ИЗМЕНЕНИЕ РЕЖИМА СТОКА РЕК АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ СЕВЕРОАМЕРИКАНСКОГО КОНТИНЕНТА
|
Аннотация 2
Введение 4
1. Изученность влияния климатических изменений на водный сток рек 6
1.1 Теоретико-методологические основы исследования 6
1.2 Изученность закономерностей динамики речного стока рек под влиянием
климатических изменений 8
1.3 Изученность влияния изменений климата на колебания речного стока рек
Североамериканского континента 10
1.4 Показатели динамики климатических процессов 11
2. Физико-географическая характеристика района исследования 14
2.1 Г раницы исследуемого района 14
3. Материалы и методы оценки многолетних изменений речного стока 26
3.1 Источники данных 26
3.2 Методика оценки изменений стока рек 26
3.2.1 Критерии отбора пунктов наблюдений 26
3.2.2 Восстановление рядов наблюдений 26
3.2.3 Выбор репрезентативного ряда наблюдений 27
3.2.4 Оценка изменчивости водного режима 28
3.3 Исходные данные 37
4. Динамика стока арктических рек 41
4.1 Динамика метеорологических характеристик на территории аляски 41
4.2 Динамика стока рек Аляски 59
4.3 Динамика стока рек Канады 62
5. Изменения внутригодового распределение стока 68
5.1. Малые и средние реки лесотундровой зоны 68
5.2. Горные реки 75
Заключение 79
Список использованной литературы и источников 81
Приложение А Результаты расчета основных статистических характеристик 86
Приложение Б Результаты расчета основных статистических метеорологических рядов 90
Приложение В Проверка рядов на значимость 92
Приложение Г Критические значения коэффициента Стьюдента 9 6
Приложение Д Значения расчета значимых трендов по метеорологическим характеристикам 98
Приложение Е Проверка гидрологических и метеорологических характеристик на однородность по критериям Стьюдента, Фишера и Уилкоксона 101
Введение 4
1. Изученность влияния климатических изменений на водный сток рек 6
1.1 Теоретико-методологические основы исследования 6
1.2 Изученность закономерностей динамики речного стока рек под влиянием
климатических изменений 8
1.3 Изученность влияния изменений климата на колебания речного стока рек
Североамериканского континента 10
1.4 Показатели динамики климатических процессов 11
2. Физико-географическая характеристика района исследования 14
2.1 Г раницы исследуемого района 14
3. Материалы и методы оценки многолетних изменений речного стока 26
3.1 Источники данных 26
3.2 Методика оценки изменений стока рек 26
3.2.1 Критерии отбора пунктов наблюдений 26
3.2.2 Восстановление рядов наблюдений 26
3.2.3 Выбор репрезентативного ряда наблюдений 27
3.2.4 Оценка изменчивости водного режима 28
3.3 Исходные данные 37
4. Динамика стока арктических рек 41
4.1 Динамика метеорологических характеристик на территории аляски 41
4.2 Динамика стока рек Аляски 59
4.3 Динамика стока рек Канады 62
5. Изменения внутригодового распределение стока 68
5.1. Малые и средние реки лесотундровой зоны 68
5.2. Горные реки 75
Заключение 79
Список использованной литературы и источников 81
Приложение А Результаты расчета основных статистических характеристик 86
Приложение Б Результаты расчета основных статистических метеорологических рядов 90
Приложение В Проверка рядов на значимость 92
Приложение Г Критические значения коэффициента Стьюдента 9 6
Приложение Д Значения расчета значимых трендов по метеорологическим характеристикам 98
Приложение Е Проверка гидрологических и метеорологических характеристик на однородность по критериям Стьюдента, Фишера и Уилкоксона 101
В последние десятилетия бесспорным фактом стали климатические изменения в арктическом регионе. Главным следствием этих изменений является то, что эти процессы могут привести к отголоскам в глобальной климатической системе на основе механизмов обратных связей. В существенной степени эти изменения относятся к гидрологической составляющей арктического региона, т.е. напрямую влияет на водный режим рек.
Многие из исследований [2, 5-7, 10, 22-24] показывают, что значимое увеличение приземной температуры воздуха, превышающее ее естественную многолетнюю изменчивость, произошло в холодных регионах Земли, включая Североамериканскую территорию водосборного бассейна Северного Ледовитого океана. Происходящие изменения климата, привели к сокращению ледового покрова в Северном Ледовитом океане, таянию ледников и вечной мерзлоты, уменьшению снежного покрова и изменению гидрологического режима рек Канады и Аляски (Североамериканского континента).
Сток рек - это существенная характеристика, которая отражает многочисленные природные процессы и изменения, происходящие на территориях водосборных бассейнов.
