Влияние климатических вариаций на уровенный режим озер

Основные выводы и положения выдвигаемой методики, полученные в ходе ее разработки:

1. На основе результатов статистического анализа рядов колебаний среднегодового уровня воды разнотипных озер, расположенных в различных физико-географических зонах и имеющих различную морфологию с периодом наблюдений 60−139 лет обосновано наличие в рядах уровней воды озер двух составляющих — детерминированной и случайной.

2. Для корректного разделения исходного ряда на две компоненты применен косинус-фильтр Поттера, представляющий собой сплайн, параметр которого оптимизирован по результатам предварительного спектрального анализа.

3. Для оценки вклада детерминированной составляющей в общую дисперсию процесса формирования уровня озер предложено использовать зависимость доли детерминированной составляющей от комплексной гидрологической характеристики ландшафта — значения модуля стока.

4. Для оценки изменения фона увлажненности как основной причины изменения наполнения озер впервые использован индекс засушливости, предложенный А. Д. Педем.

5. Колебания детерминированной составляющей уровней воды озер находятся в существенной зависимости от динамики увлажнения территории. В работе показано, что теснота связи между значениями уровня воды озера и индексом засушливости (увлажненности) составляет -0.4-М).5, а между значениями выделенных детерминированных составляющих — около -0.7-М).8. Ввиду инерционности процесса наполнения озер статистически значимая связь отмечается при сдвиге на 1 год уровенного ряда относительно климатического.

6. Для оценки водности малоизученных озер выполнено районирование по степени синхронности колебаний уровня воды с исключенной случайной составляющей. Учитывая неравномерное распространение озер по территории и значимую корреляцию между рядами уровней воды и индексами Педя, границы районов уточнены по границам районов однородного формирования фона увлажненности.

7. Получено эмпирическое подтверждение тезиса «озера — интеграторы климатических вариаций» на основании того, что вклад детерминированной составляющей в общую дисперсию процесса возрастает в среднем до 40% по сравнению с 10% у индексов увлажненности.

8. Для описания хода детерминированной составляющей использована авторегрессионная модель 2-го порядка как удовлетворяющая условиям устойчивости параметров модели и способности воспроизводить циклическую структуру рядов детерминированной составляющей. Оптимизация порядка модели произведена на основе анализа значимости ординат частных автокорреляционных функций.

9. Для малоизученных озер коэффициенты авторегрессионной модели 2 порядка могут быть уточнены по специальной методике в соответствии со значениями региональных параметров. Предложенная модель предназначена для оценки водности на ближайшую перспективу.

10.Обосновано применение простой цепи Маркова с конечным числом состояний для остаточных отклонений рядов среднегодовых уровней воды озер.

11.На основе модели простой цепи Маркова с конечным множеством состояний получены матрицы вероятности перехода для разнотипных озер.

12.Дополнение линейной модели авторегрессии 2-го порядка нелинейной цепью Маркова с конечным множеством состояний позволило повысить надежность экстраполяции уровня воды озера на ближайшую перспективу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Озера — естественным образом зарегулированные источники водоснабжения. Состояние водных ресурсов озер может характеризовать значение уровня воды. В работе предложена методика моделирования среднегодовых значений уровня воды разнотипных озер, расположенных в различных физико-географических зонах. Отличие методики от имеющихся заключается в представлении процесса наполнения водоемов как результата воздействия двух разнородных групп факторов. К первой группе отнесены глобальные климатические воздействия, определяющие водность озер на большой территории в течении продолжительных периодов времени. При существующем уровне информационного обеспечения гидрологических исследований результат их воздействий правомерно определять количественно по детерминированным зависимостям. Вторую группу составляют локальные в пространстве и во времени факторы, действующие индивидуально на каждую конкретную озерную систему. Совокупное влияние факторов второй группы предпочтительно оценивать методами теории вероятности. Соответственно, и ряды озерных уровней следует рассматривать ни как являющиеся чисто случайными, ни как образованными динамическими или детерминированными закономерностями.

