Особенности увлажненности бассейнов озерных систем в условиях гумидного климата
|
Введение 2
1 Физико-географическое описание региона исследования 4
1.1 Климатические особенности 4
1.2 Подстилающая поверхность 10
1.3Хозяйственная деятельность 16
2 Увлажненность территории: определение, индексы увлажненности,
районирование 18
2.1 Определение 18
2.2 Индексы увлажненности 20
2.3 Районирование территории 27
3 Особенности увлажненности озерных систем региона исследования 29
3.1 Постановка задачи 29
3.2.Методика расчета индекса увлажненности H(q;I) 31
3.3 Процедура построения индекса увлажненности H(q;I) 37
3.4 Особенности распределения по территории индекса увлажненности 39
3.5 Особенности многолетней изменчивости индекса 4(q;I) 43
3.6 Выделение трендов фильтром Баттерворта 46
3.7 Связь между индексами увлажненности 48
Заключение 52
Список использованной литературы 55
Приложение А 57
Приложение Б 66
1 Физико-географическое описание региона исследования 4
1.1 Климатические особенности 4
1.2 Подстилающая поверхность 10
1.3Хозяйственная деятельность 16
2 Увлажненность территории: определение, индексы увлажненности,
районирование 18
2.1 Определение 18
2.2 Индексы увлажненности 20
2.3 Районирование территории 27
3 Особенности увлажненности озерных систем региона исследования 29
3.1 Постановка задачи 29
3.2.Методика расчета индекса увлажненности H(q;I) 31
3.3 Процедура построения индекса увлажненности H(q;I) 37
3.4 Особенности распределения по территории индекса увлажненности 39
3.5 Особенности многолетней изменчивости индекса 4(q;I) 43
3.6 Выделение трендов фильтром Баттерворта 46
3.7 Связь между индексами увлажненности 48
Заключение 52
Список использованной литературы 55
Приложение А 57
Приложение Б 66
Достаточно широкое понятие -это увлажненность территории. Под увлажнением понимают соотношение тепла и влаги на границе раздела атмосферы и поверхности суши, влияющие на климат и определяющие состояние поверхностных и подземных вод в их взаимодействии.
Существует два различных по степени увлажнения территории типа климата - это аридный и гумидный. Аридным считается климат- сухой с недостаточным увлажнением. Встречается в пустынях и полупустынях, где испаряемость значительно превышает испарение. Климат при котором количество солнечного тепла недостаточно для испарения всей влаги, которая поступает в виде осадков - это гумидный климат - это климат с избыточным увлажнением. Избыток влаги удаляется поверхностным стоком.
Внимание к проблеме изменения климата и природной среды возросло в последнее время, а так же и отдельных регионов России в условиях глобального потепления. Результаты многочисленных исследований показали, что за последние 100 лет наблюдается постепенное повышение температуры воздуха в глобальном масштабе.
Изменение режима и других элементов природной среды,в частности, режима увлажнения суши проявляется глобальное потепление. Поэтому актуальной становится оценка увлажненности озерных бассейнов в условиях современного климата. Климат и непосредственно с ним связанная общая увлажненность испытывают непрерывные колебания, значительные и различной продолжительности. Известно, что общая увлажненность вместе с определяющими ее колебаниями климата, стока рек, состояния озер и болот подвержена циклическим колебаниям- многовековым, вековым, внутривековым. Общая увлажненность в процессе таких циклических колебаний проходит через фазы трансгрессивные, короткие и энергично развивающиеся и регрессивные развитие которых проходит замедленно и спокойно иногда маловыраженно. Таким первым фазам свойственны климатические условия более прохладно и повышенная водность (и влажность).А другим фазам регрессивным свойственны условия большей сухости.
Объектом настоящего исследования являются бассейны озерных систем. Под озерными системами понимается озеро и его водосбор, рассмотренное как единое целое. Исследуемые озерные системы расположены на территории Кольского полуострова, Карелии, северо-запада и нечерноземных областей России, а также стран Балтии и Беларуси т.е. в различных ландшафтно-географических и климатических зонах.
