Оценка изменений годового стока реки Печора в условиях меняющегося климата



Оценка изменений годового стока реки Печора вусловиях меняющегося климата

Винокуров Игорь Олегович, старший преподаватель

Российский государственный гидрометеорологический университет (г. Санкт-Петербург)

Развитие современных природных процессов происходит в условиях глобальных изменений климата. На гидрологический режим рек влияют различные факторы и в настоящих условиях именно климатический фактор выходит на передний план. В последние 30 лет наблюдается существенная динамика климатических показателей, что естественно вызывает ответную реакцию в гидрологических процессах. К концу 1980-х годов период постоянных наблюдений на гидрологических постах редко превышал 40 лет, поэтому имеющиеся обобщения основы на достаточно коротких рядах [1]. В этой связи важно постоянное уточнение средних значений основных гидрометеорологических характеристик и выявление тенденций их изменения за последние десятилетия.

Для решения поставленной задачи были проанализированы многолетние зависимости среднегодовой температуры воздуха для года и отдельно за зимний период по постам в бассейне реки Печора. Отдельно были рассмотрены несколько периодов наблюдений — весь период наблюдений, а также с разбивкой на две части по концу 1980-х годов («начальный» и «современный» периоды). Анализ показал, что в «современный» период наблюдается тенденция увеличения среднегодовых температур воздуха, рост температуры составляет более 0,5°С за 30 лет, тогда как за предыдущий период температура в среднем была ниже и оставалась практически постоянной. При этом замечено, что в зимний период чаще наблюдаются аномалии температуры воздуха и, в целом, отмечено повышение зимних температур. Также важно отметить наметившуюся тенденцию к росту как годовых сумм осадков, так и зимних сумм осадков, что в значительной мере следует учитывать при проведении гидрометеорологических расчетов.

Рассмотренные климатические изменения оказывают непосредственное влияние на водный режим реки Печора. В качестве исходной гидрологической информации использованы среднегодовые расходы воды по посту Якша. При этом было составлено три ряда данных — общий (1953–2010 годы), а также с разбивкой по 1987 год — «начальный» и «современный» периоды.

На начальном этапе исследования проведена оценка межгодовой изменчивости стока. Для выделения периодов повышенной и пониженной водности использованы разностные интегральные кривые среднегодовых расходов [2]. Использование разностных интегральных кривых дает представление о циклических колебаниях без эффекта смещения границ между фазами циклов большой и малой продолжительности. Анализ разностно-интегральных кривых показал, что в целом за весь рассматриваемый период можно выделить полный цикл водности. Интересно, что при этом примерно с конца 1980‑х наблюдается многоводный период.

На следующем этапе работы исходные гидрологические ряды были проверены на однородность по критериям Стьюдента и Фишера. Результаты проверки приведены в таблице 1. Проанализировав полученные значения можно сделать вывод о том, что гипотеза об однородности ряда по критериям Фишера и Стьюдента при уровнях значимости 2α = 10 %, 2α = 5 %, 2α = 1 % для всех рядов среднегодовых расходов не опровергается.

Таблица 1

Результаты проверки рядов на однородность

Критерий	Значение	Период
		общий	начальный	современный
Фишера	Эмпирическое	1,027	1,445	1,226
	Теоретическое 2α=10 %	1,883	2,322	2,860
	Теоретическое 2α=5 %	2,132	2,744	3,525
	Теоретическое 2α=1 %	2,727	3,870	5,418
Стьюдента	Эмпирическое	0,187	0,166	1,386
	Теоретическое 2α=10 %	1,673	1,692	1,721
	Теоретическое 2α=5 %	2,003	2,034	2,079
	Теоретическое 2α=1 %	2,666	2,733	2,831

В работе произведена статистическая обработка рядов, выполнен расчет оценок параметров распределения, их погрешностей, выполнено построение эмпирических и аналитических кривых распределения Пирсона III типа, согласно нормативной документации [3]. Результаты представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2

Оценки параметров распределения иих погрешности

Период	Cv	Cs	Qср	, %	, %	, %	Cs/Cv
общий	0,134	0,077	155	1,76	9,35	440	0,573
начальный	0,137	0,164	156	2,32	12,0	266	1,196
современный	0,132	-0,102	154	2,76	14,8	-526	-0,771

Таблица 3

Ординаты аналитических кривых Пирсона III типа

Период	0,01	0,1	1	5	10	25	50	75	90	95	99	99,9	99,99
общий	233	220	204	190	182	169	155	141	129	121	107	91	78
начальный	244	228	209	193	184	170	156	142	129	122	109	95	84
современный	226	214	200	187	180	168	155	141	128	120	105	88	74

Анализ полученных оценок параметров распределения, их погрешностей, а также результаты проверки рядов на однородность позволяют сделать вывод, что несмотря на наличие трендов метеорологических параметров рассматриваемые гидрологические ряды однородны и стационарны. Это же подтверждают и аналитические кривые обеспеченностей, которые хорошо описывают эмпирические точки и не наблюдается точек, которые бы явно «отскакивали» от аналитической кривой.

Следует заметить, что значение коэффициента вариации практически не изменилось при выделении «современного» периода. При этом норма годового стока в «современный» период несколько ниже, чем при рассмотрении в «начальный» период, несмотря на выделенную многоводную фазу стока.

При сравнении полученных обеспеченных расходов за отдельные периоды можно заметить, что наблюдается снижение при расчете «современного» периода по сравнению с «начальным». В областях крайне малых и крайне больших вероятностей расхождение достигает 10–12 %.

Литература:

1. Алексеевский Н. И., Фролова Н. Л., Антонова М. М., Игонина М. И. Оценка влияния изменений климата на водный режим и сток рек бассейна Волги // Вода: химия и экология. — 2013. — № 4 (58). — С. 3–12.
2. Винокуров И. О. К вопросу об определении периодов повышенной и пониженной водности рек // Молодой ученый. — 2011. — № 7. Т.1. — С. 72–74.
3. СП 33–101–2003 Определение основных расчетных гидрологических характеристик.