Факторы среды и возможности их использования для предсказания аномальных половодий Енисея

Ловелиус Н.В. Факторы среды и возможности их использования для предсказания аномальных половодий Енисея // Общество. Среда. Развитие. – 2018, № 1. – С. 131–134.

Половодья на северных реках относятся к числу процессов, играющих значительную роль в формировании природных условий в их водосборных бассейнах. Хорошо известна утепляющая роль акваторий крупных рек, способствующих продвижению лесных границ на Север. Одной из таких рек является Енисей. Длина Енисея около 5075 км. Площадь его бассейна равна 2580 тыс. км2 река занимает 2-е место среди рек России (после Оби) и 7-е место среди рек мира. Гидрографическая сеть Енисея включает 198 620 рек общей длиной 884 754 км, 126 364 озера общей площадью 51 835 км2. По величине стока (624 км3). Енисей занимает 1-е место среди рек России. Максимальный расход у Игарки 154 000 м3/сек. Нарастание стока вниз по течению происходит довольно равномерно (табл. 1).

Таблица 1

Изменение средних годовых расходов Енисея [6]

Наименование пункта	Расстояние от устья, км	Площадь водосбора, тыс. км2	Средний годовой расход, м3/сек
Кызыл	3487	115	1010
Никитино	3020	182	1480
Базаиха	2468	300	2920
Енисейск	2054	1400	7750
Подкаменная Тунгуска	1568	1760	10900
Игарка	697	2440	17800

Наблюдения за изменениями уровня воды в Енисее в период весенних половодий в морском порту Дудинка ведутся с 1935 года, являясь одним из наиболее продолжительных рядов данных на северных реках (рис. 1).

Наличие этих данных позволило опре- делить даты аномально высоких и низких уровней половодий. Высокие уровни половодий в бассейне Енисея приносят большие бедствия прибрежным хозяйственным постройкам. Вместе с тем, они явля- ются своего рода «санитарами», уносящими в Карское море отходы хозяйственной деятельности. Кроме того, они оказывают отрицательное влияние на миграции диких и домашних северных оленей.

м

22 и

20 -

18 -

12 -

1935 1945 1955 1965 1975 1985 1995 2005 годы

Рис. 1. Уровни воды в годы половодий р. Енисей (1935–2012 гг.) [1].

В задачу нашего исследования входит определить основные природные факторы в годы формирования максимальных и минимальных уровней половодий и возможности их прогнозирования. Для решения

Среда обитания

использованы ряды наблюдений: за уровнем половодий, средние месячные данные по солнечной и геомагнитной активности, галактическим космическим лучам, циркуляции атмосферы северного полушария, средней месячной температуре воздуха и осадкам. Были выявлены годы наиболее высоких и низких уровней половодий в районе морского порта Дудинка (табл. 2).

Таблица 2

Годы аномальных уровней Енисея (м) в периоды весенних половодий в Дудинке

№ п.п.	Макс.		Мин.
	Годы	м	Годы	М
1	1937	17,44	1944	12,19
2	1959	19,28	1967	11,89
3	1969	18,46	1968	11,13
4	1975	18,18	1981	11,98
5	1989	18,21	1987	12,7
6	1999	21,49	1996	11,17
		18,8433		11,8433
	Разность 7,0 м

Общество. Среда. Развитие № 1’2018

Вскрытие реки и ледоход представляют собой грозное и красивое зрелище, посмотреть на него в Дудинку приезжают из Норильска и других населённых пунктов. В годы очень высоких половодий, как например, в 1999 году, когда вода поднималась выше 20 м, произошло затопление части города, что причинило ему значительный ущерб.

Анализ средних месячных значений факторов среды был выполнен за 10 месяцев: с конца тёплой части года (сентябрь) и до наступления положительных температур (июнь). На рис. 2 приведено распределение характеристик солнечной активности с сентября по июнь, позволяющее видеть, что накануне и в годы высоких уровней половодий наблюдалась высокая солнечная активность все месяцы. Отношение чисел Вольфа за 10 месяцев в годы высоких уровней к данным в годы низких составило 192,9%. Это распределение солнечной активности в годы высоких паводков является реальным прогностическим признаком.

Анализ геомагнитной активности показал (рис. 3), что, в годы высоких половодий – высокая геомагнитная активность с максимумом в марте месяце. Отношение показателей в годы противоположных аномалий – 125%. По тенденции увеличения геомагнитной активности с января по март можно судить о предстоящем высоком уровне половодия.

Анализ средних месячных характеристик галактических космических лучей, приходящих к границе атмосферы (рис. 4) показал, что в годы высоких уровней половодий наблюдаются низкие значения галактических космических лучей, приходящих к границе атмосферы (ГэВ).

В общих чертах распределение галактических космических лучей противоположное с солнечной активностью. Отношения данных за 10 месяцев равно 82,9%.

Рис. 2. Солнечная активность накануне и в годы высоких (В) и низких (Н) половодий Енисея [5].

н

IX X XI XII I II III IV V VI накануне         месяцы        в год аномалии

Рис. 3. Геомагнитная активность накануне и в годы высоких (В) и низких (Н) половодий

Енисея в Дудинке [3].

ГэВ 2750 q 2650 -2550 -2450 2350 -2250 2150 -

IX X XI XII I II III IV V VI накануне         месяцы       в годы аномалий

Рис. 4. Галактические космические лучи, приходящие к границе атмосферы накануне и в годы высоких (В) и низких (Н) половодий Енисея в Дудинке [7].