Целью данной работы является оценка увлажненности озерных систем рассматриваемого района. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1) Рассчитать различные индексы увлажненности территории
2) выявить особенности распределения индексов по территории
3) выполнить районирование
Для решения поставленных задач использовались данные по 132 озерным бассейнам расположенным в пределах исследуемого региона. Рассчитывались следующие индексы: коэффициент стока а, индекс Де- Мартони и ам , индекс увлажненности H(q;I). Использовались средние многолетние значения температуры воздуха (Т), осадков (Р) модуль стока q, отнесенные к центрам тяжести озерных систем,снятые с карт Мирового водного баланса. Для расчета индекса увлажненности H(q;I) использовался метод рандомизированных сводных показателей.
Квантильный анализ использовался для характеристики распределения по территории использовался. Считалось, что территория находится в зоне повышенного увлажнения, если значения индексов увлажненности превышали квантиль 0.75, и в зоне пониженного увлажнения, если значения индексов увлажненности были меньше квантили 0.25.
Существует два различных по степени увлажнения территории типа климата - это аридный и гумидный. Аридным считается климат- сухой с недостаточным увлажнением. Встречается в пустынях и полупустынях, где испаряемость значительно превышает испарение. Климат при котором количество солнечного тепла недостаточно для испарения всей влаги, которая поступает в виде осадков - это гумидный климат - это климат с избыточным увлажнением. Избыток влаги удаляется поверхностным стоком.
Внимание к проблеме изменения климата и природной среды возросло в последнее время, а так же и отдельных регионов России в условиях глобального потепления. Результаты многочисленных исследований показали, что за последние 100 лет наблюдается постепенное повышение температуры воздуха в глобальном масштабе.
Изменение режима и других элементов природной среды,в частности, режима увлажнения суши проявляется глобальное потепление. Поэтому актуальной становится оценка увлажненности озерных бассейнов в условиях современного климата. Климат и непосредственно с ним связанная общая увлажненность испытывают непрерывные колебания, значительные и различной продолжительности. Известно, что общая увлажненность вместе с определяющими ее колебаниями климата, стока рек, состояния озер и болот подвержена циклическим колебаниям- многовековым, вековым, внутривековым. Общая увлажненность в процессе таких циклических колебаний проходит через фазы трансгрессивные, короткие и энергично развивающиеся и регрессивные развитие которых проходит замедленно и спокойно иногда маловыраженно. Таким первым фазам свойственны климатические условия более прохладно и повышенная водность (и влажность).А другим фазам регрессивным свойственны условия большей сухости.
Объектом настоящего исследования являются бассейны озерных систем. Под озерными системами понимается озеро и его водосбор, рассмотренное как единое целое. Исследуемые озерные системы расположены на территории Кольского полуострова, Карелии, северо-запада и нечерноземных областей России, а также стран Балтии и Беларуси т.е. в различных ландшафтно-географических и климатических зонах.
Целью данной работы является оценка увлажненности озерных систем рассматриваемого района. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1) Рассчитать различные индексы увлажненности территории
2) выявить особенности распределения индексов по территории
3) выполнить районирование
Для решения поставленных задач использовались данные по 132 озерным бассейнам расположенным в пределах исследуемого региона. Рассчитывались следующие индексы: коэффициент стока а, индекс Де- Мартони и ам , индекс увлажненности H(q;I). Использовались средние многолетние значения температуры воздуха (Т), осадков (Р) модуль стока q, отнесенные к центрам тяжести озерных систем,снятые с карт Мирового водного баланса. Для расчета индекса увлажненности H(q;I) использовался метод рандомизированных сводных показателей.
