СЦЕНАРНЫЕ ПРОГНОЗЫ КОЛЕБАНИЙ УРОВНЯ КАСПИЯ С УЧЕТОМ КЛИМАТИЧЕСКИХ И ТЕХНОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ВОДНЫЙ БАЛАНС МОРЯ

  • А. В. Фролов Институт водных проблем РАН
DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2019.47(5).10
Ключевые слова: сценарные прогнозы, t колебания уровня Каспийского моря, нелинейная гидрологическая система, уравнение Фоккера-Планка-Колмогорова, плотность распределения вероятностей (п.р.в.), бимодальность, залив Кара-Богаз-Гол

Аннотация

В статье рассматривается сценарный метод прогноза многолетних колебаний уровня Каспийского моря. При разработке прогноза используются:

  • модель механизма колебаний уровня моря,
  • модели процессов многолетних изменений основных компонент водного баланса моря,
  • морфометрические характеристик чаши водоема,
  • зависимость оттока воды в залив Кара-Богаз-Гол от уровня моря,
  • оценки возможных прямых техногенных воздействий на водный баланс водоема, например, объемов безвозвратных изъятий воды из притока в море.

Многолетние колебания уровня Каспийского моря нами рассматриваются как выходной процесс нелинейной гидрологической системы. Механизм колебаний уровня Каспия содержит две отрицательных и одну положительную обратные связи. Зависимость площади акватории Каспия от его уровня и зависимость оттока в залив Кара-Богаз-Гол формируют отрицательные обратные связи. Положительная обратная связь образуется нелинейной зависимостью испарения с акватории моря от уровня моря. При определенных условиях, действие этой зависимости может привести к бимодальной плотности распределения вероятности уровня. Необходимое (но не достаточное) условие бимодальности – отсутствие свободного оттока морской воды в залив Кара-Богаз-Гол. Приводятся результаты сценарных прогнозов уровня Каспия, разработанных при научном обосновании Федеральной целевой программы «Каспий» (1994–1995 гг.). Обсуждаются условия применимости в сценарных прогнозах линейной и существенно нелинейной моделей механизма колебаний уровня моря. Недоучет любой из обратных связей при моделировании уровенного режима Каспия приведет к неверным прогнозным оценкам статистических характеристик колебаний уровня моря.

Литература


  1. Величко А.А., Климанов В.А., Беляев А.В. Реконструкция стока Волги и водного баланса Каспия в оптимумы микулинского межледниковья и голоцена // Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1988. № 1. С. 27–37.

  2. Водный баланс и колебания уровня Каспийского моря. Моделирование и прогноз. Под ред. Е.С. Нестерова. М.: Триада лтд, 2016. 378 с.

  3. Гидрометеорологические аспекты проблемы Каспийского моря и его бассейна. Под ред. И.А. Шикломанова и А.С. Васильева. СПб.: Гидрометеоиздат, 2003. 400 с.

  4. Гинзбург А.И., Костяной А.Г. Тенденции изменений гидрометеорологических параметров Каспийского моря в современный период (1990-е – 2017 гг.) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 7. С. 195–207.

  5. Голицын Г.С., Мохов И.И., Хон В.Ч. Диагностика и моделирование гидрологического режима в бассейне Каспийского моря // Экологические проблемы Каспия: РАН и Нац. акад. США: Сб. докл. междунар. науч. семинара по экологическим проблемам прикаспийского региона. 1–3 дек. 1999 г. Москва. Под. ред. М.Г. Хубларяна. М.– Киров: 2000. С. 28–37.

  6. Голицын Г.С., Раткович Д.Я., Фортус М.И., Фролов А.В. О современном подъеме уровня Каспийского моря // Водные ресурсы. 1998. Т. 25. № 2. С. 133–139.

  7. Добровольский С.Г. Климатические изменения в системе «гидросфера-атмосфера». М.: ГЕОС, 2002. 230 с.

  8. Зильберштейн О.И., Вербицкая О.А., Попов С.К., Лобов А.Л. Метод прогноза штормовых нагонов для Северного Каспия на основе данных региональной модели атмосферы // Гидрометеорологические аспекты проблемы Каспийского моря и его бассейна. Под ред. И.А. Шикломанова и А.С. Васильева. СПб.: Гидрометеоиздат, 2003. С. 327–341.

  9. Исмайылов Г.Х., Муращенкова Н.В. Изменчивость стока реки Волги в первой половине XXI века c учетом возможного изменения климата // Природообустройство. 2015. № 4. С. 66–72.

  10. Каспийское море. Гидрология и гидрохимия. Под. ред. С.С. Байдина и А.Н. Косарева. М.: Наука, 1986. 261 с.

  11. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Некоторые положения статистической теории колебаний уровней естественных водоемов и их применение к исследованию режима Каспийского моря // Труды Первого совещания по регулированию стока. М.–Л.: Изд– во АН СССР, 1946. С. 76–93.

  12. Лебедев С.А., Костяной А.Г. Спутниковая альтиметрия Каспийского моря. М.: Море, 2005. 366 c.

  13. Малинин В.Н. Проблема прогноза уровня Каспийского моря. СПб: РГМИ, 1994. 158 с.

  14. Музылев С.В., Привальский В.Е., Раткович Д.Я. Стохастические модели в инженерной гидрологии. М.: Наука, 1982. 283 с.

  15. Панин А.В., Селезнева Е.В. Воднобалансовые характеристики Палеокаспия на основе новой гипсографической кривой // Теоретические проблемы совр. геоморфологии, теория и практика изучения геоморфологических систем. Материалы XXXI Пленума Геоморфологической комиссии РАН, Астрахань, 5–9 октября 2011 г. Часть I. Астрахань: Техноград, 2011. С.77–82.

