CC BY
21
УДК 910 ББК 26
Н.В. Ловелиус
ФАКТОРЫ СРЕДЫ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ПРЕДСКАЗАНИЯ АНОМАЛЬНЫХ ПОЛОВОДИЙ ЕНИСЕЯ
Самый продолжительный ряд наблюдений за уровнями воды в районе морского порта Дудинка (с 1935 г.) позволяет определить годы их самых высоких и наболее низких уровней. Для них определено среднее месячное распределение факторов среды: солнечная и геомагнитная активность, галактические космические лучи, циркуляция атмосферы в северном полушарии, температура воздуха и осадки в годы противоположных аномальных половодий. По среднемесячному распределению факторов природной среды есть возможность с заблаговременностью в несколько месяцев предсказать аномальное половодье в Дудинке.
Ключевые слова:
галактические космические лучи, геомагнитная активность, осадки, половодья, солнечная активность, температура, уровни воды, циркуляция атмосферы.
Ловелиус Н.В. Факторы среды и возможности их использования для предсказания аномальных половодий Енисея // Общество. Среда. Развитие. - 2018, № 1. - С. 131-134.
© Ловелиус Николай Владимирович - доктор биологических наук, профессор, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург; e-mail: [email protected]
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
Подка-менная 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 определить даты аномально высоких и низких уровней половодий. Высокие уровни половодий в бассейне Енисея приносят большие бедствия прибрежным хозяйственным постройкам. Вместе с тем, они являются своего рода «санитарами», уносящими в Карское море отходы хозяйственной деятельности. Кроме того, они оказывают отрицательное влияние на миграции диких и домашних северных оленей.
м
22т 20
18^1937 16 14 12 10
1981
1968 1995
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
СО
ч
tu
Ci
О
999
СО Ci
О
3 О
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
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%.
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.
К X Я XII I II III IV V VI
нлкднуне месяцы в год»! .жоиллнн
Рис. 2. Солнечная активность накануне и в годы высоких (В) и низких (Н) половодий Енисея [5].
XI XII I II III месяцы
Рис. 3. Геомагнитная активность накануне и в годы высоких (В) и низких (Н) половодий Енисея в Дудинке [3].
2750 2650 2550 2450 2350 2250 2150
ГэВ
\
IX X XI XII I II
накануне месяцы
Ш IV V VI
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].
н
гкл
3,1 3 2,9 2,8 2,7 2,6 2,5
Ш
А / \
IX
XI XII
I II ш
месяцы
IV
Ъ _АН
VI
дни 10,5
7,5
4,5
1,5
XII
В/
\ \ \ \ 1 А\ IV / /А/ ^Д Н
ч \ / ч-у
133
Рис. 5. Галактические космические лучи накануне и в годы высоких (В) и низких (Н) половодий
Енисея в Дудинке (ст. Мирный - ГКЛ) [3].
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.
IXXXIX■IПШIVVVI
Рис. 6. Меридиональная южная группа циркуляции атмосферы северного полушария по типизации Б.Л. Дзердзеевского в годы высоких (В) и низких (Н) половодий [4].
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.
СО О
В
IX X XI XII I II III IV V VI месяцы
Рис.7. Скорость ветра в Дудинке в годы высоких (В) и низких (Н) половодий [2].
«V н.жлнуне В ГОДЫ .1НОМ.1ЛНН ^
\ \ 1 I ■ ■ 11 1 J 1
|Д\Х XI >oi I II ill rv \d vi
\\
\\
\ > Й У ✓ ♦ 4 /
V ч
* we__
в
Рис. 8. Температура воздуха накануне и в годы высоких (В)и низких (Н) половодий Енисея в Дудинке [2].
мм
IX X XI ХП I II III IV V VI
месяцы
Рис. 9. Осадки в Дудинке накануне и 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
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
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.
СО Ci
О
3 О
Список литературы:
[1] Архив А.Г. Кизима и Таймырского краеведческого музея. - Дудинка.
[2] Архив наблюдений м.с. Дудинка в Таймырском краеведческом музее.
[3] Архив доктора физ.-мат. наук В.А. Дергачёва. - СПб.
[4] Кононова Н.К. Классификация циркуляционных механизмов северного полушария по типизации Б.Л. Дзердзеевского. - М., 2009. - 372 с.
[5] Леви К.Г., Задонина Н.В., Язев С.А., Воронин В.И., Наурзбаев М.М., Хантемиров Р.М. Гелиогеоди-намика: Природные аспекты глобальных солнечных минимумов. Хронологии. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2012. - 511 с.
[6] Река Енисей // Федеральный портал PROTOWN.RU. - Интернет ресурс. Режим доступа: http://www. protown.ru/information/hide/2500.html
[7] Стожков Ю.Н., Свиржевский Н.С., Базилевская Г.А. и др. Потоки космических лучей в максимуме кривой поглощения в атмосфере на границе атмосферы (1957 - 2007). М. 2007. - 77 с.