Дни 10,5

IX X XI XII I II Ш IV V VI месяцы

Рис. 5. Галактические космические лучи накануне и в годы высоких (В) и низких (Н) половодий Енисея в Дудинке (ст. Мирный – ГКЛ) [3].

1,5

7,5

4,5

IXXXIX1IIIIIIIVVVI

Рис. 6. Меридиональная южная группа циркуляции атмосферы северного полушария по типизации Б.Л. Дзердзеевского в годы высоких (В) и низких (Н) половодий [4].

Анализ распределения галактических космических лучей по ст. Мирный показал, что накануне и в годы высоких половодий наблюдаются низкие значения галактических космических лучей. Наиболее выраженные различия имеют место в декабре предыдущего года и в марте года половодий (рис. 5). Это совпадение общих показателей двух видов галактических космических лучей (ГэВ и ГКЛ) подтверждает одинаковую направленность воздействий этих космических процессов на гидросферу.

Циркуляция атмосферы является одним из глобальных факторов среды, определяющим перенос тепла и влаги в атмосфере Земли. Нами использовались средние месячные характеристики циркуляции атмосферы северного полушария по типизации Б.Л. Дзердзеевского [4], представленной в форме 4-х групп элементарных циркуляционных механизмов (ЭЦМ). Они составляют две группы меридиональных – северную и южную, зональную и нарушение зональности. В группах циркуляции: меридиональной северной, зональной и нарушение зональности наблюдалось небольшое преобладание количества дней в годы низких уровней половодий. Расчёты их отношений за 10 месяцев составили: 93,8; 96,8; 92,8% соответственно, и только южная группа циркуляции имеет значительно большую повторяемость в годы высокий половодий, разница составляет почти 18 дней, а отношение – 137,7% (рис. 6). При этом в восьми месяцах в годы высоких половодий была большая повторяемость меридиональной южной циркуляции с максимумом в декабре. Оказалось, что из 4-х групп только ЭЦМ меридиональной южной циркуляции атмосферы северного полушария в декабре, январе и марте на фоне высокой солнечной и геомагнитной активности являются определённым предиктором предстоящих высоких половодий.

Приведённые выше сведения об условиях среды накануне и в годы высоких и низких половодий относятся к числу глобальных космических и земных, они считаются фоном для региональных факторов, к которым относятся скорость ветра, температура воздуха и атмосферные осадки, наблюдаемые на метеостанции Дудинка.

Анализ средних месячных значений скорости ветра в годы высоких и низких половодий показал, что в годы высоких половодий в 8-ми из 10 месяцев скорость ветра была большей, а её отношение составило 110,5% (рис. 7).

Изменение температуры воздуха находится в тесной зависимости от направления и скорости ветра, определяющей перераспределение жидких и твёрдых атмосферных осадков в районе водосбора Енисея.

На рис. 8 приведены кривые средних месячных температур воздуха по наблюдениям на м.с. Дудинка. Из 10 месяцев 8 находятся в поле отрицательных температур и, начиная с октября месяца по май (за исключением января) накануне высоких половодий температура воздуха систематически ниже, чем накануне лет с низкими половодьями, это способствует образованию более мощного ледового покрова. Анализ распределения осадков (рис. 9) показал, что, накануне высоких половодий, начиная с сентября по май, атмосферных осадков систематически выпадало меньше.

Такое сочетание – низкие температуры, небольшие осадки и высокая скорость ветра способствуют образованию более мощного ледового покрова, на разрушение которого нужен больший объём воды, что является характерным признаком для предсказания высоких уровней половодий.

Среда обитания

Рис.7. Скорость ветра в Дудинке в годы высоких (В) и низких (Н) половодий [2].

Для представления о доле вклада природных факторов, определяющих формирование половодий, выполненные расчёты их отношений в годы высоких половодий к данным в годы низких (табл. 3). Это позволило показать место каждого из них в процессе формирования условий предстоящих половодий на Енисее в районе Морского порта Дудинка.

Таблица 3

Факторы среды в годы высоких и низких половодий на Енисее в районе Дудинки и отношение их сумм за 10 месяцев

Рис. 8. Температура воздуха накануне и в годы высоких (В)и низких (Н) половодий Енисея в Дудинке [2].

Природные факторы	В годы высоких	В годы низких	Отнош., %
W	1178	594,3	198,2
aa	261,3	209,8	124,5
ГэВ	22498	26908	83,6
ГКЛ	26,41	28,42	92,9
˚С	-156	-134	116,4
ос. мм.	364,2	447,8	81,3
ск. ветра	178,5	161,5	110,5
М.С.	200	214	93,5
М.Ю.	97,17	74,5	130,4
Зональная	20,33	21,83	93,1
Наруш. зон.	75,83	79	96

месяцы

Рис. 9. Осадки в Дудинке накануне и в годы высоких (В) и низких (Н) половодий [2].

Жирным шрифтом выделены факторы, большие значения которых способствуют формированию высоких уровней паводков на Енисее.

Таким образом, по распределению космических и земных факторов с определённой долей достоверности можно предсказать уровень предстоящих половодий. Сведения об уровне очередного половодья имеют большое практическое значение для хозяйственной деятельности в пределах прибрежных территорий Енисея.

Общество. Среда. Развитие № 1’2018