Современные климатические колебания уровня Черноморского бассейна

Андрианова Ольга Радомировна,

кандидат географических наук, старший научный сотрудник отделения гидроакустики Института геофизики им. С. И. Субботина Национальной Академии Наук Украины.

Сравнение колебаний уровня на станциях Черного и Азовского моря между собой и с температурой воздуха и воды, осадками и расходами Дуная за два климатических периода 1951-1980 гг. и 1981-2010 гг. показало закономерности межгодового тренда в их ходе и особенности сезонной изменчивости за эти периоды. Наибольший рост уровня отмечается на станциях восточной части Черного моря и в Азовском море, а наименьший – Крымского полуострова. Рост уровня моря происходит преимущественно в осенне-зимний период года. Температура воздуха и воды растет менее всего или даже падает в осеннее время, а уменьшение стока Дуная наиболее активно в летние месяцы. Скорость изменения параметров (разброс колебаний) уменьшилась для всех параметров, кроме температуры воздуха.

Ключевые слова: уровень моря, расход Дуная, климатическая изменчивость, сезонный ход, тренд, гидрометеорологические характеристики.

Изменчивость климата Земли рассматривается сейчас как реальный фактор влияния на перспективы устойчивого развития современной цивилизации [5, 10, 17, 19]. Тот факт, что температура поверхности Земли за последние 100 лет повысилась на 0,5°C [10], а северного полушария примерно на 0,8°C [10] дал основание многим исследователям считать ХХ век эпохой глобального потепления климата. По данным Г.П. Калинина с соавторами [7] потепление приводит к изменению уровня Мирового океана на 1,5–2 мм/год. В ХХ веке уровень Мирового океана показал общую тенденцию к росту от +0,6 до +1,9 мм в год [4, 8, 10, 17, 19]. Колебания уровня моря на разных частотных интервалах могут быть обусловлены различными факторами, которые находятся в сложном взаимодействии друг с другом. Эти факторы непрерывно меняются во времени и в пространстве, сложным образом взаимодействуя друг с другом. Относительное влияние каждого из этих факторов на колебания уровня моря трудно поддается интерпретации и его можно оценить только на основе статистического анализа. Актуальность проблемы, связанной с изменчивостью режима уровня Черного моря, обусловлена задачами хозяйственного освоения береговой зоны и связана с рядом вопросов как экономического, так и экологического характера [2].

Вопросам исследования колебаний уровня черноморского региона и их причин посвящено большое количество работ [4, 14, 15]. Большинство исследователей, занимающихся этой проблемой, высказывает точку зрения об эвстатическом характере изменения уровня моря при значительной роли пресного притока вод в Черное море [4, 13]. Эти факторы отражают непосредственное климатическое воздействие – изменения стока рек в Черное море (Дуная, Днепра) связано с низкочастотной изменчивостью в системе океан-материк-атмосфера в Атлантическом и Индо-Тихоокеанском регионах [11] Выполненные нами ранее исследования особенностей вековой климатической изменчивости температуры воздуха, воды, осадков, солености и уровня моря в г. Одессе и расходов рек Дуная и Днепра в ХХ столетии также показали тенденцию потепления в это время (0,9°C) и появление во второй половине ХХ века в сезонной изменчивости осадков, уровня моря и расходов рек хорошо выраженного второго экстремума в холодное время года. [1]. Анализ годового хода среднемноголетней скорости ветра северо-западной части Черного моря [12] свидетельствует об общем его ослаблении, что происходит, главным образом, за счет осенне-зимнего периода.

Целью настоящей работы является сравнение сезонных и межгодовых особенностей климатических колебаний уровня черноморского региона и некоторых характеристик гидрометеорологического режима и определение тенденций, появившихся в ХХI веке.

В таблице 1 представлены сведения о характеристиках, используемых в нашем анализе – рассчитанные климатические нормы для каждого временного интервала (30 лет), тенденции изменения уровня (тренды) и скорости его изменения (ускорения). Оценка и прогнозирование скорости изменений (ускорения) уровня моря в последнее время вызывает наибольший интерес и является темой обширных научных дискуссий [16, 18]. Знание скорости изменения уровня моря, необходимо для оценки береговых изменений и абразионных процессов, а также для построения долгосрочных прогнозов.

Обобщенные количественные характеристики анализа изменчивости рассмотренных параметров (рассчитанные климатические нормы, тренды и ускорения) сведены в представленной таблице 1 для временных интервалов 1951-2010 гг., 1951-1980 гг. и 1981-2010 гг. Тренды определялись из уравнения линейной регрессии, как тангенс угол наклона. Оценка скорости изменений (ускорения) определялась от года к году для всего рассматриваемого периода и по каждому временному интервалу по всем параметрам (табл.1, столбец 3).

Таблица 1.