1. Догановский A.M. Закономерности колебаний уровней озер и их влияние на основные элементы режима водоемов/УТруды V Всесоюзного гидрологического съезда. Том 8. Озера и водохранилища-Л.: Гидрометеоиздат, 1990.-С. 65−73.

2. Адаменко В. Н. Климат и озера.-Л.: Гидрометеоиздат, 1985.-263 с.

3. Викулина З. А. Водный баланс озер и водохранидищ Советского Союза.-Л.: Гидрометеоиздат, 1979.-165 с.

4. Нежиховский P.A. Объем воды в реках, озерах и водохранилищах Советского Союза//Труды ГГИ.-1973.-Вып. 203.-С. 239−242.

5. Шнитников A.B. Внутривековая изменчивость компонентов общей увлажненности.-Л.: Наука, 1969.-246 с.

6. Глазачева Л. И. Цикличность природных процессов и колебания водности рек и озер.-Рига: Изд. Латв. Гос. ун-та, 1971.-50 с.

7. Филатова И. В. О прогнозе уровня Ладожского озера//Труды ЛИИВТа— 1984.

8. Клиге Р. К. Изменения глобального водообмена.-М.: Наука, 1985.-248 с.

9. Андреева М. А. Внутривековые колебания общей увлажненности Южного Урала и уровней озер//Труды IV гидрологического съезда. Том 5. Гидрология озер, водохранилищ и устьев рекЛ.: Гидрометеоиздат, 1975.-С. 108−116.

10. Ю. Джиавок Г. С. Восстановление колебаний уровней оз. Ханка//Материалы научной конференции по проблемам гидрологии рек зоны БАМ и Дальнего Востока, Владивосток, сент. 1983 г.-Л.: Гидрометеоиздат, 1986.-С. 178−184.

11. П. Курдин Р. Д. Об учете циклических колебаний климата при расчетах будущего режима бессточных водоемов//Труды V Всесоюзногогидрологического съезда. Том 8. Озера и водохранилища.— JL: Гидрометоиздат, 1990;С. 61−65.

12. Кренеделев Ф. П. Периодичность наполнения и высыхания Торейских озер (Юго-Восточное Забайкалье)//Доклады АН СССР.-1986.-№ 2-С. 296−400.

13. Логинов В. Ф., Сазонов В. И. 22-летний цикл увлажненности Северной Европы//Бюл. Солнечные данные.-1966.-№ 6.-С. 66−69.

14. Н. Максимов A.A., Сипко Л. Л., Крайнов В. М. Озерный внутривековой природныйциклЮкологияозераЧаны.-Новосибирск: Наука. СО, 1986;С. 28−57.

15. Либин И., Лани А. Воздействие изменений солнечной активности на географические и гидрологические процессы//Изв. АН ЭССР. Сер. Биология.-1989.-№ 38.-С. 97−106.

16. Дружинин И. П. Долгосрочный прогноз и информация—Новосибирск: Наука. СО, 1987.-255 с.

17. Афанасьев А. Н. Вековая изменчивость главнейших элементов гидрометеорологического режима в бассейне оз. Байкал и смежных с ним географических областях//Круговорот вещества и энергии в озерных водоемах.-М.: Наука, 1967.-С. 40−50.

18. Будыко М. И., Юдин М. И. О колебаниях уровня непроточных озер//Метеорология и гидрология.-1960.-№ 8.-С. 15−19.

19. Музылев С. Б., Привальский В. Е., Раткович Д. Я. Стохастические модели в инженерной гидрологии.-М.: Наука, 1982.-184 с.

20. Асарин А. Е. Применение искусственных рядов притока и испарения для расчета ожидаемых уровней замкнутых водоемов//Гидротехническое строительство.-1972;№ 8.-С. 10−11.

21. Фролов A.B. Динамико-стохастические модели многолетних колебаний уровня проточных озер.-М.: Наука, 1985.-103 с.

22. Раткович Д. Я. Многолетние колебания речного стока.-JI.: Гидрометеоиздат, 1976.-255 с.

