Влияние изменений климата на речной сток Беларуси

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.

Введение

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.

Глава 1. Гидрологические исследования режима рек Беларуси

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.

1.1 Изучение общей циркуляции атмосферы и климата

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.

1.2 Изучение водного режима рек

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].

1.3 Методика исследования формирования водного режима рек

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.

Глава 2. Влияние атмосферной циркуляции на температуру воздуха и осадки

2.1 Характеристика форм атмосферной циркуляции

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.

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.

Рисунок 3.2 - Внутригодовое распределение стока рек за периоды от начала наблюдений до 1987 г. и период 1988 − 2005гг.[10]

Рисунок 3.3 - Максимальные расходы воды весеннего половодья[10]

− 1995, 1997, 1998, 2000 − 2002 гг.), когда максимальные запасы воды в снеге были ниже средних многолетних значений.

Снижение среднего значения максимальных запасов воды в снеге с 1971 по 2005 гг. в сравнении с предыдущим периодом произошло изменение от 19 % в бассейне р. Западная Двина до 40 % в бассейне р. Сож (таблица 3.1). Наиболее резкое снижение отмечено в периоде 1988 − 2005 гг., несмотря на то, что в этом периоде был год с одними из самых высоких значений (1996 г.) − от 26 % среднего значения за период 1944 − 1970 гг. в бассейне р. Неман до 54 % − в бассейне р. Сож. Кроме этого в отдельные годы максимальные запасы воды в снеге формировались в декабре, январе, и за период зимних оттепелей их значения к началу весеннего половодья уменьшались.

Таблица 3.1 - Максимальные запасы воды в снеге (мм) по периодам[10]

Река	Периоды
	1944−2005 гг.	1944−1970 гг.	1971−2005 гг.	1988 −2005 гг.
р. Зап. Двина	49	73	59	48
р. Неман	50	53	47	39
р. Днепр	62	74	52	42
р. Сож	60	76	46	35
р. Припять	53	39	33

Такие условия формирования снежного покрова отразились на формировании наибольшего расхода воды в период весеннего половодья. Значение этих характеристик повсеместно, начиная с 1971 г. и особенно в период 1988 − 2002 гг., резко снизилось. Среднее значение наибольшего расхода воды в этот период по отношению к предыдущему периоду составило на малых и средних реках бассейна Западаной Двины 46 − 52 %, на самой р.Западная Двина 71 − 75 %, на реках бассейна Неман 39 − 54 %, рр.Днепр и Сож - 31 − 50 %, р.Припять − 67 %. Слой стока весеннего половодья уменьшился в бассейнах рек Западаная Двина на 5 − 21 %, на самой р.Западная Двина не изменился, на р.Неман − на 24 − 36 % , р.Днепр − на 24 − 47 %, р.Припять − на 10 − 11 % (таблица 3.1).

3.3 Изменение минимального стока

Характерным для минимального стока в период потепления явилось резкое увеличение минимального зимнего 30 суточного расхода воды и минимального зимнего суточного расхода на всех реках. Наибольшее увеличение в сравнении с предшествующим периодом отмечено на малых реках (до 155 %) для минимального 30 суточного и минимального суточного. На больших реках увеличение составило от 45 до 85 %, на средних на 16 − 61 %, и только в бассейне рек Немана и Зап. Буга было небольшим - 3 − 26 % (минимальный 30 суточные). Наименьший суточный увеличился до 5% на больших реках, на средних на 2 − 9 %, на малых − до 13 %. В этом периоде отмечены максимальные значения этих характеристик за период наблюдений.

