Введение
1 Обзор литературы по проблеме анализа динамики водной массы 7
2 Объекты исследования 12
2.1 Евразия 12
2.2 Горная система Гималаи и Тибетское плато 13
2.3 Гренландия 14
2.4 Северная Америка 14
3 Исходные данные для анализа климатических изменений 15
3.1 Гравиметрические данные GRACE 15
3.2 Индекс сухости SPEI 17
3.3 Метеорологические данные CRU TS 3.24 19
4 Результат анализа данных 20
4.1 Подготовка данных 20
4.2 Анализ АВЭМ для Евразии 23
4.3 Анализ АВЭМ для горной системы Гималаи и Тибетского плато 35
4.4 Анализ АВЭМ для Гренландии 43
4.5 Анализ АВЭМ для Северной Америки 46
Заключение 58
Список сокращений 60
Список использованных источников
Купить

Вопрос изменение климата является глобальным. Миллионы и тысячи лет назад климат менялся под действием явлений планетарного масштаба: тектонических процессов, изменения орбиты и радиационного баланса Земли в целом. Столь же глобально сейчас и загрязнение атмосферы человеком — дополнительное воздействие, которое накладывается на естественные процессы. Понять причины изменений можно, только зная ситуацию на всей планете.
Средний глобальный уровень моря будет продолжать повышаться в XXI- м веке. Во всех сценариях [1] скорость повышения уровня моря, весьма вероятно, превысит значения, отмечавшиеся в 1971-2010 гг., вследствие повышения температуры океана и увеличения сокращения массы ледников и ледниковых покровов.
Существуют признаки того, что с середины ХХ века засухи усилились в некоторых регионах (например, в Средиземноморье) и ослабели в других (например, в центральной части Северной Америки). Наземных наблюдений до сих пор недостаточно, чтобы предоставить свидетельства изменений повторяемости засухи [1].
В условиях глобального потепления последних полутора столетий особое значение приобретает мониторинг водного баланса.
Цель: анализ динамики водной массы континентальной поверхности Земли на основе данных гравиметрической съемки GRACE.
Задачи:
— анализ аномалий водных эквивалентов массы на континентальной поверхности Земли (на примере Евразии и Северной Америки);
— связь АВЭМ с климатическими изменениями;
— анализ аномалий водных эквивалентов массы Гренландии, горной системы Гималаи и Тибетского плато.
Проблема анализа динамики АВЭМ континентальной поверхности Земли является актуальной. Современные изменения климата, уже произошедшие и ожидаемые в XXI веке, несомненно оказывают и будут оказывать влияние на экстремальность климата, в том числе и на засухи.
В работе [2] авторы исследуют связь запасов продуктивной влаги в почве с полем силы тяжести Земли. Работа посвящена анализу возможности применения вариаций поля силы тяжести Земли, измеряемых спутниками GRACE для картирования продуктивной влаги в почве.
Измерения продуктивной влаги почвы выполнены на Караболыкском, Заречненском, Аркалыкском, Карасуйском тестовых полигонах Республики Казахстан на трех глубинах: 0,0-0,2 м; 0,2-0,5 м; 0,5-1,0 м. Проведен корреляционный анализ между значениями продуктивной влаги почвы (наземные данные) и толщины эффективного слоя влажности (ТЭСВ) по данным GRACE. В статье показано, что для слоя на глубинах 0,5-1,0 м наблюдается достоверная статистическая связь между продуктивной влагой почвы и ТЭСВ. Кроме того, отмечена надежная связь между ТЭСВ и толщиной снежного покрова. В заключении авторы пишут, что результаты измерений ТЭСВ, полученные спутниками GRACE в комплексе с наземными измерениями продуктивной влаги на тестовых полигонах, могут быть положены в основу регионального мониторинга продуктивной влажности почвы.
Загрязнение и очистка сточных вод - важный вопрос, влияющий на социальное развитие Китая. Там в последнее время замечен значительный прогресс в использовании GRACE для мониторинга динамики водного эквивалента. Об этом пишут авторы статьи [3].
В этом исследовании авторы используют данные GRACE, для мониторинга динамики водного эквивалента в Китае в период с марта 2003 по февраль 2013 г. Итог исследования показывает изменения наземных запасов воды в Китае за последнее десятилетие. Результаты были сопоставлены с
изменениями поверхностных вод и оценивались с использованием гидрологической модели GLDAS, а также местными данными, собранными Национальным метеорологическим центром.
По сравнению с традиционными методами полиномиальной аппроксимации, EOF декорелляция не искажает фактические геофизические сигналы Земли, а также не генерируют ложные сигналы [3]. Как таковой, он является более эффективным методом удаления коррелированные ошибки в GRACE месячной модели гравитации.
