/journals/FAC/FAC_2017/FAC_2017_3)

8. Вишневская И.А., Десинов Л.В., Долгов С.В., Коронкевич Н.И., Шапоренко С.И., Киреева М.Б., Фролова Н.Л., Рец Е.П., Голубчиков С.Н. Географо-гидрологическая оценка наводнений в Российском Причерноморье // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2016. № 1. С. 131-146. (https://elibrary.ru/item.asp?id=25866287)

9. Коронкевич Н.И., Милюкова И.П., Кашутина Е.А., Барабанова Е.А., Вишневская И.А., Бородин О.О. Современные и сценарные изменения речного стока в бассейнах крупнейших рек России. –М.: ООО «МАКС Пресс», 2014. -214с. (https://elibrary.ru/item.asp?id=25538923)

10. Евстигнеев В.П., Наумова В.А., Евстигнеев М.П., Лемешко Н.А. Физико-географический фактор сезонного распределения линейных трендов температуры воздуха на примере Азово-Черноморского побережья // Метеорология и гидрология. – 2016. –№1. –C.29-40. (http://www.mig-journal.ru/archive?id=4075)

11. Евстигнеев В.П., Евстигнеев М.П., Кульбида Н.И., Наумова В.А., Швень Н.И., Мосунова Е.А. Создание унифицированной базы метеорологических данных Украины // Труды ВНИИГМИ-МЦД. – 2014. –Вып.178. – С.175-184. (https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/390)

13. Ясинский С.В., Вишневская И.А. Зональные особенности динамики водопользования в бассейне Волги в постсоветский период // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2018, №1, с.75-89. (https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/652)

14. Устья рек Каспийского региона: история формирования, современные гидролого-морфологические процессы и опасные гидрологические явления / В.Н. Михайлов, В.Н. Коротаев, Г.И. Рычагов и др. (Остроумова Л.П.) – ГЕОС Москва, 2013. – 703 с. (https://istina.msu.ru/publications/book/5220380/)

15. Лемешко Н.А. Евстигнеев В.П., Наумова В.А. Изменения температуры воздуха в Азовско-Черноморском бассейне и на территории Крыма // Вестник СПбГУ, Серия 7. –2014. –Вып.4. – С.131-143. (https://cyberleninka.ru/article/n/izmeneniya-temperatury-vozduha-v-azov<br>o-chernomorskom-basseyne-i-na-territorii-kryma)

16 .Гронская Т.П., Варфолмеева И.Н., Литова Т.Э., Горошкова Н.И. 2003. Государственный водный кадастр. Многолетние характеристики притока воды, ледовых явлений и толщины льда крупнейших озер и водохранилищ России. Санкт-Петербург. Гидрометеоиздат. 47 с.

17. Gronskaya, T.P., Lemeshko, N.A., Arvola, L., Jarvinen, M. 2002. Lakes of European Russia and Finland as indicators of climate change,” World Resources Review”, v. 14, No 2, pp. 189-203.

18. Лемешко Н. А. 1992. Изменение составляющих водного баланса суши при глобальном потеплении на 1 С. //Водные ресурсы, N4, с. 64-70.

19. Lemeshko N.A. 2001. Hydrological regime of the Large Russian Freshwater Lakes by 2oC global warming. 9th International Conference on the Conservation and Management of Lakes.Proceedings. Ses.5, pp.13-16.

20. Лемешко Н.А. Гидрологический режим суши при удвоении концентрации углекислого газа в атмосфере. // Изменения климата и их последствия. Санкт-Петербург. «Наука», 2002, с. 251-259.

21. Lemeshko N.A, Gronskaya T.P. and Vuglinsky V.S. 2002. Long-Term Characteristics of Ice Events and Ice Thickness on the Largest Lakes and Reservoirs of Russia. Ice in the Environment: Proceedings of the 16th IAHR International Symposium on Ice Dunedin, New Zealand, 2nd–6th December International Association of Hydraulic Engineering and Research., pp. 81-87.

22. Лемешко Н.А., Сперанская Н.А., Борзенкова И.И. 2002. Режим увлажнения суши в современных климатических условиях и в эпохи глобального потепления. //Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы. Материалы Юбилейной Всероссийской научной конференции. Москва, МГУ, 30 октября-1 ноября 2002 г. « МАКС Пресс», с.227-228.

23. Lemeshko N.A. (co-authors: Bobrovitskaya N.N., Kokorev A.V.). 2003. Regional patterns in recent trends in sediment yields of Eurasian and Siberian rivers. Global and Planetary Change 39, pp. 127-146.