Тема: ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ СТРУКТУРА СТОКА РЕК КАНАДСКИХ СКАЛИСТЫХ ГОР II ЕЁ СВЯЗЬ С АТМОСФЕРНОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ

Поверхностный сток, являясь интегральной характеристикой водного баланса речного бассейна, чутко реагирует на изменение климата. Норма стока рек зависит от количества осадков, приходящих на поверхность водосбора и испарения с этой поверхности. Внутригодовое распределение стока зависит от соотношения источников питания, сезонного распределения осадков, интенсивности снеготаяния и водоотдачи. Все эти факторы напрямую связаны с атмосферной циркуляцией, которая претерпевает изменения благодаря воздействию внешней среды [11].
Тенденция к потеплению, начавшаяся в конце 60-х - начале 70-х годов, стала наиболее выраженной во второй половине 80-х и 90-е годы, которые относятся к самому теплому периоду прошлого столетия [46]. 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 [60, 51].
Скалистые горы охватывают широкий спектр климатических условий, которые в свою очередь создают условия для экологических, гидрологических и антропогенных процессов в этом горном районе [53].
Сток рек - это существенная характеристика, отражающая 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 [3].
Выявление современных тенденций в рядах климатических показателей (атмосферной циркуляции, температуры воздуха и осадков) необходимо для правильного понимания причин трансформации характеристик речного стока.
Главной целью магистерской диссертации является выявление изменений режима стока рек канадских Скалистых гор и его связь с атмосферной циркуляцией.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• провести аналитический обзор изученности влияния климатических изменений на речной сток Канадских Скалистых гор;
• изучить физико-географическую характеристику района исследования;
• изучить методы оценки многолетних изменений речного стока;
• провести анализ динамики стока рек Канадских Скалистых гор;
• выявить связь стока с показателями атмосферной циркуляции.
Для решения этих задач, были использованы базы данных гидрологических постов Водной Службы Канады (Environment Canada - Water Survey of Canada), национальной информационной системы по водным ресурсам (National Water Information System) с момента открытия по настоящее время, а также информация по атмосферной изменчивости с сайтов «University of East Anglia» и «NCAR Climate Data Guide». Все данные приведены в таблицах (Приложения А, Б, Г). Для изучения физико-географических характеристик, методов оценки многолетних изменений речного стока, анализа динамики стока канадских рек Скалистых гор, исследования изменений внутригодового распределения стока были использованы источники, приведённые в списке использованной литературы.
Все необходимые расчёты проводились в программе Microsoft Excel, программ StokStat, GidroStatistica 2.1.
Объектом исследования являются реки Канадских Скалистых гор, выше 48° с.ш. (территория провинций Британская Колумбия и западная часть Альберты). Предметом исследования является динамика стока рек и его связь с атмосферной циркуляцией.
Практическая значимость исследования заключается в возможности использования результатов для дальнейших исследований.
Актуальность работы заключается в необходимости изучения изменений режима стока рек, на который оказывают влияние разнообразные факторы, важнейшим из которых является климатический.
Речной сток рек канадских Скалистых гор оказывает влияние не только на экологию, но и на качество жизни населения, проживающего в провинциях Альберта и Британская Колумбия. Все возможные изменения стока рек канадских Скалистых гор главным образом влияют на работу водохозяйственных систем, на речной транспорт и другие важные аспекты народного хозяйства и экономики. Исследование пространственно-временной изменчивости стока и оценка их изменения позволит провести анализ изменчивости режима стока рек канадских Скалистых гор.
Купить

В настоящей работе была проведена оценка колебаний стока, динамики, среднемноголетних изменений рек канадских Скалистых гор и связь стока с колебаниями атмосферной циркуляции вплоть до 2019 года.
В настоящее время основным подходом к оценке многолетних изменений стока рек являются физико-географические, метеорологические факторы и факторы подстилающей поверхности.
Ключевыми стокормирующими факторами в бассейнах исследуемых рек являются атмосферные осадки и температура воздуха.
Для анализа динамики речного стока, в данной работе учитывались особенности изменчивости рек на разных высотах: менее 500 м, 500 - 1000 м, более 1000 м над уровнем моря, а также разделение по площади водосбора: для малых рек с F < 200 км2, средних рек с F = 2000 - 50000 км2, крупных рек с F > 50000 км2.
