Document 2106880

Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Н .Н . С О Л О В Ь Е В А
И ССЛ ЕДО ВАН И Е ЗА ВИ С И М О С ТИ
КОЛЕБАНИЯ УРО ВН Я КАСП И Й СКО ГО
М ОРЯ ОТ СОЛНЕЧНОЙ А К ТИ ВН О С ТИ
П о д р е д а к ц и е й п р о ф . А .М . В л а д и м и р о в а
РГГМУ
Санкт-Петербург
2004
У Д К (5 5 1 .4 6 1 .2 4 :5 2 3 .9 8 1 (2 6 2 .8 1 )
Соловьева Н.Н. Исследование зависимости колебания уровня Каспий­
ского моря от солнечной активности. - СПб., изд. РГГМУ, 2004 - 70 с.
ISBN 5-86813-133-9
Обосновывается гслиогсофизический подход к проблеме прогноза
уровня Каспийского моря.
Разработана методология сравнения многолетних рядов солнечной
активности и геофизических процессов различных масштабов. Показана
зависимость колебаний детерминированных составляющих геофизиче­
ских процессов, в том числе стока Волги и уровня Каспийского моря от
солнечной активности предшествующих периодов. Выполнены прогно­
зы стока Волги и уровня Каспийского моря до середины XXI в.
Предложена гипотеза о механизмах, определяющих влияние мно­
голетних колебаний солнечной активности на изменения некоторых
геофизических процессов, включая климатические, через определен­
ные длительные периоды времени.
Solovyeva, N.N. Investigation o f dependence of the Caspian Sea level oscilla­
tions on solar activity. St. Petersburg, RSHU Publishers, 2004. - 70 pp.
The book substantiates the helio-geophysical approach to the problem
o f forecasting the Caspian Sea level.
A methodology has been developed for comparison o f long-term series
o f helio- and geophysical processes occurring on various scales. The oscilla­
tions o f determinant com ponents o f geophysical processes, including the
V olga runoff and the Caspian Sea level, are shown to depend on the solar
activity over previous periods. Predictions are made for the Volga runoff
and Caspian Sea level, covering the period up to the mid-21Mcentury.
A hypothesis has been advanced on the mechanisms governing, after
long periods o f time, the influence o f multiyear solar-activity oscillations on
variations in certain geophysical processes, including climatic ones.
IS B N 5 -8 6 8 1 3 -1 3 3 -9
©
©
Н.Н. Соловьева, 2004
Российский государственный гидрометеорологический
университет (РГГМУ), 2004
П РЕД И С Л О В И Е
П редлагаем ая работа является результатом м ноголетних и ссл е­
д о в ан и й автора. И нициаторам и этого исследования в 1986 г. были
д .г.н . Н.П. С м ирнов и д.г.н . Ю .В. С уставов. Разработки Н.П. С м ир­
нова по влиянию внеш них геоф и зически х факторов на колебания
р еч н ого стока оп редел и ли направление.
С 1987 но 1992 гг. автор в качестве ответственного и сп ол н и те­
ля работала по хоздогов ор ам с Каспийским НИИ ры бного хозяйства
(К асп Н И И Р Х ) и адм и ни страци ей г. А страхани.
Данная работа была закончена в 1997 г. Возм ож ность ее публи­
кации возникла лиш ь в 2 0 0 4 г. Э то позволило сравнить сп р огн ози р о­
ванный автором ещ е в 1992 г. уровень Каспийского моря на конец
века с наблю денны м . На 1999 г. в [71] был дан прогноз уровня - 2 7 ,0 4
м. абс, наблю денны й уровень за этот год составил -2 7 ,0 3 м. абс.
Результаты работы обсуж дались и получили одобрение на еж е­
годны х учены х советах КаспН И И РХ а в 1987-1992 гг., на ученом сове­
те ВН И И Ры бного хозяйства в М оскве в 1990 г., на объединенном на­
учно-практическом сем инаре в Российском государственном гидроме­
теорологическом университете (РГГМ У ) в 1993 г. Были сделаны док­
лады на: В сесою зн ы х совещ аниях «Проблемы Каспийского моря» ( 3 -6
июня 1991 г., Гурьев), «Гидрологические и водохозяйственны е аспек­
ты формирования экосистемы Каспийского моря» (2 0 -2 5 октября 1991
г., Ростов Великий); на меж дународны х симпозиумах «Расчеты речно­
го стока» (30 октября - 3 ноября 1995 г., Санкт-Петербург), «П робле­
мы рационального природопользования и обеспечение экологической
безопасности Прикаспийского района» (2 1 -2 3 ноября 1995 г., СанктП етербург).
А втор вы ражает и ск р ен н ю ю признательность за пом ощ ь в ра­
б о т е и постоян н ую п од д ер ж к у директору К аспН И И РХ а В.П . Ива­
н ов у и его зам естител ю по н ауке Д .Н . К атунину, а такж е зам ести те­
л ю главы адм инистрации А страхани А .И . Чернышу.
Н ад п р обл ем ой работал коллектив. П рограмм ирование вы пол­
няли научны е сотр удни ки А .Д . Зив, И.А. Кротова, Г.С. М азур. В
и ссл едован и ях принимали уч асти е инж енеры Г.Н. М инаева, Н.В.
С околова, Ю .Л. Черныш и студен ты старш их курсов РГГМ У. А втор
сч и тает своим дол гом п облагодарить всех за помощ ь в расчетах.
А втор вы раж ает бл агодарн ость ректору РГГМ У Л .Н . Карлину,
п рор ек тору В.Н . В о р обь ев у, п роф ессор у А .М . Владим ирову, заве­
д у ю щ е й р едак ц и он н о-и здател ь ск ого отдела И.Г. М аксим овой.
3
ВВЕД ЕН И Е
Н астоящ ее исследован ие п освящ ено анализу м н огол етн и х ко­
л ебаний стока Волги и уровня К аспийского моря с ц елью их п ро­
гноза. Показано, что м ноголетни е изм енения стока В олги им ею т
реш аю щ ую роль в ф орм ировании ур овен н ого р еж и м а Каспия. На
базе многолетних наблю дений за сол н еч н ой активностью и нек ото­
рыми геофизическим и факторами разработана м етодол оги я д о л го ­
ср очн ого прогноза стока Волги и уровня К аспийского моря.
За период от начала инструм ентальны х н а бл ю ден и й за уровнем
К аспийского моря (конец 7 0 -х годов X IX в.) по 1977 г. уровень м о­
ря постоянно понижался. С 1978 по 1995 г. н аблю дался фактически
его непрерывный подъем , которы й составил 2 ,4 м н ад сам ой низкой
отметкой - 29 ,0 м БС в 1977 г. В 1996 и 1997 гг. п рои зош ел сп ад
уровня на 36 см, в 1998 г. н аблю далась его стабилизация.
П одъем уровня моря привел к затоп лен ию и п од то п л ен и ю п о­
селков, городов, сельскохозяйственны х угоди й , неф тяны х и газовых
выработок, очистны х соор уж ен и й , м ест захор он ен и я различного
р ода отходов. Возникла угр оза экологи ческой б езо п а сн о ст и р еги о­
на. Большие изменения н аблю дались в дел ь те В олги. П р о и сх о д и в ­
ш ие негативные изм енения часто необратим ы . В озн и к ли д ем о гр а ­
ф ические проблемы . П одр обн ы е данны е по этим воп росам и зл ож е­
ны в [57]. Проблемы защиты К аспийского п обереж ья и рациональ­
н ого использования дельты В олги потребовали оп р едел и ть т ен д ен ­
ции развития процессов изм енения стока Волги и уровня К аспий­
ского моря на перспективу нескольких десятилетий.
М ноголетним колебаниям уровня К асп и й ск ого м оря п освящ ено
больш ое количество публикаций, направленны х п р е ж д е всего на
выявление причин, создаю щ и х в каждый п ер и од д а н н о е направле­
ние процесса. П осле и н тенсивного сп ада уровня моря, к оторое про­
изош ло в 3 0-е годы X X в., работам и учены х была док азан а клима­
тическая природа этого сп ада [4, 9, 1 2 -1 5 , 2 3 - 2 4 , 2 9 , 3 7 , 106]. Д аль­
н ей ш ее сохранен ие т ен ден ц и и спада уровня в 4 0 - 7 0 -е годы
объяснялось антропогенны м вм еш ательством в р еж и м стока рек
б ассей н а моря, при этом о бъ ем в одозабор ов из рек оп редел ялся как
безвозвратны е потери [21, 4 8 , 7 2 , 86, 102, 103]. И, нак он ец , больш ое
число работ посвящ ено вы яснению причин п о сл ед н его подъем а
уровня моря.
4
В се работы условно м ож но разделить на три группы в зависим о­
сти от того, какие ведущ ие факторы считаются ответственными за
этот подъем. В первой группе работ называются геологические про­
цессы: высокая сейсм ичность региона, неравномерные вертикальные
колебания суш и по берегам моря, сущ ествование грязевых изверж е­
ний в м оре, которые изменяю т объем котловины моря, вследствие
чего происходит рост уровня моря [2, 51, 94]. Во второй группе подъ­
ем уровня связывают с антропогенными факторами. В эту группу
входят модели глобального потепления климата за счет увеличения
содерж ания углекислого газа в атмосфере, а также условно работы,
объясняю щ ие подъем вследствие изменений, произош едш их от про­
изводства подземны х ядерны х взрывов и выработок нефти и газа [ 16,
2 6 -2 7 ]. К третьей группе относятся работы, объясняющие рост уров­
ня моря в последнем периоде естественны ми колебаниями климата
[38, 44, 4 7 , 54, 7 5 -7 7 , 8 7 -9 1 ].
В своей работе автор систематизировала опубликованны е м е­
тоды прогнозов и вероятностны х расчетов уровня моря, включая
разработки 80-х - начала 9 0 -х годов. Здесь показывается, что в 5 0 70 -е годы разрабаты вались методы прогноза уровня моря по р аз­
личным климатическим характеристикам, причем больш инство ав­
торов прогнозировали подъем уровня моря к концу столетия [4, 8,
2 3 - 2 4 , 37, 104, 106]. О днако эти прогнозы не были учтены при пла­
нировании хозяйственной деятельности в регионе. Климатические
п одходы к прогн озу уровня моря не получили развития. Их сменили
вероятностны е методы оп редел ения уровня моря на перспективу,
которы е определяли к концу столетия полож ение уровня на отм ет­
ках - 3 2 . . . - 3 4 м БС. Эти приемы использую тся д о настоящ его вре­
мени [3 3 -3 4 , 4 8 , 6 8 - 6 9 , 7 2 - 7 4 , 8 5 - 8 6 , 9 7 -9 8 , 102, 110].
Рабочая гипотеза данн ого исследования заключается в том, что
многолетние колебания водности рек бассейна моря и хо д уровня
моря определяю тся современны ми естественными колебаниями кли­
мата, на которые накладываются антропогенные воздействия, свя­
занные в основном с хозяйственной деятельностью в акватории моря.
Для реш ения поставленны х задач использован комплекс данны х
по гелиогеофизическим и гидрометеорологическим процессам. К
анализу привлекались материалы, представляющие собой данны е
наблю дений за элементами. Значения характеристик тех или иных
процессов, полученны е расчетами по формулам или обратным путем ,
5
исходя из физической м одели явления, не использовались. В се м но­
голетние ряды составлены по данны м кадастровых изданий, за годы
д о начала 90-х, доп олн ен ны е сведениям и соответствую щ и х ве­
дом ств. В окончательном анализе для описания солн ечн ой деятель­
ности принят ряд чисел Вольфа [35]. О бщ еглобальны е процессы оха­
рактеризованы скоростью вращения Земли и значениями координат
северного географического полю са Земли на начало года [50, 64, 8 2 83, 96]. Процессы в А тлантико-Евразийском секторе север н ого по­
лушария охарактеризованы данны ми по тем пературе и ледовитости
Баренцева моря, причем атм осф ерны е процессы - индексам и цирку­
ляции по Вангенгейму-Гирсу и Вительсу [2 3 -2 4 , 1 8 -1 9 ]. И з элем ен­
тов водного баланса К аспийского моря проанализированы сл ед у ю ­
щие: поверхностный приток (п о стоку всех рек, впадаю щ их в море),
осадки по данным прибреж ны х и островны х станций, сток в залив
Кара-Богаз-Гол, уровень моря по сети всех водом ерны х постов. М но­
голетние колебания увлажнения в бассей не моря изучены но данны м
наблю дений за стоком рек бассей н а моря от начала 3 0 -х годов неза­
висимо от размера бассейна и географ ического полож ения. Кроме
того, использованы данны е по гидрологическим характеристикам в
др уги х регионах, в частности в районе озера Байкал. Такой отбор
информации позволил исключить возм ож ность причисления резуль­
татов к ряду случайных, а такж е отделить роль общ еглобальны х фак­
торов от местных, выделить антропогенны й фактор.
О сновная часть дан ной м онограф ии п освящ ена о б о сн о в а н и ю и
разработке м етодов м оделирования м н оголетн и х колебаний стока
Волги и уровня К аспийского моря на осн ов е использования гелиои геоф изических связей. Для этой цели создан а м етодологи я , п озв о­
ляющая сравнивать развитие во времени п р оц ессов , различны х по
масш табам проявления, выделять в п роц ессах дли тел ьн ы е т ен д ен ­
ции. Д алее выполняется м одел и ров ан и е х о д а стока В олги и уровня
К аспийского моря по данны м о сол н ечн ой активности, дается их
прогноз на 5 - 6 десятилетий вперед. В заклю чительной части п ред­
лож ен а гипотеза, объясняю щ ая м еханизм ы со л н еч н о -зем н ы х кли­
м атических связей, и намечены перспективы развития тематики.
В целом в р аботе реализуется полож ен и е, что глобальны е ко­
лебания климата с учетом их региональны х проявлений долж н ы
быть основой для анализа и прогн остическ их вы водов по м н оголет­
ним трендам водности Волги и уровня К асп и й ск ого моря.
6
1. О Б ЗО Р П РО ГН О ЗО В И РАСЧЕТОВ
У РО В Н Я К А С П И Й С К О ГО М ОРЯ
В начале X X в. работы по проблеме колебания уровня Каспий­
ского моря были направлены на выяснение природы этого явления,
на оп редел ен и е составляющ их водного баланса моря. Основны е
результаты
исследований
этого
периода систематизированы
Б.А. Аполловы м с соавторами [5].
В 3 0 -е годы X X в. было начато и в дальнейшем продолж ено
изучение м ноголетних изменений климата, колебаний уровня К ас­
пийского моря и их связей с вековыми колебаниями солнечной ак­
тивности и др уги х географических характеристик. Такие и сследо­
вания выполнены Л.С. Бергом, Н.В. Максимовым, А .А . Гирсом и
др. В работах этих авторов уделено внимание и колебаниям уровня
Каспийского моря, природа которых определялась ими как клима­
тическое проявление планетарного масштаба [1 4 -1 5 , 2 3 -2 4 , 55].
В 50 - 70-е годы получили развитие исследования по сверхдолгосрочном у прогнозу уровня моря. За их основу было принято по­
л ож ен ие о том , что реш аю щ ую роль в изменениях уровня моря иг­
раю т колебания климатических и определяю щ их их гелио- и геоф и­
зических факторов.
В 70-х годах после продолжительного спада уровня моря в ли­
тературе развиваются расчетные, или вероятностные «прогнозы »,
даю щ и е вероятное полож ение уровня моря на перспективу при у с ­
ловии стационарного климата и заданных объемов водозаборов из
моря и в бассей н е и перебросок из других бассейнов.
П одъем уровня К аспийского моря в период 1 9 7 8 -1 9 9 5 гг., с о ­
ставивший около 2,4 м над самой низкой отметкой (-2 9 ,0 4 м БС),
обострил проблемы выяснения его природы и прогнозирования ко­
лебания уровня моря на перспективу. В ряде работ вновь подним а­
ется климатическая теория.
В развитии проблемы важно учесть имеющ ийся опыт. Ниже
показаны особен н ости некоторых м етодов и даны результаты про­
гнозов и расчетов уровней, выполненных рядом авторов.
1.1. Особенности методов и результаты клим атических
прогнозов уровня моря, опубликованных до конца 70-х годов
Климатические прогнозы базировались на физических моделях,
связывающ их колебания уровня Каспия с различными гелиогеофи-
7
зическими ф акторами. У сл овн о все клим атические м етоды м ож н о
подразделить на три группы:
•
прогнозы , основанны е на уч ет е сол н еч н ой активности,
•
прогнозы , основанны е на уч ет е характеристик атм осф ерн ой цир­
куляции,
•
см еш анны е м етоды , учиты ваю щ ие колебания гели оф и зи ч еск их и
некоторы х климатических параметров.
Количественны е или качественны е связи х о д а уровня моря с
солнечной активностью были получены рядом авторов в 50 - 7 0 -х
годах [7 -9 , 92, 106].
О собен н остью всех этих и сследован и й явилось устан овлени е
синхронны х связей м еж ду числом сол неч ны х пятен и ур овн ем м о ­
ря. П оэтом у для прогнозов уровня моря на п ерсп ек ти ву требовал и сь
прогнозы сол неч ной активности. Эта задача сам а по с е б е п редстав­
ляет д о сих пор больш ую сл ож ность.
Авторами р абот бы ло устан ов лен о, что ветвям вековы х спадов
солнечной активности соотв етствую т пери оды вы сокого стояния
уровня моря, и наоборот, при п одъ ем е вековы х циклов чисел В ол ь­
фа наблю даю тся низкие уровни моря.
Прогнозы по вековом у х о д у чисел В ольф а оп ределяли подъем
уровня моря в конце X X в., хотя абсол ю тн ы е значения сп р о гн о зи ­
рованных уровн ей далеко не соответствовали н аблю ден н ы м .
Так, М .И. С оскин [92], пользуясь п рогн озом сол н еч н ой актив­
ности, определил, что перелом в х о д е уровня К асп и й ск ого моря
долж ен наступить в 60-х годах, когда начнется его п одъ ем , в 1975 г.
уровень долж ен достигнуть отм етки 2 9 4 см . Как и зв естн о, в эти го ­
ды продолж ался сп ад уровня, а в 1977 г. отм етка уровня была равна
- 104 см , т. е. ош ибка составила 4 м.
М .С. Э й ген сон [106] в качественном п р о гн о зе уровня по со л ­
нечной активности отмечал, что п ер и од с 1970 по 2 0 0 0 г. до л ж ен
характеризоваться высоким стояни ем уровня.
К оличественны й прогноз уровня К асп и й ск ого моря по анали­
тическим связям его значений с числами В ол ь ф а в 1967 г. бы л дан
М .А . А ф анасьевы м [9] по сп р огнози р ован н ы м им ж е числам со л ­
нечны х пятен. С огласно его п р огн озу, век овое п а ден и е уровня моря
б у д ет продолж аться д о середин ы 7 0 -х годов . П о о тн ош ен и ю к 1965
г. падение состав и т 3 0 см (ф актически бол ь ш е 1 м). С табилизация
8
уровня моря продолж ится д о 1978 г., после чего следует ожидать
сравнительно интенсивный вековой рост уровня моря.
М .А . А ф анасьев дал абсол ю тно неверный прогноз 20-го, 2 1-го
и 22-го циклов солнечной активности, которые ожидались им как
очень низкие. В действительности эти циклы были очень высокими,
т. е. по неверно спрогнозированны м предикторам дан в общ ем пра­
вильный прогноз тенденции хода уровня моря. Таким образом ,
предлож енная Афанасьевы м м етодика прогноза не м ож ет быть и с­
пользована, а сам прогноз не что иное, как случайность.
Е.Г. А рхипова с соавторами [7, 8] дала прогноз хода уровня
моря д о 2 0 0 0 г. по спрогнозированны м значениям чисел Вольфа. По
п рогнозу в 6 0 - 80-х годах и д о 2 0 0 0 г. уровень моря будет занимать
вы сокие отметки: - 2 5 ,6 . .. - 2 6 , 9 м абс. БС.
В.Ю . Георгиевский [21] также дал прогноз уровня моря по
спрогнозированны м значениям числа солнечны х пятен. С огласно
его прогнозу, в п ериод 1 9 7 6 -1 9 8 6 гг. уровень моря долж ен был пре­
высить таковой в 1 9 6 5 -1 9 7 5 гг. на 2 м.