Квантильный анализ использовался для характеристики распределения по территории использовался. Считалось, что территория находится в зоне повышенного увлажнения, если значения индексов увлажненности превышали квантиль 0.75, и в зоне пониженного увлажнения, если значения индексов увлажненности были меньше квантили 0.25.
В настоящей работе выполнена оценка увлажненности бассейнов 133 озерных систем расположенных на территории Кольского полуострова, Карелии, северо-запада и нечерноземных областей России, а также стран Балтии, и Беларуси.
Поскольку увлажненность территории во многом зависит от теплового и водного балансов, то в работе использовались данные наблюдение за температурой воздуха- показателем теплового баланса, атмосферными осадками -показателем водного баланса, а также данные по модулю стока, снятые с карт Мирового водного баланса и отнесенные к центрам тяжести озерных бассейнов.
Рассчитывались следующие индексы увлажненности: индекс
Мартонни аМ , коэффициент стока а, индекс увлажненности H(q;I). Индекс Маргонни аМпредставляет собой отношение средней годовой суммы осадков(Р) к средней годовой температуре воздуха (Т). Коэффициент стока а представляет собой отношение речного стока ( Q) к осадкам (Р), и показывает какая часть выпавших осадков стекает в речную сеть. Для расчета коэффициента увлажненности H(q;I) использовался метод рандомизированных сводных показателей. Индекс увлажненности H(q;I) учитывает влияние на увлажненность подстилающей поверхности температуры воздуха (Т) и атмосферных осадков (Р) и определяется по формуле: H(j) = W1* T(j) +W2*P(j), где Wi>0,W1+W2= 1-весовые
коэффициенты учитывающие значимость исходных характеристик; j - количество озерных систем.
Т.о. индекс увлажненности H(q;I) учитывает не только значения температуры воздуха (Т) и атмосферных осадков (Р), но и их вес.
Индекс увлажненности H(q;I) рассчитывался при разных вариантах расстановки приоритетов между температурой воздуха (Т) и атмосферными осадками (Р): их равенстве, приоритете температуры (Т) над осадками (Р) и приоритете осадков (Р) над температурой (Т).
Сопоставление индексов H(q;I), рассчитанных при разных вариантах задания дополнительной экспертной информации с коэффициентом стока а и индексом Мартонни аМ показало, что в условиях современного бореального умеренно-континентального климата следует отдавать предпочтение первому или второму вариантам расстановки приоритетов в группе климатических характеристик. При расчете H(q;I) возможно изменение оценок Mwi для температуры воздуха от 0.50 до 0.78, а для осадков от 0.22 до 0.50. В этих случаях распределение H(q;I) по территории согласуется с современным распределением а и аМ .
Климатическое районирование, выполненное по индексу увлажненности H(q;I) в общих чертах совпадает с районами выделенными по
коэффициенту стока а. Это связано с тем, что индексы достаточно хорошо согласуются между собой. Так коэффициент регрессии ( R2) описывающий связь индекса Де-Мартонни ам и индекса увлажненности H(q;I) Т=Р рассчитанного для всего района в целом составляет 0.65. Связь индекса Де- Мартонни ам и индекса увлажненности H(q;I) т >Р рассчитываю для всего района в целом, описывается коэффициентом регрессии (R2) равным 0.85. Величина коэффициента регрессии R2 для связи индекса Де-Мартонни ам и индекса увлажненности H(q;I) -^вычисленная для озерных бассейнов Кольского полуострова и нечерноземных областей России (Псковская, 11овгородская, Ярославская, Вологодская, Костромская, Тверская, Ленинградская области) увеличивается до 0.93.Связь между коэффициентом стока а и индексом увлажненности H(q;I) также высока. Коэффициент регрессии R2, оцененный для всего района в целом при сопоставлении коэффициента стока а и индекса увлажненности H(q;I) т=Рсоставляет 0.70.