Речной сток напрямую связан с климатическими изменениями, различными проявлениями хозяйственной деятельности и изменениями в состоянии подстилающей поверхности. Сток речных вод является важной характеристикой пресноводного баланса Северного Ледовитого океана.
Соленость морских вод в Северном Ледовитом океане определяется притоком речных вод, таянием ледового покрова. Нарушение солевого и термического баланса может повлиять на циркуляционные процессы в Атлантическом океане и привести к значительным изменениям глобальной климатической системы. Это может отрицательно сказаться на состояние природных комплексов, на хозяйственную деятельность при неблагоприятных условиях.
В связи с этим главной целью магистерской диссертации является выявление изменений режима стока рек арктической зоны Североамериканского континента.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
•S провести аналитический обзор изученности влияния климатических изменений
на речной сток арктических рек,
•S изучить физико-географическую характеристику района исследования,
•S изучить методы оценки многолетних изменений речного стока,
J провести анализ динамики стока арктических рек Североамериканского континента
J провести исследования изменений внутригодового режима стока
Для решения этих задач, были использованы данные гидрологических постов Водной Службы Канады (Environment Canada - Water Survey of Canada), базы данных арктических стоков рек (R-Arctic) и национальной информационной системой по водным ресурсам (National Water Information System) с момента открытия по настоящее время. Все данные приведены в таблицах (Приложение А). Для изучения физико-географических характеристик, методов оценки многолетних изменений речного стока, анализа динамики стока арктических рек, исследования изменений внутригодового распределения стока были использованы источники, приведенные в списке литературы.
Все необходимые расчёты проводились в программе Microsoft excel, программ StokStat, GidroStatistica 2.1
Объектом исследования являются реки арктической зоны Североамериканского континента, выше 62()С.Ш. (территория Аляски (США) и Канады). Предметом исследования является динамика стока рек и его связь с метеорологическими характеристиками.
Практическая значимость исследования заключается в возможности использования результатов для дальнейших исследований.
Актуальностью моей работы заключается в необходимости изучения изменений режима стока рек, на который оказывают влияние разнообразные факторы, важнейшим из которых является климатический. Водный сток арктических рек играет важную роль в гидрологическом режиме Северного Ледовитого океана и характерных береговой зоне процессах. Приток пресных вод арктических рек значительным образом влияет на соленость поверхностного слоя океана, тем самым оказывая влияние на процессы динамики вод океана, на процессы льдообразования, которые в свою очередь регулируют тепловой баланс всего арктического региона.
Речной сток северных рек оказывает влияние не только на экологию, но и на качество жизни населения, поживающего в арктическом регионе. Все возможные изменения стока арктических рек главным образом влияют на работу водохозяйственных систем, на речной транспорт и другие важные аспекты народного хозяйства и экономики. Исходя из исследований Межправительственной группы экспертов по изучению климата (МГЭИК) наибольшие изменения климата проявляется в высоких широтах. Исследование пространственно-временной изменчивости стока и оценка их изменения позволит провести анализ изменчивости режима стока рек арктической зоны Североамериканского континента.
Многие из исследований [2, 5-7, 10, 22-24] показывают, что значимое увеличение приземной температуры воздуха, превышающее ее естественную многолетнюю изменчивость, произошло в холодных регионах Земли, включая Североамериканскую территорию водосборного бассейна Северного Ледовитого океана. Происходящие изменения климата, привели к сокращению ледового покрова в Северном Ледовитом океане, таянию ледников и вечной мерзлоты, уменьшению снежного покрова и изменению гидрологического режима рек Канады и Аляски (Североамериканского континента).
Сток рек - это существенная характеристика, которая отражает многочисленные природные процессы и изменения, происходящие на территориях водосборных бассейнов.
Речной сток напрямую связан с климатическими изменениями, различными проявлениями хозяйственной деятельности и изменениями в состоянии подстилающей поверхности. Сток речных вод является важной характеристикой пресноводного баланса Северного Ледовитого океана.
Соленость морских вод в Северном Ледовитом океане определяется притоком речных вод, таянием ледового покрова. Нарушение солевого и термического баланса может повлиять на циркуляционные процессы в Атлантическом океане и привести к значительным изменениям глобальной климатической системы. Это может отрицательно сказаться на состояние природных комплексов, на хозяйственную деятельность при неблагоприятных условиях.
В связи с этим главной целью магистерской диссертации является выявление изменений режима стока рек арктической зоны Североамериканского континента.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
•S провести аналитический обзор изученности влияния климатических изменений
на речной сток арктических рек,
•S изучить физико-географическую характеристику района исследования,
•S изучить методы оценки многолетних изменений речного стока,
J провести анализ динамики стока арктических рек Североамериканского континента
J провести исследования изменений внутригодового режима стока
Для решения этих задач, были использованы данные гидрологических постов Водной Службы Канады (Environment Canada - Water Survey of Canada), базы данных арктических стоков рек (R-Arctic) и национальной информационной системой по водным ресурсам (National Water Information System) с момента открытия по настоящее время. Все данные приведены в таблицах (Приложение А). Для изучения физико-географических характеристик, методов оценки многолетних изменений речного стока, анализа динамики стока арктических рек, исследования изменений внутригодового распределения стока были использованы источники, приведенные в списке литературы.