Таким обр азом , особен н остью всех исследований явилось у с ­
тановление синхронны х по времени соотнош ений м еж ду числом
солнечны х пятен и уровнем моря. С ледует отметить, что, по м н е­
нию автора, синхронность в рассм отрении солнечной активности и
уровня моря исклю чает наличие механизмов влияния солнечной
активности на уровень моря.
Рядом авторов разрабатывались прогнозны е связи м еж ду ур ов­
нем моря и характеристиками атмосферной циркуляции [1 2 -1 3 , 85,
101], которы е использовались в качестве предикторов для прогно­
зов уровня моря с заблаговрем енностью 5 - 6 и 18 лет.
В целом авторские прогнозы уровня моря по связям с характе­
ристиками атм осф ерной циркуляции оправдались. Так, Н.А. Белин­
ский и Г.П. Калинин [12] правильно предсказали колебания уровня
моря в пер и од 1 9 4 5 -1 9 5 0 гг. К.И. Смирнова [85] составила прогноз
уровня моря на период 1 9 6 7 -1 9 8 6 гг., который фактически оправ­
дался, правда, в ее прогнозе был неблагоприятный сдвиг по ф азе
м еж ду наблю денны м и и спрогнозированны ми уровнями. Р азрабо­
танная С м ирновой методика прогноза уровня с заблаговрем енно­
стью 5 лет использовалась Гидрометцентром для прогноза уровня
д о конца 80-х годов. О днако значения предикторов методик, и с­
пользованны х в этих работах, не были опубликованы. В настоящ ее
9
время эти характеристики атм осф ерн ой циркуляции не оп р едел я ю т­
ся, восстановить их значения за прош лый п ер и о д ф актически н е­
возм ож но. П оэтом у оправдавш ие себя на практике м етоды не м огут
быть применены или усоверш ен ствован ы за сч ет увели чен и я рядов
наблю дений.
Н екоторы е авторы связывали колебания уровня моря с и зм ен е­
ниями солнечной активности и с различны ми клим атическим и х а ­
рактеристиками, например атм осф ерн ой циркуляцией, тем п ер ату­
рой воздуха [4 -6 , 2 3 -2 4 , 37].
Среди этих работ м ож н о вы делить те, в которы х рассм атрива­
лись качественные связи сол н еч н ой активности с основны м и на­
правлениями атмосферны х п ер ен осов и уровнями К асп и й ск ого м о ­
ря. Это работы A.JI. Каца [37] и А .А . Гирса [23, 2 4 ]. С огласн о их
исследованиям , при сп аде вековы х циклов со л н еч н ой активности
развиваются процессы зап адн ого и м ер и ди он альн ого п ер ен осов и
наблюдается высокое стояние уровня К аспийского моря, при повы­
шении вековых циклов солнечной активности развиваю тся процессы
восточных переносов воздуш ны х м асс, и уровень моря заним ает низ­
кое полож ение. По прогнозам к 2 0 0 0 г. долж ны бы ли закончиться
ветвь спада солнечной активности, произойти развитие форм зональ­
ной циркуляции атмосферы и подъем уровня К аспийского моря. В се
исследования были выполнены по синхронны м пром еж уткам врем е­
ни без их взаимного сдвига относительно др уг друга.
В работе B.C. А н тонова [4] установлены количественны е связи
м еж ду уровнем моря, рядами чисел Вольфа и значениям и западной
формы циркуляции за си н хр он н ы е интервалы врем ени. На п ер сп ек ­
тиву дан качественный п рогн оз, по к отором у в к он ц е X X в. до л ж ен
произойти подъем уровня К асп ий ского моря, которы й в разны е ин­
тервалы времени б уд ет п роходи ть с различной и н тен си вн остью .
Б.А. А поллов в соав торств е с К.И. А л ек сеев ой [5, 6] р азработа­
ли несколько количественны х соотн ош ен и й м еж д у со л н еч н ой ак­
тивностью и тем пературой в оздуха, сол нечн ой активностью и ст о ­
ком Волги, атмосферны м дав л ен и ем и уровн ем К асп и й ск ого моря.
В се связи имели вы сокие коэф ф ициенты корреляции. П о связям дан
прогноз на период д о 1970 г., по котор ом у ож и дал ся сп ад уровня
моря. В м есте с тем авторы утверж дали , что хозяй ствен н ая дея тел ь ­
ность в перспективе б у д е т в три раза и нтен си в н ее сказываться на
х о д уровня моря, чем клим атические влияния.
10
К климатическим м ож н о усл ов н о отнести м етод п рогноза
уровня м оря, разработанны й Б.А. Ш ляминым [104]. М етод зак л ю ­
чался в р азлож ен ии н а бл ю ден н ого ряда уровня моря на п ер и о д и ч е­
ские составл яю щ и е, сл о ж ен и е которы х на перспективу дало п р о ­
гнозны й х о д уровня моря. По прогн озу уровень К аспийского моря
д о 1975 г. б у д ет находиться на отметках около - 5 0 см (п о Баку),
д а л ее д о 2 0 3 2 г. б у д ет наблю даться рост уровня до отметки 120 см ,
п о сл е чего д о 2 0 8 2 г. б у д е т п аден ие уровня д о отметки - 3 0 см.
Н аилучш ие прогнозы были даны К.И. С мирновой [85], Б.А .
Ш лямины м [104]; разработки Б.А. А ф анасьева [9] случайно со в п а ­
д а ю т с наблю денн ы м х о д о м уровня, так как они даны по неверн о
им ж е спрогнози рован ны м 2 0 - 2 2 -м у циклам солнечной активности.
С л ед у ет п одчеркнуть, что больш инство авторов климатических
п р огн озов предсказы вали в конце столетия рост уровня моря.
Таким обр азом , особ ен н о ст и м етодов прогнозов, основанны х
на уч ет е сол н еч н ой активности, заклю чаются в том, что все они бы ­
ли осн ован ы на си н хр он н ом рассм отрении колебаний чисел В ольф а
и уровня моря. А вторы п рогн озов находили, что уровень моря и м е­
ет вид зеркального отраж ения интегральной кривой чисел Вольфа.
О тсю да в ли тературе устан ов и лось м нение, что периоды повы ш е­
ния сол н еч н ой активности соотв етствую т периодам падения уровня
моря и наоборот. Были попытки дагь не только качественны е, но и
количественны е прогнозы уровня Каспия. Для таких прогнозов вы­
полнялись прогнозы сам ой сол н еч н ой активности, которы е, как
правило, не удавались. Такая картина получалась, п о-ви ди м ом у,
п отом у, что обработк а рядов чисел Вольфа производилась с того ж е
года, что и наблю ден ия за уровнем моря.
1.2. Р езу л ь таты в ер о ятн о стн ы х расчетов уровня моря,
о п у б л и ко в ан н ы х в 70 - 80-е годы
В вероятн остн ом п о д х о д е определ ени я б уд ущ и х уровней моря
р еш ен и е основы вается на предп ол ож ен и и о случайности врем енны х
рядов приращ ений уровня моря и всех др уги х составляю щ их в о д н о ­
го балан са моря. При оп р едел ен и и б уд ущ и х уровней в этом п о д х о д е
осущ еств л яется статистический расчет вероятных значений со ста в ­
ляю щ и х в одн ого баланса моря, в том числе и уровня. Э тот п о д х о д к
концу 7 0 -х годов был принят всеми исследователям и и ор ган и за­
11
циями. Вероятностны е метолы в 7 0 -х - 80-х годах давали сн и ж ен и е
уровня К аспийского моря на перспективу д о 2 0 0 0 г.
Так, для ср едн и х клим атических условий к 2 0 0 0 г. по данны м
Г.П. Калинина [34] уровень моря дол ж ен бы л понизиться на 2 ,0 м
по сравнению с уровнем 1965 г., по расчетам К.И . С м ирновой [85] на 1 ,0 -2 ,4 м по сравнению с 1970 г. В расчетах ГО И Н а [8 ,6 8 ] сн и ­
ж ен ие уровня к 2 0 0 0 г. дост и гн ет 0 ,7 -3 ,9 м. Е.Г. А рхи п ов а с со а в то ­
рами [7] рассчитала, что к 2 0 0 0 г. по ср авн ен и ю с 1970 г. уровень
К аспийского моря понизится на 3 - 5 м. С .Н . Крицкий с соавторам и
[48] показал, что по сравнению с 1971 г. ур овен ь моря при разны х
вариантах объем ов безвозвратны х изъятий п онизится от 1,2 д о 2 ,6
м. И .А . Ш икломанов [102, 103] оп редел ил сн и ж ен и е уровня моря
при разных условиях антр опоген ной деятел ьн ости над отм еткой
- 2 8 ,5 м абс. БС: к 2 0 0 0 г. уровень моря б у д е т изм еняться в п редел ах
от - 1 ,4 до +0,3 м. Д .Я . Раткович, И.С. Ж данова, В.Е. Привальский
[72] установили, что к 2 0 0 0 г. сн и ж ен и е уровня по ср авн ен и ю с от­
меткой -2 8 ,5 м составит от 1,6 д о 2 ,6 м.
Таким обр азом , авторы вероятностны х расчетов уровня моря
определяли как, н аи более вероятную , отм етку уровня моря на 2 0 0 0
г. в пределах от - 2 9 ,0 д о - 3 4 ,0 м абс. БС. Значения сп ада ур овн ей у
авторов сущ ественн о различны и зависели от начальных значений
составляю щ их водн ого баланса моря и величины безвозвратны х
изъятий воды в бассей н е.
В 70-х годах ш ел сп ад уровня К асп и й ск ого моря, начавш ийся
фактически ещ е в 3 0 -е годы . И в это время вероятн остн ы е м етоды и
результаты расчетов по ним приним ались о б щ еств ен н о сть ю . По
результатам вероятностны х расчетов уровня К асп и й ск ого моря
осущ ествлялось планирование развития н ар о д н о го хозяйства.
1.3. Р езу л ьтаты прогнозов и р асчетов у р о в н я К асп и йского
м оря, в ы п о л н ен н ы х в 80 - 90-е годы
В 80 - 9 0 -е годы больш и нство публикаций п освящ ен о о б ъ я сн е­
нию причин п осл едн его п одъ ем а уровня моря. В некоторы х работах
дан расчет и прогноз уровня на перспективу.
Больш инство авторов сходятся во м нен и и , что подъ ем с о х р а ­
ниться до 2 0 1 0 г. и в бли ж ай ш ее десяти л ети е уровен ь д ости гн ет
отметки - 2 5 ,0 м абс., а с уч етом забор ов воды в б а ссей н е в об ъ ем е
40 км3/г о д уровень б у д ет держ аться на отм етк е - 2 6 ,0 м. В дальн ей ­
12
ш ем ур овен ь б у д ет испытывать квазициклические вековые и 30летн и е колебания.
В о сн о в е разработок [16, 4 0 , 52] леж ит водно-балансовы й р ас­
чет. П ричем в работах [16, 52] учитывается антропогенны й фактор
изм енен ия климата, которы й приведет к повы ш ению тем пературы
в о здуха от 1 д о 4 °С. В и сследован ии [40] при водно-балан совы х
расчетах на п ерспективу брались значения составляю щ их водн ого
баланса, которы е наблю дали сь в посл едни е 15 лет, т. е. повы ш ен­
ные против нормы значения п ов ер хн остн ого притока и пон и ж ен ны е
значения испарения с пов ер хн ости моря. В работах отсутств ую т
док азател ьства сохранени я в будущ ем принятых значений со ста в ­
ляю щ и х балан са моря.
В [4 3 , 7 9 , 95, 109] вы полнены прогнозы уровня моря по х о д у
со л н еч н ой активности. П рогнозы В .Д . Коваленко с соавторам и [43]
осн ованы на связях уровня с ходом диссим м етрии С олнца, которая
рассчитана на перспективу. П рогнозы П.Р. Романчук [79] вы полне­
ны п о интегральной кривой чисел Вольфа, зеркальное отраж ен и е
которой в х о д е уровня моря наблю дается в п редш ествую щ и е 2 0 л етн и е периоды .
П рогнозы в р аботах [3, 53] даны на о сн о в е разлож ения ряда
уровня моря на гарм онические составляю щ ие.
П р огн озы , осн ован ны е на разлож ении ряда уровня моря на
гар м онич еск ие составл яю щ и е, вы полненны е М.Г. А лиш еевы м ,
М .А . М ам аевы м [3], учиты ваю т весь ряд уровня моря, в том числе
сп ад 7 0 -х годов, они д а ю т п одъем уровня моря д о 2 0 3 0 г. и д о о т ­
метки - 2 4 ,3 м абс.
Таким обр азом , больш и нство авторов прогнозов и расчетов
уровня моря на перспективу даю т интенсивны й подъем уровня д о
о тм еток - 2 5 ,0 . .. - 2 6 , 0 м.
О сн овн ы е выводы, сделан н ы е в результате анализа п рогн озов и
расч етов уровня К аспи йского моря сводятся к сл едую щ ем у.
К лим атические прогнозы , разработанны е в 50 - 7 0 -х годах и
о сн ов ан н ы е на связях х о д а уровня моря с внеш ними ф акторами, а
и м ен н о с характеристикам и атм осф ерной циркуляции или х о д о м
со л н еч н ой активности, давали на перспективу конца века подъем
ур овня К асп ийск ого моря.
Н аилучш им и были прогнозы , разработанны е Н .А . Белинским и
Г.П . Калинины м [12], а такж е К.И. С м ирновой [85]. Эти прогнозы
13
основаны на использовании ин дек сов циркуляции Б елинского. О д ­
нако усоверш енствовать м етодол оги и в настоящ ее время н ев о з­
м ож н о, поскольку индексы Белинского не бы ли опубликованы и не
м огут быть определены за прош лы й п ериод.
Прогнозы хода уровня моря по связям с сол н еч н ой активно­
стью были в основном качественны м и. У ч ет в связях сол н еч н ой
активности за синхронны е с ур овн ем моря интервалы врем ени и с­
ключает наличие и дей ств и е ф изич еск их м ехан и зм ов передачи
влияния солнечной деятельности на уровень моря.
П рогнозы , основанны е на р азлож ении ряда уровня моря на
гармонические составляю щ ие, данн ы е Б.А. Ш ляминым в 1962 г., не
учитывали спад уровня моря, п рои зош едш и й в 7 0 -е годы .
Однако все эти направления сл ед у ет признать перспективны ми
для развития и соверш енствования м етодологи и прогнозирования
уровня Каспийского моря. А результаты прогн озов сл ед у ет оценить
значительно бол ее удачны ми, чем результаты вероятностны х расч е­
тов уровня моря, вы полненны х в 7 0 - 8 0 -е годы .
Вероятностны е расчеты уровня на персп ек ти ву 2 0 0 0 г., о с н о ­
ванные па водно-балансовы х расчетах при усл ов и и стац и он арн ого
климата и сохранени и так назы ваем ы х безвозвратн ы х изъятий в
б а ссей н е моря в объ ем е не м ен ее 4 0 км3/го д , давали сп ад уровня
моря д о отметок - 2 9 ,0 . .. - 3 4 , 0 м абс. Результаты эти х расчетов были
приняты планирую щ ими организациям и.
Прогнозы и расчеты уровня моря, вы полненны е в к онце 8 0 -х и
в 9 0 -х годах, даю т подъем уровня. Больш инство и сследовател ей
сходятся во м нении, что наблю даю щ и й ся подъем уровня сохр ан и т­
ся по крайней м ере д о 2 0 1 0 г. и ур овен ь к т о м у врем ени д о ст и гн ет
отм еток - 2 5 ,0 м абс., а с уч етом сохр ан ения безвозвратн ы х изъятий
не превысит - 2 6 ,0 м абс. П рогнозы уровня м оря, осн ов ан н ы е на
связях с характеристиками сол н еч н ой деятел ьн ости , так ж е как и в
прош лом , учиты вают со л н еч н у ю деятельн ость за си н хр он н ы е ин­
тервалы времени, т. е. недостатк и м етодологи и сохран яю тся.
Результаты вероятностны х оп р едел ен и й уровня моря в о д н о ­
балансовы ми расчетами на п ерсп ек ти ву д аю т п одъ ем уровня моря.
В с е они основаны на и сп ользовании значений составл яю щ и х в од­
н ого баланса моря, наблю даю щ и хся в п ер и о д п о сл ед н его п одъем а
уровня. О днако какие-либо доказательства причин сохр ан ен и я в
14
бу д у щ ем таких соотн ош ен и й составляю щ их водн ого баланса моря в
р аботах отсутств ую т.
В расчетах приним ается, что в перспективе сохранятся б е зв о з­
вратны е изъятия в б а ссей н е моря в объ ем е 4 0 км3/год. С уч етом
эти х о бъ ем ов уровен ь моря б у д ет ниже примерно на 1 м, т.е. не
превы сит отм еток - 2 6 ,0 м абс. Что касается прош лого п ер и ода, то
при отсутств и и таких объ ем ов изъятий уровень моря начал бы п о д ­
ниматься ещ е с 5 0 -х годов и в настоящ ее время был бы на отм ет­
ках, нам ного превы ш аю щ их фактически наблю даем ы е. В связи с
этим встает в оп рос о сп о с о б а х определения объ ем ов безвозвратны х
изъятий. Эти объем ы оп редел яю тся как сум м а н еобходи м ы х в о д о ­
за бор ов на пром ы ш ленны е, сельскохозяйственны е и коммунальны е
н уж ды в б а сс ей н е моря, но при этом по-види м ом у не учиты ваю тся
объем ы сб р о со в в водоем ы , а также изм енения составляю щ их в о д ­
н ого баланса моря, что неправом ерно. П о данным [59] в 1991 г. в
Р оссии из в сех водны х объ ек тов бы ло забрано 95,4 км3, а возвращ е­
но 70 км3, в 1992 г. изъято 9 0 ,0 км3, в 1993 г. забрано 1 10,7км 3, т.е.
забир алось прим ерно оди н ак ов ое количество воды, следовательн о,
и возвращ алось в тех ж е разм ерах. Таким образом , разность м еж ду
за бор ом и сб р о со м воды по всей России составила в 1991 г.
2 5 ,4 км3. На этом осн ов ан и и м ож н о полагать, что объ ем безв озв рат­
ных изъятий в б а ссей н е К аспи йского моря в 4 0 км3/г о д сущ еств ен н о
завы ш ен.
В св ете сказан ного представляю тся актуальными и сследования,
н аправленны е на р азработку м етоди ч ески х основ и новых м етодов
д и агн оза колебаний уровня К аспийского моря, а такж е стока В олги.
Р еш ен и ю эти х задач посвящ ены сл едую щ и е главы.
15
2. М Е Т О Д И К А О Б Р А Б О Т К И М Н О Г О Л Е Т Н И Х
Г Е О Ф И З И Ч Е С К И Х РЯ Д О В
При разработке долгоср очны х ги др ологи ч еск и х п рогн озов вре­
менны е ряды представляю тся в виде хр он ол оги ч еск ого изм енения
их перем енны х. Как правило, успеш ны м и бы ваю т прогнозы , к ото­
рые основаны л и бо на использовании внутр ен н и х зак он ом ер н остей
в рядах, позволяю щ их производить экстраполяцию п р оц ессов , л и бо
на зависим остях м еж ду взаим но связанны м и явлениям и, причем
развитие во времени оп редел яю щ его п р оц есса д о л ж н о оп ер еж ать
п рогн ози руем ое явление.
К ачество рядов изм еренны х составляю щ и х в о д н о го баланса
К аспийского моря, стоковы х рядов рек ба ссей н а моря показано в
работе [91]. В частности, отм еч ен о, что ряды стока крупны х рек,
приращ ений уровня и объем а К аспи йского моря неслучайны , и м е­
ю т вы раженные внутренние связи, м ногоцикличны , представляю т
собой ч ередование длительны х пер и одов с повы ш енны м и и п он и ­
ж енны ми против норм значениями п ерем ен н ы х. П ериоды о д н о го
качества см еняю тся на противополож ны е на реках б ассей н а В олги в
одни и те ж е сроки. С ледовательно, м ож н о считать, что в м н оголет­
них рядах гидрологи чески х п роц ессов р еги он а и м еется дет ер м и н и ­
рованная составляющ ая.
В [91] исследованы геофизические процессы , ответственны е, ве­
роятнее всего, за создание в гидрологических рядах вариаций оп реде­
ленных периодов. Н екоторое соответствие обн аруж ен о в х о д е сгла­
женных рядов стока крупных рек бассейна Волги и чисел Вольфа.
