Климатические изменения составляющих водного баланса рек Тауйской губы

Общество. Среда. Развитие № 1’2025

Со второй половины XX века на Земле происходит глобальное потепление климата [11]. Еще А.И. Воейков указывал, что реки являются продуктом климата [1]. Поэтому климатические изменения влекут за собой трансформацию гидрологического режима рек [2; 9; 10], в том числе и на Северо-Востоке России [3; 6–8]. Так, в работе [8] зафиксировано статистически значимый рост элементов водного баланса р. Колымы.

В настоящей работе ставится цель исследовать климатические изменения элементов водного баланса бассейна рек, впадающих в Тауйскую губу Охотского моря. Рассматриваемый бассейн расположен на северо-востоке Евразии, на юге Магаданской области России. Среднегодовые температуры воздуха здесь лежат в пределах -3,5 ÷ -9,5ºC. Для этой зоны свойственно холодное лето, снежная зима.

Реки рассматриваемого района используются для разведения и лова ценных пород рыб, водоснабжения предприятий, населения,. В экстремально маловодные годы г. Магадан испытывает дефицит питьевой воды.

Материалы и методы

В работе рассмотрены следующие составляющие водного баланса: атмосферные осадки и испарение с поверхности суши за год, годовой слой стока рек Та-уйской губы. Из этих элементов наиболее точно определяется речной сток по многолетним наблюдениям сети гидрологиче- ских постов. Данные метеорологических станций о количестве осадков и расчетные значения испарения за год могут рассматриваться как показатели увлажнения территории, поскольку сеть метеорологических наблюдений довольно редка, и пункты наблюдения расположены по берегам рек, то есть невозможно точно вычислить вертикальные градиенты осадков.

Поэтому будут анализироваться климатические изменения элементов водного баланса, выраженных в процентах в предположении, что если осадки и вычисленное испарение в пунктах наблюдений выросли, к примеру, на 10%, то и по территории водосбора они вырастут тоже на 10%.

Ежегодные данные о температуре воздуха и атмосферных осадках взяты на официальном сайте Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации–Мирового центра данных (ВНИИГМИ-МЦД) [4].

Сведения о метеорологических станциях приведены в табл. 1.

Таблица 1

Метеорологические станции бассейна Тауйской губы, данные многолетних наблюдений которых размещены на сайте ВНИИГМИ-МЦД [4]

Название ме-теорологиче-ской станции	Географические координаты		Высота над уровнем моря, м БС
	широта	долгота
Талон	59,65º	154,27º	19
Магадан	59,55º	150,78 º	115

Погодичные значения испарения с поверхности суши по пунктам Талон и Магадан вычислялись методом Мезенцева, который учитывает годовую сумму атмосферных осадков и сумму среднемесячных положительных температур воздуха за год [5].

Данные о стоке выбраны из Гидрологических ежегодников Государственного водного кадастра (табл. 2).

Таблица 2

Сведения о гидрологических постах бассейна Тауйской губы, которые продолжают наблюдения за стоком

Река – пункт	Площадь водосбора, км2	Расстояние от устья, км
р. Тауй – п. Талон	25100	36,0
р. Дукча – п. Снежная Долина	119	19,0
р.Дукча – устье	330	1,1
р. Магаданка – г. Магадан	48,5	15,0
р.Каменушка    – в 8 км от устья	40,3	8,0
р. Хасын – п. Хасын	682	67,0
р. Уптар – п. Уптар	265	20,0

Поскольку климатические ряды по атмосферным осадкам доступны только с 1967 г., то для работы анализировались гидрометеорологические ряды за 1967–2022 гг. Пропуски в наблюдениях восстанавливались по уравнениям парной регрессии связи.

По погодичным рядам слоя годового стока в гидрологических постах были вычислены значения среднего слоя стока с бассейна Тауйской губы по формуле

• 7 /7

• H. = E ( H i, A) E A , (1) i i

где Hi – средний слой стока в год i; Hi,j – слой стока в створе j в год i; Aj – площадь водосбора в створе j, км2.

В работе временные ряды анализировались на наличие трендов по критерию Стьюдента на уровне значимости 5%. Низкочастотная фильтрация рядов скользящей 30-летней средней позволяет увидеть тренды более отчетливо. Для выявления связей между элементами водного баланса и среднегодовой температурой воздуха использовался регрессионный анализ.

Все вычисления и графические построения производились при помощи табличного редактора Microsof Excel.