Ш основании графиков связи построенных для индексов увлажненности можно сделать вывод: для характеристики увлажненности озерных бассейнов расположенных в пределах анализируемого региона можно использовать любой из рассчитанных индексов. Эти индексы отражают закономерное увеличение увлажненности территории с юга на север и от низменных районов к возвышенным.
Поскольку увлажненность территории во многом зависит от теплового и водного балансов, то в работе использовались данные наблюдение за температурой воздуха- показателем теплового баланса, атмосферными осадками -показателем водного баланса, а также данные по модулю стока, снятые с карт Мирового водного баланса и отнесенные к центрам тяжести озерных бассейнов.
Рассчитывались следующие индексы увлажненности: индекс
Мартонни аМ , коэффициент стока а, индекс увлажненности H(q;I). Индекс Маргонни аМпредставляет собой отношение средней годовой суммы осадков(Р) к средней годовой температуре воздуха (Т). Коэффициент стока а представляет собой отношение речного стока ( Q) к осадкам (Р), и показывает какая часть выпавших осадков стекает в речную сеть. Для расчета коэффициента увлажненности H(q;I) использовался метод рандомизированных сводных показателей. Индекс увлажненности H(q;I) учитывает влияние на увлажненность подстилающей поверхности температуры воздуха (Т) и атмосферных осадков (Р) и определяется по формуле: H(j) = W1* T(j) +W2*P(j), где Wi>0,W1+W2= 1-весовые
коэффициенты учитывающие значимость исходных характеристик; j - количество озерных систем.
Т.о. индекс увлажненности H(q;I) учитывает не только значения температуры воздуха (Т) и атмосферных осадков (Р), но и их вес.
Индекс увлажненности H(q;I) рассчитывался при разных вариантах расстановки приоритетов между температурой воздуха (Т) и атмосферными осадками (Р): их равенстве, приоритете температуры (Т) над осадками (Р) и приоритете осадков (Р) над температурой (Т).
Сопоставление индексов H(q;I), рассчитанных при разных вариантах задания дополнительной экспертной информации с коэффициентом стока а и индексом Мартонни аМ показало, что в условиях современного бореального умеренно-континентального климата следует отдавать предпочтение первому или второму вариантам расстановки приоритетов в группе климатических характеристик. При расчете H(q;I) возможно изменение оценок Mwi для температуры воздуха от 0.50 до 0.78, а для осадков от 0.22 до 0.50. В этих случаях распределение H(q;I) по территории согласуется с современным распределением а и аМ .
Климатическое районирование, выполненное по индексу увлажненности H(q;I) в общих чертах совпадает с районами выделенными по
коэффициенту стока а. Это связано с тем, что индексы достаточно хорошо согласуются между собой. Так коэффициент регрессии ( R2) описывающий связь индекса Де-Мартонни ам и индекса увлажненности H(q;I) Т=Р рассчитанного для всего района в целом составляет 0.65. Связь индекса Де- Мартонни ам и индекса увлажненности H(q;I) т >Р рассчитываю для всего района в целом, описывается коэффициентом регрессии (R2) равным 0.85. Величина коэффициента регрессии R2 для связи индекса Де-Мартонни ам и индекса увлажненности H(q;I) -^вычисленная для озерных бассейнов Кольского полуострова и нечерноземных областей России (Псковская, 11овгородская, Ярославская, Вологодская, Костромская, Тверская, Ленинградская области) увеличивается до 0.93.Связь между коэффициентом стока а и индексом увлажненности H(q;I) также высока. Коэффициент регрессии R2, оцененный для всего района в целом при сопоставлении коэффициента стока а и индекса увлажненности H(q;I) т=Рсоставляет 0.70.
Ш основании графиков связи построенных для индексов увлажненности можно сделать вывод: для характеристики увлажненности озерных бассейнов расположенных в пределах анализируемого региона можно использовать любой из рассчитанных индексов. Эти индексы отражают закономерное увеличение увлажненности территории с юга на север и от низменных районов к возвышенным.
