Продолжительность промерзания рек Верхней Колымы в условиях климатических изменений

Современное глобальное потепление влечет за собой изменения гидрологического режима рек, в том числе и в Арктике и северо-восточной части Евразии [6, 13].

Важной гидрологической характеристикой является продолжительность промерзания рек.

В работе ставится цель – получить представление о произошедших климатических изменениях в продолжительности промерзания рек Верхней Колымы. Под Верхней Колымой в настоящей работе понимается бассейн р. Колымы до створа Колымской ГЭС (северо-восток России).

Климат здесь резко континентальный с морозной зимой (средняя температура воздуха в январе –38,2 °С) и умеренно теплым летом (средняя температура в июле 13,3 °С) [8, 5]. Отмечается сплошное распространение многолетней мерзлоты, прерываемое таликами [1, 12].

Реки в бассейне рассматриваемого района в основном имеют снеговое и дождевое питание [7]. Весеннее половодье начинается в мае и длится до конца июня, реже до первой половины июля. Летняя межень в июле – сентябре зачастую прерывается дождевым паводками. В начале октября на реках появляются ледовые явления. Зимой малые и средние реки промерзают до дна.

Климатические изменения гидрологического режима рек северо-востока

России рассматривались в работах [14, 9, 2, 16].

Материалы и методы

С начала 90-х гг. гидрологическая сеть на северо-востоке России резко сократилась [10], и наблюдения за стоком ежегодно промерзающих рек продолжаются только на трех гидрологических постах Колымского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (табл. 1). Погодичные значения дат начала, окончания и продолжительности промерзания были взяты из [4] и Гидрологических ежегодников Государственного водного кадастра. Многолетние данные о температуре воздуха на метеостанции Сусуман имеются в открытом доступе на сайте Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации – Мирового центра данных [3].

Методами исследования явились анализ временны ́ х рядов на тренд по критерию Стьюдента и по показателю Херста [13], низкочастотная фильтрация рядов скользящим средним с окном 30 лет. Период в 30 лет считается квазистационар-ным, поэтому климатологи при подсчете климатических норм используют именно этот отрезок времени.

Графические построения производилось при помощи табличного редактора Microsoft Excel.

Среда обитания

Статистические параметры характеристик промерзания рек

Река – пункт (площадь водосбора)	Длина ряда	Среднее	Среднеквадратичное отклонение	Однородность по критерию Стьюдента	Наличие тренда по критерию Херста
Продолжительность промерзания, сут.
Талок – устье	51	196	11,0	нет	да
Контактовый – Нижний	69	183	11,7	нет	да
Омчук – п. Усть-Омчуг	57	162	21,0	нет	да
Даты начала промерзания, номер дня от 1 октября
Талок – устье	54	25,6	7,9	нет	да
Контактовый – Нижний	73	37,9	13,3	нет	да
Омчук – п. Усть-Омчуг	61	61,2	22,0	нет	да
Даты конца промерзания, номер дня от 1 апреля
Талок – устье	51	38,7	5,4	да	нет
Контактовый – Нижний	70	39,5	6,7	да	нет
Омчук – п. Усть-Омчуг	58	44,8	6,7	да	нет

Общество. Среда. Развитие № 1’2023

Результаты и обсуждение

Многолетние колебания продолжительности промерзания связаны между собой: при уровне значимости 5 % все коэффициенты корреляции выше критических значений (табл. 2). Учитывая это, можно сделать вывод, что рассматриваемые ряды являются реализациями одного случайного процесса. Исходя из принципа эргодичности, получить представление о случайном процессе можно на основе анализа одной из его реализаций [8]. Наиболее длительные наблюдения за стоком имеются на р. Контактовый – Нижний (см. табл. 1).

Многолетние колебания продолжительности промерзания имеют тренд на повышение (рис. 1), по критерию Стьюдента с уровнем значимости 5 % ряды неоднородны по среднему. Кроме того, критерий Херста подтверждает наличие тренда (см. табл. 1).

Поскольку сроки окончания периода промерзания не претерпели климатических изменений (см. табл. 1), можно сделать вывод, что длительность промерзания сократилась за счет сдвижки дат начала промерзания в сторону поздних, которые в свою очередь вызваны потеплением климата. Это хорошо видно на графиках скользящих 30-летних средних (рис. 2). За последние 30 лет средняя продолжительность промерзания, рассчитанная за 1981–2020 гг., сократилась на 12 суток (см. рис. 2 г).

30-летние средние длительности промерзания и среднегодовой температуры воздуха хорошо связаны между собой:

2?30/ = 57,8-1О,Що/

^, коэффициент корреляции r = 0,99, где i – год окончания скользящего 30-летнего осреднения.

Таблица 2

Матрица коэффициентов корреляции связи продолжительности промерзания рек Верхней Колымы

Река – пункт	Талок – устье	Контактовый – Нижний	Омчук – п. Усть-Омчуг
Талок – устье	1	0,52	0,36
Контактовый – Нижний		1	0,40
Омчук – п. Усть-Омчуг			1

Рис. 1. Многолетние колебания продолжительности промерзания руч. Контактовый – Нижний. Пунктиром проведена линия тренда.

По этой формуле можно определять, какова будет климатическая норма продолжительности промерзания при различных вариантах потепления климата (табл. 3).

Так, например, при потеплении климата в Сусумане на 2 °C средняя продол- жительность промерзания уменьшится на 21 день. Это должно положительно сказаться на условиях добычи россыпного золота, водоснабжении населенных пунктов и предприятий.

На рис. 3 представлены кривые обеспеченности продолжительности промерзания руч. Контактовый – Нижний при различных версиях повышения среднегодовой температуры воздуха к 2050 г.

Рис. 2. Скользящие 30-летние средние среднегодовой температуры воздуха T30 (а), температуры воздуха в октябре X30 (б) на метеостанции Сусуман, дат начала промерзания B30 (в)

и продолжительности промерзания D30 (г) руч. Контактовый – Нижний

Таблица 3

Норма продолжительности промерзания руч. Контактовый – Нижний, рассчитанная за 2021–2050 гг., при различных вариантах потепления климата к 2050 г.

Норма продолжительности промерзания (сут.) при повышении среднегодовой температуры воздуха в Сусумане
0 °C	0,5 °C	1,0 °C	1,5 °C	2,0 °C
175	169	164	159	154

Среда обитания

Рис. 3. Кривые распределения продолжительности промерзания руч. Контактовый – Нижний при различных сценариях потепления климата к 2050 г.

Заключение

В результате проведенного исследования установлено следующее.

За последние десятилетия произошло сокращение продолжительности промерзания рек Верхней Колымы на 10–13 дней. Это сокращение вызвано климатическим сдвигом сроков начала промерзания в сторону поздних.