Таблица 3.2 - Максимальные расходы воды весеннего половодья (м³/с) и слои стока (мм) по периодам[10]

Река-пост	Период наблюдений	Наибольший расход воды,м3/с	Слой, мм
р.Зап. Двина-г. Витебск	1887−1988	1610	141
	1887−1970	1680	144
	1971−2002	1250	132
	1988−2002	1260	143
р.Неман- г. Гродно	1877−1987	886	68
	1877−1970	936	70
	1971−2002	562	55
	1988−2002	502	55
р.Днепр-г. Речица	1895−1987	2130	109
	1895−1970	1940	115
	1971−2002	1010	86
	1988−2002	887	92
р.Сож-г. Гомель	1900−1987	2010	92
	1900−1970	2240	97
	1971−2002	907	74
	1988−2002	804	79
р.Припять-г. Мозырь	1882−1987	1690	70
	1882−1970	1740	72
	1971−2002	65
	1988−2002	1170	68

Изменение характеристик минимального стока в период открытого русла происходило неоднозначно. Минимальные 30-ти суточные расходы увеличились от 3 до 34 % на больших реках, кроме р. Неман, где он был в пределах нормы, на средних реках − на 15 − 38 %, в бассейнах р.

Рисунок 3.4 - Минимальные расходы воды и минимальные расходы за 30-суточные периоды за зимний сезон[10]

Западная Двина и р. Припять и на 1 − 8 % в бассейне р. Днепр, и уменьшилась на 6 − 18 % на р. Неман (рисунок 3.4). На малых реках территории увеличение было на 21 − 57 % повсеместно, и только на реках бассейна Немана и некоторых притоках р. Припять минимальный сток уменьшился на 12 − 16 %.

Изменение наименьших суточных расходов открытого русла характеризовалось как и наименьшего 30-суточного расхода воды из наименьших от 8 % (Западная Двина) до 28 % на остальных больших реках, на средних реках от 8 % (бассейн р.Западная Двина) до 56 % (бассейн р. Припять), на малых реках в основном от 12 % до 59 %, а на отдельных реках (Нача, Уза) достигло 93 %. И только на реках бассейна Немана и Западного Буга отмечалось уменьшение среднего из наименьшего суточного стока: по большим рекам на 4 − 5 %, средних − на 4 − 29 %. Однако необходимо отметить, что в период 1988−2005 гг. по рекам бассейна р. Днепр, Припять и отдельным притокам рек Западная Двина и Неман отмечено наибольшее значение характеристик минимального стока за весь период наблюдений (1988, 1991, 1998 гг.) и наименьшее значение этих характеристик (2002 г.).

 

Таблица 3.3 - Соотношение зимнего минимального стока к летнему[10]

Реки	Наименьший 30-суточный		Наименьший суточный
	средний за период до 1988г.	1988−2002 гг.	средний за период до 1988г.	1988−2002 гг.
Большие	0.9−1.2	1.1−1.5	0.8−1.1	0.8−1.5
Средние	1.1−1.5	1.3−2.0	0.9−1.6	1.0−2.0
Малые	1.1−2.1	1.3−2.5	0.9−2.1	1.3−2.6

Такие колебания связаны с неравномерным распределением осадков, условиями формирования подземной составляющей рек.

Изменилось и соотношение минимального стока за зимний период к летнему (таблица 3.3). С увеличением минимального зимнего стока увеличилось и соотношение.

 

Заключение

Исследования влияния атмосферной циркуляции на формирование водного режима рек Беларуси позволили сделать следующие выводы.

Температурный режим и режим выпадения осадков на территории Беларуси формировались в соответствии с развитием общей циркуляции атмосферы, т.е. периоды изменения трендов климатических характеристик совпадают с эпохами атмосферной циркуляции. Формирование метеорологических условий в каждую эпоху происходило в зависимости от чередования форм циркуляции по сезонам.

Чередование форм атмосферной циркуляции определило территориальное распределение модулей максимальных расходов воды по территории Беларуси: при западной форме циркуляции модули увеличиваются с юго-запада на северо-восток от 10 до 32 л/с км², при восточной и меридиональной - с юга-юго-запада на восток от 25 до 85 л/с км².