Все необходимые расчёты проводились в программе Microsoft excel, программ StokStat, GidroStatistica 2.1
Объектом исследования являются реки арктической зоны Североамериканского континента, выше 62()С.Ш. (территория Аляски (США) и Канады). Предметом исследования является динамика стока рек и его связь с метеорологическими характеристиками.
Практическая значимость исследования заключается в возможности использования результатов для дальнейших исследований.
Актуальностью моей работы заключается в необходимости изучения изменений режима стока рек, на который оказывают влияние разнообразные факторы, важнейшим из которых является климатический. Водный сток арктических рек играет важную роль в гидрологическом режиме Северного Ледовитого океана и характерных береговой зоне процессах. Приток пресных вод арктических рек значительным образом влияет на соленость поверхностного слоя океана, тем самым оказывая влияние на процессы динамики вод океана, на процессы льдообразования, которые в свою очередь регулируют тепловой баланс всего арктического региона.
Речной сток северных рек оказывает влияние не только на экологию, но и на качество жизни населения, поживающего в арктическом регионе. Все возможные изменения стока арктических рек главным образом влияют на работу водохозяйственных систем, на речной транспорт и другие важные аспекты народного хозяйства и экономики. Исходя из исследований Межправительственной группы экспертов по изучению климата (МГЭИК) наибольшие изменения климата проявляется в высоких широтах. Исследование пространственно-временной изменчивости стока и оценка их изменения позволит провести анализ изменчивости режима стока рек арктической зоны Североамериканского континента.
В настоящей работе была произведена оценка колебаний стока, динамики, среднемноголетних изменений арктических рек Североамериканского континента вплоть до 2018 года.
В настоящее время основным подходом к оценке многолетних изменений стока рек являются физико-географические факторы окружающей среды, в том числе метеорологические и факторов подстилающей поверхности.
Ключевым стокоформирующим фактором в бассейнах исследуемых рек являются осадки и температура воздуха. Однако на водный сток рек Северо-западной территории Североамериканского континента, влияние оказывает фактор естественной зарегулированности, обусловленный высокой озёрностью. Воздействие этого фактора проявляется в сглаживании влияния многолетней изменчивости осадков.
Для анализа динамики речного стока, в данной работе была составлена комплексная методика с учётом особенностей изменчивости стока горных рек и средних и малых рек лесотундровой зоны.
Анализ показал, что в последние десятилетия значительные увеличения метеорологических характеристик (температура воздуха, осадки) сыграли большую роль в изменениях речного стока. По всей территории Аляски, в общем, сток увеличился на 6%. Температура воздуха возросла на 2оС. Осадки на территории Аляски в провинции Норт- Слоуп уменьшились на 11%, в то время как на территории Нана увеличились незначительно, всего на 1,3%. Сток в половодье увеличился на 46м3/с, а в период летне-осенней межени на 75 м3/с. В связи с этими изменениями годовой сток увеличился на 125 м3/с.
В летний период температура воздуха после 1985 года увеличилась на 0,8оС, а осадки на 5,7 мм. Сток увеличился заметно, более 20% за летний период после 1985 года. В зимний период произошли положительные тенденции, как по температуре, так и по осадкам. По температуре увеличение на 2оС, по осадкам на 5мм. Сток, относительно изменений метеорологических характеристик, увеличился на 20 м3/с.
В северо-западной части провинции Нунавут (Канада) среднегодовая температура воздуха за период после 1985г. увеличилась на 2,1 оС. В свою очередь, осадки также показали положительную тенденцию, и увеличение произошло на 27мм.
Положительный тренд наблюдается в Северо-западной провинции Канады. Годовая температура воздуха по территории увеличилась на 1,5оС, летняя на 0,7оС, а зимняя на 1оС. Осадки по территории увеличились на 21мм за год, 20 мм за летний период и не изменились за зимний. Среднее значение осадков до и после 1985 года равняется 53мм.
Из-за изменений в температуре и по осадкам, увеличение происходит и по гидрологической составляющей Северо-западной провинции. Годовой сток увеличился на 18 м3/с, летний на 20 м3/с., зимний сток увеличился в 2 раза, с 15 м3/с. на 30 м3/с.
