Изменения в распределении озёр разных типов по территории Северной и Центральной Евразии в условиях меняющегося климата

Озёраводоёмы замедленного водообмена, которые распространены практически повсеместно. Наибольшее их скопление приурочено к областям древнего и современного оледенения, к районам крупных тектонических разломов земной коры и к засушливым регионам, не имеющим стока в океан. На Земном шаре зафиксировано около 10 млн. озёр с общей площадью 2.1 млн. км, что составляет примерно 1.5% всей площади суши. Суммарный объём воды в озёрах более 176 тыс. км2.

Среди этих озёр есть сточные, бессточные и периодически сточные объекты. Существование каждого из этих типов озёр определяется климатическими условиями и особенностями строения самих озёрных систем. В свою очередь это приводит к формированию различной структуры их водных балансов. Известно, что в зоне избыточного увлажнения озёра всегда сточные, в зоне недостаточного — бессточные, но при определённом соотношении площади озера и его бассейна озёра могут быть сточными. Колебания климата приводят к периодическим изменениям увлажнённости территории и озёра становятся периодически сточными.

Озёра широко используются в хозяйственных целях. Прежде всего, они являются источниками водоснабжения, орошения, водоприёмниками, путями сообщения и регуляторами стока вытекающих рек. Одновременно озёра представляют интерес для галургии, добычи сапропеля, водной растительности, рыбного хозяйства и рекреации.

С другой стороны, озёра являются частью озёрных природных комплексов, чутко реагирующих на изменения, происходящие на их бассейнах. Это, прежде всего, изменяющиеся климатические условия и антропогенная деятельность. Причём некоторые виды хозяйственной деятельности могут влиять и на изменения климата, который в свою очередь воздействует на водный режим озер. ц Озёра являются частью общей гидрографической сети и участвуют в большом круговороте воды в природе, внутриматериковом влагообороте, влияют на характеристики речного стока. В засушливых областях озёра часто являются конечным звеном гидрографической сети и имеют благоприятные условия для засоления, расходуя воду лишь на испарение. Неправильное использование озёр и их бассейнов в хозяйственных целях может повлечь за собой негативные изменения в окружающем ландшафте (затопление, засоление, заболачивание, изменение трофического статуса, вплоть до исчезновения). Такие же изменения могут иметь место и при изменениях климата, особенно при его долговременных колебаниях. Перечисленные типы озёр различаются гидрологическим режимом, связанным с колебаниями уровней воды и внешним водообменном, а так же физическими свойствами воды и её химическим составом. Совокупность этих свойств формирует условия существования лимнических или терригенных процессов, влияет на формирование трофического статуса этих водоёмов. о.

Для рационального использования и охраны озёр, долгосрочного планирования использования озёрного фонда, следует знать его возможные изменения. Таким образом, при изучении озёр необходимо обратить внимание на два основных фактора: климат и подстилающая поверхность (активные и адаптивные факторы). Поэтому основная цель работы заключается в оценке распределения разнотипных озёр по территории при современной климатической ситуации и в условиях её изменения.

Для исследования выбрана территория Северной и Центральной Евразии, включающей Россию, Среднюю Азию и Северную Монголию, где насчитывается более 3 млн. озёр, общей площадью превышающей 500 тыс. км2 (без Каспийского и Аральского морей) и объёмом заключённой в них воды — более 30 тыс. км3.

Эта территория расположена в разных географических зонах — достаточного, -i недостаточного и избыточного увлажнения. Поэтому, здесь имеется большое количество разнотипных озёр, широко использующихся в хозяйственных целях.

Основная г{ель работы заключается в оценке распределения разнотипных озёр по территории при современной климатической ситуации и в условиях её изменения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи, которые и являются предметом защиты:

— дать характеристику особенностей современного климата в разных частях рассматриваемой территории;

— разработать методику определения условий, при которых формируются перечисленные выше типы озёр, и приёмы картирования характеристики, определяющей эти типы;

— исследовать закономерности распределения разнотипных озёр на рассматриваемой территории в условиях современного климата;

— исследовать вопросы возможных изменений климата в ближайшем будущем (с настоящего времени до конца века) и произвести анализ предлагаемых климатических сценариев;

— произвести построение карт распределения по территории разнотипных озёр при современной климатической ситуации и в условиях меняющегося климата. Оценить возможные изменения в распределении озёр;

— исследовать структуру водного баланса разнотипных озёр, формирование их режимных характеристик и оценить возможные изменения в условиях меняющегося климата.

Актуальность темы

была подтверждена на V и прошедшем осенью.

2004 года VI гидрологических съездах, где ряд исследований был посвящен изучению водных ресурсов и их использованию в новых социально экономических условиях с учётом возможных изменений климата [1, 2, 3, 4].

В частности указывается, что исходя из потребностей развития экономики.

России, среди задач в области гидрологии озёр, выступает изучение реакции гидрологических характеристик водоёмов различных географических зон на 6 современные и ожидаемые изменения климата, а также тенденции этих изменений во времени и, особенно за последние два десятилетия в условиях новых социально — экономических реалий и заметного потепления глобального климата. Как известно, в течение XX столетия глобальная температура воздуха повысилась примерно на 0.6°С, при этом наиболее заметное потепление имело место в умеренных широтах Северного полушария начиная с 80-х годов. В [5] указывается, что водные ресурсы играют исключительно важную роль в развитии аридных и полуаридных (засушливых) природных зон и их социально — экологическом благополучии. Для этих зон, особенно в условиях меняющегося климата, в целом характерно количественное и качественное истощение водных ресурсов по мере их использования, а так же нарушение естественных режимов и экологического равновесия природных комплексов.

