Курсовая работа (т): Влияние изменений климата на речной сток Беларуси

На основе учета характера длинных волн Г.Я. Вангенгейм установил, что все типы элементарных синоптических процессов можно обобщить в трех типах атмосферной циркуляции: западном (W), восточном (Е) и меридиональном (С). Макропроцессы W отражают зональное состояние атмосферы, процессы Е и С отражают меридиональное состояние атмосферы. А.А. Гирс получил 9 типов макропроцессов (W_з, W_м1, W_м2. Е_з, Е_м1, Е_м2, С_з, С_м1, С_м2), которые могут рассматриваться как основные формы атмосферной циркуляции северного полушария или как разновидности форм западной, восточной и меридиональной форм.

Для макропроцессов западной формы циркуляции (W_з, W_м1, W_м2) характерно следующее. В тропосфере наблюдаются волны малой амплитуды, быстро смещающиеся с запада на восток. Географическая локализация основных высотных (АТ500) гребней и ложбин показана на рисунке 2.1.

Ослаблен междуширотный обмен воздухом, а интенсивность зональных составляющих циркуляции повышена. Эта особенность определяется направлением и величиной термических и барических градиентов в толще тропосферы. Градиенты в среднем направлены с юга на север.

При трех разновидностях западной формы (W_з, W_м1, W_м2) отмечаются отрицательные аномалии давления, отражающие наличие здесь в толще тропосферы быстро смещающихся волн малой амплитуды и связанные с ними смещения циклонов у поверхности земли с запада на восток.

Рисунок 2.1 - Синоптические условия на территории Беларуси при макропроцессах западной (W) форме циркуляции[10]

Состояние центров действия атмосферы различно при разных формах циркуляции и их разновидностях в северном полушарии. Так, для рассматриваемых процессов западной формы при всех трех ее разновидностях в районе расположения сибирского зимнего максимума отмечается отрицательная аномалия давления, что свидетельствует об ослаблении этого центра действия.

Распределение аномалий температуры воздуха при макропроцессах западной формы W_з, W_м1, W_м2 следующее. Характерны положительные аномалии температуры, так как во всех трех разновидностях здесь получил развитие процесс одной и той же западной формы. Вместе с тем в каждой из разновидностей имеются и свои особенности. Так, в случае W_M1, величина аномалий наибольшая, а при W_з − наименьшая.

Для макропроцессов восточной формы (Ез, Ем1, Ем2) характерно следующее. В толще тропосферы наблюдаются стационарные волны большей амплитуды. Географическая локализация основных высотных (АТ500) гребней и ложбин при разновидностях восточной формы представлена на рисунке 2.2. Траектории наземных барических образований, зависящие от направления ведущего потока на высотах, приобретают значительную меридиональную составляющую, чем они существенно отличаются от процессов западной формы.

При процессах восточной формы циклоны смещаются в высокие широты в районах к западу от положения оси гребней и «ныряют» к югу в районах, расположенных восточнее высотных гребней. Струйные течения огибают гребни с севера, а ложбины с юга. Поэтому наиболее активная циклоническая деятельность в северных широтах отмечается там, где располагаются высотные гребни, а в южных широтах, где располагаются высотные ложбины.

Рисунок 2.2 − синоптические условия на территории Беларуси при макропроцессах восточной (Е) формы циркуляции[10]

Именно в этих районах наблюдаются «слияния» воздушных масс с различной температурой и происходит обострение фронтов.

Распределение аномалий давления при процессах восточной формы находится в согласии с положением основных высотных гребней и ложбин, свойственных разновидностям данной формы: под восточными частями высотных гребней формируются области положительных аномалий давления, под западными − области отрицательных аномалий.

Распределение аномалий давления при макропроцессах восточной формы принципиально отличается от их распределения при западной форме. При западной форме области положительных и отрицательных аномалий располагаются зонально, при восточной − меридионально.

Сопоставление аномалий давления, свойственных восточной форме, с картой норм позволяет составить представление о состоянии центров действия атмосферы при рассматриваемой форме циркуляции.

Процессы меридиональной формы (С_з, С_м1, С_м2) подобно процессам формы Е характеризуют меридиональное состояние атмосферы. Поэтому основной особенностью длинных термобарических волн, свойственных этой форме, так же как и восточной форме, является их стационарность, наличие большой амплитуды, а значит и усиленного междуширотного обмена воздухом. Вместе с тем процессы меридиональной формы имеют и принципиальные отличия от процессов формы Е, так как географическое положение высотных гребней и ложбин и связанных с ними наземных полей аномалий у этих форм обратные (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - синоптические условия на территории Беларуси при макропроцессах меридиональной (С) формы циркуляции[10]

Струйное течение подобно струйному течению при макропроцессе Е огибает гребни с севера, а ложбины с юга. Однако, поскольку при меридиональной и восточной формах гребни и ложбины расположены в разных районах полушария, имеются соответствующие различия и в географическом расположении струйных течений.