О днако выявленные свойства рядов не п озволяю т в о сп о л ьзо ­
ваться экстраполяцией проц ессов, а устан овленн ы е соп ряж ен н ы е
связи структуры рядов гели огеоф и зи ч еск и х и ги др ологи ч еск и х
процессов такж е не откры вают аппарата, с п о с о б н о г о прои звести
диагноз м ноголетних колебаний этих п р оц ессов .
О чевидно, что для усп еш н ого сравнения развития различны х
явлений во врем ени н ео б х о д и м о учесть, в ер н ее исклю чить из рядов
масш табы колебаний п роцессов.
П редлагаемая н и ж е метика учиты вает о с о б е н н о ст и разны х ря­
дов и направлена на оты скание в озм ож н остей сравнения развития
во времени явлений косм и чески х, общ еп лан етар н ы х, кон ти н ен ­
тальных и региональны х, т. е. разн ом асш табн ы х п р оц ессов .
16
2 .1 . О п р е д е л е н и е д и н а м и ч е с к и х н о р м п р о ц е с с о в
Н аряду с детерм инированны ми в гидрометеорологических и
геоф и зически х рядах имеются и случайные составляющ ие. П оэтом у
встает задача их разделения, точнее однозначного выделения ф унк­
циональны х, детерм инированны х составляю щ их, которыми, вероят­
н ее всего, являются нормы, точнее динам ические нормы процессов.
В н астоящ ее время разработаны три п о дх о д а в представлении
зави сим ы х п осл едов ательн остей . В первом - ряды представляю тся
как слож н ы й цикл, состоящ ий из систем ы циклов, перем енны х по
п ер и одам и ам плитудам . В о втором - зависим ы е п осл едовательн о­
сти представляю тся как сум м а ф ункциональной составляю щ ей и
случайн ы х о т н ее отклонений. В третьем п о д х о д е циклические ряды
описы ваю тся в виде просты х или слож ны х цепей М аркова. Н е о ста­
навливаясь на м атем атической интерпретации всех концепций (они
р ассм отрен ы , наприм ер, в [1 0 0 ]), отм етим , что в данном и ссл ед о в а ­
нии принят второй п о д х о д . В этом случае перем енны е рядов м огут
рассм атриваться как сум м ы составляю щ их: детерм инированной,
которая в каждый м ом ен т представляет со б о й дин ам и ческ ую н орм у
п р оц есса, и случайны х от н ее отклонений.
Таким о бр азом , общ ий вид перем енн ы х рядов м ож ет быть
п редставлен как
yi = y i +ai,
где У/ — перем енная ряда,
(2.1)
- динамическая норма ряда, а, - случай­
ная составляю щ ая, или, точнее, составляющ ая, колебания которой
определяю тся иными, чем для динам ической нормы, факторами.
О п р ед ел ен и е ди н ам и ч еск ой нормы рядов (в литературе н ер ед ­
ко о п р едел я ем ой как тренд ряда) м ож ет быть вы полнено двум я с п о ­
со бам и . В первом , аналитическом , к ряду п ерем енной м етодом наи­
м еньш их квадратов подби рается уравнени е - находится линейны й
или д р у г о г о вида тренд. В о втором - применяется скользящ ее о с ­
р едн ен и е пер ем ен н ы х различны ми периодам и с равными весами
членов или с сим м етричны м и относительн о центрального члена
п ер и ода оср едн ен и я весовы м и коэф ф ициентам и.
В р аботе для вы деления детерм инированны х составляю щ их ди н ам и ч еск и х норм рядов - использован м ето д сглаживания с при-
17
менением биноминального фильтра. Расчетная ф ормула им еет сл е­
дую щ ий вид:
где С к = { Т - \ ) \ / { ^ 1 {К \ (Т - Л '- ! ) ! ) - весовы е коэффициенты , у { значения переменны х и сходного ряда от / = 2 д о / = п - 1, п - число
членов ряда, Т - интервал осреднения. П рименялось м ногократное
сглаживание второй ступенью фильтра. Для этой ступени Т = 3. Для
крайних членов применялось п ростое оср едн ен и е. О собен н остью
такого сглаживания является сохр ан ен и е м естополож ения основны х
переломных точек во временном изм енении признаков.
2.2. Выделение тенденций
Для выявления длительных тенденц ий динам ические состав­
ляю щ ие рядов представлены в виде нормированны х интегральноразностны х кривых. Расчетные формулы им ею т вид :
Н
1______
(2.3)
п
(2.4)
П
где V '
y i , у- .'
Уч
, C v - коэф ф ициент вариации, а - ср ед-
п
нее квадратическое отклонение сглаж енны х рядов.
Ординаты интегральных кривых для рядов, составленны х из
положительных элем ентов, например сток рек, вычислены по ф ор­
муле (2.3), для рядов, составленны х из элем ентов, им ею щ их п ер е­
менны е знаки - приращения уровня, объ ем а моря, по ф орм уле (2.4).
Таким образом , сум м арное отклонение каждой перем енной ря­
да динам ических норм от ср едн его по в сем у ряду, вы раженное в
отклонениях модульны х коэф ф ициентов от единицы или в а бсо-
18
лю тном выражении, нормируется на коэффициент вариации или
ср едн ее квадратическое отклонение сглаженного ряда, т.е. расчет
производится по рядам динамических средних, вычисленных по
ф орм уле (2.2).
Как сл едует из ф орм ул (2.3) и (2.4), каждая порядковая ордина­
та интегральной кривой содерж ит информацию о всех преды дущ их
значениях ординат и сходн ого ряда и определяет следую щ ие за ней
значения. К ром е того, суммированием отклонений от норм и нор­
мированием на коэффициенты вариации или средние квадратиче­
ские отклонения рядов в каждую ординату включается основная
информация по всем у ряду. Этим достигается также возм ож ность
сравнить х о д различных процессов во времени. С учетом этих о с о ­
бенностей нормированны х интегрально-разностных кривых пред­
ставление информации в таком виде всегда полезно.
Д лительны е тенденц ии , определенны е на основе наблю денны х
последовательностей но рекомендуемы м ф ормулам, отражают фак­
тическую картину м ноголетних изм енений, результаты всегда о д н о ­
значны при задании одн и х и тех ж е исходны х рядов.
19
3. Н ЕК О Т О РЫ Е Г Е Л И О Г Е О Ф И ЗИ Ч Е С К И Е СВЯЗИ .
ОСОБЕН НОСТИ М Н О ГО ЛЕТН И Х К О Л ЕБА Н И Й
ГИ Д РО Л О ГИ Ч Е С К И Х П Р О Ц Е С С О В ПО
Ф И ЗИ К О -Г Е О Г Р А Ф И Ч Е С К И М Р Е Г И О Н А М
Ф изические механизмы передачи вариации сол н еч н ой деятель­
ности на геофизические, в частности климатические, процессы к
настоящ ему времени определены не полностью . Работа в этом на­
правлении продолжается, и появляются новы е теор ети ч еск и е и
практические результаты. Так, в [49] показаны четы ре возм ож ны х
механизма воздействия солнечной активности на п о го д у и климат.
Это - гидродинамические силы, передаю щ ие возм ущ ения из тр о п о ­
сферы в нижние слои атмосферы , вариация сол н еч н ой постоянной
за счет изменения орбиты и угла м еж ду осью вращ ения и перп ен ди ­
куляром к плоскости орбиты Зем ли, магнитны е и электрические
силы, действую щ ие на процессы в троп осф ере и атм осф ере. Здесь
ж е показана связь солнечной активности с повторяем остью запад­
ных переносов в А тлантическом регионе.
В работе [91] выявлена периодичность х о д а солн ечн ой актив­
ности, равная 90 годам. Х од уровня Каспийского моря им еет период
подобной длительности, причем эта низкочастотная составляющая
описывает свыше 90 % дисперсии уровня. Д линнопериодны е колеба­
ния наблюдаются в рядах индексов атмосферной циркуляции по Вангенгейму, индексов циклоничности и антициклоничности по Вительсу, в рядах стока крупных рек. П оэтом у представляется ц елесообраз­
ным изучение связей м еж ду ходом длительных тенден ц и й солнечной
активности и различного рода геофизических процессов.
Для возможности сравнения разномасш табны х процессов ко
всем рядам применена единая систем а обработки, описанная ф орм у­
лами (2.2) - (2.3) или (2.4). Это касается и уровня К аспийского моря,
ряд которого построен на основании ряда еж егодн ы х приращений
осредненны х данных по четырем постам как интегрально-разностная
кривая, нормированная на дисп ерсию ряда приращ ений уровня.
3.1. С вязи между солнечной ак ти вн остью и геоф изическим и
процессами глобального м асш таба
Х о д длительных тенденций рассм отрен для различны х п роц ес­
сов. В качестве и сходн ого принята солнечная активность. Ее харак­
20
тер истикой посл уж и л ряд чисел Вольфа, который по сравнению , с
др уги м и показателями сол н еч н ой деятельности им еет самый д л и ­
тельны й п ер и о д н абл ю ден и й . Расчеты проводились для п ер и ода
1700 - 1992 гг. П р оцессы общ егл обальн ого масш таба представлены
характеристикам и скор ости вращения Земли за 1891 - 1987 гг. и
значениям и координ ат X сев ер н ого географ ического п олю са Зем ли
на начало года за 1 8 9 0 -1 9 8 7 гг.
С корость вращ ения Зем ли представлена относительны м откло­
н ен и ем дли тел ьн ости зем ны х суток от эталонных:
у - 1 ^ - 1 0 " .
(3 .1 )
/7
где Т - длител ьность зем н ы х суток в секун дах, П - длительность
эталонны х суток (8 6 4 0 0 ).
Координаты X север ного географ ического полю са представлены
рядом их значений в соты х долях секунд географических координат.
П роц ессы в С евер ной Атлантике представлены данны ми о
ср ед н его д о в о й тем п ер атур е п ов ер хн остн ого слоя воды и значения­
ми ледов и тости по р азрезу К ольского меридиана Баренцева моря за
1 9 0 0 - 1986 гг.
Ряды ди н ам и ч еск и х норм этих проц ессов показаны на рис. 3.1 в
ви де норм ированны х и нтегрально-разностны х кривых, по которым
обн аруж и в ается п о д о б и е в развитии процессов.
П р еж де всего сл ед ует отметить ритмичность в развитии вековых
тен ден ци й чисел Вольфа. С начала периода наблю дений на этой ин­
тегральной кривой видна крутая ветвь спада за 1700 - 1724 гг.
П ер и о д 1725 - 1831 гг. представлен усл ож н енн ой по ф орм е
волной (1 7 2 5 - 1765), которая см еняется крутым вы соким подъем ом
с м аксим ум ом в 1784 г. и глубоким сп адом , окончивш имся в 1831 г.
Таким обр азом , сф ор м и р ован ритм, состоящ ий из д в у х разны х по
ф ор м е и вы соте волн.
С 1832 п о 1934 г. сф орм ировалась новая распластанная, у сл о ж ­
ненная по ф ор м е, волна, повторяю щ ая в другом м асш табе волну
1725 - 1765 гг. С 1935 г. начался крутой подъем новой вы сокой
волны , п ов тор яю щ ей , такж е в др угом м асш табе, характер п одъ ем а
1 7 6 6 - 1793 гг. п р ед ы д у щ ей крутой волны. Таким о б р а зо м , м о ж ­
но сч и тать, что в р азв и ти и вековой т ен д ен ц и и со л н еч н о й актив­
н о ст и ф о р м и р у е т с я сл ед у ю щ и й д в о й н о й ритм , в н ек о т о р о м р о д е
21
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
1700
1800
1900
ГОДЫ
Рис. 3.1. Нормированные интегрально-разностные кривые динамических
норм гелиогеофизических процессов,
а - солнечная активность, б - скорость вращения Земли, в - координата X северного
географического полюса Земли на начало года, г - среднегодовая температура
поверхности воды по Кольскому меридиану в Баренцевом морс
повторяю щ ий преды дущ ий ритм из д в у х волн, но и м ею щ и й д р уги е
масш табы развития явления. З д есь , по м н ен и ю автора, открывается
возм ож ность прогноза векового х о д а сол н еч н ой активности на не­
сколько десятилетий вперед. Э та задача д о н астоя щ его врем ени не
реш ена и им еет сам остоятел ьн ое н аучн ое зн ач ен и е [20].
С овместны й анализ хода вековы х тен ден ц и й чисел В ольф а и
ск ор ости вращения Земли показы вает их соп р яж ен н ость: с 1766 г.
для чисел Вольфа и с 1893 г. для ск ор ости вращ ения (см . рис. 3.1).
С огласн о некоторы м представлениям , н ер авн ом ер ность су точ н ого
вращ ения Земли обусл ов л ен а п р оц ессам и , п ротекаю щ им и в атм о­
сф ер е и гидросф ере. Являясь отраж ен и ем эти х п р о ц ессо в , неравн о­
м ерность вращения Земли со д е р ж и т ц ен н ую и н ф орм ац и ю о б этих
п р оц ессах в целом для Земли [5 0 , 6 1 , 82 - 8 3 ]. Таким о б р а зо м , про­
цессы на С олнце по времени отдел ен ы от колебан и й ск орости вра­
щ ения Земли изм енениям и в ги д р осф ер е и атм осф ер е. И зм енения в
ди н ам и ке и терм ике океана и атм осф еры р аздел я ю т два крайних
п р оц есса - сол н еч н ую активность и скорость вращ ения Зем ли.
22
С опряж ены с сол н еч н ой активностью , но с обратны м знаком по
ср авнени ю с о ск ор ость ю вращ ения Зем ли, колебания длительны х
тен ден ц и й координаты X географ ическ ого полю са Земли на начало
года (см . рис. 3 .1 ).
В ековы е т ен д ен ц и и х о д а тем пературы воды Баренцева моря по
К ольском у м ер и ди ан у сопряж ены со сл едую щ ей распластанной
волной чисел В ол ьф а - 1834 - 1934 гг.
С оп р я ж ен и е х о д а длительны х тен ден ц и й п роц ессов в дан н ом
п орядке показы вает н аи более вероятную последовательность д е й ­
ствия ф и зи ч еск и х м ехан и зм ов передачи влияния сол н еч н ой актив­
ности на зем н ы е п роц ессы . Ц епочка эта, по м нению автора, им еет
сл едую щ и й вид: солнечная активность - терм ические и д и н ам и ч е­
ские и зм енени я в океанах - изм енения циркуляции атм осф еры (как сл ед ств и е п р еды дущ и х) неравном ерность скорости вращ ения
Зем ли и и зм енени я к оордин ат географ ического полю са Земли.
В зав и сим ости от колебаний сол н еч н ой активности, и зм енен и е
термики океана (на п рим ере Баренцева м оря) ощ ути м о проявляются
ч ер ез 80 - 9 0 л ет, а скорости вращения Зем ли и координат геогра­
ф и ч еск ого п ол ю са Зем ли - через 1 2 0 -1 3 0 лет.
3.2. Зави си м о сть атм осф ерной ц и р к у л яц и и Е врази й ского
р еги о н а от солнечной ак ти вн ости
З ав иси м ость характеристик атм осф ерн ой циркуляции от со л ­
н ечной активности и сследован а для рядов индексов цикличности и
антицикличности за 1 9 0 1 -1 9 9 1 гг. Вительса для восьми районов
Евразийского р еги он а. Первый район соответствует р асп олож ен и ю
и сл ан дск ого м и н им ум а давления, второй - включает Северны й Л е­
довиты й океан , трети й приходится на север и центр Западной Евро­
пы, в четверты й вклю чен бассей н В ерхн ей Волги, пятый район с о ­
ответств ует р а сп ол ож ен и ю азорск ого максим ум а давления, ш естой
район охваты вает ю г Западной Европы и С р ед и зем н ое м оре, се д ь ­
м ой - Н и ж н ю ю В ол гу, восьм ой район - Казахстан.
В сов ок уп н ости 16 рядов индексов циркуляции Вительса ха­
р актеризую т п ростр ан ств ен н о-вр ем ен н ую изм енчивость состояния
атм осф еры . Д ля анализа такой систем ы н ео б х о д и м о использовать
м етоды м н огом ер н ого статистического анализа. Ш ирокое п ри м ен е­
ние для эти х ц ел ей получил м етод ком понентов. О со б ен н о сти его
23
использования в гидрологических р асчетах и прогн озах излож ены в
работе [84].
Р азлож ение рядов индексов циркуляции, предварительно п р е­
образованны х по формулам (2 .2 ) - (2 .3 ), на главные ком поненты
вы полнено по корреляционной м атрице. В результате оказалось,
что сущ ественны е вклады в ди сп ер си ю п роц есса вносят первые три
коэф ф ициента разложения по естественны м ортогональны м ф ун к ­
циям. При сум м е собственны х чисел 16 всех коэф ф ициентов со б с т ­
венное число первого коэф ф ициента составляет 8 ,5 0 , второго - 4 ,8 2 ,
третьего - 1,16. С обственны е числа остальны х коэф ф ициентов н е­
значительны.
Анализ зависимости процесса состояния атм осф еры от со л н еч ­
ной активности выполнен в ф орм е взаимны х корреляционны х
функций м еж ду временным ходом первы х трех коэф ф ициентов р аз­
лож ения и ходом вековой т ен ден ц и и чисел Вольф а при их о п ер е­
ж аю щ ем учете д о сдвига 200 лет. На рис 3.2 приведены корреляци­
онны е функции. Н аиболее тесная связь м еж д у п роцессам и н абл ю ­
дается при опереж аю щ ем учете чисел В ольф а в 25 - 30 лет по п ер ­
вому наиболее значим ом у коэф ф иц иенту разлож ения. Т есн ота свя­
зи на этом сдвиге характеризуется коэф ф и ц и ен том корреляции,
равным - 0 ,9 1 . В прошлый п ер и од изм енения качества связей на
противополож ное по знаку п р ои сходи л о через кажды е три - пять
десятилетий. А полный период м еж д у максим ум ам и (м иним ум ам и)
взаимных корреляционных ф ункций составляет 80 - 9 0 лет.
R
Рис. 3.2. Взаимные корреляционные функции первого-третьего коэффициентов
разложения рядов индексов циркуляции по Вительсу с числами Вольфа.
24
Таким обр азом , выявлена связанность и возм ож ность м одел и ро­
вания глобальны х геоф изических процессов в их вековом хо д е (ск о­
рость вращ ения Зем ли, полож ение координат географического полю ­
са Зем ли), п р оц ессов по северном у полуш арию (состояние атм осф е­
ры, м ноголетний х о д температуры воды Баренцева моря) с солнечной
активностью . Н аиболее тесны е связи м еж ду этими процессам и на­
блю даю тся при опереж аю щ ем учете солнечной активности.
Для к аж дого проц есса наилучш ие результаты м оделирования
их дли тельн ы х тен ден ц и й по данны м о тенденциях чисел В ольф а
п олучаю тся при характерном для этого процесса п ер и оде о п ер е­
ж аю щ его уч ета сол н еч н ой активности. Для скорости вращ ения и
к оорди нат географ и ческ ого полю са Земли этот п ер и од составляет
1 2 0 - 130 лет. П ер и од порядка 100 лет разделяет одн ои м ен н ы е фазы
в колебаниях сол н еч н ой активности и терм ических характеристик
Баренцева моря.
В связях сол н еч н ой активности с характеристиками атм осф ер ­
ной циркуляции наблю дается и зм енени е знаков наибольш их к оэф ­
ф ициентов корреляции на противополож ны е через кажды е четы репять десяти л ети й .
В результате м ож но отмстить, что здесь в определенной мере рас­
крыты вопросы причинности и временной последовательности сопря­
жения солнечной активности и геофизических процессов планетарного
масштаба.
3.3 Зави си м о сть стока Волги и уровня К аспийского м оря
о т атм осф ерн ой ц и р к у ляц и и
Связи м н огол етн и х колебаний стока Волги и уровня моря с х а ­
рактеристикам и атм осф ерн ой циркуляции рассчитаны в ф орм е
м н ож еств ен н ой р егресси и отдельно с индексами В ангенгейм аГирса [23 - 2 4 ] и индексам и циклоничности и антициклоничности
по В и тел ьсу [18 - 19]. И спользована интегральная ф орм а п редстав­
ления предик торов и иредиктантов (см . главу 2).