  16. Панин Г.Н. Испарение и теплообмен Каспийского моря. М.: Наука, 1987. 86 с.

  17. Проект «Моря». Гидрометеорология и гидрохимия морей. Том VI. Каспийское море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия. Под ред. Ф.С. Терзиева, А.Н. Косарева и А.А. Керимова. С-Пб.: Гидрометеоиздат, 1992. 358 с.

  18. Рычагов Г.И. Прогноз уровня Каспийского моря на основе палеогеографических реконструкций // Вестник МГУ. Сер.5. География. 1994. № 3. С.71–76.

  19. Терзиев Ф.С., Никонова Р.Е. Некоторые итоги изучения современного гидрометеорологического режима Каспийского моря и перспективы дальнейших исследований // Гидрометеорологические аспекты проблемы Каспийского моря и его бассейна. Под ред. И.А. Шикломанова и А.С. Васильева. СПб.: Гидрометеоиздат, 2003. С. 239–253.

  20. Фролов А.В. Моделирование влияния оттока в залив Кара-Богаз-Гол на плотность распределения вероятности уровня Каспийского моря // Математическое моделирование и численные методы. 2016. № 3 (11). С. 79–92.

  21. Фролов А.В. Моделирование многолетних колебаний уровня Каспийского моря: теория и приложения. М.: Геос, 2003. 170 с.

  22. Фролов А.В., Зильберштейн О.И., Музылев С.В. Особенности расчета экстремальных уровней в прибрежно–шельфовой зоне Каспийского моря / Экологические проблемы Каспия. РАН и Нац. акад. США / Сборник докладов междунар. научн. семинара по экологическим проблемам прикаспийского региона. 1–3 декабря 1999, г. Москва. / Под ред. М.Г. Хубларяна. М.: – Киров. 2000. С. 176–180.

  23. Хубларян М.Г., Найденов В.И. О тепловом механизме колебаний уровня водоемов // Доклады АН СССР. 1991. Т. 319. № 6. С. 1438–1444.

  24. Шикломанов И.А., Георгиевский В.Ю., Ежов А.В. Вероятностный прогноз уровня Каспийского моря. В монографии «Водные ресурсы России их использование». Под ред. И.А. Шикломанова. СПб: Государственный гидрологический институт, 2008. С. 327–341 с.

  25. Arpe K., Leroy S.A. The Caspian sea level forced by the atmospheric circulation, as observed and modeled // Quatern. Int. 2007. Vol. 173–174. P. 144–152.

  26. Arpe K., Leroy S.A.G., Lahijani H., Khan V. Impact of the European Russia drought in 2010 on the Caspian Sea level // Hydrology and Earth System Sciences. 2012. Vol. 16. P. 19–27. DOI: 10.5194/hess-16-19-2012.

  27. Chen J.L., Pekker T., Wilson C.R., Tapley B.D., Kostianoy A.G., Cretaux J.-F., Safarov E.S. Longterm Caspian Sea level change // Geophysical Research Letters. 2017. Vol. 44. P. 6993–7001. DOI: 10.1002/2017GL073958.

  28. Elguindi N., Giorgi F. Simulating future Caspian Sea level changes using regional climate model outputs // Climate Dynamics. 2007. Vol. 28. P. 365–379.

  29. Elguindi N., Somot S., Dequ M., Ludwig W. Climate change evolution of the hydrological balance of the Mediterranean, Black and Caspian Seas: impact of climate model resolution // Clim. Dynam. 2011. Vol. 36. P. 205–228.

  30. Frolov A.V. The Caspian Sea as Stochastic Reservoir // Hydrological Models for Environmental Management. NATO Science Series 2. Environmental Security. 2002. Vol. 2. Dordrecht/ Boston/London: Kluwer Acad. Publishers, 2000. P. 91–108.

  31. GholamReza R., Masumeh M., Grab S. Modeling Caspian Sea water level oscillations under different scenarios of increasing atmospheric carbon dioxide concentrations // Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering. 2012. Vol. 9. No. 24. http://www.ijehse.com/content/9/1/24.

  32. Kislov A., Panin A., Toropov P. Current status and palaeostages of the Caspian Sea as a potential evaluation tool for climate model simulations // Quaternary International. 2014. 345. P. 48–55.

  33. Klemeš V. Physically based stochastic hydrologic analysis // Advances in Hydroscience, 1978. Vol. 11. P. 285– 356.

  34. Kosarev A.N., Kostianoy A.G., Zonn I.S. Kara-Bogaz-Gol Bay: Physical and Chemical Evolution // Aquatic Geochemistry. 2009. Vol. 15. No. 1–2. Special Issue: Saline Lakes and Global Change. P. 223–236.

  35. Kostianoy A.G., Lebedev S.A., Solovyov D.M. Satellite monitoring of the Caspian Sea, KaraBogaz-Gol Bay, Sarykamysh and Altyn Asyr Lakes, and Amu Darya River. – In: The Turkmen Lake Altyn Asyr and Water Resources in Turkmenistan, (Eds.) Zonn I.S., A.G. Kostianoy. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2014. Vol. 28. P. 197–232.

  36. Zonn I.S., Kostianoy A.G., Kosarev A.N., Glantz M. The Caspian Sea Encyclopedia. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2010. 527 p.
Опубликован
2019-12-23
Выпуск
Том 47 № 5 (2019): Океанологические исследования
Раздел
Международный круглый стол «Будущее Каспия: научные проекты и исследования»

Передача авторских прав происходит на основании лицензионного договора между Автором и Федеральным государственным бюджетным учреждением науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН)