Тема: Временная изменчивость уровня Каспийского моря

Уровень Каспийского моря имеет значительные межгодовые колебания, чередование понижения и повышения уровня приводят к приспосабливанию водной экосистемы, а также экономики прибрежных стран к быстро меняющемуся режиму. В результате падения уровня с 3070-х гг. XX столетия осушилась территория площадью более 48 тысяч квадратных километров. Процесс повышения уровня продолжался до 1995 года. Начиная с 1996 года началось сильное перманентное понижение уровня моря под влиянием глобального потепления. Основными факторами понижения уровня являются температура воды Каспия и испарение с его поверхности. Поэтому очень актуальным является выявление особенностей межгодовой изменчивости этих факторов и оценки их влияния на колебания уровня моря.
Целью работы является изучение изменчивости межгодовых колебаний уровня моря по альтиметрическим данным и оценка влияния гидрометеорологических факторов на изменение уровня.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать особенности климатического и температурного режимов, межгодовых колебаний уровня моря за последние десятилетия;
2. Выявить особенности межгодовой изменчивости уровня моря и гидрометеорологических факторов с помощью статистических методов;
3. Проанализировать полученные результаты. Оценить влияние гидрометеорологических факторов на межгодовую изменчивость колебания Каспийского моря.

Купить

В данной работе проводилось исследование изменчивости межгодовых колебаний уровня моря по альтиметрическим данным и влияния гидрометеорологических факторов на изменение уровня моря.
Выдвигалось предположение, что выявленные факторы приводят к уменьшению уровня Каспийского моря и тем самым он повторит участь Аральского моря. За колебаниями моря следили много лет и существует множество моделей, которые предрекают Каспий или же наоборот дают положительные результаты на поднятие уровня. Точных ответов не существует на данный момент. Данная работа войдет в базу знаний об уровне Каспийского моря и даст анализ влияния параметров водного баланса и температуры воды.
Используя статистических анализ зависимости уровня моря от температуры поверхности моря и испарения можно понять, каков вклад влияния гидрометеорологических параметров на уровень моря. Были сделаны следующие выводы:
1. Корреляционный анализ показал, что между уровнем моря и температурой поверхности моря существует высокая отрицательная связь, т.е. увеличение температуры приводит к уменьшению уровня. С испарением значимая связь отсутствует, поскольку в северной части она положительная, в южной - отрицательная, а в центральной близка к нулю. Высокие значения температуры могут привезти к уменьшению ледообразования на севере Каспийского моря, уменьшению влагообмена с реками. Это в свою очередь вызывает резкое уменьшение уровня моря.
2. Анализ трендовой составляющей показал, что в межгодовой изменчивости уровня моря тренды полностью вносят вклад, это значит, что данный анализ дает наилучшую оценку ситуации. В межгодовой изменчивости температурного режима во всех частях Каспийского моря линейные тренды дают примерно одинаковый вклад (63 % с южной части, 67 % в средней части моря). По данным результатам температура воды будет увеличиваться на 0,5-0,8°С каждые 10 лет. В межгодовой изменчивости испарения во всех частях Каспийского моря наблюдаются разные показатели вклада трендов (<30% дисперсии в северном и средней частях моря и 39, 61% в южной части).
3. Поскольку трендовая составляющая не полностью описывает температурный и водный режим Каспийского моря был сделан гармонический анализ. Он показал, что гармоники присутствовали во временных рядах. Гармоники по температуре поверхности моря по отдельности оказались невелики, однако при суммировании дают весомый вклад в дисперсию исходных данных. В сумме с трендом они почти полностью описывают изменчивость исходных рядов. В южной части моря случайные межгодовые колебания вообще отсутствуют. По испарению наблюдается такая же тенденция, что и по температуре, но есть различия вкладов в разных частях моря, в северном и южном районах моря значительный вклад (58 и 62%), в южном районе вклад гармоник в 2 раза меньше. В сумме гармоники совместно с трендом описывают более 90 % изменчивости испарения исходных рядов.
4. Была создана оптимальная множественная линейная модель, которая оценивает влияние гидрометеорологических параметров на уровень моря. Модель имеет отрицательный тренд, близкий к тренду фактического ряда уровня. Ее среднеквадратическая ошибка составляет 23,3 см, что почти в 2 раза меньше СКО уровня моря. По созданному графику отмечается в 2017 году максимальная ошибка уровня, равная 0,65 м, которая превышает модельную ошибку в 2,8 раза. Тем не менее, модель, основанная только на 3 параметрах (температура воды и испарение в северном районе и температура в южной части моря) с достаточной для практических целей точностью может описывать межгодовую изменчивость уровня Каспия.
5. Влияние температурного режима больше сказывается на колебаниях уровня Каспийского моря. Тем самым нужно вести мониторинг этого показателя и на основе этого создавать улучшения в климатических моделях, повышая надежность результатов.
6. Надежных методов уровня моря на перспективу не существует. Существует высокая вероятность того, что стабилизация колебаний может произойти при достижении уровня отметки -30,6 м, поскольку в этом случае оголяется дно пролива КБГ и прекращается сток в залив. Поэтому маловероятно, что УКМ понизится ниже -31 м, и Каспий повторит судьбу Аральского моря.

Купить