Сведения о характеристиках, их годовых климатических нормах (1), трендах (2) и скорости изменения (3) за рассмотренные временные интервалы.

Анализ сведений из этой таблицы показывает, что климатические нормы (столбец 1) уровня моря по всем станциям повысились, также как и температуры воздуха и воды, а осадков и расходов Дуная уменьшились. Однако тенденция (колонка 2) роста уровня моря на отдельных станциях Черноморское, Белгород-Днестровский и Одесса уменьшилась. В то время как на большинстве станций рост уровня моря, как и температуры воздуха и воды усилился. Скорость изменения (колонка 3), характеризующая разброс колебаний, при этом уменьшилась для всех параметров, кроме температуры воздуха. Согласованность колебаний скорости изменения уровня моря на рассмотренных станциях, по нашему мнению, следует отнести к общим закономерностям, которые отражают глобальные климатические тенденции.

Для понимания возможных причин изменения уровня моря проведен статистический анализ их сезонных и межгодовых колебаний. На рисунке 1а представлены оценки изменения годового хода уровня в виде разности (в см) между климатической нормой за 1981-2010 гг. и 1951-1980 гг. для всех рассмотренных станций Черного и Азовского морей. Отметим, что во все месяцы наблюдается увеличение разности уровня моря, то есть его рост, а максимум приходится на осенне-зимний период по всем станциям. На рисунке 1б показаны средние за год значения роста уровня моря (в см) по каждой анализируемой станции от одного климатического периода к другому. Наблюдается наибольший рост (рис. 1б) на станциях восточной части Черного моря и в Азовском море, значительный рост отмечается на станциях северо-западной части моря, а на станциях Крымского полуострова – Черноморское и Севастополь – рост наименее существенный (до 5 см).

Эти различия свидетельствуют о региональных особенностях присущих скоростям изменения уровня Черного и Азовского морей, которые зависят от глобальных и локальных факторов воздействия [14]. Локальными факторами выступают тектонические процессы и береговые особенности.

Рис. 1. Разности между климатическим годовым ходом уровня моря за 1981-2010 гг. и 1951-1980 гг. на станциях Черного и Азовского морей (а) (1-Белгород-Днестровский, 2-Одесса, 3-Черноморское, 4-Севастополь, 5-Туапсе, 6-Бердянск) и их среднегодовые значения (в см) (б).

Общая тенденция развития берегов Черного и Азовского морей [3] показала опускание суши со средней скоростью 1 мм/год, за исключением зон, которые характеризуются тектоническими особенностями (например, Одесский футшток находится непосредственно на оползневом блоке). Глобальные факторы обусловлены климатическим воздействием – изменчивостью в системе океан-материк-атмосфера [5, 11]. Поэтому к анализу внутригодовых особенностей роста уровня на станциях Черного и Азовского морей были привлечены ряды других гидрометеорологических характеристик – осадков, температуры воздуха, воды по станции Одесса и расходы Дуная (табл.1). Годовой ход изменения этих характеристик в сравнении с уровнем моря на станции Одесса в 1981-2010 гг. относительно 1951-1980 гг. представлен на рисунке 2. Значения этих изменений, представленные на рисунке 2, для каждого месяца были пронормированы с сохранением знака.

Рис. 2. Годовой ход изменения в 1981-2010 гг. относительно 1951-1980 гг. гидрометеорологических параметров на станции Одесса: осадков (1), температуры воздуха (2), температуры воды (3), уровня моря (4) и расходов Дуная (5).

Сезонный ход изменения осадков показывает (рис.2 кривая 1), что их рост приходится на летние и осенние месяцы (с июня по октябрь), однако периоды их уменьшения относительно 1951-1980 гг. продолжительнее, что определяет уменьшение их и в среднем (на 0,06). Рост температуры воздуха и воды (рис.2 кривые 2, 3) замедляется от зимнего сезона (когда он максимален) к осеннему, даже переходя в уменьшение в ноябре и декабре (средний рост составляет 0,42 и 0,41 соответственно для температуры воздуха и воды). Из сезонного распределения изменения расходов Дуная (рис.2 кривая 5) видно, что основной вклад в его уменьшение вносят летние месяцы (среднее падение составляет 0,40). То есть в период паводка происходит наибольшее сокращение стока, что в свою очередь сказывается затем на изменении уровня моря (рис.2 кривая 4), средний рост которого был наибольшим и составил 0,62.

Таким образом, по годовой климатической норме рассматриваемых периодов времени (с 1951 по 1980 гг. и с 1981 по 2010 гг.) отмечалось разное увеличение характеристик внутри годового цикла как уровня моря по станциям, так и температуры воздуха и воды, а уменьшение расходов Дуная и незначительно осадков.