23. Слуцкий Е. Е. Сложение случайных причин как источник циклических процессов//Избранные труды, теория вероятностей и математическая статистика.-М.: Изд. АН СССР, 1960.-С.99−132.

24. Раткович Д. Я., Жданова И. С., Привальский В. Е. К проблеме уровенного режима Каспийского моря//Водные ресурсы, 1973.-№ З.-С. 43−69.

25. Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов, прогноз и управление. Вып. 1.-М.: Мир, 1974.-406 с.

26. Картвелишвили H.A. Стохастическая гидрология.-Л.: Гидрометеоиздат, 1981.-168 с.

27. Маталас Н. Анализ временных рядов в гидрологических исследованиях/УСтатистические методы в гидрологии-Л.: Гидрометеоиздат, 1970.-С. 177−213.

28. Кайсл Ч. Анализ временных рядов гидрологических данных.-Л.: Гидрометеоиздат, 1972.-178 с.

29. Сванидзе Г. Г. Математическое моделирование гидрологических рядов-Л.: Гидрометеоиздат, 1977.-296 с.

30. Алексеев Г. В. Гидрометеорологический процесс как сумма детерминированных возмущений и случайных флуктуаций//Тр. ААНИИ.-1975.-Том 321 .-С. 106−111.

31. Рождественский A.B., Чеботарев А. И. Статистические методы в гидрологии.-Л.: Гидрометеоиздт, 1974.-422 с.

32. Кокс Д., Снелл Э. Прикладная статистика. Принципы и примеры.-М.: Мир, 1984.-200 с.

33. Догановский A.M. Уровенный режим озер интегральный показатель динамики их биоценозов. Автореферат дис.. докт. геогр. наук: 11.00.07-С-Пб., 1994.-50 с.

34. Догановский A.M. Амплитуды колебаний уровня воды в водоемах озерного района ЕТР и их расчет//Вопросы экологии и гидрологические расчеты.-СПб.: Изд. РГГМИ, 1994,-Вып. 116.-С. 115−124.

35. Румянцев В. А., Бовыкин И. В. Пространственно-временные закономерности колебаний стока рек Евразии.-Л.: Наука. 1985.-148 с.

36. Шелутко В. А. Статистические модели и методы исследования многолетних колебаний стока.-Л.: Гидрометоиздат, 1984.-160 с.

37. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. Вып. 1-М.: Мир, 1971.-316 с.

38. Дроздов O.A. Основы климатологической обработки метеорологических наблюдений-Л.: Изд. ЛГУ, 1956.-302 с.

39. Поттер Д. Вычислительные методы в физике.-М.: Мир, 1975.-392 с.

40. Вагер Б. Г., Серков Н. К. Сплайн при решении прикладных задачгидрометеорологии-Л.: Гидрометеоиздат, 1987.-160 с.

41. Завьялов Ю. С., Квасов Б. И., Мирошниченко В. Л. Методы сплайн-функций.-М.: Наука, 1980.-350 с.

42. Константинов А. Р., Химин Н. М. Применение сплайнов и метода остаточных отклонений к гидрометеорологии.-Л.: Гидрометеоиздат, 1983.-184 с.

43. Гире A.A., Кондратович К. В. Методы долгосрочных прогнозов погоды-Л.: Гидрометеоиздат, 1978.

44. Гире A.A. Многолетние колебания атмомосферной циркуляции и долгосрочные гидрометеорологические прогнозы.-Л.: Гидрометеоиздат, 1971.-280 с.

45. Вительс JI.A. Многолетние изменения барико-циркуляционного режима и их влияние на колебания климата//Труды ГГО.-1948.-Вып. 8(70).-С.51−108.

46. Вангенгейм Г. Я. О колебаниях атмосферной циркуляции над северным полушарием//Изв. АН СССР. Сер. География и геофизика-1946;Том 10, вып. 5-С. 405−416.

47. Калинин Г. П. Проблемы глобальной гидрологии.-Л.: Гидрометеоиздат, 1968.-377 с.