Анализ показал, что в последние десятилетия увеличение метеорологических характеристик (температура воздуха, осадки) оказали влияние на изменение речного стока в разной степени в зависимости от высоты и территории. На высоте ниже 500 м над уровнем моря в разных частях канадских Скалистых гор наблюдается либо повышение/понижение либо неизменность стока. В северной части Берегового Хребта изменений не наблюдается как до 1985 года, так и после. В южной же части, что приходится на горы Маккензи и район бассейна р. Фрейзер наблюдается повышение стока на 2 % и уменьшение на 1 %, соответственно. На высоте 500 - 1000 м наблюдается увеличение стока на 3%. На высотах выше 1000 м понижение стока на 5% в сравнении периодов до 1985 года и после. Увеличение осадков на 7% наблюдается на высоте до 500 м (западная часть Берегового Хребта и юг Скалистых гор). На юге Скалистых гор на высоте до 1000 м рост количества осадков на 2%, и снижение на 6% на севере плато Нечако. На юге Скалистых гор при высотах выше 1000 м наблюдается незначительное снижение осадков на 0,1%.
По всей территории канадских Скалистых гор произошло увеличение температуры воздуха от 5 до 22%. Максимальное увеличение температуры наблюдается в северной части в районе гор Кассиар.
В летний и зимний периоды в основном наблюдается повышение температуры на 0,8 - 2,5°С после 1985 года. По осадкам летом снижение на 6 мм, а зимой на 9 - 20 мм.
Из-за изменений в температуре и по осадкам, увеличение происходит и по гидрологической составляющей канадских Скалистых гор. Годовой сток увеличился на высоте 500 - 1000 м в среднем на 6 м3/с. В районе плато Фрейзер наблюдается снижение стока на 17 м3/с, а на юге Британской Колумбии увеличение стока на 3,2 м3/с при высоте менее 500 м. В юго-восточной части Скалистых гор на высотах свыше 1000 м наблюдается снижение стока на 0,23 м3/с после 1985 года.
Также была выявленная связь стока рек канадских Скалистых гор с индексами атмосферной циркуляции - северотихоокеанское колебание (NPI), южное колебание (SOI). Североатлантическое колебание не оказывает влияние на территорию канадских Скалистых гор, поэтому сравнения с индексами не приводятся.
При сопоставлении хода температуры воздуха и осадков с индексами SOI и NPI наблюдается зеркальность. Холодной фазе соответствуют более низкие метеорологические характеристики, чем в тёплой. А в тёплую фазу наблюдается рост температуры и осадков на многих метеорологических станциях. На высоте ниже 500 м сток увеличивается с апреля по август в разные по водности годы. Этот период соответствует теплой фазе северотихоокеанского колебания, а в южном колебании в этот период наблюдается явление Эль-Ниньо (тёплая фаза). На высотах 500 - 1000 м увеличение стока в году приходится с апреля по октябрь, что также соответствует тёплой фазе атмосферных колебаний. На высотах выше 1000 м наблюдается аналогия на высотах менее 500 м.
В целом при сопоставлении многолетнего хода расходов воды с индексами атмосферной циркуляции наблюдается зеркальность.
В северотихоокеанском колебании начиная с 1964 - 1988 гг, наблюдается
синхронность чередования тёплых и холодных фаз и составляет 12 лет. После наступает холодная фаза до 1995 года, а затем снова чередование фаз в 10 - 11 лет. В настоящее время наблюдается холодная фаза. Однако сток на реках канадских Скалистых гор преимущественно растёт. В южном колебании похожая ситуация, тёплая фаза колеблется в пределах 6 - 10 лет, холодная 6 лет.
Корреляционная связь между метеорологическими характеристиками и индексами южного и тихоокеанского колебаний очень низкая. Больший вклад на формирование температуры воздуха оказывает интенсивность алеутской депрессии, которая создаёт области низкого давления. Также нужно учитывать наличие горной гряды, которая препятствует западно-восточному переносу воздушных масс и образование стационарных антициклонов, которые существенно влияют на интенсивность меридиональных потоков вдоль побережья и их межгодовую динамику.
Для некоторых рек канадских Скалистых гор характерна синхронность чередования фаз водности, что связано с физико-географическими условиями. Асинхронность колебаний фаз позволяет сделать вывод об использовании водноресурсной части канадских Скалистых гор для анализа гидрологического режима в условиях меняющегося климата.
Купить