Курсовая работа
Влияние изменений климата на речной
сток территории Беларуси
Аннотация
гидрологический река климат
Влияние изменений климата на речной сток территории Беларуси. (курсовая работа). - Минск. 2015. - 31 с.
Ключевые слова: режим рек, общая циркуляция, климатические характеристики, водный сток.
Рассматриваются закономерности формирования гидрологического режима рек Беларуси под влиянием атмосферной циркуляции на основе длительного периода наблюдений. Определены гидрометрические условия на территории Беларуси при разных формах атмосферной циркуляции. Получены количественные характеристики метеорологических элементов (температуры воздуха и осадков) и расходов воды для разных периодов атмосферной циркуляции и определены типовые значения речного стока.
В работе раскрываются особенности влияния климата на режим рек Беларуси.
В наше время, изменения климата, за несколько десятков лет, вполне реально. Климат теплеет, и это может негативно отразится на гидрологическом режиме и использовании водных ресурсов. Основная задача современности, это адаптация режима водопользования к неустойчивости климата.
Являясь составной частью географической оболочки, водные ресурсы находятся в тесной связи с атмосферной циркуляцией. Проведенные исследования на региональном уровне позволили установить закономерности временной и пространственной дифференциации количественных и качественных характеристик рек и разработать прогноз дальнейших изменений водного режима.
В настоящее время известно большое количество работ, в том числе и белорусских ученых, посвященных изменению водного режима рек под воздействием климата. Однако для понимания причин, влияющих на формирование стока рек, необходим анализ тех факторов, которые, прежде всего, объясняют причины колебания климата, а затем − водного режима. Также следует отметить, что с изменением климата связана и повторяемость стихийных гидрометеорологических явлений. Анализ стихийных гидрометеорологических явлений и оценка влияния изменения климата на водные ресурсы является одним из направлений реализации концепции устойчивого развития Республики Беларусь.
Важным климатообразующим фактором является общая циркуляция атмосферы.
Совокупность основных атмосферных течений может выступать в качестве одной из
характеристик состояния климатической системы и вместе с тем оказывать большое
влияние на формирование климатического режима отдельных регионов. Водный режим
рек находится в тесной зависимости от климатических факторов. Отклонения
климатических параметров от средних значений, вызванные изменениями в
атмосферной циркуляции, определяют условия, формирующие речной сток и элементы
водного режима.
Гидрологические исследования режима рек Беларуси начались много столетий назад и заключались в наблюдениях за изменением уровня воды в судоходных реках. Математический и статистический анализ, был возможен только спустя многолетнего наблюдения за режимами рек.
Потребность в изучении гидрометеорологического режима Беларуси начала ощущаться уже в начале XVIII столетия. Этому способствует географическое положение Беларуси на водоразделе двух морей − Балтийского и Черного, а также наличие на ее территории таких крупных рек как, Западная Двина, Неман, Днепр, Березина, Сож и Припять, издавна служивших водными путями экономических и культурных связей с другими государствами. Первые гидрологические посты были открыты на крупных реках Беларуси для целей судоходства в 1876 г.
Атмосферные осадки, температура воздуха, влажность почвы, запасы воды в снеге и др., все это необходимо для анализа гидрометеорологических явлений и понимание причин возникновения или изменения во времени и пространстве характеристик режима рек. Главным фактором изменения метеорологических параметров является крупномасштабная циркуляция атмосферы.
За последние несколько десятков лет, установлены
закономерности циркуляции крупномасштабной атмосферы, ее моголетние колебания,
изменения метеорологических параметров, в том числе на территории Беларуси,
изучались условия формирования и изменения водного режима рек.
К концу XIX столетия почти вся территория Беларуси была покрыта густой по тому времени сетью метеорологических станций, а в начале XX столетия по инициативе Виленского учебного округа метеостанции были открыты при учебных заведениях.
Станции и посты оснащались новейшим оборудованием, совершенствовалась и методика наблюдений. В 1930-е годы начали изучать ультрафиолетовую радиацию, были заложены основы службы погоды, разработана методика прогнозирования заморозков.
Материалы наблюдений печатались в памятных книжках по губерниям, в трудах Вольного Экономического общества, которые были использованы при написании очерков о природе и климате отдельных районов Беларуси. Несмотря на недостаток фактического материала, в этих работах в целом правильно отражено влияние на климат Беларуси Атлантического океана и местных факторов (рельефа, растительности, водоемов).
Наиболее значительный вклад в разработку данной проблемы на современном этапе внесли такие ученые, как М.И. Будыко, М.А. Гольберг, А.И. Кайгородов, В.Ф. Логинов, А.Х. Шкляр.
М.И. Будыко является создателем современной климатологии. Под его руководством была начата разработка климатического прогноза на основе современных и палеоклиматических данных. Он был первым, кто в начале 70-х годов предсказал возможные изменения климата, связанные с деятельностью человека, и, прежде всего, с изменением газового состава атмосферы.
В советское время появились первые общие труды по климату Беларуси. К ним, прежде всего, относятся книги известного климатолога А.И. Кайгородова "Климатический атлас Белоруссии" (1927) [4] и "Климат БССР, Западной Белоруссии и соседних стран" (1933 − 1934). В этих работах впервые опубликованы обобщения инструментальных наблюдений за температурой воздуха, осадками, скоростью и направлением ветра, высотой снежного покрова и глубиной промерзания почвы на территории Беларуси. Это первое подробное описание климата Беларуси, сохранившее своё значение до нашего времени. Труды А.А. Кайгородова сыграли важную роль не только в изучении климата Беларуси, но и имели определенное значение в развитии климатологии в СССР.
Изучением климата продолжают заниматься в Республиканском гидрометеорологическом центре, который проводит сбор материалов наблюдений на сети метеорологических, агрометеорологических, актинометрических и аэрологических станций, а также анализирует, обобщает и систематизирует материалы наблюдений за метеорологическими параметрами на территории Беларуси. Изучение микроклиматических особенностей территории Беларуси занимался П.А. Ковриго.
Значительный вклад в развитие климатологии в Беларуси внес своими научными трудами известный климатолог В.Ф. Логинов. В сфере его научных интересов оказались задачи по изучению региональных особенностей изменения климата Беларуси, установлению пространственно-временных закономерностей этих изменений.
И именно В.Ф. Логинов стал инициатором и организатором фундаментальных и
прикладных климатических исследований, направленных на получение оценок влияния
изменений климата на хозяйственную деятельность и хозяйственной деятельности на
климат [5]. Также
В.Ф. Логинов впервые провел анализ колебаний годового
стока рек Беларуси по циркуляционным эпохам (по Г.Я. Вангенгейму), в результате
которого установлено, что колебания стока рек Беларуси существенно различаются
по циркуляционным эпохам. Также им проведено исследование связи интенсивности
Северо-атлантического колебания и метеорологических параметров территории
Беларуси и установлено, что наиболее тесная связь температуры воздуха и
интенсивности Северо-атлантического колебания отмечается в зимние месяцы.
В середине XX столетия в центре внимания ученых-гидрологов была проблема совершенствования системы гидрологических наблюдений. Значительное внимание в этот период уделялось экспериментально-конструкторским работам по созданию принципиально новых гидрологических приборов с использованием последних достижений науки: ультразвукового эффекта, эффекта Доплера, аэрометодов для измерения расхода воды на больших реках и др.
С начала 60-х годов развивались исследования по оценке отдельных элементов водного баланса и гидрологического режима водных объектов. В 60 − 80-х годах был выполнен ряд крупных научных обобщений по водным ресурсам страны.
Влияние хозяйственной деятельности на окружающую среду и в частности на водность рек во второй половине XX века заметно возросло, что вызвало появление многочисленных исследований по этой проблеме, ставшей одной из наиболее актуальных в гидрологической науке.
Фундаментальные исследования по проблеме влияния хозяйственной деятельности на водные ресурсы и гидрологический режим рек были выполнены в 70-х − 80-х годах ХХ века под руководством И.А. Шикломанова. Их результаты опубликованы в следующих монографиях: «Антропогенные изменения водности рек» − 1979 г.; «Проблемы водообеспечения и переброски речного стока в мире» − 1987 г.; «Исследования водных ресурсов суши: итоги, проблемы, перспективы» − 1987 г.; «Влияние хозяйственной деятельности на речной сток». В этих работах представлена оценка воздействия естественных и антропогенных факторов и климатических изменений на водный режим и водный баланс крупных внутренних водоемов страны, а также прогноз влияния хозяйственной деятельности на водные ресурсы и гидрологический режим водных объектов.
В 80-е годы широко использовался метод экспедиционных гидрологических исследований. Основной задачей большинства экспедиций было изучение гидрологического режима в условиях хозяйственной деятельности и оценка возможных последствий этого влияния на экосистему водного объекта.
В 2002 году подготовлен Справочник «Стихийные гидрометеорологические явления на территории Беларуси», где основное внимание уделено стихийному гидрологическому явлению − наводнениям, вызванным высокими уровнями воды в реках.
В последние годы в связи с наметившимся потеплением климата для территории республики с 1988 года изучалось его влияние на гидрологический режим рек и озер.
Отдельно следует отметить работы Г.И. Швеца и Р.А. Нежиховского [11], которые занимались вопросами стихийных гидрологических явлений, в том числе и на территории Беларуси. Г.И. Швец проводил исследования гидрологического режима рек юго-запада России, им проведена большая работа по изучению режима увлажнения бассейна р. Днепр и возникновения стихийных явлений на этой реке. Р.А. Нежиховский выполнил классификацию наводнений по масштабам подъема уровня воды в реках во время прохождения паводков. Согласно его классификации наводнения принято называть большими, выдающимися и катастрофическими.