В результате исследований было установлено, что преобладание каждой из трех форм атмосферной циркуляции в зимний сезон определяет разные условия, определяющие формирование стока весеннего половодья и характеризуются следующим образом:

− преобладание западной формы циркуляции обуславливает оттепельную погоду в зимний сезон, положительные отклонения среднемесячной температуры воздуха в январе, феврале составляют +2,5…+4,0 ^оС. Количество осадков при западной форме колеблется в пределах нормы, однако они не накапливаются в виде снега, а быстро тают и способствуют лишь насыщению почвы влагой;

− при установлении восточной циркуляции на территории Беларуси среднемесячная температура воздуха зимой ниже нормы, отклонения колеблются в пределах −2,0…−3,6 ^оС. Осадки выпадают в твердом виде и запасы воды в снеге к весеннему половодью составляют 112 − 139 % от нормы;

− при меридиональной форме циркуляции зимой над территорией Беларуси формируются области отрицательных температур воздуха с наиболее низкими значениями температуры до −25…−30 ^оС. Месячные аномалии температуры воздуха невелики и составляют −1,5…−2,8 ^оС. При меридиональной форме отмечается дефицит влаги, количество выпавших осадков зимой составляет 40 − 80 % от нормы.

Происходящие изменения климата Беларуси за период 1988 − 2005 гг. обусловили перераспределение внутригодового стока, что привело к увеличению режима меженных расходов зимнего сезона на 16 - 85 % (на малых реках до 155 %), уменьшению максимальных расходов воды весеннего половодья на 30 - 40 %, раннему началу, окончанию и сокращению ледоставного периода на реках, уменьшению толщины льда и смещению дат перехода температуры воды весной через характерные интервалы весной.

Список использованных источников

гидрологический река климат

1. Будыко, М.И. Изменения климата / М.И. Будыко. − Л. : Гидрометеоиздат, 1974. − 279 с.

.   Водные ресурсы и водный баланс территории Советского Союза. − Л. : Гидрометеоиздат, 1967. − 199 с.

.   Глобальные изменения природной среды (климат и водный режим). − М. : Науч. мир, 2000. − 304 с.

4.      Дзердзеевский, Б.Л. Общая циркуляция атмосферы и климат : избр. тр. / Б.Л. Дзердзеевский. − М. : Наука, 1975. − 287 с.

5. Зайков, Б.Д. Средний сток и его распределение в году на территории СССР / Б.Д. Зайков. − Л. : Гидрометеоиздат, 1946. − 148 с.

6. Калинин, М.Ю. Водные ресурсы как фактор устойчивого развития государств / М.Ю. Калинин // Природопользование : сб. науч. тр. − Минск, 1999. − Вып. 5. − С. 3−8.

7.      Кайгородов, А.И. Климат БССР, Западной Белоруссии и соседних стран / А.И. Кайгородов. - Минск, 1933−1934. - 95 с.

.        Логинов, В. Ф. Оценка влияния естественных и антропогенных факторов на сток рек Беларуси / В.Ф. Логинов, В.Ф. Иконников // Природопользование. − Минск, 1997. − Вып. 2. − С. 26−30.

.        Логинов, В. Ф. Колебания общей увлажненности северо-западной Европы и их связь с атмосферной циркуляцией / В.Ф. Логинов // Изв. Всесоюз. геогр. о-ва. − 1966. − Т. 98. − № 6. − С. 40−43.

.        Лопух П. С., Данилович И. С. Влияние атмосферной циркуляции на формирование гидрологического режима рек Беларуси / П.С. Лопух. Мн.: , 2011. - 224 с. - ISBN

.        Нежиховский, Р. А. Наводнения на реках и озерах / Р. А. Нежиховский. − Л.: Гидрометеоиздат, 1988. − 184 с.

12.    Описание рек и озер и расчеты основных характеристик и их режима / под ред. К.А. Клюевой. − Л.: Гидрометеоиздат, 1978. − 452 с.

13.    Пространственно-временные колебания стока рек СССР / под ред. А.В. Рождественского. − Л.: Гидрометеоиздат, 1988. − 353 с.

14.    Природная среда Беларуси / НАН Беларуси, Ин-т проблем использования природных ресурсов и экологии; под ред. В.Ф. Логинова. − Минск: НБИП-С, 2002. - 423 с.