В статье [4] описывается изучение тенденции изменения силы тяжести с 2009 по 2013 год, полученные из наземных данных гравиметрии и GRACE в Северном Китае.
Авторы отмечают, что наземные данные показали различия в гравитации с запада на восток, а данные GRACE - различия с севера на юг. Основными причинами различия этих двух подходов могут быть способы наблюдения и пространственное разрешение данных GRACE. Данные GRACE указывают на снижение гравитации на юге и увеличение на севере. Процесс вертикальной деформации может быть основным фактором, влияющим на различия между результатами с севера и юга.
Недостаточно высокую надежность разделения различных составляющих водных ресурсов с помощью GRACE отмечают и авторы статьи [5].
Для оценки возможностей метода авторами проведено сопоставление данных современного годового стока рек Волга и Лена с результатами спутниковых измерений по технологии GRACE. Приведенные графики, рассчитанного и измеренного годового расхода рек, свидетельствуют о согласованном ходе кривых.
Так, для р. Волга общая среднеквадратическая невязка между приведенными величинами стока составляет всего 6,6 км3/месяц, но при этом относительная точность метода GRACE (отношение среднеквадратической невязки к разнице максимума и минимума наземных гидрологических данных) составляет 21% [5].
Результаты показывают, что среди испытываемых параметров, температура, влагоудерживающая ёмкость почвы, и процент лесного покрова являются важными при анализе динамики, а площадь бассейна и средний уклон местности менее важны.
Полученные эмпирические соотношения были точны при моделировании временных рядов аномалий запасов воды глобального масштаба. Такой подход может быть применен в промежутке между заполнением текущих и будущих миссий GRACE и для прогнозирования систем хранения бассейновых данные предсказания будущих осадков.
Результаты авторов статьи показывают, что в более холодных бассейнах, температура вызывает декорреляцию или даже антикорреляцию осадков. В зимний период, изменчивость осадков выше и перераспределяется во времени в кумулятивный сезонный сигнал, а сила тяжести отражает этот эффект.
О количественном подходе к измерению гидрологической засухи на основе наблюдений за сохранением наземных вод с помощью GRACE пишут авторы статьи [7]. Измерения GRACE применяются путем расчета величины отклонения региональных ежемесячных аномалий водного эквивалента массы от ежемесячных климатических временных рядов, где отрицательные отклонения представляют собой дефицит водной массы. Ежемесячный дефицит количественно определяет объем воды, необходимый для возвращения в нормальные условия. Авторы объединяют дефицит экивалента водной массы с продолжительностью события, чтобы рассчитать степень засухи. Базы данных засухи используются для определения событий метеорологической засухи в бассейнах рек Амазонки и Замбези и юго-восточных районах Соединенных Штатов и Техаса. Данный метод, пишут авторы статьи, четко определяет начало, конец и продолжительность гидрологической засухи, оценивает мгновенную
серьезность и максимальную величину засухи и хорошо сравнивается с базами данных метеорологической засухи.
В статье [8] авторы изучают масштаб и пространственное распределение ускорения изменения массы в Гренландии и ее статистическую значимость с использованием обработанных гравиметрических данных миссии GRACE на период 2002-2011 годов. Авторы отмечают значительное ускорение потерь водной массы в Канадском Арктическом архипелаге.
Для более точного анализа динамики АВЭМ континентальной поверхности Земли, совместно с данными GRACE используют и метеорологические данные CRU. Об этом пишут авторы статей [9, 10].
Входной информацией служит набор характеристик из глобальной базы данных по климату CRU TS 3.0, которая содержит средние месячные значения температуры и влажности воздуха, общей облачности, разности максимальной и минимальной температур воздуха, месячные суммы осадков, повторяемость числа дней с заморозками.
Ряды метеоданных в глобальной базе относится к периоду 1901-2006 гг., пространственный интервал между узлами регулярной сетки равен 0,5° по долготе и широте, данные распределены по высотным уровням от 0 до 5734 м над уровнем моря [10].
На примере рек Амударьи и Сырдарьи авторы выполняют сравнительный анализ качества уравнений множественной линейной регрессии и делают вывод, что годовые величины осадков и температуры воздуха являются достаточно информативными переменными для получения линейных уравнений приемлемого вычислительного качества. Уравнения на основе данных из CRU TS 3.0 могут быть использованы вместе с другими аргументами для долгосрочных прогнозов годового стока Амударьи, Сырдарьи и Амударья + Сырдарья, когда будущие значения предикторов определяются из моделей циркуляции атмосферы [9].

Купить