Тема: Межгодовая изменчивость уровня Балтийского моря в условиях меняющегося климата

В настоящий момент человечество столкнулось с серьезным вызовом современности: глобальное потепление климата, зафиксированное ещё во второй половине XIX века, с 1950-х гг. перешло в наиболее активную фазу и стало иметь беспрецедентный характер последствий на окружающую среду и жизнедеятельность людей (МГЭИК, 2014).
Среди всех его проявлений особое внимание заслуживает наметившаяся в последние десятилетия опасная тенденция к подъёму уровня Мирового океана, вызванная как таянием полярных льдов, так и процессом термического расширения морской воды (Wikipedia). Это способно нанести огромный ущерб ряду прибрежных территорий, в особенности тех из них, где сосредоточены значительные материальные и людские ресурсы. К одним из таких потенциально уязвимых территорий можно отнести Балтийский регион, являющийся одним и основных центров концентрации населения, капитала и важнейших объектов инфраструктуры в мире. Такой исключительный социально-экономический и культурный статус района создаёт очевидную потребность местного и мирового сообщества в обеспечении экологической безопасности этих территорий через организацию регулярных наблюдений и проведение современных исследований уровня в Балтийском море.
Первые наблюдения за уровнем Балтийского моря начались ещё во второй половине XVII века, с того момента, как в 1770-х годах в шведском городе Стокгольм заработала первая мареографная станция (Ekman, 1996). С этого момента началась история самых длительных в мире регулярных морских наблюдений. Тем не менее, проводимые в то время исследования имели весьма ограниченный набор средств сбора и анализа данных и потому ориентировались на изучение, преимущественно, мелкомасштабных процессов. Лишь к началу XX века достижения научно-технического прогресса позволили более комплексно изучить колебания уровня моря в Балтике, её межгодовую и многолетнюю изменчивость. Первые работы в этом направлении появились после Второй Мировой Войны и представляли собой попытки систематизации сведений об основных причинах, вызывающих колебания уровня моря. Так, финский океанограф I. Hela (1944), изучая изменения уровня в Балтийском море, предложил классифицировать все эти факторы на 2 группы: внутренние и внешние, куда соответственно входили температура, солёность воды и гидрометеорологические параметры (ветер, давление, речной сток, испарение, осадки, транспорт воды). Спустя 10 лет, G. Dietrich (1954), в своём труде, посвящённом изучению колебаний уровня у датских берегов, модифицировал эту классификацию, отдельно выделив астрономические и геологические (вертикальные подвижки земной коры) факторы. В 1950-1970 гг. было проведено множество работ, подробно рассматривающих механизм действия каждого из гидрометеорологических факторов на колебания уровня моря. Основные их результаты были включены в книгу “Sea Level Changes”, опубликованную в Нью-Йорке в 1974 году (Lisitzin, 1974). Аналогичная работа по систематизации накопленных знаний была проделана и в СССР (Терзиев, 1992).
В 1990-х гг. был проведён подробный анализ 200-летнего ряда наблюдений на станции Стокгольм, позволивший оценить межгодовую изменчивость экстремальных среднегодовых отметок уровня моря (Ekman, 1996). Впоследствии была также обнаружена связь долгопериодных колебаний уровня, температуры воздуха и ветра с чередованием Ледниковых и Межледниковых эпох, а также с многолетней изменчивостью атмосферной циркуляции между Северным и Балтийским морями (Ekman, 1999). Примерно в это же время при исследовании шведского побережья было получена количественная оценка совокупного влияния внешних факторов (водообмен с Северным морем, запас пресной воды) на колебания уровня Балтийского моря, составлявшая для данного района от 50 до 80 % (Samuelsson, и др., 1996).
Начало 2000-х гг. также ознаменовалось рядом научных публикаций. Часть из них способствовала изучению пространственной изменчивости уровня моря: были проведены конкретные наблюдения для берегов Финляндии (Johansson, и др., 2001), Литвы (Dailidiene, и др., 2006) и Эстонии (Suursaar, и др., 2007). Другая часть стремилась более детально описать структурные связи между уровнем моря и гидрометеорологическими факторами. Так, российский океанограф В. Малинин (2002), используя метод главных компонент, рассчитал, что до 76 % дисперсии уровня моря объясняется индексом Североатлантического колебания, давлением в Исландском минимуме и водообменом с Датскими проливами и лишь около 8 % - элементами водного баланса. Одновременно с этим Андерсон (2002) выявил высокую корреляционную связь зимнего Североатлантического колебания с динамикой уровня моря и на основании неё разработал индекс региональной атмосферной циркуляции BAC (Baltic Atmospheric Circulation), позволяющий по разнице давлений в характерных точках определять колебаний уровня в Балтийском море. Наконец, с помощью регрессионного анализа был произведена оценка относительного вклада (относительно давления) температуры и атмосферных осадков в межгодовую изменчивость уровня моря (Hunicke, и др., 2006).
...
Купить

Таким образом, благодаря проведённому исследованию была проанализирована межгодовая изменчивость колебаний уровня и основных режимообразующих элементов Балтийского моря в условиях глобальных климатических изменений. Кроме того была получена качественная характеристика их взаимного влияния друг на друга путём оценки соответствующих корреляционных связей на различных частотах спектра, а также во времени и пространстве. Наиболее важными итогами работы являются следующие результаты:
Межгодовая изменчивость уровня в Балтийском море характеризуется стандартным отклонением 3.5-8.0 см и размахом колебаний около 20-35 см, увеличивающимися в направлении с юго-запада на север. В спектре стационарных колебаний уровня моря преобладают частоты с периодом 3-4 года, 8 лет и 19 лет с амплитудами, увеличивающимися на север. В нестационарном приближении основные максимумы энергии в высокочастотной области приходятся на начало (1958-1970), конец (2007¬2015) наблюдений, а также 1980-1983 и 1992-1997 гг., в то время как низкочастотные пики относительно стационарны (8-ми летний пик).
Взаимный корреляционный анализ установил, что для преобладающей части Балтийского моря наибольшая корреляция уровня моря наблюдается лишь с меридиональным градиентом давления и зональной скоростью ветра. Исключение составляет север Ботнического залива, где она сильно ослабевает. Что же касается остальных элементов водного баланса, то для них не было выявлено значительной корреляционной связи с колебаниями уровня моря.
Взаимный вейвлет анализ также подтверил высокую когерентность уровня моря с зональной скоростью ветра и меридиональным градиентом давления на большей части спектра. Основные пики спектральной плотности были выделены на периодах 1-2 года, 4-6 лет, 8 лет, 24 и 32 года. Выскочастотные максимумы с периодами менее 6-ти лет были отмечены в 1960-е и 1990-е гг., в то время как в 1970-1990-х гг. преобладали уже более низкочастотные максимумы спектральной плотности. В начале же 2000-х гг. наблюдается тенденция к перераспределению энергии колебаний в область высоких частот. В пространственном отношении южные районы моря характеризуются распространением короткопериодных циклов, а северные, наоборот, - долгопериодных циклов. При этом, реакция уровня моря на внешнее воздействие анемобарического поля может происходить с задержкой от 0 лет на высоких частотах до 8-10 лет на самых низких частотах.
В качестве будущего продолжения заявленной темы исследования планируется провести более подробную оценку степени влияния режимообразующих факторов на общие колебания уровня в Балтийском море. Для этого предполагается использовать методы не только качественного, но количественного анализа данных, результатом которого должна стать численная характеристика современного состояния водного баланса в Балтийском море.

Купить