Изучением особенностей трансформации стока после зарегулирования занималась А.Г. Гриневич, экологические аспекты водных экосистем изучали В.Ф. Иконников, В В. Фащевский, М.М. Черепанский, оценку водных ресурсов Беларуси, в том числе и по областям, проводили В.Н. Плужников, М.Ю. Калинин, А.А. Волчек, изучением стихийных гидрологических явлений на территории Беларуси и разработкой мер по снижению ущербов от наводнений занимались П.П. Рутковский и А.А. Таратунин, вопросы управления водными ресурсами рассматривал И.В. Войтов.
Ученые Белгосуниверситета на кафедре общего землеведения и
гидрометеорологии − Ю.Н. Емельянов, П.С. Лопух, А.А. Макаревич занимались
изучением различных вопросов изменения гидрологического режима рек и водоемов
Беларуси [1].
Согласно физико-географическому районированию территория Беларуси разделена на 5 провинций и 6 гидрологических районов (согласно гидрологическому районированию). Границы гидрологических районов и физико-географических провинций не совпадают, однако имеют значительные общие территории, что дало возможность для сопряженного анализа формирования речного стока в пределах общих территорий районов и провинций. Территория Белорусской Поозерской провинции включает в себя территорию Западно-Двинского гидрологического района и захватывает территорию Вилейского района. Территория Западно-Белорусской провинции имеет значительную общую площадь с территорией Вилейского и Неманского гидрологических районов. Восточно-Белорусская провинция включает территорию Верхне-Днепровского и часть Центрально-Березинского гидрологического района, Предполесская провинция включает основную часть территории Центрально-Березинского и небольшую часть Неманского районов, территория Полесской провинции практически полностью совпадает с территорией Припятского гидрологического района.
Участки территории, которые находятся на пересечении границ гидрологических районов и физико-географических провинций и вызывают затруднения для типизации, занимают не более 10 % площади территории Беларуси. Основное количество рассматриваемых постов расположено на крупных реках, которые представляют наибольшую угрозу для хозяйственной деятельности человека и могут нанести значительный ущерб при наводнениях во время весеннего половодья, и находятся в пределах общих границ гидрологических районов и физико-географических провинций. Это позволило провести детальный анализ с целью разработки рекомендаций для рационального использования водных ресурсов в пределах различных ландшафтов.
Для исследования связи атмосферной циркуляции использованы методы статистического анализа. Метод корреляционного анализа применен для оценки связи повторяемости форм атмосферной циркуляции и среднемесячной и годовой температурой воздуха, месячных и годовых сумм осадков, максимальных запасов воды в снеге, среднемесячных расходов воды, индексов Северо-атлантического колебания и максимальных, среднемесячных и годовых расходов воды.
К настоящему времени накоплен значительный материал наблюдений и обобщений по циркуляции атмосферы, изменению климата и гидрологического режима рек. В результате многолетних исследований установлено, что гидрологический режим рек находится в тесной зависимости от климатических факторов. Отклонения климатических параметров от средних значений, вызванные изменениями в атмосферной циркуляции, определяют условия, формирующие речной сток.
Для характеристик климата и водного режима характерны циклические
колебания. Особый интерес для изучения и анализа представляют изменения,
наблюдающиеся в последние десятилетия, которые оказывают непосредственное
влияние на хозяйственную деятельность человека. Поэтому представляют интерес
научные исследования по вопросу влияния глобальных процессов, в частности
динамики общей циркуляции атмосферы на условия формирования стока рек на
региональном уровне с учетом современных данных наблюдений.
Атмосферная циркуляция является одним из важнейших климатообразующих факторов. Поэтому при наличии многолетних колебаний характера общей циркуляции атмосферы неизбежно происходят изменения климата в различных регионах. В связи с этим целесообразно использовать результаты исследований многолетних крупномасштабных изменений в атмосфере для анализа климатических характеристик.
В общей циркуляции атмосферы наблюдаются устойчивые изменения, которые обнаруживаются при статистическом анализе. Эти изменения отражаются на климатических условиях в каждом географическом регионе. Изучение влияния циркуляции атмосферы на формирование речного стока в пределах территории Беларуси целесообразно выполнить с использованием классификации типов атмосферной циркуляции (по Г.Я. Вангенгейму и А.А Гирсу) и индексов Северо-атлантического колебания (по Дж. Харрелл). Макроциркуляционный метод Г.Я. Вангенгейма и А.А. Гирса описывает циркуляцию атмосферы на трех пространственных уровнях и является действующим оперативным методом, который используется более 50 лет и актуален в настоящее время. Территория Беларуси в пространственном аспекте соответствует зоне действия данного метода. В то же время для современной оценки последних данных наблюдений и для всестороннего анализа связи общей циркуляции атмосферы и условий формирования речного стока в пределах региона необходимо привлечение новейших подходов, используемых для Атлантико-Евразийского сектора. В качестве такого метода целесообразно использование индексов Северо-атлантического колебания, которые являются предиктором для изменений общего состояния атмосферы и соответсвенно могут быть использованы для прогнозных исследований в области гидрометеорологии.