Т есн ота связей оц ен ен а значениям и частны х и м н ож ествен н ы х
к оэф ф и ц и ен тов корреляции м еж ду наблю денны м и и вы численными
по характеристикам циркуляции значениям уровня моря и стока
В олги. Расчеты вы полнены для случаев си н хр он н ого с ги др ол оги ­
ческими п р оц ессам и учета и ндексов циркуляции, т. е. при г = 0 и
при оп ер еж аю щ ем уч ете индек сов на п лет. В качестве расчетны х
приняты п ер и оды сдвигов, соотв етствую щ и е максимальным зн ач е­
25
ниям коэф ф ициентов м нож ествен н ой корреляции. Эти максимумы
наблю даю тся при оп ер еж аю щ ем уч ете ин дек сов циркуляции на 5 6, 11 - 12, 18 - 19 лет, т. е. на сдв и гах, равны х выявленным в р аботе
автора [91] периодичностям в и сходн ы х рядах.
Расчет уровня К аспийского моря с исп ользован и ем и ндексов
атм осф ерной циркуляции В ан ген гей м а-Г и р са [2 3 ,2 4 ] показал, что
на всех сдвигах рассчитанны е уровн и да ж е в общ ем виде не отра­
ж аю т характера м ноголетних колебаний уровня моря, хотя к оэф ф и ­
циенты корреляции м еж ду вы численны м и и наблю ден н ы м и ур ов ­
нями значащ ие и изм еняю тся в предел ах 0 ,4 4 - 0 ,6 4 .
Д ействительно, уровень м оря отраж ает колебания климата, его
влажностны х и тем пературны х характеристик в б а ссей н е и на аква­
тории моря. И ндексы ж е В ан ген гей м а-Г и р са отраж аю т только на­
правления п ереноса воздуш ны х м асс и не характери зую т гл уби ну
барических образований. П оэтом у сл ед у е т признать, что данная
классификация не обладает достаточ н ой и н ф орм ативностью и не
м ож ет быть использована для м оделирования и тем б о л е е для о б о с ­
нования методов прогнозов уровня К асп ий ск ого моря.
Больш ую детализацию атм осф ерны х п р оц ессов д а ю т индексы
Л .А . Вительса [18, 19]. В х о д е интегральны х кривых больш инства
индексов проявляются длительны е периоды повы ш енной и п он и ­
ж ен н ой против нормы и нтенсивности циркуляции.
Связи м ноголетних колебаний стока В олги и уровня К аспий­
ск ого моря с характеристиками данн ой классиф икации атм осф ер ­
ных ситуаций рассм отрены с и сп ол ьзовани ем рядов циклоничности
и антициклоничности в районах и сл ан дск ого м иним ум а давления
(Jz 1, J a \ \ В ерхней Волги (Уг4, J a 4 ) - Н иж ней Волги { J z l, J a l) \ ан­
тициклоничности в районах азор ск ого м аксим ум а давления (Уд5) и
К азахстана (Уа8). В табл. 3.1 приведены оценки тесноты связей при
сдв и ге 0, 6, 11, 12, 18 лет о п ер еж аю щ его уч ета характеристик атм о­
сф ер н ой циркуляции к уровн ю моря, стоку В олги.
Н иж е приведены уравнения м н ож еств ен н ой р егр есси и только
для сдвигов, равных 0 лет, что соотв етств у ет си н х р о н н о м у уч ету
п роц ессов , и 12 годам . Они и м ею т сл едую щ и й вид:
для уровня моря
т= 0
26
Hi = - 1.1ZU+ 10.3Z4.i-9.1Z7.i-5 .0 Z ,I.i + 6.5Z,4.i-12.0Z'7,i + 17.6Z'5,i - 2.5Z'8,i + 125.3;
(3.2)
г —12
Н,- —- 2.3Z(,(j_i2) + 5.3Z4.(i-i2)_ 7.2Z7.(j_i2) + 9.9Z'i,(j_i2) -3.8ZV.2) - 12.9ZV,2)" 4.4ZV,2) + 20.8Z'8.(i_i2) + 149.3 (3.3)
для стока Волги у Волгограда
т= О
Zb j = —0.2Z j j + 0. IZ 4j + O.3Z 7j —0.5Z'i j + 0.2Z'4 j —
-0.3Z’7ii + 0.7Z’5.i - 0.5Z\i + 0.9;
T= 12
Zo.i = - 0.3Zi,(i-12) + 0. lZ 4 i(i_!2) - 0.3Z7,(i_i2) + l.lZ'| (i_12) - 0.3Z'4,(i_i2) - 0-2Z'7.(i-!2)- 0.5ZV12) + 1-3Z'g(i_i2) -1.8... (3.4)
где H,— средний годовой уровень моря г-го года, Z B i - ординаты
нормированной интегрально-разностной кривой годового стока
Волги, т - п ериод опереж аю щ его сдвига, в годах (заблаговремен­
ность прогноза).
Ординаты интегрально-разностных кривых циклоничности о б о ­
значены через Z, антициклоничности - через Z (цифры у ординат
означают номера районов).
Таблица 3.1
Ко эф ф ициенты корреляции связей уровня К аспийского моря
и стока В олги с характеристиками индексов циркуляции
Сдвиг
X, число
лет
Частные по индексам
Jz4
JoA
0
6
11
12
18
-0,72
-0,87
-0,89
-0,89
-0,83
0,02
-0,22
-0,45
-0,49
-0,79
0
6
11
12
18
-0,23
-0,47
-0,58
-0,60
-0,66
0,36
0,29
0,09
-0,01
-0,43
0
6
11
12
18
-0,26
-0,47
-0,59
-0,61
-0,64
0,32
0,28
0,01
-0,10
-0,45
Jal
Ja\
Jz 1
Уровень Каспийского моря
-0,48 -0,32 -0,29 -0,31
-0,73 -0,59 -0,40 -0,15
0,02
-0,86 -0,77 -0,37
-0,88 -0,80 -,033
0,03
-0,93 -0,93 -0,16 -0,10
Сток Волги у пгт. Поляна
0,16
-0,06 -0,10
0,13
-0,20 -0,02 -0,63 -0,02
0,37
-0,46 -0,25 -0,62
-0,52 -0,32 -0,58
0,40
-0,65 -0,60 -0,17
0,08
Сток Волги у Волгограда
-0,17 -0,16
0,10
0,13
-0,24 -0,04 -0,66
0,11
0,42
-0,50 -0,31 -0,58
-0,56 -0,39 -0,53
0,42
-0,64 -0,60 -0,08
0,02
Jzl
Мно­
жест­
венные
Ja5
Уа8
0,64
0,47
0,28
0,24
-0,04
0,36
0,17
-0,05
-0,09
-0,46
0,922
0,973
0,971
0,973
0,951
0,71
0,62
0,47
0,42
0,12
0,59
0,52
0,33
0,26
-0,17
0,805
0,845
0,889
0,898
0,715
0,69
0,59
0,41
0,34
0,09
0,56
0,49
0,26
0,17
-0,20
0,810
0,838
0,894
0,899
0,688
27
На рис. 3.3 приведены результаты расчетов стока Волги у В ол­
гограда и уровня Каспийского моря для вариантов синхронного
учета переменных г = 0 и при опереж аю щ ем учете характеристик
атмосферной циркуляции на 12 лет. В последнем случае наблю да­
ется совпадение вычисленных хода уровня моря и стока Волги с
наблюденными данными на всем пери оде, включая спады в 3 0 -е и
7 0-е годы, подъемы в 80-е годы. Наилучш ие результаты расчетов,
полученные при опереж аю щ ем учете индексов атмосф ерной цирку­
ляции на 12 лег, открывают возм ож ности для прогнозов стока В ол­
ги и уровня моря с такой заблаговрем енностью , поскольку парамет­
ры уравнений известны для всего периода прогноза.
а
б
Рис. 3.3. Наблюденные (1) и рассчитанные по индексам Вительса (2) сток
Волги у Волгограда (а) и уровень Каспийского моря (б) при сдвиге в т.
28
С ущ ествую т возм ож ности прогнозировать погодичные значения
стока Волги и уровня моря по характеристикам атмосферной циркуля­
ции, но их реализация требует дополнительных исследований.
Таким обр азом , м одел ирован ие м ноголетних колебаний стока
В олги и уровня К асп ий ск ого моря по внеш ним к б а ссей н у ф акто­
рам -харак тер и стик ам атм осф ерн ой циркуляции дало полож итель­
ные результаты и перспективн о в отнош ении долгоср очн ы х п рогн о­
зов стока В олги и уровня моря.
3.4. Т ен ден ци и в ко л еб ан и ях гидрологических процессов
реги о н ов бассейна К асп и йского моря
О соб ен н о ст и вековы х изм енени й геоф и зическ и х характеристик
на контин ен те проанализированы на прим ере данны х о стоке круп­
ных рек и уровня К асп и й ск ого моря. Н аибольш ее вним ание удел ен о
К асп и й ск ом у б а ссей н у. З десь использованы данны е по всем ств о­
рам, им ею щ им длинны е и н адеж ны е ряды наблю ден и й за годовы м
сток ом рек. В др уги х р айонах отбор информации был случайны м.
Так, на А зи атск ой терри тории наряду с годовы м стоком рек исполь­
зованы и такие характеристики, как максимальные в го ду расходы
воды , приток к водохранилищ ам .
На рис 3 .4 приведены наблю денн ы е и сглаж енны е по ф орм уле
(2 .2 ) значения составл яю щ их рядов стока рек бассей н а В олги, при­
ращ ений уровня К асп и й ск ого моря. На каждый п ром еж уток врем е­
ни сглаж ен н ы е значения д а ю т базисны е величины признака. П ол о­
ж ения п ер ел ом н ы х точек в наблю денны х и сглаж енны х рядах для
длительны х м аловодны х и м ноговодны х периодов совп адаю т, при­
чем м аксим ум ы исходн ы х посл едовательностей отличаю тся от мак­
си м ум ов ди н ам и ч еск и х норм рядов на величину +ст, а м инимум ы на значения -ст. Э то п ол ож ен и е важно учитывать для в озм ож н ого
конструирования н абл ю ден н ы х значений перем енны х по рядам их
ди н ам и ч еск и х норм. К ор откоп ери одн ы е колебания н аблю ден н ы х
значений п ер ем енн ы х оср сдн яю тся, но их х о д н аходи т отраж ение
на сглаж енной кривой. Таким обр азом , х о д ди нам ических норм ря­
дов м ож н о рассм атривать как и зм енени е базисны х составляю щ их
п ер ем енн ы х в рассм атри ваем ом п ер и оде времени.
На всех в о д осбор ах В ол ги н аблю дается сходн ы й характер ко­
л ебани й ди н ам и ч еск и х норм стока с незначительны ми отклонения­
ми во врем ени и ам п ли туде наступления характерны х фаз. В част­
ности, п ов сем ест н о отраж ается м аловодье 3 0 -х и 7 0 -х годов X X в.,
отраж ены такж е фазы м аксим ум ов 2 0 -х и 80-х годов. В колебаниях
29
динам ических норм стока рек бассей н а В ол ги н аблю дается ярко
выраженная си нхронн ость и п одоби е.
С инхронность в колебаниях стока рек на больш их территориях
исследовалась рядом авторов различны ми м етодам и (см . наприм ер,
[28, 70]). Наличие син хр он ности в настоящ ее время м ож н о считать
доказанны м. П одоби е в х о д е ди н ам и ч еск и х составл яю щ и х стока
крупных рек является дополнительны м док азательством н еслуч ай ­
ности изменения характеристик стока во врем ени и пространстве.
1900
1950
ГОДЫ
Рис. 3.4. Наблюденные (I) и сглаженные биномиальным фильтром (2) ряды
годового стока рек и приращений уровня Каспийского моря.
1- Ока, г. Муром; 2- Вятка, г. Киров; 3- Кама, г. Пермь;
4- Белая, г. Уфа; 5- Волга, п. Поляиы;6 - Волга, г. Волгофад;
7- Каспийское море.
30
Рис. 3.5. Нормированные интегрально-разностные кривые динамических норм
годового стока рек (1-6) и приращений уровня Каспийского моря (7)
Сглаженны й -
динамически осредненный -
ряд приращений
уровня К аспийского моря отражает все особенности изменения дина­
мических норм стока Волги в нижних створах: посты Поляна и В олго­
град, причем если сток Волги был ниже нормы, в это время осреднен-
31
ные приращения уровня моря были отрицательными и наблюдался
период спада уровня; при стоке, превыш аю щ ем норму, и полож итель­
ных значениях приращений наблюдался п ер и од подъема уровня моря.
П од оби е в изм енениях ди н ам и ч еск и х н орм стока м н оги х рек и
приращ ений уровня К аспийского моря сл у ж и т док азательством н е­
случайности колебаний этих состав л яю щ и х, т.е. д ет ер м и н и р о ­
ванности данны х процессов.
Длительны е тенденции детер м и н и ров ан н ы х составляю щ их го ­
довы х стока рек К аспийского бассей н а и приращ ений уровня моря
прослеж ены по интегральным кривым (р и с 3 .5 ). Ряд приращ ений
уровня моря принят по данны м четы рех водп остов: Баку, М ахачка­
ла, Ф орт Ш евченко, Красноводск.
Для интегральной кривой приращ ений уровня моря характерна
волна, соизмеримая по форме и длительности с х одом уровня моря и
длительными тенденциями детерм инированны х составляю щ их го д о ­
вого стока нижних створов Волги. Но х о д этой кривой несколько от­
личен от хода интегральных кривых стока рек, осо б ен н о в крайних
высоких и низких ее полож ениях. Здесь сказывается влияние д о п о л ­
нительных факторов, не зависящ их от колебания притока. Как пока­
зано в работе [91], на колебания уровня моря осн о в н о е влияние ока­
зывают так называемые вариационные составляю щ ие водн ого балан­
са моря - сток рек и осадки. Но в крайне вы соком и низком п ол ож е­
ниях уровня моря зам етное влияние начинаю т оказывать стабилизи­
рую щ ие уровень факторы - испарение и сток в Кара-Богаз-Гол. При
высоких уровнях вследствие плоского рельеф а котловины моря по
северном у и восточном у берегам резко увеличивается не только о б ъ ­
ем , но и слой испарения за счет сильного прогревания м елководны х
затопленны х участков суш и и увеличения длины разгона, а сл едов а­
тельно, и скорости ветра. Увеличивается при вы соких уровнях и сток
в залив Кара-Богаз-Гол. Не пропорциональное р осту уровня увел и че­
ние расходны х составляющ их водного баланса моря дает «эф ф ект
падения» уровня даж е при повы ш енном против нормы притоке. При
очень низком стоянии уровня моря ум ен ь ш ен и е испарения и стока в
залив создает «эф ф ект дополнительного п одъ ем а » уровня. Такой эф ­
фект прослеживается на участке интегральной кривой приращ ений
уровня моря в период после 1977 г. З десь при сравнительно слабом
подъем е характеристик стока в ниж них створах Волги наблю дается
интенсивный подъем уровня моря.
32
Таким обр а зо м , осн ов н ой особен н ость ю в колебаниях д ет ер м и ­
нированны х состав л яю щ и х, как годового стока рек К аспийского
ба ссей н а, так и п риращ ений уровня К аспийского моря является на­
ли ч ие дли тел ьной вековой продолж ительности волны, в п ервую
п олов и н у которой сток рек был повыш енны м, а во вторую полови ­
ну, от начала 3 0 -х д о конца 7 0 -х годов, пониженны м по отн ош ен и ю
к норм е. С конца 7 0 -х годов началось ф орм ирование ветви подъем а
новой волны с повы ш енны м стоком для рек и полож ительны м и
приращ ениям и уровня моря.
Н аличие оди н ак ов ой формы длительны х тен ден ц и й различны х
клим атических эл ем ен тов в разны х районах говорит п р еж де всего о
н еслуч ай н ости д а н н о го явления, поскольку качество проявляется
п ов сем естн о. Близкое с х о д с т в о во врем енном развитии различны х
клим атических п р оц ессов сви детельствует о влиянии общ егл обаль­
ных ф акторов наряду с региональны м и.
П одобн ы е ж е явления наблю даю тся, например, для региона оз.
Байкал, которы й принято считать разделяю щ им влияние А тланти­
ч еского и Т и хого океан ов. По разработанной м етоди к е вы делены
детер м и н и ров ан н ы е составл яю щ и е в рядах максимальны х в году
р а сходов воды р. С ел ен ги , годов ого стока р. Ангары в створе Брат­
ск ое водохран и л и щ е, притока к Братскому водохранилищ у и оз.
Байкал. В х о д е интегральны х кривых динам ических норм стока вы­
деляю тся дл и н н оп ери одн ы е участки волн, см ещ енны х по времени и
б о л ее слож ны х, чем на волж ских реках. Но для всех перечисленны х
выше характеристик стока сформированы волны одинаковой формы.
М о ж н о отм етить, что представленны е в работе [41] интеграль­
ные кривые н ек оторы х климатических характеристик, например
числа естест в ен н о-си н оп ти ч еск и х периодов на европейской тер ри ­
тории Р осси и , и м ею т ф ор м у, близкую к интегральным кривым ст о ­
ка волж ских рек. Д ля азиатской территории представленны е в [41]
интегральны е кривые л едов и тости арктических м орей и м ею т вол­
ны, бл и зк ие по ф ор м е к интегральны м кривым дин ам и ческ и х норм
характеристик стока р еги он а оз. Байкал.
С ов п аден и е сам и х ф орм колебаний даж е для различны х харак­
теристик в одн ости в к аж дом отдельно взятом районе сл уж и т док а­
зательством наличия п остоян н о дей ств ую щ и х вы нуж даю щ их при­
чин таких к олебаний.
33
О бщ ие черты в изм енениях стока рек, колебаниях уровня б е с ­
сточны х озер обнаруж ены Р.К. Клиге [39] для всех районов зем н о го
шара. В р аботе [17] показано еди н ств о в и зм енен и и водности к он­
тинентов в масш табах палеоврем ени, т. е. за 4 5 ООО лет.
Если общ и е черты в изм енен и ях в одн ости охваты ваю т всю
планету, то, следовательно, причины таких и зм енен и й долж ны быть
общ им и и, п о-види м ом у, м огут им еть в н езем н о е, т.е. косм и ческ ое
п рои схож ден и е.
В заклю чение сл едует подчеркн уть, что предлож енная в р аботе
методика обработки м ноголетних рядов различны х геоф и зич еск и х
характеристик, в том числе стока рек и приращ ений уровня озер ,
позволяет представлять развитие п р о ц ессо в в сопоставим ы х м ас­
ш табах, т.е. дает возм ож н ость сравнения различны х п роц ессов с
целью обнаруж ения наличия (отсутств и я) о б щ и х зак он ом ерн остей .
Вы полненны е по вы ш еизлож енной м етоди к е расчеты и ср авн е­
ние солнечной активности и геоф и зич еск и х п р оц ессов глобальны х
м асш табов показали сопряж ен ность таких явлений, как изм енения
скорости вращения Зем ли, к оордин ат географ и ч еск ого полю са З ем ­
ли, термики и ледови тости Баренцева м оря, с солн ечн ой активно­
стью предш ествую щ их периодов. С олнечная активность д остаточ н о
тесн о связана с развитием атм осф ерны х п р о ц ессо в в Евразийском
районе, причем н аиболее тесн ы е связи наблю даю тся при о п ер е­
ж аю щ ем учете солнечной активности. Эти связи м еняю т знаки на
противополож ны е через три - пять десяти л ети й . Сток Волги и у р о ­
вень моря м оделирую тся по характеристикам атм осф ерн ой цирку­
ляции предш ествую щ их на 11 - 12 лет.
В развитии процессов внутриконтинентальны х м асш табов, в
частности, в изм енениях различны х характеристик стока рек, при ­
ращ ений уровня К аспийского моря, проявляю тся едины е свойства.
В прош лом наблю дались вековой дл и тел ьн ости волны, а с конца
7 0 -х годов началось ф орм ирование ветви п о дъ ем а новой, возм ож н о
такж е вековой длительности, волны.
Значимы е изм енения клим атических характеристик в б а ссей н е
Волги в центре Русской равнины с конца 7 0 -х годов X X в. о т м еч е­
ны в работах [10, 4 2 ], а некоторы х показателей динам ики вод в р аз­
личны х регионах м ирового океана - в [6 2 , 108].
Таким обр азом , выявлена связь м еж д у глобальны ми гео ф и зи ­
ческими п роцессам и (и зм ен ен и е ск ор ости вращ ения Зем ли и п о л о ­
34
ж ения к оорди н ат географ ич еск ого полю са Земли), п р оц ессов но
сев ер н ом у полуш арию (состоя н и е атм осф еры , м ноголетний х о д
тем пературы волы в Баренцевом м оре) и п роцессам и, характери­
зую щ им и со л н еч н у ю активность в предш ествую щ и е п ериоды , а
такж е оп р ед ел ен а в озм ож н ость их м оделирования. Для каж дого
п р оц есса наилучш ие результаты в случае м оделирования по данны м
о числах В ольф а получаю тся при определ ен н ы х для это го п роц есса
п ер и одах сдви га по отнош ен и ю к п ер и оду солнечной активности.
Для скор ости вращ ения Зем ли и полож ения координат географ и ч е­
ск ого полю са Зем ли такой п ер и од составляет около 100 - 130 лет.
П ер и од ок оло 100 лет наблю дается в сдв и ге одн ои м ен н ы х фаз чи ­
сел В ольф а и тем пературы воды в Баренцевом море.
Н аи лучш ее соп р я ж ен и е солн ечн ой активности с характеристи­
ками атм осф ер н ой циркуляции наблю дается при сд в и ге фаз этих
п р оц ессов на 3 0 лет, а атм осф ерной циркуляции с х о д о м стока В о л ­
ги и уровня К асп и й ск ого моря при оп ереж аю щ ем уч ете характери­
стик циркуляции на 11 - 12 лет.
В о врем ен ном изм енен ии проц ессов увлажнения объектов
внутриконтинентальны х м асш табов, таких, как м ноголетние к оле­
бания стока рек и уровня озер (на прим ере К аспийского м оря), на­
блю дается ф ак ти ческое п о д о б и е их развития на всех объектах в ка­
ж дом ф и зи к о-геогр аф и ч еск ом районе.
В б а сс ей н е К асп ий ск ого моря колебания тенденций стока рек
б а ссей н а В ол ги о с о б е н н о в ниж них створах, соотв етствую т к олеба­
ниям уровня К асп и й ск ого моря. Для этих объектов в 7 0 -х годах X X
в. заверш ен п ер и о д полувек ового ум еньш ения - спада стока рек и
сниж ения ур овня моря. С конца 7 0 -х годов начался п ер и од п одъ ем а,
которы й д а ет начало развития нового, возм ож н о векового цикла
изм енения в одн ост и рек и уровня К аспийского моря.
Для в сех континентальны х объектов осн овн ой вклад в ам п ли ­
т у д у м н огол етн и х изм енен ий этих характеристик вносят низк оч ас­
тотны е состав л яю щ и е колебаний увлажнения.
О бщ н ость осн ов н ы х качеств м ож ет определяться только общ ей
или общ им и причинам и. Их и сследовани е на уровне коли чествен ­
ного м одел и рован ия за периоды прош лых наблю ден и й , а затем п ро­
гноза тен ден ц и й п р оц ессов выполнены на прим ере стока Волги у
В ол гогр ада и уровня К асп ий ск ого моря.
35
4. М ОДЕЛИРОВАНИЕ М Н О ГО Л ЕТН И Х КО ЛЕБА НИ Й
СТОКА ВОЛГИ У ВОЛГОГРАДА ПО СВЯЗЯМ
С ХАРАКТЕРИСТИКАМ И ЧИ С ЕЛ ВОЛЬФА
Характеристики атмосферной циркуляции, как показано в 3.2,
тесно связаны с солнечной активностью предшествующих на 3-5
десятилетий периодов. Атмосферная циркуляция моделирует мно­
голетние колебания стока Волги в нижних створах и уровень Кас­
пийского моря, причем наилучшим образом при опережающем уче­
те характеристик циркуляции на 11-12 лет (см. п. 3.3). Такое поло­
жение явилось основанием для исследования связей между крайни­
ми процессами: солнечной активностью, с одной стороны, и стоком
Волги и уровнем Каспийского моря - с другой. При этом можно
предположить, что наилучшее сопряжение процессов должно про­
исходить при опережающем учете солнечной активности на период,
равный примерно пяти десятилетиям.
Для расчетов использованы ряды чисел Вольфа - W за 1700—
1992 гг., стока Волги по Волгограду - Q за 1879-1992 гг., прираще­
ний уровня - ДН и уровня Н Каспийского моря (по четырем постам)
за 1900 - 1991 гг. Все ряды обработаны по методике, изложенной в
главе 2.
4.1 Методика моделирования
Совмещенные интегральные кривые рядов динамических норм
чисел Вольфа и стока Волги у Волгограда приведены на рис. 4.1.
Совместный анализ развития вековых тенденций солнечной ак­
тивности и стока Волги показывает, что эти процессы сопряжены и
ход тенденций чисел Вольфа моделирует развитие стока Волги.
Возможны два варианта установления связей между процессами.
В первом варианте сопряжение длительных тенденций стока Волги
может производиться с ближней, подобной по форме, волной сол­
нечной активности, т. е. при опережающем учете чисел Вольфа на 45
- 55 лет. Во втором варианте могут устанавливаться дальние связи с
предыдущими распластанной и сосредоточенной волнами на кривой
чисел Вольфа. При таком сопряжении изменения чисел Вольфа за
1725-1765 гг. определяют ход стока Волги за 1879-1977 гг.; подъем
на некоторый период по кривой Вольфа сформирует повышенный
сток в 1978 - 1992 гг. Аналогия в развитии процессов солнечной
36
w
100
о
1
V/"V
3.
*10 м /С
10
5
см
50
д к
/. *
и
лA
л A.'v;
/ ^ и- Л л . , I' ^ л А
i Л/ •/%
VV
w ' ^ V ч /Ч А Л
л
I»
|\ Л
л л A
/Viя.,^
С/ •г;' Ь
А .‘V~
i^V
ь
V \> X7 V 0 V r о \J 'I О
s '
Ч“( Ч 7 у М ^
В
0
-5 0
Рис. 4.1. Колебания характеристик чисел Вольфа (а), стока Волги у Волгограда (б),
приращений уровня Каспийского моря (в).
1 - годовые значения, 2 - динамические нормы, 3 - интегрально-разностные нормированные
кривые динамических норм , v - соответственные фазы, на всех кривых
пронумерованы одинаковыми цифрами.
активности и стока Волги имеется. В случае выражения каждого
процесса в относительных единицах по отношению к общей про37
должш с.п.иосж и максимальным ординатам волн могут быть опре­
делены количественные соотношения между тенденциями измене­
ния солнечной активности и стока Волги, что позволяет в общем
виде построить картину изменения стока Волги почти на 150 лет
вперед. Однако эти положения следует развивать только в случае
установления закономерностей в перестройке динамики вод Миро­
вого океана (как промежуточного звена между солнечной деятель­
ностью и динамикой атмосферы), а также определения зависимости
между динамикой океана, атмосферы и солнечной активностью,
причем не только качественно, но и количественно.
На данном этапе принят первый вариант сопряжения процес­
сов, поскольку очевидно соответствие их развития. Ход вековой
тенденции чисел Вольфа за 1828-1945 гг. моделирует развитие ос­
новных закономерностей в изменениях стока Волги за 1879-1992 гг.
Аналогия в характере длительных волн у этих процессов представ­
лена достаточно наглядно. На кривых можно выделить переломные
точки - точки соответственных фаз, которые позволяют определить
основные закономерности временного сдвига процессов и характе­
ра их количественного сопряжения.
z w
1
Z w
2
Рис. 4.2. Зависимости времени сдвига тв (I) и тенденции стока Волги
у Волгограда г \ (2) от тенденции солнечной активности z’w.
В табл. 4 .1 приведены статистические оценки рядов динамиче­
ских норм стока Волги у Волгограда за принятые иериоды. Исполь­
зуя эти оценки, можно пересчитать значения характеристик Z, в
значения y .t . Для этой цели формула (2.3) разворачивается относи­
38
тельно у п т.е. по известным значениям Z ,, у{, коэффициент ва­
риации, вычисляются величины у {.
Таблица 4.1
С тати сти ч еск и е оц ен ки ряд ов д и н ам и чески х норм чисел В ольф а
и с то к а В олги у В о л го гр ад а
Характеристика
Числа Вольфа
Сток, mj /c
Период, годы
1700-1992
1879-1992
Среднее
49,85
7987
Коэффициент вариации
0,42
0,09
На рис. 4.2 представлены сопряженные связи количественных со­
отношений характеристик стока у Волгограда ( Z B ) и сдвига соответ­
ственных фаз тв в зависимости от характеристик чисел Вольфа ( Z w ).
Качество этих связей можно оценить как удовлетворительное.
Зависимость для времени сдвига соответственных фаз аппрокси­
мируется в первом приближении прямой линией, уравнение имеет вид
гв = 0,24 Z V + 64.
(4.1)
Связь между характеристиками Z w и Z B нелинейная, намечает­
ся формирование отдельных ветвей подъема и спада. Ветвь спада
освещена данными приближенно. Следовательно, можно ожидать,
что при моделировании стока в периоды вековых спадов Z w могут
быть отклонения вычисленных значений динамических норм расхо­
дов от наблюденных. Ветвь подъема освещена данными лучше.
Нелинейность связей и тенденция к образованию петли позво­
ляет предположить возможность изменения их качества при пере­
ходе от одной волны солнечной активности к другой. Однако нали­
чие параллельности в ходе кривых чисел Вольфа после их миниму­
ма в 1934 г. и кривой стока Волги после ее минимума в 1977 г. дает
основание полагать, что и далее на некоторый период времени, а
возможно и до конца подъема кривой чисел Вольфа, сохранится
аналогия в развитии процессов. В совокупности две сопряженные
зависимости - самих тенденций Z B и времени сдвига между соот­
ветственными фазами - можно рассматривать как аппарат, иллюст­
рирующий возможность произвести моделирование хронологиче­
ского хода динамических норм стока Волги у Волгограда по дан­
ным о числах Вольфа предшествующих периодов.
39
Поскольку опережение чисел Вольфа наблюдается на 5-6 десяти­
летий, это позволяет произвести прогноз динамических норм стока Вол­
ги по известным значениям чисел Вольфа на 5-6 десятилетий вперед.
4.2 Поверочные прогнозы стока Волги у Волгограда
за 1879 - 1992 гг. по данным о числах Вольфа
за 1828- 1945 гг.
Значения характеристик тенденций изменения чисел Вольфа из­
вестны за весь период наблюдений, они вычислены по формулам
(2.2), (2.3). Поверочные прогнозы динамических норм (детерминиро­
ванных составляющих) стока Волги у Волгограда заключаются в вы­
числении года и значений составляющих стока на вычисленный год.
Для перехода к величинам у ( брались приведенные в табл. 4.1
значения коэффициентов вариации и среднего значения стока.
При расчетах числа Вольфа берутся с опережением по времени
в интервале 45 - 56 лет, т.е. выполняется поверочный прогноз ди­
намических норм стока Волги у Волгограда по данным о числах
Вольфа с отмеченной выше (45 - 56 лет) заблаговременностью.
На рис. 4.3а представлены ход наблюденных средних годовых
расходов воды, наблюденных значений динамических норм годово­
го стока, а также показаны пределы колебаний характерных расхо­
дов воды в продолжительных 25-30-летних циклах водности и ре­
зультаты поверочного прогноза динамических норм стока.
В целом ход спрогнозированных значений отражает особенно­
сти колебания наблюденных. Достаточно надежно выявлены на
этой кривой (кривая 3 на рис 4.3) периоды высокой водности Волги
в 10 - 20-х и 80-х годах XX в. Выражены и периоды падения стока,
особенно в 30-е годы. За весь период наблюдений смоделированные
величины колеблются около наблюденных. Однако период падения
стока в 60 - 70-е годы отражен несколько хуже. В эти годы спрог­
нозированные значения устойчиво превышают наблюденные. Далее
в 80-е годы смоделированная кривая занимает равновесное положе­
ние по отношению к наблюденной.
Часто результаты поверочных прогнозов оцениваются соотноше­
нием обеспеченностей удовлетворительных прогнозов с природной.
Критерий допустимой погрешности поверочных прогнозов для
заблаговременности в несколько десятилетий в гидрометеорологии
40
официально не принят. В работах, дающих сверхдолгосрочные про­
гнозы, заблаговременностью более года производится качественная
оценка прогнозов по совпадению общего хода наблюденных и
спрогнозированных величин.
Рис. 4.3. Колебания характеристик годового стока Волги у Волгограда (а), прира­
щений уровня (б) и уровня (в) Каспийского моря.
I - наблюденные средние годовые значения; 2 - 4 - динамические нормы: 2 - наблюденные,
3 - данные моделирования по числам Вольфа с заблаговременностью 4 - 6 десятилетий,
4 - данные прогноза; 5 - 6 пределы колебании расходов воды, приращений уровня
и уровня моря: 5 - наблюденные,6 - данные прогноза.
41
В данной работе для оценки прогнозов в качестве допустимой
погрешности принято среднее квадратическое отклонение ряда ди­
намических норм стока Волги у Волгограда, значение которого за
рассмотренный период составляет 719 м3/с. Обычно значение до­
пустимой погрешности, равное среднему квадратическому откло­
нению ряда, используется для оценки прогнозов с заблаговременно­
стью прогноза полгода - год.
Результаты поверочных прогнозов видны из следующих соот­
ношений: обеспеченность удовлетворительных поверочных прогно­
зов равна 92 %, природная обеспеченность составляет 65 %. Такое
соотношение показывает хорошее качество прогноза динамических
норм стока Волги по данным о числах Вольфа предшествующих
периодов (габл. 4.2).
Таким образом, процесс изменения длительных тенденций ряда
чисел Вольфа с высоким качеством количественно моделирует изме­
нения стока Волги у Волгограда по разработанным соотношениям.
Заблаговременность такого моделирования составляет 45 - 56 лет.
Таблица 4.2
С р е д н и е п о д е с я т и л е т и я м р а с х о д ы в о д ы ( m 'Vc ) В о л г и у В о л г о г р а д а
Десятилетие,
годы
1880-1889
1890-1899
1900-1909
1910-1919
1920-1929
1930-1939
1940-1949
1950-1959
1960-1969
1970-1979
1980-1989
1990-1992
42
Из среднегодовых
наблюдавшихся
расходов воды
9284
8124
8030
8374
8922
6506
7852
7547
7380
7232
8024
9580
Динамические нормы стока
из наблюденных
данные повероч­
расходов воды
ного прогноза
8272
9028
8377
8406
8247
7929
8084
8264
8755
8845
7237
7084
7543
7486
7344
7589
7592
7428
7174
7650
8258
8280
8445
8448
5. М О ДЕЛИРО ВАН ИЕ М НОГОЛЕТНИХ КО ЛЕБАНИЙ
УРОВНЯ КАСПИЙСКОГО МОРЯ
ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ ЧИСЕЛ ВОЛЬФА
Прогнозы уровня моря разработаны на основе учета характера
сопряжения колебаний тенденций чисел Вольфа и приращений
уровня моря.
5.1. М етодика моделирования
Методика моделирования тенденций уровня моря основана на
использовании соответствия в ходе интегральных кривых динами­
ческих норм рядов чисел Вольфа и приращений уровня моря. Со­
пряжение процессов произведено с ближней волной чисел Вольфа,
т. е. с ее опережением по отношению к уровню моря примерно на 5
десятилетий. Ряд приращений уровня моря в 1980 - 1992 гг. ис­
правлен с учетом влияния перекрытого плотиной стока в залив Ка­
ра-Богаз-Гол в соответствии с [89], т. е. использованы естественные
значения приращений уровня моря.
Здесь можно отметить, что суммарное повышение уровня моря
под влиянием ограничения стока в залив за период 1980 - 1992 гг.
составило 42 см. Причем ежегодный прирост уровня Каспийского
моря постоянно увеличивался, если в 1980 г. этот прирост составлял
2 см/год, то к окончанию регулирования не менее 4 см/год.
Исправленный ряд приращений уровня моря был преобразован
по формулам (2.2), (2.4).
Колебания этого параметра показаны на рис. 4.1 я. Для него
также сохраняется аналогия с колебаниями векового цикла солнеч­
ной активности, но в период спада уровня моря подобие в ходе
процессов нарушается. Причины нарушения соответствия в ходе
вековых тенденций чисел Вольфа и уровня моря подробно рассмот­
рены в работе [91]. Очень ярко на кривой «в», (рис 4.1), проявляют­
ся эффекты «дополнительного падения уровня» при высоком его
стоянии и, наоборот, - «добавочного подъема» при низком уровне.
Эффект «падения» виден в невысоком пике с точкой соответствен­
ной фазы 5 и очень крутом начальном спаде сразу после этой точки.
Добавочный «подъем» уровня при низком его стоянии проявляется
в распластанном характере перед точкой соответственной фазы 7, в
крутом подъеме после 1977 г. В целом имеется аналогия в развитии
43
вековых циклов солнечной активности и хода интегральной кривои
приращений уровня моря, и можно выделить соответственные фазы
в развитии этих процессов.
За период 1900 - 1992 гг. были получены следующие статисти­
ческие оценки ряда динамических значений приращения уровня
моря, вычисленных по данным четырех постов и исправленных с
учетом влияния перекрытого плотиной стока в залив Кара-БогазГол: среднее значение -2,1461 см, коэффициент вариации 2,6578,
среднее квадратическое отклонение 5,70 см. Эти оценки использо­
ваны при пересчете значений ординат интегральных кривых в ди­
намические нормы. Расчет производится по формуле (2.4), развер­
нув ее относительно у j
Z1
,
w
Zw
-4 0
-5 0
-6 0
-7 0
-8 0
-10
10
20
дн
Рис. 5.1. Зависимости времени сдвига Тдц (1)и тенденции приращений уровня
Каспийского моря
(2) от тенденции солнечной активности Z’w-
На рис 5.1 показаны сопряженные связи соответственных фаз
интегральных кривых приращений уровня моря и времени сдвига
соответственных фаз в зависимости от характеристик чисел Вольфа.
Зависимость времени сдвига тдн от характеристик чисел Воль­
фа в первом приближении аппроксимируется прямой линией, ее
уравнение имеет вид
тАН = 0,386Z V + 70,
(5.1)
где Тдн - время сдвига соответственных фаз, число лет, Z ’w - и Z \ w
- соответственно характеристики тенденций базисных составляю­
щих рядов чисел Вольфа и приращений уровня моря.
44
Зависим ость м еж ду характеристикам и приращ ений уровня
К аспийского моря и чисел Вольфа приближенная, в общ их чертах
намечает- эту связь. В целом зависимости между характеристикам и
приращ ений уровня моря и числами Вольфа менее надежны , чем
аналогичны е для стока Волги.
5.2. Поверочные прогнозы тенденций уровня моря
за 1900 - 1991 гг. по данным о числах Вольфа
за 1 8 4 7 - 1947 п .
М оделирование тенденций приращ ений уровня моря заклю ча­
ется в определении года и характеристики тенденции приращ ения
на этот год по данны м о характеристиках тенденций чисел Вольфа
за предш ествую щ ие периоды . Зависимости, приведенные на рис.
5.1, иллю стрирую т возм ож ность моделирования. Для перехода к
самим значениям динам ических норм приращ ений использую тся
значения статистических параметров этого ряда. М оделирование
тенденций самого уровня выполняется по смоделированным значе­
ниям приращ ений как сумма приращений. В качестве начального
уровня может быть принят фактический уровень года начала отсчета.
На рис 4.36, показаны хронологический ход наблю денных при­
ращ ений уровня моря, а такж е их динам ические нормы наблю ден­
ные и см оделированны е по числам Вольфа. В целом картина изм е­
нения всех характеристик ф актически повторяет изменение харак­
теристик стока Волги у В олгограда (рис. 4.3. а, б).
При м оделировании уровня моря учтено влияние перекрытия
плотиной стока в залив, т. е. к см оделированны м по числам Вольф а
уровням последовательно прибавлялась нарастаю щ ая сумма от 2 см
в 1980 г. до 40 см в 1991 г., а сравнение производилось уже с на­
блю денны м и уровням и (рис. 4.3в).
Результаты м оделирования приращ ений уровня моря видны из
следую щ их соотнош ений обеспеченности поверочного прогноза и
природной обеспеченности. При допустим ой погреш ности 6 см
обеспеченность удовлетворительны х поверочных прогнозов при­
ращ ений уровня моря составляет 89,1 % при природной обесп ечен­
ности 68 % , эф ф ективность прогнозов равна 21 % .
Результаты поверочного прогноза вековой тенденции уровня
моря по ряду чисел В ольф а с опереж аю щ им учетом последних пол­
45
ностью фиксирую т и отраж аю т как волну спада уровня моря в
3 0 - 70-е годы, так и подъем уровня, начавш ийся в 1978 г.
Результаты м оделирования уровня моря по числам В ольф а
предш ествую щ их периодов, на взгляд автора, сни м аю т сом нения о
природе колебаний уровня К аспийского моря. Х од вековы х тен ден ­
ций уровня представляет собой низкочастотную составляю щ ую и
описы вает свыш е 90 % д исперсии наблю денны х значений колеба­
ний уровня моря. Эта дли нноп ериодная составляю щ ая с больш ой
эф ф ективностью м оделируется развитием солнечной активности
предш ествую щ их периодов. С ледовательно, основная часть ам п л и ­
туды колебания уровня К аспийского моря определяется и зм ен чиво­
стью солнечной активности.
На основании всего сказанного в главах 2 -5 м ож но отм етить
следую щ ее. П редлож енная м етодика обработки м ноголетних рядов
солнечной активности и различны х геоф изических проц ессов п о­
зволила сравнивать развитие во врем ени процессов различны х м ас­
ш табов: от космических и общ еглобальны х до внутриконтинен тальны х, соизмеримы х по площ ади охвата явлением с географ иче­
ским и зонами.
В результате вы явлена достато чн о тесная связь об щ егл обал ь­
ны х геофизических процессов (скорость вращ ения Зем ли, п олож е­
ние координат северного географ ического полю са), проц ессов в се­
верном полуш арии (состояние атм осф еры , многолетний ход тем п е­
ратуры воды в Баренцевом м оре), континентальны х процессов (на
прим ерах стока бассейна В олги и уровня К аспийского моря) с про­
цессом , характеризую щ им солнечн ую активность предш ествую щ их
периодов.
Д ля каж дого процесса о пределен ы периоды оптим ального о п е­
реж аю щ его сдвига солнечной активности. Д ля общ еглобальны х
процессов эти периоды составляю т порядка ста лет, для кон ти н ен ­
тальн ы х - пять-ш есть десятилетий.
46
6. ПРО ГН О З ВОДНОСТИ РЕК БАССЕЙНА ВОЛГИ
И КО ЛЕБА НИ Й УРОВНЯ КАСПИЙСКОГО М ОРЯ
НА ПЕРИОД КО Н ЕЦ X X -С Е Р Е Д И Н А XXI ВЕКОВ
П ри определен ии будущ его состояния водных ресурсов ис­
п ол ьзу ю т д в а подхода: детерм инистический и вероятностны й. А в­
тор у представляется целесообразны м их объединение и развитие
детер м и н и сти ческ о го направления исследований.
6.1. Нестационарность многолетних гидрологических рядов
В ы воды о стац ионарн ости рядов гидрологических процессов
строятся в настоящ ее врем я на основе сравнения различного рода
кри тери ев, полученны х по этим рядам , с соответствую щ им и пока­
зателям и случайн ы х или им ею щ их незначительную внутрирядную
связн ость последовательностей при заданном уровне значим ости.
К ак правило, при таком анализе исходны й ряд разбивается на р ав­
ны е части, а при наличии искусственны х изменений в реж им е про­
цессов, наприм ер вследстви е строительства ГЭС на реках, разд еля­
ется на периоды до и п осле изм енения.
Н иж е показано, что при ф орм альном делении рядов на равны е
части результаты м огут не отразить особенностей изм енения во
врем ени основны х о цен ок - средних и дисперсий. П редлагается м е­
тоди ка допо л н и тел ьн о го анализа, позволяю щ ая более точн о оп ре­
д ел и ть характер ги дрологи чески х рядов на основе иного принципа
разделен ия данны х. Э то т принцип состоит в делении рядов на части
в соответствии с полож ен ием экстрем ум ов во временном ходе их
норм и рован ны х ин тегрально-разностны х кривы х и вы числении по
полученны м частям рядов необходим ы х критериев.
А нализ стац и о н ар н о сти длительны х рядов годового стока рек,
а такж е приращ ений уровня и объем а К аспийского моря вы полнен
для д вух вариантов разд ел ен и я рядов. В первом варианте исследуе­
мы е ряды бы ли р азд елен ы традиц ионн о на равны е части. Во втором
варианте при вы чи слен ии характеристик однородности ряды разд е­
л яли сь в соответствии с полож ением переломны х точек на инте­
грально-разностны х кривы х.
В данном исследовании не ставилась задача определить влияние
Волжско-Камского каскада ГЭС на характеристики стационарности
рядов годового стока рек. О днако можно отметить, что по данны м [ 1]
47
48
1
in
*
%
О
ГМ
оо
ГМ
On
00
On
ON
1560
686
40
го
огм
79,0
oo
1690
On
о
Г-'
406
оо
гм'
3го
8гм
vd
г-
1660
оо
го
ГО
ГМ
ГО
rt
ГО
952
1650
1
1000
о
см
00
;
8540
1180
7200
1470
8570
1350
7580
1480
ГМ
ГМ
1470
8460
1160
7040
1510
8100
«о
о(N
1440
ОО
ОС
79,0
1340
гм
%
ON
7450
ь
Г"
On
1500
2
Г"
7970
ro
84,3
0
19,1
.
68,0
$
20,3
ь
СО
TJ-
81,7
:
г~-
19,4
%
! 71,6
ь
20,2
5
СО
гм
о
го
гм
гм
Г"
г-
ш
«о
Г"
in
го
ЧО
Г"
со
rГ"'
-'t
12,8
ГО
0\
со
7
13,4
12,0
1
11,6
10,5
410
оо
оо
10,2
ON
-6,4
44,6
Г-'
со
-0,7
ГО
ГО
-24,5
200
ГО
13,4
Г"
"3;
оо
53,2
г-
75,5
гм
оо
51,8
on
ГМ
40
82,2
on
lO
СО
82,0
оо
о
206
NO
1
1200
1170
12,7
to
Волга - Ельцы,
75,3
1891-1988
Волга - Поляна
7710
1877- 1993
Волга - Волгоград,
! 7990
1879-1993
Ока - Муром,
1881- 1993
Кама - Пермь,
1650
1881-1993
Белая - Уфа,
1878- 1993
Вятка - Киров,
1878- 1988
Приращение объема моря
-4,5
(км^год), 1901-1994
Приращение уровня
моря (см), 1901 - 1994
2Г
а
£
*2
Река - пункт,
период наблюдений
период наблюдений (№1) и для двух вариантов деления на части (JVa2 - №6), (м3/с для стока рек)
Средние {у ) и средние квадратические отклонения (а) рядов за полный
<3
оо'
гм'
гм
со
Y
т
сум м арны й полный объем всех водохранилищ равен 168 км 3, мертвый
объем составляет 88 км3. Заполнение водохранилищ каскада происхо­
дило в период 1937 - 1981 гг. Безвозвратные изъятия стока рек были
равны 1-2 км3/год и только в 1955-1957 гг., во время заполнения Куй­
бы ш евского водохранилищ а, доходили до 8 км3/год. При норме годо­
вого стока Волги у Волгограда в 250 км3/год такие объемы сокращ ения
стока не могли дать значимых изменений в оценках рядов.
В табл. 6.1 приведены средние и средние квадратические откло­
нения рядов за полные периоды наблюдений (№ 1) и для двух вариан­
тов: при делении рядов на равные половины (№ 2, 3), при подразделе­
нии рядов в хронологическом порядке в соответствии с положением
переломны х точек на интегрально-разностных кривых, причем для
всех рек приняты едины е сроки перехода от одного режима водности к
противополож ному (№ 4, 5, 6). Данные под № 4 рассчитывались по
части рядов от начала наблюдений до 1929 г., который соответствует
максимуму больш инства интегральных кривых, данные под № 5 - по
части рядов за 1930 - 1977 гг., данны е под № 6 - от 1978 до 1993 г.
В табл. 6.2 даны критерии однородности (критерии Ф и ш ера и
С тью дента), определен ны е по оценкам сравниваемых частей рядов
для 5 % -ного уровня значим ости [31].
Таблица 6.2
К р и т е р и й Ф и ш е р а ( F ) и С т ь ю д е н т а (/) п р и с р а в н е н и и о ц е н о к ч а с т е й р я д о в
в с о о т в е т с т в и и с д а н н ы м и т а б л . 6.1
Пункт
Волга-Ельцы
Волга-Поляна
Волга-Волгоград
Ока-Муром
Кама-Псрмь
Белая-Уфа
Вятка-Киров
Приращение
объема Каспий­
ского моря
Приращение
уровня Каспий­
ского моря
№2 и №3
F
t
1,12
1,81
1.24
1,96
1,20
3,15
1,68
1,12
М4
0,18
1,12
0,88
1,16 2,91*
2,40*
1,25
Сравниваемые части рядов
№5 и №6
№4 и №5
t
t
F
F
3,20*
2,25
2,65*
1,13
3,90*
1,02
4,18*
1,69
5,02*
1,03
3,83*
1,55
3,34*
1.26
1,31
2,95*
1,97
2,97*
1.19
1.11
2,73*
1,08
1,28
2,38*
1,10
4,45*
3,87
3,09*
1,97
1,38
1,18
5,95*
1,10
1,06
2,35*
2,02*
1,32
5,21*
№4 и №6
F
t
2,53
0,40
0,87
1,66
1,51
0,08
1,04
0,51
1,45
1,07
0,40
1,38
4,24*
0,17
1,63
3,69*
1,42
3,85*
* Сравниваемые ряды неоднородны по соответствующей оценке.
49
Характерно, что при делении рядов на равные половины прак­
тически по всем рядам следует сделать вывод об их принадлежно­
сти к одной генеральной совокупности.
При разделении рядов в соответствии с ходом интегральных кри­
вых, причем с делением на части в единые для всего региона годы, со­
ответствующие переходу от одного режима водности к противопо­
ложному, результаты различаются. Сравнение рядов по статистике
Фишера показывает однородность в любом варианте сопоставления
частей, т. е. дисперсии процессов во времени меняются незначительно.
По статистике Стьюдента все ряды неоднородны, средние значения
значимо различаются по периодам, т. е. по этой оценке ряды неста­
ционарны. Нормы, определенные по периодам от начала наблюдений
до 1929 г. и за 1930 -1977 гг. (№4 и №5) значимо различаются для
1%-ной обеспеченности. Такие же различия наблюдаются при сравне­
нии частей рядов № 5 и №6, т. е. за периоды 1930-1977 и 1978-1993 гг.
Однако сравнение рядов № 4 и №6 показывает их однородность.
6.2. Рекомендации по определению статистических
оценок годового стока рек бассейна Волги и уровня
Каспийского моря на перспективу пяти-ш ести
десятилетий
Выше показана нестационарность норм годового стока рек бас­
сейна Волги и приращений уровня Каспийского моря.
По мнению автора, ответственными за нестационарность средних
многолетних значений гидрологических характеристик в бассейне
Волги являются колебания базисных значений солнечной активности
предшествующих периодов. Подъем кривой Вольфа, продолжавшийся
с 1935 по 1992 г. (см. рис. 4.1), т.е. почти 60 лет, а также параллель­
ность хода интегральных кривых стока Волги на последнем участке (с
1977 по 1992 г.) участку кривой Вольфа, (с 1935 г.) позволяют принять,
что многоводный период в бассейне Волги, начавшийся в 1978 г., бу­
дет продолжаться в целом не менее шести десятилетий.
Из анализа характера сопряжения процессов стока рек и хода
солнечной активности за последний период следует, что оценки го­
дового стока рек бассейна Волги при проектировании могут быть
определены по частям рядов годового стока. Использование пол­
ных периодов может существенно занизить оценки, а следователь­
но, и надежность основанных на них хозяйственных решений.
50
В разделе 1.3 было отмечено, что выполняемые в настоящее
время проработки по вероятному положению уровня Каспийского
моря на перспективу основаны на оценках составляющих водного
баланса моря, определенных по последнему периоду. Однако в ра­
ботах отсутствуют какие-либо доказательства о сохранении этих
оценок в будущем.
В данном разделе эти доказательства даны, они основаны на
учете характера колебаний таких влажностных характеристик кли­
мата, как сток рек, уровень Каспийского моря, происходящих под
влиянием изменений естественных причин.
Таким образом, при определении будущего состояния водных
ресурсов целесообразно объединить выводы детерминистического
и вероятностного методов анализа. На примере рек волжского бас­
сейна показано, что оценки годового стока на перспективу конец
XX - первая половина XXI в. необходимо определять не по всему
периоду многолетних наблюдений, а по частям рядов, соответст­
вующим многоводным периодам.
6.3. Прогнозы стока Волги у Волгограда и тенденции
изменения уровня Каспийского моря
на период конец XX - середина XXI в.
Методика прогноза стока Волги у Волгограда на перспективу отра­
ботана на периоде 1970-1992 гг. В качестве предикторов использованы
значения Z ’w за период 1922-1945 гг. (табл. 6.3). Время сдвига между
колебаниями характеристик чисел Вольфа и стока Волги у Волгограда
вычислено по зависимости (4.1). Далее по известным величинам AZ w ,
используя коэффициент вариации и среднее ряда динамических норм
Волгограда (см. табл. 4.1), вычислены значения y t , развертывая форму­
лу (2.3) относительно у, - За использованный период (1970-1992 гг.)
обеспеченность удовлетворительных поверочных прогнозов составила
87 % при природной обеспеченности 57 %, в качестве допустимой по­
грешности принято значение, равное 719 м3/с.
Эта методика использована для прогноза ряда динамических норм
стока у Волгограда до 2056 г. В табл.6.3 приведены использованные
для прогноза предикторы Z’w.- Результаты прогноза ряда динамиче­
ских норм стока Волги у Волгограда представлены на рис. 4.3 а.
51
чэ
OO
О
ON О
СП
I
cs
ar
з
<з
О
ГО
>Л
CN
t
I
ON
О
О
СП
NO
I
О О 00 oo
ю on со <5
^
^ <ч S
T}- NO On
ro cn
t
(2
rt 40 CNON Ю Tt О
гм no no no ro »o ro
r- CN NOо OO о NO
ОС C
N ro ' t I4- in* oo
Г- Г" nO
I I I
ro cn
CN —<
I
CO CN —<
I
I
I
NO Г- CN CN
O' — 00
»0 О ro r~-~ [
in in
NO ON NO ON m
CN
cn CN
r- r- NO
I I I 1 I I I
a. U
u
2 rs
on
X ON
S
X
§5
J
s
r- on OO NO cn
oo
Г ' Tt
oo n in 1Л >-i
NO m no
Tt Г" OI
О <o
( NO tO СП СП
I
I
о
Г4
~
s ^
<s
— 5
о
О
NO
о
>o CN
I
s 5
e;
^ aЛ
x
=
3 о
CQ **
S
x
Q. 3
'X £
x s
C
3 Q,
Q,
g
I
I
ONOn CN tO СП Г'~
CN Г- Ю ON NO
о - >o - - (Л
to On Tf OO —* NO
Г" NO Ю СП СП —•
I I I I I I
ю о го
ON о ^
in NO in
-
OO -< К
I
ro
I
cn о oo
Г- — NOО
VO — О
r-
3 °
=A ^О
I
—
Г'
—
5 ©
£ «
1Л О Ю
I
Г" tO cn cn —•
I
I
I
I
I
CNNO — СП Г- О
m on <n ^3OONO OO О ON oo
О Г ' ON — 00
r- г- to го со —«
I I I I I I
on г -
CO NO
О ON
О
*— «О on vo CN ^ ON О
О ^ M rn О
CN О t О
— ON ON <N CD P .
Г*'- ( Г4 1Л СО ГО CN О
no
г
§
л CQ
■2 a>
I
I
I
I
I
I
I
E5 о
a s
О з*
О Г - ГО 00 NO ro
CN Г- CN
>o
On
CN OO On CN C
^N
cn — О
^
I
I
<N
ГО
CN
|I
I
I
Г- Г" NO
I
тг cn oo — m
—
— CN O
NC
CN
N NO
^ O
“ГО
n
Г"ГО
CO —• —« CN ГО Tf no"
r— Г NO
ro CN
I
I
t
Средние по десятилетиям значения прогноза стока Волги у
Волгограда составят:
Период
1990-99
2000-09
2010-19
2020-29
2030-39
2040-49
2050-56
м3/с
8670*
8820
8740
8460
8510
8810
9140
км3/год
273
278
275
267
268
278
288
Средний сток Волги у Волгограда за разные периоды равен
следующим значениям:
Период
1879-1993
1879-1977
1978-1993
м3/с
7990
7910
8540
км3/год
252
249
269
Средний сток за 1993-2056 гг. составит 8720 м3/с, или 275 км3/год.
Таким образом, значение прогноза стока за весь период - с 1993 г. до
2056 г. - превысит средний сток периода 1879-1993 гг. на 10 %.
Встает вопрос о времени перехода стока Волги на пониженный
против нормы (250 км3/год) сток. Это зависит от дальнейшего хода
чисел Вольфа. К 1995 г. завершался, но еще не был окончен 22-й
цикл солнечной активности. Числа Вольфа за 1993 и 1994 гг. были
58 и 40 соответственно. Далее продолжился спад 22-го цикла, после
его завершения начался подъем 23-го цикла активности. Если 23-й
цикл будет значительно ниже 22-го, то перелом в ходе стока Волги
наступит в 2058 г.
Выше даны значения спрогнозираванных динамических норм
стока. Интерес представляют возможные отклонения наблюденных
годовых расходов от спрогнозированных. Суждение об этом может
быть получено по характеристикам отклонений исходного от сгла­
женного рядов расходов, т. е. наблюденных расходов от ряда дина­
мических норм. Поскольку дисперсии частей рядов существенно не
меняются (см. табл. 6.2) и критерии Фишера показывают однород­
ность этих характеристик, то следует принять и на будущий период
те же значения отклонений, которые наблюдались за период 1879—
1992 гг. Среднее значение ряда отклонений наблюденных расходов
* Фактическое значение по данным ГГИ 8845 м3/с.
53
от сглаж енны х значений составл яет ±1160 м 3/с, в пределах этой ве­
личины находится 64 % всех случаев. С ледовательно, наблю денны е
значения средних годовы х р асходов м огут отклоняться от сп рогн о­
зированны х динам ических норм на эту величину, причем к м акси­
мальны м значениям по ряду эта величина сум м ируется со знаком
(+), к минимальны м - со знаком (-). Э то вы текает из м етодики оп­
ределения динам ических норм стока. М акси м альн ы е отклонения
наблю денны х расходов от д инам ических норм составл яю т ±3000
м 3/с, следовательно, такие отклонени я реальны х средн их годовы х
расходов от спрогнозированны х динам ических норм возм ож ны и в
период 1993-2056 гг. На рис. 4 .3 а показаны пределы возм ож ны х
колебаний средних годовы х расходов воды В олги у В олгограда на
период прогноза.
П рогноз приращ ений уровня К аспи йского моря вы полнен
аналогично прогнозу стока В олги.
Время сдвига характеристик чисел В ольф а и приращ ений
уровня К аспийского моря вы чи слен о с использован ием уравнения
(5.1). По значениям приращ ений интегральной кривой чисел В оль­
фа определены приращ ения уровня, разверты вая ф орм улу (2.4) от­
носительно у, с использованием оценок ряда приращ ений уровня среднего ряда -2 ,1 4 6 см и коэф ф иц иента вариации 2,658, среднего
квадратического отклонения 5,7 см.
На рис. 4.36 приведен ход приращ ений уровня до 2061 г. Н а­
блю денны е средние годовы е приращ ения уровня б удут отклоняться
от значений динам ических норм в пределах ±25 см. В периоды ста­
билизации уровня в конце 90-х годов XX в., в 20-х и начале 40-х
годов XXI века наиболее вероятны отрицательны е приращ ения
уровня до 25 см. в отдельны е годы .
Синхронность в колебаниях стока В олги и при ращ ени й уровня
К аспийского моря на период прогноза сохраняется.
Наиболее высокие сток Волги и приращения уровня моря следует
ожидать в первые два десятилетия XXI в. (до 2015 г.) В период 1996—
2000 гг. и после 2015 г. в течение примерно двадцати лет сток Волги в
отдельные годы не будет превы ш ать 200 км3/год, или превысит это
значение на 10-15 %. В эти периоды уровень моря будет близок к ста­
билизации, в отдельные годы возмож но его падение до 25 см.
54
У стойчивы й спад уровня начнется с 60-х годов третьего т ы ся ­
челетия. Это произойдет при условии, что 23-й и последую щ ие
од и нн ад цатилетние циклы солнечной активности будут ниж е 21-го
и 22-го циклов. В противном случае, т.е. при дальнейш ем п овы ш е­
нии 23-го и последую щ их циклов активности, тенденция подъем а
уровня м ож ет сохраниться.
На рис. 4.3в приведен ход тенденции уровня К аспийского м оря,
полученны й как последовательная сумма спрогнозированны х зн а­
чений динам ических норм приращ ений уровня. К 2061 г. уровень
моря м ож ет д остичь отм етки -2 4 ,0 м.абс.
О ш ибки прогнозов стока В олги у В олгограда и уровня К асп и й ­
ского моря произойдут, если ф актическая аппроксимация зави си м о ­
стей т = / ( Z w ) врем ени сдвига соответственны х фаз характеристик
солн ечн ой активности, стока В олги и приращ ений уровня м оря б у ­
д у т в значительной степени отличаться от принятых прям ы х линий.
В д ей стви тельн ости эти связи по-видим ом у нелинейны. П ри на­
стоящ ем объем е исходной инф орм ации уточнить эти зависи м ости
не представляется возм ож ны м . В ероятна аппроксим ация зави си м о ­
стей в виде парабол, но возм ож ны и гиперболы.
С прогн озированн ы е значения стока Волги у В олгограда в т а ­
ком сл у чае изм енятся. П ри аппроксим ации по параболе при со х р а­
нении общ его объем а стока за весь период (1993-2056 гг.) п орядка
20 ООО км 3, период увеличения стока ограничится более ранним го­
дом , порядка 2048, и ум ен ьш ен и е стока начнется с 2050 г. В таком
сл учае расходы по десятилетиям б удут превы ш ать сп рогн ози рован ­
ные значения. В случае аппроксим аци и зависимости по гиперболе
пер и о д увеличения стока увеличивается примерно на 10 л ет и при
том ж е объем е стока средние по десятилетиям расходы б удут ниж е,
перелом в ходе стока В олги наступ и т позднее, в 2060-2065 гг.
У стойчивое сниж ение сто ка наступит с 2056 г. с д о вер и тел ь­
ным интервалом в 10 л ет в обе стороны , т. е. допустим ы е пределы
года перелом а в ходе стока ож идаю тся в периоде 2 0 5 0 -2 0 6 5 гг.
П одчерки ваем , что перелом в ходе стока Волги наступит при у сл о ­
вии сниж ения м аксим ум ов 23-го и последую щ их од инн адцати л е т ­
них солнечны х циклов по сравн ен и ю с 21-го и 22-м циклами.
П рогноз тенден ции уровня м оря имеет меньш ую , чем для стока
В олги, надеж ность. Если зави си м ость времени сдвига соо тв етст­
венн ы х ф аз будет значительно отличаться от принятой, то это ск а ­
55
жется на результатах прогноза. При аппроксимации по параболе
рост уровня моря будет интенсивнее спрогнозированного, в случае
гиперболической связи уровень моря будет возрастать медленнее.
Соответственно перелом в ходе уровня наступит ранее спрогнози­
рованного -около 2050 г. в первом случае и позднее 2070 г.- во вто­
ром. Но кроме этой причины на результаты прогноза может оказать
влияние неучет морфологии котловины моря при разных уровнях.
После 2015 г., когда сток Волги будет незначительно отличаться от
современной нормы, а уровень к этому времени может находиться на
отметках около -25,0 м абс., возможно, что незначительное превы­
шение стока современной нормы не обеспечит дальнейшего роста
уровня моря,, и в результате в конце второго - начале третьего деся­
тилетия после 2000 г. будет наблюдаться не стабилизация, а спад
уровня моря. Пределы возможных отрицательных приращений уров­
ня ограничены нижней огибающей кривой (см. рис. 4.3б).
В свете отмеченных причин автор обращает внимание на то,
что до 2015-2020 гг. подъем уровня моря может продолжаться с
интенсивностью в среднем 6 см в год и уровень к 2020 г. достигнет
отметки -25,0 м. абс.
Однако выполненные прогнозы стока Волги и уровня моря да­
ны для вариантов наиболее осторожных решений. Варианты пре­
дельно возможных превышений стока Волги и уровня не просчита­
ны из-за отсутствия материальных возможностей.
Перспективы развития тематики в отношении прогнозов стока
Волги у Волгограда и уровня Каспийского моря заключаются прежде
всего в просчетах вариантов возможных предельно высоких значений
стока Волги и подъема уровня Каспийского моря на перспективу сере­
дины XXI в. Кроме того необходимы разработки, направленные на
определение ежегодных фактических значений стока Волги и уровня
Каспийского моря. Методические возможности для этого имеются.
Для заблаговременности 10-12 лет - это установление устойчивых
связей между колебаниями стока Волги, уровня моря и индексами ат­
мосферной циркуляции. Для больших заблаговременностей, т.е. про­
гнозов до середины XXI в., необходимо изучение связей между откло­
нениями фактических значений этих характеристик от их динамиче­
ских норм с определяющими факторами. Возможны и другие методи­
ческие подходы. На настоящем этапе ряды отклонений погодичных
значений характеристик стока Волги у Волгограда и приращений
уровня Каспийского моря следует принимать случайными.
56
ЗАКЛЮ ЧЕНИЕ
А нализ м ноголетних колебаний солнечной активности и р а з­
л ичны х геоф и зических процессов, установление связей меж ду гелио- и геоф и зическим и процессам и различны х м асш табов, в том
числе со стоком крупны х рек в бассейне Волги и с уровнем К аспи й­
ского моря, позволили спрогнози ровать длительные тенденции из­
м енения сто ка Волги у В олгограда и уровня Каспийского моря до
середи ны X X I в.
В отли чи е о т всех им евш их м есто разработок связей уровня
К аспи йского моря с ходом солнечной активности в настоящ ем ис­
следовани и использован принцип сходства в развитии вековы х т е н ­
ден ций чисел В ольф а и уровня К аспийского моря, а такж е стока
Волги. Т акое сходство наблю дается при сравнении интегральны х
кривы х стока Волги и приращ ений уровня К аспийского моря с у ч а­
сткам и ин тегральной кривой чисел В ольф а за предш ествую щ ие ка­
ж дом у процессу 5 0 -6 0 -л е тн и е периоды .
И спользовани е при нци па сходства в развитии длительны х т ен ­
денций стока Волги у В олгограда и уровня К аспийского моря ходу
участков интегральной кривой чисел В ольф а предш ествую щ их п е­
риодов позволи ло вы полни ть поверочны е прогнозы. Их результаты
следую щ ие.
По значениям х арактеристик чисел Вольф а за 1828-1945 гг.
сп рогнози рован ход стока В олги у В олгограда за 1879-1992 гг.
О бесп ечен н о сть у довлетворительны х поверочны х прогнозов соста­
вила 92 % , при природной обесп еченн ости 65 % и допустим ой п о­
греш ности ± 719 м3/с. П о х арактеристикам чисел Вольф а за 18 4 7 1947 гг. дан поверочны й прогноз тенден ций уровня К аспийского
моря за 1900-1991 гг. О б есп еченн ость удовлетворительны х пове­
рочны х прогнозов состави ла 89 % при природной обеспеченности
68 % и допусти м ой погреш ности ±6 см.
О перативны е прогнозы стока В олги у В олгограда и уровня
К аспи йского м оря, вы полнен ны е автором вначале 90-х годов XX в.
оправдались. Н а 1990 - 1999 гг. средн ее значение прогноза стока
В олги у В олгограда бы ло д ан о равны м 8670 м3/с., ф актическое зн а ­
чение состави ло по д ан ны м ГГИ 8845 мЗ/с. П рогноз уровня К ас­
пийского моря такж е опр авд ал ся, на 2000-й год значение прогноза
бы ло дан о -2 7 ,0 5 м .абс., ф актический уровень на этот год равен
- 2 7 , 06 м .абс. [110].
57
И спользование принципа сходства в развитии различны х про­
цессов и установление на этом основани и эм пи рических связей м е­
жду ними вполне правомерно. Его при м ен ение во всех областях
науки является следую щ им этапом после накопления д остаточн ы х
данны х наблю дений за явлениям и. О бы чно нахож дени е сходства в
развитии различных связанны х процессов п редш ествует теорети ч е­
ском у обоснованию связей.
Связи солнечной активности с гидром етеорологическим и про­
цессам и до настоящ его врем ени теоретически слабо обоснованы .
Н ет единого мнения относительно ф изических м еханизм ов переда­
чи влияния солнечной активности на гидрологи чески е процессы и
д аж е относительно последовательности этого воздействия. О боб­
щ ение результатов исследований по проблем е воздействия сол н еч ­
ной активности на клим ат вы полнен о в работах [45, 46]. П роанали­
зированы две гипотезы , позволяю щ ие о босн овать возм ож ны е м еха­
низмы влияния солнечной активн ости на клим ат: конденсационная
и озонная. Х арактерной чертой всех исследован ий солнечн о-зем ны х
связей, включая ранние (периода 60 - 70-х годов) и соврем енны е,
является разработка м еханизм ов прям ого д ей стви я солнечной ак­
тивности на земны е процессы ч ерез ионосф еру, стратосф еру к при­
зем ном у слою. Связи полностью не прослеж иваю тся.
П олученны е в данной р аботе результаты показы ваю т, что ко­
лебания солнечной активности возд ействую т на базисны е состав­
ляю щ ие процессов различны х м асш табов - от общ еглобальны х до
внутриконтинентальны х, а устан овлен н ы е периоды сдви гов наи­
лучш его временного сопряж ения геоф и зических процессов с сол­
нечной активностью предш ествую щ их пери одов п озволяю т нам е­
тить определенную последовательность ф орм ирования и передачи
влияния солнечной д еятельности на колебания увлаж нен ия кон ти­
нентов. И зменения базисны х значений х арактеристик солнечной
активности приводит к колебаниям ди н ам и ч ески х и терм и ческих
свойств М ирового океана в р азличны х регионах, это определяет
изм енения характера атм осф ерной циркуляции , а следовательно,
многолетние колебания осадков, облачности, ветра. С ледствие изм енения увлаж нения б ассейн ов, проявляю щ иеся в колебаниях
водности рек и полож ении уровн ей озер, в частности стока Волги и
уровня К аспийского моря. П ри такой систем е передачи влияния
солнечной активности на колебания х ар актеристик увлаж нения
58
кон ти нентов м еж ду изм енениям и этих процессов долж ны бы ть зн а­
чительн ы е врем енны е сдвиги и не могут работать связи, устан ов­
л ен н ы е по син хронны м м ом ентам времени.
В данной работе предлагается гипотеза, согласно которой мож но
считать, что основны м и механизмами передачи влияния солнечной
деятельности на гидром етеорологические процессы являю тся по­
следствия взаим одействия магнитны х полей Солнца и Земли. Из ис­
следований по ф изике солнечны х пятен [60] следует, что пятна пред­
ставляю т собой области, где наиболее сильные магнитные поля вы ­
ры ваю тся из внутренних областей Солнца на поверхность. В таком
случае колебания солнечны х пятен характеризую т колебания маг­
нитного излучения С олнца. По данным [107], электромагнитны е поля
М ирового океана им ею т внутренние и внеш ние источники. Внеш ние
источники порож даю тся электромагнитны ми процессами в глубин­
ных недрах Земли, м агнитосф ере, ионосфере и атмосфере. М агнит­
ное взаим одействие С олнца и Земли сказывается на состоянии М и­
рового океана. Воды М ирового океана - это тот материальный объ­
ект, которы й способен преобразовать колебания магнитного поля в
д инам ические процессы , которы е приводят к термическим изм енени­
ям. Д ействие С олнца сказы вается на изменении глубинных структур
Земли, вклю чая М ировой океан, произош едш ие изменения влияю т на
океанические течения, которы е в свою очередь определяю т характер
атм осф ерной циркуляции. М еж ду изменениями основных процессов
(деятельность С олнца, с одной стороны , и колебания увлаж нения на
Зем ле - с другой) долж ны бы ть значительны е временные сдвиги.
На дан ном этап е исследования врем енной сдвиг меж ду колеба­
ниям и солнечн ой активн ости и характеристикам и увлаж нения в
б ассей н е В олги, а такж е уровнем Каспийского моря принят равны м
пяти-ш ести д есяти л ети ям ввиду очевидности сходства в развитии
базисны х составляю щ их этих процессов. О днако возм ож но соп ря­
ж ен и е при врем енном сдвиге около 150 лет. О кончательное реш е­
ние этого вопроса м ож ет бы ть дано после соответствую щ их иссле­
д ован и й изм енений д инам ики М ирового океана.
П олучен ны е р езультаты , показы ваю щ ие связь колебаний ха­
рактер и сти к увлаж нен ия континентов с солнечной активн остью
п ред ш ествую щ и х пери одов, подтверж даю тся данны м и м ноголетних
наблю дений за стоком крупны х рек в бассейне Волги, уровнем К ас­
п и йского м оря и за р азличны м и характеристикам и стока в регионе
59
озера Байкал. В этих процессах м ноговодны е периоды д ли тел ьн о­
стью в пять-ш есть десятилетий см еняю тся на м аловодны е такой ж е
длительности.
В бассейне Волги смена таких периодов произош ла в одни и те же
сроки. О т начала наблюдений (конец 70-х годов XIX в.) до 1929 г. сток
рек бассейна Волги был многоводным, уровень Каспийского моря за­
нимал высокие отметки, примерно -2 5 ,5 м БС; с 1930 по 1977 г. на ре­
ках наблюдался низкий сток, уровень Каспийского моря снизился до
отметки -2 9 ,0 м; с 1978 г. повыш енный сток рек совпадает с подъемом
уровня моря. Соответствующ ие колебания в ходе вековой тенденции
солнечной активности предш ествую щ его периода и рост ветви этой
кривой, начавшийся в 1935 г. и продолжаю щ ийся почти ш есть десяти­
летий, параллельность хода интегральных кривых стока Волги и при­
ращений уровня моря даю т основания принять, что повыш енный сток
в бассейне Волги и рост уровня К аспийского моря, начавш иеся в 1978
г., сохранятся в целом на шесть десятилетий.
В регионе озера Байкал такж е наблю дается смена длительных пе­
риодов водности на противоположные, но в иные, чем на Волге, сроки.
Это объясняется тем, что солнечная деятельность действует на процес­
сы увлажнения континентов опосредованно, в каждом регионе прояв­
ляются свои закономерности смены периодов, кроме того, действую т
региональные факторы. П оэтому в перспективе развития проблемы
прогнозов колебаний характеристик увлаж нения континентов необхо­
дим анализ водности рек и уровней озер в различных географических
зонах с применением разработанного методического аппарата.
И зучение сопряж ения о б щ еглобальны х процессов, таких, как
скорость вращ ения и изм енения коорд ин ат северного географ иче­
ского полю са Земли, с солнечной активн остью показало, что связи
меж ду этими процессам и наблю даю тся при опереж аю щ ем учете
активности более чем на 100 лет.
Таким образом, колебания базисны х составляю щ их солнечной
активности м оделирую т длительны е тенденции различны х по мас­
ш табам процессов, каждого со своим врем енны м сдвигом. Н аличие
больш его сдвига (более 100 лет) для глобальной характеристики скорости вращ ения Земли - по сравнению со сдвигом (пять-ш есть
десятилетий) для гидрологических характеристик крупном асш таб­
ных объектов не противоречит взглядам на то, что изм енения скоро­
сти вращения Земли обусловлены процессам и в атм осф ере и гидро­
60
сфере, однако указывает, что первопричиной таких изменений явля­
ется наличие длительной и устойчивой тенденции в изменениях сол­
нечной активности предш ествую щ их периодов.
С равнени е развития процессов различны х масш табов оказалось
возм ож ны м благодаря разработанной методологии. Ее особенность
заклю чается в вы делении в процессах базисных составляю щ их и
представлении их в относительны х к нормам и дисперсиям величи­
нах в интегральном виде. Таким образом , предусмотрен едины й
подход к анализу врем енны х законом ерностей в процессах.
П ерспективы развития темы заклю чаю тся в расш ирении гео­
графии изучения сопряж ения гидрологических процессов с сол н еч ­
ной активностью . С равнение колебаний длительных тенденций сто­
ка рек и уровня озер в других районах и континентах с солнечной
д еятельн остью предш ествую щ их периодов возможно даст оп ред е­
ленны й клю ч для прогноза естественны х колебаний влаж ностны х
характеристик клим ата в разны х регионах земного шара.
П ерспективы и в отнош ении прогнозов стока Волги и уровня
К аспийского моря заклю чаю тся преж де всего в просчетах вариантов
возм ож ны х предельно высоких стока Волги и подъема уровня К ас­
пийского м оря на перспективу до середины XXI в. Кроме того, необ ­
ходим ы разработки, направленны е на определение еж егодны х ф ак­
тических значений стока Волги и уровня К аспийского моря. М ето­
д ически е возм ож ности здесь им ею тся.
Р азвитие тем атики тр ебует м атериальны х средств.
61
ЛИ ТЕРА ТУРА
1. Авакян А.Б.. Поддубный А.Г. Водохранилища Волжско-Камского каскада ГЭС и
пути улучшения их экологического состояния // Изв. РАН. Сер. геогр. - 1994. С. 3 8 -4 8 .
2. Азарова Р.Ф. О геологических процессах, влияющих на подъем Каспийского
моря // Мелиорация и водное хозяйство. - 1991. - № 3. - С. 34 - 35.
3. Алишеев М.Г., Мамаев М.А. Аппроксимация динамики уровня Каспийского
моря гармоническим рядом // Мелиорация и водное хозяйство. - 1994. - №1. С. 17.
4. Антонов B.C. Проблемы уровня Каспийского моря и сток северных рек // Тру­
ды ААНИИ. - 1963. - Т. 253. - С. 232 - 248.
5. Аполлов Б.А., Федоров Е.И., Алексеева К.И. Колебания уровня Каспийского
моря // Труды института океанологии. - 1956. - Т. XV. - 2 9 0 с.
6. Аполлов Б.А., Алексеева К.И. Прогноз уровня Каспийского моря // Труды океа­
нографической комиссии АН СССР. - 1959. - Т. 5. - С. 63 - 78.
7. Архипова Е.Г., Крюков В.В., Молошникова В.Н. Возможные изменения уровня и
других элементов гидрологического режима Каспийского моря // Труды ГОИН.
- 1972.-В ы п. 115.- С . 5 - 17.
8. Архипова Е.Г., Крюков В.В. Возможные изменения уровня Каспийского моря в
связи с изменениями климатических условий // Труды ГОИН. - 1975. - Вып.
1 2 5 .-С . 7 5 -8 5 .
9. Афанасьев М.А. Колебания гидрометеорологического режима на территории
СССР. - М.: Наука. - 1967. - 230 с.
10. Бабкин В.И. Сток Волги в периоды ослабления и усиления циклонической дея­
тельности // Метеорология и гидрология. 1995. - №1. - С. 94 - 100.
11. Байдал М.Х., Ханжина Д.Г. Многолетняя изменчивость макроциркуляционных
факторов климата. - М.: Гидрометеоиздат. - 1986. - 104 с.
12. Белинский If.А., Калинин Г.П. О прогнозе колебаний уровня Каспийского моря
// Труды НИУ ГУГМС. - 1946. - Сер. IV. - Вып. 37. - 22 с.
13. Белинский П.А. Использование некоторых особенностей атмосферных процес­
сов для долгосрочных прогнозов. - М.: Гидрометеоиздат. - 1957. - 202 с.
14. Берг J1.C. Уровень Каспийского моря и условия плавания в Арктике. - В кн.:
Климат и жизнь. - Гос. изд-во геогр. лит. - 1947. - С. 90 - 95.
15. БергЛ.С. Уровень Каспийского моря за историческое время. - В кн.: Очерки по
физической географии. - М. - Л.: Изд-во АН СССР. - 1949. - С. 205 - 279.