В распределении аномалий температуры при макропроцессах С_з, С_м1, С_м2 четко проявляется меридиональность этих процессов. При этом географическое положение областей аномалий температуры находится в хорошем согласии с локализацией высотных гребней и ложбин (рисунок 2.3): под западными частями высотных гребней у земли формируются области положительных аномалий, под восточными − области отрицательных аномалий.

2.2 Связь температуры воздуха и атмосферных осадков с типами атмосферной циркуляции

Температура воздуха. В эпоху западной циркуляции (1900 − 1928 гг.) годы с положительными (12 лет) и отрицательными (17 лет) аномалиями годовой температуры в целом по республике чередовались, т.е. однозначных годовых аномалий температуры воздуха не наблюдалось. (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Отклонения среднемесячной температуры воздуха от нормы за период 1900 − 1928 гг.[10]

В эпоху восточной циркуляции (1929 − 1939 гг.) отмечено 4 года с отрицательной аномалией годовой температуры воздуха по республике и 7 лет с положительной. Однако, вследствие того, что отрицательные аномалии были больше по величине, годовая температура в среднем за рассматриваемый период оказалась в пределах нормы (рисунок 2.5)

В эпоху меридиональной циркуляции (1940 − 1948 гг.) наблюдались значительные отрицательные аномалии температуры воздуха за год и внутри года − особенно в первую треть года (рисунок 2.6). В этот период отмечено 6 лет с отрицательными аномалиями годовой температуры (от 0,6 до 2,2 ^оС) и два года с положительными аномалиями.

Рисунок 2.5 - Отклонения среднемесячной температуры воздуха от нормы за период 1928 − 1939гг.[10]

Рисунок 2.6 Отклонения среднемесячной температуры воздуха от нормы за период 1940 − 1948 гг.[10]

В эпоху восточной и меридиональной циркуляции (1949 − 1970 гг.) отмечалось чередование холодных (10) и теплых (9) лет. В среднем за период годовая температура оказалась близкой к норме (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 Отклонения среднемесячной температуры воздуха от нормы за период 1949 − 1970 гг.[10]

В эпоху восточной циркуляции (1971 − 1995 гг.) отмечено 17 лет с положительными аномалиями годовой температуры и 7 лет с отрицательными аномалиями (рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 - Отклонения среднемесячной температуры воздуха от нормы за период 1971 − 1995 гг.[10]

С 1996 г. по настоящее время начался новый период, который определяется как эпоха западной циркуляции. Он характеризуется положительными аномалиями годовой температуры воздуха во все годы эпохи (кроме 1996 г.). В среднем за этот период среднегодовая температура превысила норму на 0,8 − 1,3 ^оС. Повышенные значения годовой температуры связаны с заметным повышением температуры в зимний сезон в данный период. Максимальные положительные аномалии температур воздуха характерны для января-апреля, которые составляют 1,5 − 2,8 ^оС (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 - Отклонения среднемесячной температуры воздуха от нормы за период 1996 − 2005 гг.[10]

Атмосферные осадки. В эпоху западной циркуляции (1900 − 1928 гг.) количество осадков в целом за рассматриваемый период составило 90 % нормы. Максимальные превышения над нормой отмечались в декабре и январе (120 − 125 % от нормы) (рисунок 2.10).

В эпоху восточной циркуляции (1929 − 1939 гг.) осадков выпадало выше нормы − на 5 − 6 %.

Рисунок 2.10 - Сезонные суммы осадков в разные эпохи атмосферной циркуляции[10]

Эпоха меридиональной циркуляции (1940 − 1948 гг.) характеризовалась осадками, близкими к норме.

В эпоху восточной и меридиональной циркуляции (1949 − 1970 гг.) годовые суммы осадков были близкими к норме. Выделяются лишь май и август с превышениями до 10 % от нормы.

В эпоху восточной циркуляции 1971 − 1995 гг. осадков было меньше нормы − 96 %.

В эпоху западной циркуляции 1996 − 2005 гг. осадки оказались в пределах нормы. Выпадение осадков больше нормы отмечено в феврале, октябре − 120 % нормы, в июле − 110 % нормы. В рассматриваемом периоде меньше нормы осадков выпадало в августе, сентябре 80 − 85 %, в декабре, ноябре около 90 % нормы (рисунок 2.10).

Глава 3. Влияние изменения основных климатических характеристик на водный режим рек в период потепления климата Беларуси 1988−2005 гг.

Исследования изменения климата Беларуси проводил В.Ф. Логинов. Им установлено, что изменение климата связано с повышением температуры воздуха в большинстве месяцев года, особенно для зимнего периода, что связано с частой повторяемостью оттепелей. В режиме осадков в периоде потепления тоже отмечены особенности их изменения. Так, на севере республики тенденция роста осадков в большинстве месяцев года охватывает более чем 30-летний период. В последние десять лет наблюдается их увеличение в центральной и южной частях республики [10].

В Республиканском гидрометеоцентре совместно с сотрудниками отдела гидрологии и автором проведены исследования влияния изменения климата на сток рек Беларуси за период 1988−2005 гг. Были рассмотрены среднемесячный и годовой сток, максимальный сток весеннего половодья, минимальный сток в зимний и летний сезоны, ледовый и термический режим рек.

3.1 Изменение годового и среднемесячного стока

Водность рек в период потепления с 1988 по 2005 гг. изменялась неоднозначно в соответствии с распределением осадков и увлажненностью предшествующего периода. Из 17 лет периода потепления 8 лет отмечены с высокой водностью, остальные в пределах нормы и ниже. В целом за период потепления средний годовой сток был выше на реках бассейна Западная Двина. На больших и средних это увеличение было в пределах 16 - 19 %, на малых выше − до 27 %. Такое же увеличение на малых реках наблюдается и в бассейне р. Днепр, Сож, что, очевидно, связано с увеличением подземной составляющей. На больших и средних реках этих бассейнов увеличение этого периода составляет 2 - 6 %.

Уменьшение стока в этот период наблюдалось на реках бассейна Немана от 4 до 13 %, а на реках Западный Буг − на 11 − 23 %. Неоднозначно формировался годовой сток в реках бассейна Припяти.

Характерным для периода потепления являлось перераспределение стока внутри года, особенно это касается зимних и весенних месяцев, когда заметно увеличились средние месячные расходы воды на реках всей территории на 30 − 90 % в январе − марте, и особенно в марте на реках бассейна Зап. Двины на 170 − 200 % (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Средние месячные расходы воды за периоды от начала наблюдений до 1987 г. и период 1988 − 2005гг.[10]

На малых реках это увеличение было и выше − до 375 % в феврале на реках бассейна р. Западная Двина. Однако в апреле и мае сток резко уменьшался. Тенденция увеличения средних месячных значений за период потепления оставалась и в летне-осеннем периоде на всех реках, кроме рек бассейна Немана и Западного Буга. Однако в связи неравномерностью выпадения осадков внутри года и в этом периоде отмечены годы с высоким стоком рек (1988, 1990, 1993, 1998 гг.) в летне-осеннем периоде, когда значения расходов воды были (июль, август) наибольшими за период наблюдений. С другой стороны, на фоне повышенной температуры воздуха, увеличивающей испарение с суши, недобора осадков в летне-осенний период в 1992, 1994 − 1997, 2001, 2002 гг. формировался низкий сток на реках. В эти годы отмечены самые низкие значения средних месячных расходов воды.

Во внутригодовом распределении стока в период потепления наблюдалось изменение на всех реках (рисунок 4.9). Значительно увеличилась доля зимнего стока в годовом распределении в бассейнах рек Днепр, Припять, увеличилась и доля летнего стока. Увеличение доли зимнего стока рек наблюдается во все годы периода потепления, кроме 1996 г., что связано с повышенной температурой воздуха с увеличением частоты оттепелей, прохождением зимних паводков, смещением на более ранние даты начала весеннего половодья и даты прохождения наибольшего расхода воды.

3.2 Изменения в максимальном стоке весеннего половодья

В период потепления в связи с ранним переходом температуры воздуха через 0 ˚С в сторону повышения, отмечались ранние даты начала весеннего половодья (1989 − 1995, 1997 − 2002 гг.) − в среднем на 11 − 22 дня раньше средних многолетних сроков. Начало весеннего половодья в 2002 г. оказалось самой ранней датой за весь период наблюдений, что раньше обычного на 42 − 56 дней. В этом периоде отмечена и самая ранняя дата (на 36 − 50 дней раньше средних многолетних дат) прохождения наибольшего расхода воды весеннего половодья (1989, 1990, 2000, 2002 гг.). Раньше обычного заканчивалось половодье в 1989 − 1995, 1997, 1998, 2000 − 2002 гг. и самые ранние за период наблюдений отмечены в 1989, 1992, 1995гг.

В режиме максимальных расходов воды и объема стока за весеннее половодье произошли изменения, начиная с 1971 г., и особенно резко это произошло в период 1988 − 2005 гг. (рисунок 3.2). Значения наибольшего расхода воды и объема стока весеннего половодья в первую очередь определяются максимальными запасами воды в снеге к началу весеннего половодья, состоянием увлажненности водосборов, выпавшими осадками в этот период.