48. Дружинин И. П. Переломы многолетнего хода природных процессов на Земле и резкие изменения солнечной активности//Ритмы и цикличность в природе.-М.: Мысль, 1970.-С. 15−50.

49. Максимов И. В. Геофизические силы и воды океана-Л.: Гидрометеоиздат, 1970.-447 с.

50. Чижевский А. Л. Земное эхо солнечных бурь.-М.: Мысль, 1973.-348 с.

51. Смирнов Н. П. Солнечная активность и колебания стока рек СССР (в том числе Сибири и Дальнего Востока)//Изв. ВГО.-1974.-Том 106, вып. 3-С. 211−216.

52. Байдал М. Х., Ханжина Д. Г. Многолетняя изменчивость макроциркуляционных факторов климата.-М.: Гидрометеоиздат. МО, 1986.-104 с.

53. Дроздов O.A. Засухи и динамика увлажнения.-Л.: Гидрометеоиздат, 1980.-95 с.

54. Педь Д. А. О показателе засухи и избыточного увлажнения//Труды ГМЦ.-1975 -Вып. 156.-С. 19−39.

55. Мещерская A.B. О показателе засух и урожайности зерновых культур//Метеорология и гидрология.-1988.-№ 2.-С. 91−98.

56. Многолетние ряды средних областных комплексных метеорологических параметров для основной сельскохозяйственной зоны СССР (1891−1980)/Под ред. A.B. Мещерской и В. Г. Блажевич.-Обнинск: Изд. ВНИИНМИ-МЦД, 1985.-324 с.-(Ротапринт).

57. Власова И. Л., Сонечкин Д. М., Чучкалов Б. С. Квазидвухлетние колебания нижнестратосферных экваториальных ветров за 30 лет//Метеорология и гидрология.-1987—№ 5.-С. 47−55.

58. Груза Г. В., Шевченко H.H. Климатический сигнал, климатический шум и предельные возможности долгосрочного прогнозирования//Метеорология и гидрология.-1988.-№ 6.-С. 5−14.

59. Поляк И. И. Многомерные статистические модели климата//Метеорология и гидрология.-1988.-№ 5.-С. 33−41.

60. Каганов Е. И. Оценка климатического сигнала по данным о приземной температуре воздуха на территории СССР//Метеорология и гидрология-1988.-№ З.-С. 29−40.

61. Алексеев Г. В., Священников П. Н. Естественная изменчивость характеристик климата Северной полярной области и северного полушария.-Л.: Гидрометеоиздат, 1991.-160 с.

62. Уоллес Дж., Блэкмон М. Наблюдаемая низкочастотная изменчивость атмосферы//Крупномасштабные динамические процессы в атмосфере-М.: Мир, 1988.-С. 66−109.

63. Айвазян С. А., Енюков И. С., Мешалкин Л. Д. Прикладная статистика: Исследование зависимостей.-М.: Финансы и статистика, 1985.-487 с.

64. Страшкраба М., Гнаук А. Пресноводные экосистемы. Математическое моделирование-М.: Мир, 1989.-376 с.

65. Пугачев B.C. Применение теории марковских процессов к анализу точности автоматических систем//Изв. АН СССР. Сер. Энергетика и автоматика-1961 .-№ 3.

66. О. Габецадзе Т. Г., Серков Н. К. Цепь Маркова с конечным множеством состояний как модель стока (на примере рек Грузинской ССР)//Труды ГГИ.-1979.-Вып. 260.-С. 120−134.

67. Груза Г. В., Ранькова Э. Я. Вероятностные метеорологические прогнозы-JI.: Гидрометеоиздат, 1983.-272 с.

68. Кэндалл М., Стюарт А. Статистические выводы и связи.-М.: Наука, 1973.-700 с.

69. Миркин Б. Г. Анализ качественных признаков и структур.-М.: Статистика, 1980.-320 с.

70. Кипинг Е. С. Непараметрические методы в статистике//Статистические методы в гидрологии—JL: Гидрометеоиздат, 1970.-С. 124−161.