Научная новизна исследования заключается в разработке способов определения условий формирования разнотипных озёр в разных географических зонах, основанной на расчётах водного баланса и оценке его структуры при взаимодействии климатических факторов (активных) и факторов подстилающей поверхности (адаптивных) для условий современного климата. Результатом этого исследования является построение карт зонального распределения разнотипных озёр на исследуемой территории.

Одновременно, впервые предложены приёмы расчёта водного баланса в условиях меняющегося климата. В этом случае рассматривались современные представления о некоторых климатических сценариях близкого и далёкого будущего, для условий одного из которых были пересчитаны водные балансы озёр. На основании результатов этих расчётов и применения разработанной методики определены новые условия формирования разнотипных озёр и построены новые карты их предполагаемого распределения. При этом проведён анализ распределения озёр и сравнение карт современного распределения озёр и при заданном изменении климата. Кроме того, дана оценка этих предполагаемых в будущем изменений и возможных изменений 7 режимных характеристики озёр. Результаты исследований должны быть полезными при хозяйственном использовании озёрного фонда, его охраны в современных условиях, планировании его рационального использования и охраны в условиях меняющегося климата. Кроме того, результаты расчётов можно использовать для оценки изменений гидрографической сети. Основные результаты получены автором в рамках бюджетных и хоздоговорных тем кафедры гидрологи суши РГГМУ.

Заключение

.

Образование и развитие озёрных систем происходит под влиянием двух факторов: активных и адаптивных, которые определяют морфометрические и режимные характеристики озёр, а также их воднобалансовый тип — сточные, бессточные и периодически сточные. Климат — являясь активным фактором, определяет режим увлажнения территории и применительно к настоящему исследованию, характеризуется соотношением своих приходных и расходных составляющих — осадков и испарения, которые при взаимодействии с ландшафтом предопределяют важнейшую в режиме озёр характеристику — сток.

Адаптивные факторы, или факторы подстилающей поверхности, определяются, морфогенетическими, морфологическими и морфометрическими особенностями озёрных систем и их котловин, на основании которых можно относить или группировать озёра по районам. Например, озёра с генетически однородными котловинами характеризуются однотипными соотношениями между морфометрическими характеристиками (объёмные и батиграфические кривые), а также связями между морфометрическими и режимными характеристиками (с показателем водообмена, коэффициентом автокорреляции). Эти соотношения позволяют приближенно оценивать водные ресурсы неизученных озёр по площадям, снятых с карт, определять интенсивность их условного внешнего водообмена и рассчитывать первый коэффициент автокорреляции, являющийся показателем уровенного режима.

Исследуемая территория Северной и Центральной Евразии в соответствии с условиями увлажнения включает три зоны (избыточного, достаточного и недостаточного увлажнения), для которых, при зональных условиях характерны определённые типы озёр. Принадлежность озёр к тому или иному типу определяется на базе уравнения ВБ. Так, для исследуемой территории были рассчитаны зональные ВБ озёр при условии отсутствия стока и определены критические значения удельных водосборов, которые имеют место при равновесии составляющих баланса. По этим значениям для двух групп озёр (с глубинами до 10 метров и более) были построены карты Ккр. Зная удельный водосбор исследуемого водоёма, с помощью этих карт можно определить тип проточности, интенсивность которой будет определяться разницей между К и КкрПри этом следует иметь ввиду, что построенные карты характеризуют зональные условия существования бессточных озёр, т. е. при исследовании озёр необходимо учитывать азональные особенности водоёмов и при необходимости к составляющим ВБ вводить соответствующие поправки. Рассмотрены поправки которые нужно вводить к величине испарения с поверхности озера, в зависимости от его средней глубины и минерализации воды. При построении карты распределения Ккр для озёр с глубинами более 10 метров была введена поправка на среднюю глубину водоёма.

Выполнен анализ существующих представлений о возможных изменениях климата под действием естественных и антропогенных факторов.

Обоснован выбор одного из способов предсказания климатической ситуации с помощью моделей общей циркуляции атмосферы и океана, использующих в качестве исходных данных «умеренный» сценарий выбросов парниковых газов в атмосферу, разработанный Межправительственной группой экспертов по изменениям климата и основанный на гипотезе о будущем мировом развитии. Этот способ предсказания возможных изменений климатических условий по мнению специалистов ГГО им. А. И. Воейкова является наиболее научно обоснованным и перспективным. Были использованы рассчитанные по восьми моделям значения осадков и испаряемости (для одного и того же сценария), которые были соответствующим образом обработаны (для увеличения точности) и по ним, с использованием графика связи индекса сухости и коэффициента стока получены значения стока. По полученным значениям составляющих ВБ рассчитаны К^ для трёх двадцатилетних.

99 периодов и построены карты, дающие представление об предполагаемых изменениях и тенденциях в распределении зональных типов озёр по территории.

По построенным картам выполнено сопоставление между современным и ожидаемым по сценарию распределением Ккр по территории и оценены предполагаемые изменения в зональном распределении сточных, бессточных и периодически сточных озёр по территории. Для оценки влияния предполагаемых изменений климата на режим озёр, существующих при современных условиях, были выбраны озёра, расположенные в разных физико — географических условиях и для них были рассчитаны приходные и расходные составляющие ВБ.

Данная работа направлена на более полное использование климатологической информации с целью расширения информационной базы гидрологических расчётов. Она дополняет совокупность наших представлений об озёрах, их режимах и может быть полезной при планировании использования водных ресурсов озёр в хозяйственных целях, таких, как безвозвратный забор воды (особенно для областей недостаточного увлажнения), переброска стока и некоторые другие, а так же для понимания процессов, происходящих в системе климат — водосбор — озеро.