Возможные изменения гидрологического режима рек вследствие климатических изменений

Многочисленные попытки прогноза изменений водных ресурсов, связанных с ожидаемым антропогенным потеплением глобального климата, как правило, приводят к большому разбросу результатов. Это объясняется несколькими причинами, главным образом — использованием разных сценариев выбросов парниковых газов и аэрозолей, а также разных климатических моделей, дающих большой диапазон чувствительности климата к удвоению концентрации С0₂ в атмосфере. Прогноз климатических изменений по любому, сколь угодно большому набору самых совершенных моделей климата будет лишь приближенным — при условии реализации выбранного сценария выбросов, который может произойти или не произойти в будущем, в зависимости от характера ожидаемого социально-экономического, демографического и технологического развития мира. Не существует какого-либо наиболее правдоподобного или наиболее вероятного сценария. Имеющийся набор сценариев рассматривает возможные варианты развития мира, но не дает информации о вероятности наступления того или иного сценария. Ни одна из современных моделей климата не может считаться «наилучшей», поэтому важно использовать результаты целого ряда моделей. Имитация климатических характеристик по разным моделям дает относительно большой разброс в региональных оценках, убедительного объяснения этих расхождений получить не удается.

К настоящему времени проведено множество исследований влияния изменения климата на речной сток с использованием различных гидрологических моделей, сценариев климатических изменений, в речных бассейнах в разных климатических зонах и на разных континентах. Для оценки гидрологических последствий изменений климата применяются методы водного баланса за многолетний период и статистические зависимости между метеорологическими факторами и стоком. Первая группа методов нередко используется для ориентировочных оценок осреднённых изменений речного стока для континентов при глобальном потеплении. Разность между изменением осадков и суммарного испарения принимается равной среднему значению стока всех рек. Недостатком метода является трудность определения суммарного испарения с суши. Как правило, исследуются сценарии потепления климата, характеризующиеся либо повышением глобальной температуры воздуха соответственно на 0,5, 1,0 и 2,0°С, либо изменением концентрации С0₂ в 1,5 или 2,0 раза.

В настоящее время имеется большое количество опубликованных прогнозов гидрологических последствий потепления, но сравнительный анализ их затруднен. Поэтому дать количественную оценку возможных изменений речного стока крайне трудно, следует, наверно, говорить лишь о направленности изменений (увеличение или уменьшение) и о порядке изменений (на незначительную величину или в несколько раз). В качестве примера приведем результаты исследований, проведенных на кафедре гидрологии суши МГУ В. М. Евстигнеевым и Т. А. Акименко по оценке возможных изменений стока арктических рек европейской территории России (табл. 4.2). Методика прогноза стока основана на использовании данных об изменениях годовых сумм осадков (АР) и сумм положительных средних месячных температур воздуха (АТ =) относительно их величин в базовый период (1961;1990 гг.), полученных по реализациям МОЦАО (модели общей циркуляции атмосферы и океана).

Основой для разработки методики прогноза послужили карты осадков (Р), испарения (Е) и испаряемости (Е₀) в Атласе мирового водного баланса. Изменение стока оценивалось по зависимостям:

Таблица 4.2.

Прогнозируемые изменения речного стока на 2050 г. для отдельных речных бассейнов.

Важно отметить, что все климатические модели довольно успешно воспроизводят современные значения Т₀ и очень приблизительно — годовые осадки. Скорее всего, при реализации сценария выбросов А2 изменения стока рек в зоне избыточного увлажнения европейской территории России к середине XXI в. будут невелики (несущественны), однако возможны и увеличение, и уменьшение стока на 20%.

Из табл. 4.2 видно, что изменение стока для одного и того же водосбора Северной Двины, рассчитанное по разным моделям, может составить от -35% до +26%.

Приведем основные результаты оценки ожидаемых изменений стока, полученные в ГГИ И. А. Шикломановым [33] и его сотрудниками.

В первой половине текущего столетия для большей части России следует ожидать увеличения водных ресурсов. Полученные результаты указывают на большую чувствительность стока к изменениям температуры и осадков в зимний и весенний периоды. Ожидаемое существенное потепление в высоких широтах в холодный период года приведет на значительной части территории к повышению зимнего стока в результате увеличения частоты и интенсивности оттепелей.

На водосборах северо-востока ЕТР (реки Печора, Северная Двина) и Сибири (реки Обь, Енисей, Лена) рост осадков ожидается наибольшим и статистически значимым уже в первой половине XXI в. В бассейнах Дона, Днепра, Волги и Урала ожидается слабое увеличение осадков. На ЕТР увеличение доли жидких осадков зимой приведет к сокращению накопленного к началу весны запаса воды в снежном покрове. На водосборах сибирских рек рост осадков зимой приводит к дополнительному накоплению снега вследствие преимущественного сохранения отрицательных температур воздуха. В результате более быстрого таяния снега весной вероятность крупных паводков возрастает.

Следствием этих климатических изменений будет рост годового стока рассматриваемых рек на 20−30%. Внутригодовое распределение стока станет менее резким для Волги и Днепра (уменьшится максимальная величина стока в половодье и возрастет сток в межень). На Енисее каких-либо изменений внутригодового распределения стока не ожидается.

Интенсивность и частота наводнений могут возрасти во многих регионах как следствие роста частоты интенсивных осадков, которые могут увеличивать сток в большинстве областей, наряду с накоплением грунтовых вод на некоторых поймах.

Значительные изменения стока ожидаются и для многих рек земного шара.

Высокие и умеренные широты: сток в этих регионах мира формируется в основном вследствие весеннего снеготаяния. Большинство прогнозов показывает наиболее вероятное увеличение стока зимой, уменьшение объема весеннего половодья и сдвиг его на более ранние сроки, незначительное изменение стока в летние месяцы, общее увеличение годового стока (на 15−30%) и более равномерное его распределение в течение года. Для рек севера и северо-востока США и Канады предполагается незначительное увеличение годового и максимального стока. Сток рек бассейнов Великих озер уменьшится. Для рек Калифорнии ожидается значительное увеличение зимнего стока и уменьшение стока в летние месяцы.

Аридные и полуаридные районы: для рек этих регионов мира результаты прогностических оценок имеют наибольшую неопределенность и разброс, так как даже небольшие изменения температуры и осадков могут вызвать значительные изменения в речном стоке. Например, рост температуры на 1−2°С и уменьшение осадков на 10% могут привести к уменьшению годового и сезонного стока на 40−60%.

Влажные тропические регионы: для бассейна Меконга предполагается значительное увеличение осадков и стока во влажные сезоны года и незначительное уменьшение в сухой сезон. Подобная закономерность отмечена и для рек Индонезии, Малайзии, Таиланда, Шри Ланки и других районов муссонного климата. Большая неопределенность результатов прогноза характерна для рек Африки и Южной Америки.

Результаты прогнозов показывают, что водные ресурсы увеличатся в тех регионах, которые уже сейчас «богаты» водой, однако дефицит пресной воды значительно усилится в регионах, которые и сейчас являются относительно сухими. Это должно поднять важную проблему управления водными ресурсами во всем мире.