Подводя итоги проведенного анализа можно заключить, что сравнение климатических колебаний уровня моря и параметров гидрометеорологического режима за 1951-1980 гг. и 1981-2010 гг. позволило выделить сезонные особенности изменения этих параметров – рост уровня происходит преимущественно в осенне-зимний период года. Сток Дуная при этом в летние месяцы уменьшается наиболее активно. В осеннее время температура воздуха и воды растет менее всего или даже падает. Наблюдается наибольший рост уровня на станциях восточной части Черного моря и в Азовском море, значительный рост отмечается на станциях северо-западной части моря, а на станциях Крымского полуострова – Черноморское и Севастополь – рост наименее существенный (до 5 см).

Основные факторы, определяющие изменения в береговой зоне Черноморского бассейна, представляют глобальные (имеющие климатическую природу) и региональные (связанные с тектоническими процессами и в большей степени имеющие геологическую природу) закономерности. Проведение успешной хозяйственной деятельности в береговой зоне Черного и Азовского морей возможно, только учитывая установленные закономерности.

Литература

1.                   Андрианова О.Р., Белевич Р.Р., Скипа М.И. Об особенностях изменчивости основных климатических характеристик Одессы в ХХ столетии // Морской гидрофизический журнал. 2005. №4. С. 19-29.

2.                   Берлинский H.A., Тужилкин B.C., Косарев A.H., Налбандов Ю.Р. Изменчивость гидрофизических полей и придонной гипоксии // Северо-западная часть Черного моря: биология и экология. Киев: Наукова Думка. 2006. С. 25-58.

3.                   Благоволин Н.С., Победоносцев С.В. Современные вертикальные движения берегов Черного и Азовского морей // Геоморфология. 1973. №3. С.46-55.

4.                   Горячкин Ю.Н., Иванов В.А. Уровень Черного моря: прошлое, настоящее и будущее. Под редакцией академика НАН Украины Еремеева В.Н. Севастополь: МГИ НАН Украины. 2006. 210 с.

5.                   Добровольский С.Г., Клиге Р.К. Современные изменения климата и мировой водный баланс // Известия Академии наук СССР. Серия географическая. М.: Наука. 1985. № 1. С.31-38.

6.                   Добровольский С.Г. Климатические изменения в системе «гидросфера-атмосфера». М.: ГЕОС. 2002. 231 с.

7.                   Калинин Г.П., Бреслав Е.И., Клиге Р.К. Некоторые особенности современных изменений уровня океана // Колебания уровня Мирового океана и вопросы морской геоморфологии. М.: Наука. 1975. С. 5-12.

8.                   Клиге Р.К. Глобальные гидроклиматические изменения // Глобальные и региональные изменения и их природные и социально-экономические последствия. М.: ГЕОС. 2000. С. 6-23.

9.                   Клиге Р.К., Малинин В.Н., Шевчук О.И. Колебания уровня Мирового океана в ХХ столетии // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2009. №1. С. 7-14.

10.               Кондратьев К.Я. Изменение глобального климата: реальность, предположения и вымысел // Исследования Земли из космоса. 2002. №1 С. 3–23.

11.               Полонский А.Б. Роль океана в изменениях климата. Киев: Наукова думка. 2008. 184 с.

12.               Репетин Л.Н., Белокопытов В.Н. Режим ветра северо-западной части Черного моря и его климатические изменения // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика. 2008. Вып.17. С. 225-243.

13.               Фомичева Л.А. Многолетние колебания среднего уровня Черного моря // Тр. ГОИН. 1986. Вып. 176. С. 25-30.

14.               Шуйский Ю.Д. Численная оценка причин вызывающих современные относительные колебания уровня Черного моря // Тез. докл. Междунар. науч. конф. География, общество, окружающая среда: Развитие географии в странах центральной и восточной Европы / Отв. ред. проф. Орленок. Калининград: Изд-во КГУ. 2001. Ч. 1. С. 89-91.

15.               Шуйский Ю.Д., Пейчев В.Д., Черкашин С.С. Об основных тенденциях долговременного изменения уровня в западной части Черного моря и их возможное влияние на берега // Исследование береговой зоны морей. Киев: Научное издание ИГН, ИППЭГГ НАН Украины. ОНУ им.И.И.Мечникова МОН Украины. 2001. С. 273-284.

16.               Church J.A., White N.J. A 20th century acceleration in global sea-level rise// Geophys. Res. Lett. 2006. 33. L01602. Doi:10.1029/2005GL024826.

17.               Climate Change 2007: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report. Valencia. 2007. 52 p.

18.               Jevrejeva S., Moore J.C., Grinsted A., Woodworth P.L. Recent global sea level acceleration started over 200 years ago? // Geophys. Res. Lett. 2008. 35. L08715. Doi:10.1029/2008GL033611.

19.               Parker Bruce B. Sea level as an indicator of climate and global change // The Marine Technology Society Journal. 1992. 25, 4. P.13-24.

Поступила в редакцию 31.07.2014 г.