________ Годы ________ |----Талон — - Магадан]

_________ Годы _________

I' Талон--Магадан]

Рис. 1. Элементы гидрометеорологического режима бассейна рек Тауйской губы, отфильтрованные скользящей средней с окном 30 лет.

Среда обитания

Результаты и обсуждения

Вычисление статистических параметров рядов гидрометеорологических элементов показал, что ряды не однородны по среднему на уровне 5 %, за исключением ряда осадков по пункту Талон (табл. 3).

Таблица 3

Статистические параметры рядов гидрометеорологических элементов в бассейне Тауйской губы, рассчитанные по рядам за 1967–2022 гг.

Пункт	Среднее	Сред-неква-дра-тичное окло-нение	Коэф-фи-циент асим-ме-трии	Однородность ряда по критерию Стьюдента
Среднегодовая темпе			ратура воздуха, ºС
Талон	-6,1	1,5	0	неоднороден
Магадан	-2,7	0,9	0	неоднороден
Атмосферные осадки, мм
Талон	738	155	0	неоднороден
Магадан	568	131	0	неоднороден
Расчетное испарение с поверхности суши, мм
Талон	422	55	0	неоднороден
Магадан	367	44	0	неоднороден
Расчетный слой годового стока с территории, мм
Бассейн	475	138	0,29	неоднороден

Общество. Среда. Развитие № 1’2025

Тренды на повышение отчетливо видны на графиках скользящих 30-летних средних гидрометеорологических характеристик (рис. 1). Нормы годовой суммы осадков выросла на 9%, испарения – на 7%, стока – на 11%. Эти изменения статистически значимы на уровне 5% (см. табл. 3).

Можно заметить, что нормы осадков, испарения и речного стока, рассчитанные за 30 лет, начали расти только с середины 0-х годов нынешнего века, тогда как потепление климата началось раньше. Это запаздывание, возможно связано с тепловой инерцией вод Тихого океана и многолетнемерзлых грунтов, в которых фазовые переходы требуют много энергии.

Скользящие 30-летние средние элементов водного баланса хорошо связаны со скользящими нормами годовой температурой в Магадане (рис. 2).

P30 = 79,3T30 + 852, r = 0,95,(2)

E30 = 35,9T30 + 489, r = 0,97,(3)

• Y30 = 90,6T30 + 702, r = 0,95,(4)

где P30, T30, E30, Y30 – нормы годовой суммы осадков (мм), среднегодовой температуры воздуха в Магадане (ºС), испарения с поверхности суши (мм), слоя стока (мм), рассчитанные по скользящей 30-летке; r – коэффициент корреляции.

Рис. 2. Связи скользящих 30-летних норм элементов водного баланса и среднегодовой температуры воздуха в Магадане.

По формулам (2), (3), (4) можно рассчитать, на сколько процентов изменятся 30-летние нормы элементов водного баланса при различных вариантах потепления климата. Так например, при увеличении среднегодовой температуры воздуха в Магадане на 1°C по сравнению с нынешней осадки за год увеличатся на 13%, годовое испарение – на 9%, слой годового стока рек Тауйской губы – на 19% (табл. 4).

Изменения потерь на испарение будет примерно таким же как и изменения осадков. Казалось бы увеличение речного стока должно было бы стать незначительным. Однако он вырастет на 19% (см. табл. 4). Значит, сток более чувствителен к увеличению поступления влаги. Для сравнения скажем, что норма годового стока р. Колымы к 2050 г. поднимется на 11% [8].

Таблица 4

Вероятные значения составляющих водного баланса бассейна рек Тауйской губы при увеличении среднегодовой температуры воздуха в Магадане на 1°C

Составляющая водного баланса	Норма элемента баланса
	за 1991– 2020 гг. (по натурным данным)	за 2021– 2050 гг. (по прогнозу)
Осадки за год, мм	654	741
Испарение за год, мм	401	439
Годовой слой стока, мм	484	575

Исследование показало, что современное потепление климата вызвало заметное увеличение норм атмосферных осадков на 9%, испарения – на 7%, речного стока с бассейна Тауйской губы Охотского моря – на 11%. Несмотря на увеличение потерь на испарение годовой сток рек значительно увеличился.

Расчет норм элементов водного баланса за 2021–2050 гг. показал, что при увеличении среднегодовой температуры воздуха в Магадане на 1 ° C годовой сток вырастет на 19%.

Результаты работы будут полезны при проведении гидрологических расчетов для строительства и при перспективном планировании использования водных ресурсов.