В бассейне Юкона значения по осадкам показали отрицательную тенденцию. Годовые осадки, в среднем, уменьшились на 40мм, за летний период на 5мм, за зимний изменение меньше 1мм. По температуре тенденция годовых, за летний период и за зимний колеблется до 1оС. Годовой сток рек данной территории в среднем увеличивается на 8 м3/с за год. За летний период сток уменьшается на 4 м3/с..
На побережье Канады в провинции Юкон и Северо-западной провинции значение годового стока увеличивается на 15 м3/с. Увеличение годового стока происходит из-за увеличения приземной температуры воздуха на 1,7оС. В летний период сток уменьшается на 20 м3/с. связи с уменьшением количества осадков и неизменностью в температуре воздуха. Зимний сток значительных тенденций не проявил.
Сопоставление стока средних рек, наиболее полно отражающих климатические изменения, в Арктической зоне, позволило сделать вывод, что для них не характерна синхронность чередования фаз водности, что связано с физико-географическими условиями исследуемых бассейнов. Асинхронность колебаний фаз водности лесотундровой и Арктической зоны позволяет сделать вывод о правомерности использования водноресурсной границы Арктики для анализа гидрологического режима рек в условиях меняющегося климата.
В настоящее время основным подходом к оценке многолетних изменений стока рек являются физико-географические факторы окружающей среды, в том числе метеорологические и факторов подстилающей поверхности.
Ключевым стокоформирующим фактором в бассейнах исследуемых рек являются осадки и температура воздуха. Однако на водный сток рек Северо-западной территории Североамериканского континента, влияние оказывает фактор естественной зарегулированности, обусловленный высокой озёрностью. Воздействие этого фактора проявляется в сглаживании влияния многолетней изменчивости осадков.
Для анализа динамики речного стока, в данной работе была составлена комплексная методика с учётом особенностей изменчивости стока горных рек и средних и малых рек лесотундровой зоны.
Анализ показал, что в последние десятилетия значительные увеличения метеорологических характеристик (температура воздуха, осадки) сыграли большую роль в изменениях речного стока. По всей территории Аляски, в общем, сток увеличился на 6%. Температура воздуха возросла на 2оС. Осадки на территории Аляски в провинции Норт- Слоуп уменьшились на 11%, в то время как на территории Нана увеличились незначительно, всего на 1,3%. Сток в половодье увеличился на 46м3/с, а в период летне-осенней межени на 75 м3/с. В связи с этими изменениями годовой сток увеличился на 125 м3/с.
В летний период температура воздуха после 1985 года увеличилась на 0,8оС, а осадки на 5,7 мм. Сток увеличился заметно, более 20% за летний период после 1985 года. В зимний период произошли положительные тенденции, как по температуре, так и по осадкам. По температуре увеличение на 2оС, по осадкам на 5мм. Сток, относительно изменений метеорологических характеристик, увеличился на 20 м3/с.
В северо-западной части провинции Нунавут (Канада) среднегодовая температура воздуха за период после 1985г. увеличилась на 2,1 оС. В свою очередь, осадки также показали положительную тенденцию, и увеличение произошло на 27мм.
Положительный тренд наблюдается в Северо-западной провинции Канады. Годовая температура воздуха по территории увеличилась на 1,5оС, летняя на 0,7оС, а зимняя на 1оС. Осадки по территории увеличились на 21мм за год, 20 мм за летний период и не изменились за зимний. Среднее значение осадков до и после 1985 года равняется 53мм.
Из-за изменений в температуре и по осадкам, увеличение происходит и по гидрологической составляющей Северо-западной провинции. Годовой сток увеличился на 18 м3/с, летний на 20 м3/с., зимний сток увеличился в 2 раза, с 15 м3/с. на 30 м3/с.
В бассейне Юкона значения по осадкам показали отрицательную тенденцию. Годовые осадки, в среднем, уменьшились на 40мм, за летний период на 5мм, за зимний изменение меньше 1мм. По температуре тенденция годовых, за летний период и за зимний колеблется до 1оС. Годовой сток рек данной территории в среднем увеличивается на 8 м3/с за год. За летний период сток уменьшается на 4 м3/с..
На побережье Канады в провинции Юкон и Северо-западной провинции значение годового стока увеличивается на 15 м3/с. Увеличение годового стока происходит из-за увеличения приземной температуры воздуха на 1,7оС. В летний период сток уменьшается на 20 м3/с. связи с уменьшением количества осадков и неизменностью в температуре воздуха. Зимний сток значительных тенденций не проявил.
Сопоставление стока средних рек, наиболее полно отражающих климатические изменения, в Арктической зоне, позволило сделать вывод, что для них не характерна синхронность чередования фаз водности, что связано с физико-географическими условиями исследуемых бассейнов. Асинхронность колебаний фаз водности лесотундровой и Арктической зоны позволяет сделать вывод о правомерности использования водноресурсной границы Арктики для анализа гидрологического режима рек в условиях меняющегося климата.