16. Будыко М.И., Ефимова Н.А., Лобанов В.В. Будущий уровень Каспийского моря
// Метеорология и гидрология. - 1988. - № 5. - С. 86 - 94.
17. Варущенко С.И., Варущенко А.И., Клиге Р.К. Изменение режима Каспийского
моря и бессточных водоемов в палеовремени. - М.: Наука. - 1987. - 240 с.
18. Вительс Л.А. Характеристики барико-циркуляционного режима. - J1.: Гидромстеоиздат. - 1965. - 128 с.
19. Вительс Л.А., Косоглебова С.В. Месячные, сезонные и годовые характеристики
барико-циркуляционного режима Европейского естественного синоптического
района в 196 5 -1 9 7 0 гг. //Труды ГГО. - 1974. - Вып. 316. - С. 7 9 - 198.
62
20. Витинский Ю.И. Цикличность и прогнозы солнечной активности. - Л.: Наука.
- 1973. - 2 5 7 с.
21. Георгиевский В.Ю. Расчеты и прогнозы изменения уровня Каспийского моря
пол влиянием естественных климатических факторов и хозяйственной деятель­
ности // Труды ГГИ. - 1978. - Вып. 255. - С. 94 - 112.
22. Герман Дж .Г., Гольберг Р.А. Солнце, погода и климат. - Л.: Гидрометеоиздат. 1 9 8 1 .-3 2 0 с.
23. Гире А.А. Многолетние колебания атмосферной циркуляции и долгосрочные
гидрометеорологические прогнозы. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1971. - 280 с.
24. Гирс А.А. Макроциркуляционный метод долгосрочных гидрометеорологиче­
ских прогнозов. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1974. - 488 с.
25. Голицин Г.Н., Панин Г.И. О водном балансе и современных изменениях уровня
Каспия // Метеорология и гидрология. - 1989. - № 1. - С. 57 - 64.
26. Голубев Б.Н. Аномальный подъем уровня Каспийского моря и техногенная
стабилизация недр // Изв. РАН. Сер. геогр. - 1994. - № I. - С. 59 - 74.
27. Голубев Б.Н. Особенности современной геодинамической активности АралоКаспийского района // Изв. РАН. Сер. геогр. - 1994. - № 6. - С. 96 - 100.
28. Друж инин И.П., Коваленко 3.11., Кукушкина В.П., Хамьянова 11.В. Речной сток
и геофизические процессы. - М.: Наука. - 1966. - 295 с.
29. Зайков Б.Д. Водный баланс Каспийского моря в связи с причинами понижения
его уровня // Труды НИУ ГУГМС. - 1946. - Сер. IV. - Вып. 38. - 50 с.
30. Задвернюк В.М., Михневич В.В., Смирнов Р.В. Солнечная активность и погода,
климат на Земле. - М.: Гидрометеоиздат. - 1987. - 12 с.
31. Закс J1. Статистическое оценивание. - М.: Статистика. - 1976. - 599 с.
32. Казанский А.Б. Возможный подход к прогнозу возрастания уровня Каспийско­
го моря // ДАН. - 1994. - Т. 338. - № 4. - С. 531 - 533.
33. Калинин Г.П., Смирнова К.И., Ш ереметьевская О.И. Воднобалансовыс расчеты
будущих уровней Каспийского моря // Метеорология и гидрология. - 1968. - №
9 .- С . 4 5 - 5 2 .
34. Калинин Г.II. Проблемы глобальной гидрологии. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1968.
- 3 4 8 с.
35. Каталог индексов солнечной и геомагнитной активности. - Обнинск: ВНИГМИ
МЦД, - 1 9 7 9 .-2 0 2 с.
36. Каталог уровенных наблюдений гидрометеорологических станций и постов,
расположенных на Каспийском море. - М.: Гидрометеоиздат. - 1964. - 164 с.
37. Кац A.J1. Сезонные изменения общей циркуляции атмосферы и долгосрочные
прогнозы. - Л.: Гидрометеоиздат. - I960. - 270 с.
38. Ким И.С., Никулина С.П. Изменения уровня Каспийского моря и атмосферная
циркуляция // Метеорология и гидрология. - 1994. - № 7. - С. 76 - 81.
39. Клиге Р.К. Изменения глобального водообмена. - М.: Наука. - 1985. - 248 с.
40. Клиге Р.К. Прогнозные оценки изменения уровня Каспийского моря // Мелио­
рация и водное хозяйство. - 1994. - № 1. - С. 10 - 11.
41. Климатический режим Арктики на рубеже XX и XXI веков. - Л.: Гидрометео­
издат. - 1991. - 199 с.
42. Клименко Л.В. Об изменении климата в центре Русской равнины // Вестник
МУ. Сер. 5. - 1995. - № 6. - С. 75 - 78.
63
43. Коваленко В.Д., Кизим Л.Д., Пашестюк А.М. Влияние изменчивости гравита­
ционного поля Солнечной системы на климат Земли // Изв. ВГО. - 1991. - Т.
123.-В ы п. 4. -С. 3 2 8 -3 3 8 .
44. Кондратович К.В. Антропогенные, геофизические и космические факторы из­
менения циркуляционных эпох и уровня Каспия // Водные ресурсы. - 1994. - Т.
21. - № 6. - С. 6 2 3 -6 3 0 .
45. Кондратьев К.Я., Никольский Г.А. Солнечная активность и климат.
1.Конденсационная и озонная гипотезы // Исследования Земли из космоса. 1 9 9 5 ,-№ 5 .- С . 3 - 1 7 .
46. Кондратьев К.Я., Никольский Г.А. Солнечная активность и климат. 2. Прямое
воздействие изменений внеатмосферного спектрального распределения сол­
нечной радиации // Исследование Земли из космоса. - 1995. - № 6. - С. 3 - 17.
47. Косарев А.Н, Макарова Р.Е. Об изменениях уровня Каспийского моря и возмож­
ностях их прогнозирования/ / Вестник МГУ. Сер. 5. - 1 9 8 8 .-№ 1 .-С . 21 -2 6 .
48. Крицкий С .II, Коренистов Д.В., Раткович Д.Я. Колебания уровня Каспийского
моря. - М.: Наука. - 1975. - 160 с.
49. Кудиярова С.Г., Криволуцкий А.А., Тарасенко Д.А., Фомина Н.Н. Термодинами­
ческий режим средней атмосферы и его связь с геофизическими процессами. М.: Гидрометеоиздат. - 1988. - 13 с.
50. Куликов К.А. Вращение Земли. - М.: Наука. - 1960. - 160 с.
51. Лилиенберг Д А . Новые подходы к оценке эндодинамики Каспийского региона и
вопросы ее мониторинга // Изв. РАН. Сер. геогр. - 1994. - № 2. - С. 16 - 36.
52. Лобанов В.В. Влияние изменения испарения с поверхности Каспийского моря на
его будущий уровень // Метеорология и гидрология. - 1990. - № 3. - С. 72 - 78.
53. Магомедов К М . Научные основы прогноза уровня Каспия // Мелиорация и
водное хозяйство. - 1994. - № 1. - С. 13.
54. Маев Е.Г. Колебания уровня Каспийского моря: роль геологических факторов //
Вестник МГУ. Сер. 5. - 1993. - № 4. - С. 49 - 56.
55. Максимов И.В., Саруханян Э.И., Смирнов II.П. Океан и космос. - JI.: Гидроме­
теоиздат. - 1970. - 215 с.
56. Малинин В.II. Влагообмсн в системе океан - атмосфера. - СПб.: Гидрометсоиздат. - 1994. - 160 с.
57. Мелиорация и водное хозяйство. - 1994. - № 1. - С. 3 - 41.
58. Мещерская А.В., Александрова Н А ., Голод М.П. Температурно-влажностный
режим на водосборах Волги и Урала и оценка его влияния на изменение уровня
Каспийского моря //Водные ресурсы. - 1994. - № 4. - С. 463 - 470.
59. Михеев Н.Н. Проблемы водного хозяйства России и пути их решения // Мелио­
рация и водное хозяйство. - 1994. - № 3. - С. 8 - 10.
60. Молоденский М.М., Филиппов Б.П. Магнитные поля активных областей Солнца.
-М .: Наука. - 1 9 9 2 ,- 150 с.
61. Мониторинг общей циркуляции атмосферы. Северное полушарие // Бюллетень
1986, 1987. - М.: Обнинск. - 1988. - 85 с.
62. Нелезин А Д . Изменчивость положения фронта Куросио в 1965 - 1991 гг. //
Океанология. - 1993. - Т. 33. - № 4. - С. 495 - 500.
63. Нуждина М.А. Колебания уровня Каспийского моря в квазидвухлетнем и 11-летнем
циклах солнечной активности // Водные ресурсы. - 1995. - Т. 22. - С. 496 - 500.
64
64. Орлов А.Я. Избранные труды. Т.П. - Киев: Изд. АН УССР. - 1961. - 320 с.
65. Панин Г.Н. Испарение и теплообмен Каспийского моря. - М.: Наука. - 1987. 87 с.
66. Панин Г.Н., Дзюба А.В., Осипов А.Г. О возможных причинах изменения испа­
рения за последние десятилетия в районе Каспийского моря // Водные ресурсы.
- 1991.- № 3 . - С . 5 - 17.
67. Понько В.А. Геокосмическис связи как основа для долгосрочного прогнозиро­
вания // Научно-техн. бюлл. / Сиб. НИИ земледелия и химизации с. х. - 1991. № 5 .- С . 1 9 -3 2 .
68. Потайчук М.С. Многолетние изменения гидрометеорологического режима
Каспийского моря //Труды ГОИН. - 1975. - Вып. 125. - С. 95 - 125.
69. Привальский В.Е. Оптимальная модель экстраполяции колебаний уровня замк­
нутых водоемов// Водные ресурсы. - 1973. - № 5. - С. 17 -2 8 .
70. Пространственно-временные колебания стока рек СССР. Ред. А.В. Рождествен­
ский. - J].: Гидрометеоиздат. - 1988. - 376 с.
71. Разработка модели многолетних колебаний гидрометеорологических процессов
в бассейне Каспийского моря и уровня моря для совершенствования рыбопро­
мысловых прогнозов. - РГГМИ. Научно-техн. отчет заключ. Ч. П. № ГР 0187.
0072248. 1992. - 70 с. Отв. исполнитель Н.Н. Соловьева
72. Раткович Д.Я., Жданова И.С., Привальский В.Е. К проблеме уровенного режи­
ма Каспийского моря // Водные ресурсы. - 1973. - № 3. - С. 45 - 69.
73. Раткович Д.Я. О предсказуемости уровня бессточных водоемов применительно
к проблеме Каспийского моря // Водные ресурсы. - 1986. - № 5. - С. 3 - 237.
74. Ремизова С.С.. Мягков М.С. О проблеме долгосрочного прогнозирования уров­
ня Каспийского моря // Водные ресурсы. - 1995. - Т. 22. - № 3. - С. 336 - 342.
75. Родионов С.Н. Современные изменения климата Каспийского моря. - М.: Гид­
рометеоиздат. - 1989. - 124 с.
76. Родионов С.Н. Климатический анализ необычайного подъема Каспийского моря
в последние годы // Изв. АН СССР. Сер. геогр. - 1989. - № 2. - С. 73 - 81.
77. Родионов С.Н. Долговременные тенденции в изменении уровня Каспийского
моря // Рыбное х-во (Москва). - 1989. - № 6. - С. 35 - 39.
78. Рождественский А.В., Сахарнюк А.В. Обобщение критериев однородности во
времени Стыодента и Фишера на случай коррелированных во времени и про­
странстве гидрологических характеристик // Труды ГГИ. - 1981. - Вып. 282. С. 72 - 77.
79. Романчук П.Р. Солнечная активность и уровень Каспийского моря // Вестник
Киевского ун-та. Астрономия. - 1985. - № 27. - С. 2 3 - 26.
80. Рычагов Г.Г., Лукьянова С.А., Варущенко А.Н., Никифоров'Л.Г. Прогноз уровня
Каспийского моря на основе палеогеографических реконструкцией // Вестник
Московского ун-та. Сер. 5. - 1994. - № 3. - С. 71 - 75.
81. Сарахунян Э.И., Смирнов Н.П. Многолетние колебания стока Волги. - Л.: Гид­
рометеоиздат. - 1971. - 287 с.
82. Сидоренков И.С. Неравномерность вращения Земли и процессы в атмосфере //
Труды ГМЦ СССР. - 1978. - Вып. 205. - С. 48 - 66.
65
83. Сидоренков Н.С., Свиренко Н.И., Шаповалова И.С. Некоторые результаты ис­
пользования данных о неравномерности вращения Земли для изучения атмо­
сферных процессов // Труды ГМЦ СССР. - 1984. - Вып. 230. - С. 87 - 97.
84. Смирнов Н.П., Скляренко В.Л. Методы многомерного статистического анализа
в гидрологических исследованиях. - J I Изд. ЛГУ. - 1986. - 192 с.
85. Смирнова К.И. Водный баланс и долгосрочные прогнозы уровня Каспийского
моря // Труды ГМЦ СССР. - 1972. - Вып. 94. - 123 с.
86. Современный и перспективный водный и солевой баланс южных морей // Тру­
ды ГМЦ СССР. - 1972. - Вып. 108. - С. 78 - 166.
87. Соловьева Н.Н. Многолетние колебания стока Волги и уровня Каспийского
моря и их прогнозирование //Материалы Всесоюзного совещания по проблеме
Каспийского моря, 3 - 5 июня 1991 г. в г. Гурьеве. - Управление охраны Казгидромета. - 1991. - С. 49 - 50.
88. Соловьева Н.Н. Сверхсрочные прогнозы стока Волги и уровня Каспийского
моря // Межведомственный сборник. - СПб. - 1994. - Вып. 116. - С. 154 - 163.
89. Соловьева Н.Н., Минаева Г.Н. Влияние перекрытия плотиной стока в залив
Кара-Богаз-Гол на уровни Каспийского моря. Деп. ИЦВНИ ГМИ-МЦД № 1180
гм 95. - Обнинск. - 1995. - 14 с.
90. Соловьева II.Н., Зив А.Д., Кротова И.А. К анализу стационарности рядов годо­
вого стока рек // Тезисы докладов на международном симпозиуме «Расчеты
речного стока», 30 Х-3 XI 1995 г. - СПб. - 1995. - С. 72 - 73.
91. Соловьева Н.Н. Прогнозы многолетних колебаний стока Волги и уровня Кас­
пийского моря. - Деп. в ВИНИТИ 29.04.1997. - № 1456-В97. - 270 с.
92. Соскин М.И. Многолетние колебания гидрологических характеристик Балтий­
ского, Баренцева и Каспийского морей // Труды оксаногр. комиссии. - Изд. АН
СССР. - 1960. - Т. УП. - С. 3 - 32.
93. Строительные нормы и правила. Определение расчетных гидрологических ха­
рактеристик. СНИП 2.01.14-83. - М.: Госстрой СССР. - 1985. - 36 с.
94. Суетное В.В., Каспаров С.А., Сутуев А.С. Уровенный режим Каспийского моря
как показатель геодинамической активности Каспийской морфоструктуры //
Симпозиум КАПГ по изучению современного движения земной коры. Догомыс. 5 - 1 1 декабря 1988. Тезисы докладов. - Воронеж. - 1988. - С. 234 - 235.
95. ТЭД «Каспий». Основные положения. Роскомвод. М.: Минэкология РФ. - 1992.
- 5 2 с.
96. Федоров Е.П. и др. Движение полюса Земли с 1890 по 1969. - Киев: Наукова
Думка. - 1972. - 264 с.
97. Фролов А.В. Влияние автокоррелированности речного притока и видимого ис­
парения на уровенный режим озера // Метеорология и гидрология. - 1989. - №
4 .- С . 9 4 -1 0 1 .
98. Фролов А.В. Инженерные аспекты проблемы уровенного режима Каспийского
моря // Водные ресурсы. - 1994. - № 4. - С. 425.
99. Шевнин А.Д. Долговременные вариации солнечной и магнитной активности и
уровня Каспийского моря // Водные ресурсы. - 1994. - № 4. - С. 405 - 409.
\00.Ш елутко В.А. Численные методы в гидрологии.-Л: Гидрометеоиздат. 1991. 238 с.
66
101. Шереметьевская О.И., Лунякова Л.Г. Опыт обеспечения народного хозяйства
долгосрочными прогнозами уровня Каспийского моря // Труды ГМЦ СССР. 1985.-В ы п . 2 7 0 .- С . 3 7 - 4 2 .
102. Ш икломанов И.А. Гидрологические аспекты проблемы Каспийского моря. J1.: Гидрометеоиздат. - 1976. - 80 с.
103. Шикломанов И.А. Антропогенные изменения водности рек. - JI.: Гидрометео­
издат. - 1979. - 302 с.
104. Шлямин Б.А. Свсрхдолгосрочный прогноз уровня Каспийского моря // Изв.
ВГО. - 1962. - Вып. 1. - С. 26 - 32.
105. Эйгенсон М.С. Солнце, погода и климат. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1963. - 275 с.
106. Эйгенсон М.С. Будущее Каспийского моря // Проблемы Каспийского моря. Все­
союзное совещание по проблеме Каспийского моря. - Баку. - 1963. - С. 24 - 28.
107. Электромагнитные поля и волны в геосфере // Сб. научных трудов. - Владиво­
сток: Изд. ДВГУ. - 1994. - 121 с.
108.Янес А.В. Межгодовая изменчивость термохалинного состояния вод ФарероШетландского пролива и водообмен через него // В кн.: Структура и изменчи­
вость крупномасштабных океанологических процессов и полей в Норвежской
энергоактивной зоне. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1989.- С . 1 0 0 - 107.
\09. Гетман И.Ф. Об ожидаемом уровне Каспийского моря в первой половине XXI
века на основе анализа вековых циклов солнечной активности // Метеорология
и гидрология. - 1997. - №12. - С .101-106.
110.Ф ролов А.В. Моделирование многолетних колебаний уровня Каспийского мо­
ря: Теория и приложения. - М.: ГЕОС. - 2003. - 173 с.
67
Н ау ч н о е и зд ан и е
Н ина Н иколаевна С оловьева
ИССЛЕДОВАНИЕ
КОЛЕБАНИЯ
УРОВНЯ
ОТ СОЛНЕЧНОЙ
ЗА В И С И М О С ТИ
КАСПИЙСКОГО
М О РЯ
АКТИВНОСТИ
М онограф ия
Р едакт оры : М акси м о ва И .Г.
К овель Л .В .
Л Р № 0 2 0 3 0 9 от 30.12.96.
Подписано в печать 08.06.04. Формат 60x90 1/16. Гарнитура Times New Roman.
Бумага офсетная. Печать офсетная. Уел. меч.л. 4,7. Уч.-ита.л. 5.3. Тираж 200 экз. Заказ № 22
РГГМУ, 195196, Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., 98.
ЗАО «Лека», 195112, Санкт-Петербург. Малоохтинскнй пр., 68.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие............................................................................................................................
Введение...................................................................................................................................
1. Обзор прогнозов и расчетов уровня Каспийского м ор я....................................
1.1. Особенности методов и результаты климатических прогнозов уров­
ня моря, опубликованных до конца 70-х годов..........................................
1.2. Результаты вероятностных расчетов уровня моря, опубликованных
в 70 - 80-е годы......................................................................................................
1.3. Результаты прогнозов и расчетов уровня Каспийского моря, выпол­
ненных в 80 - 90-е годы......................................................................................
2. Методика обработки многолетних геофизических рядов.....................................
2.1. Определение динамических норм процессов..............................................
2.2. Выделение тенденций..........................................................................................
3. Некоторые гелиогсофизические связи. Особенности многолетних колеба­
ний гидрологических процессов по физико-географическим регионам. . .
3.1. Связи между солнечной активностью и геофизическими процессами
глобального масштаба..........................................................................................
3.2. Зависимость атмосферной циркуляции Евразийского региона от
солнечной активности..........................................................................................
3.3. Зависимость стока Волги и уровня Каспийского моря от атмосфер­
ной циркуляции......................................................................................................
3.4. Тенденции в колебаниях гидрологических процессов регионов
бассейна Каспийского м оря...............................................................................
4. Моделирование многолетних колебаний стока Волги у Волгограда по свя­
зям с характеристиками чисел Вольфа......................................................................
4.1. Методика моделирования...................................................................................
4.2. Поверочные прогнозы стока Волги у Волгограда за 1879 - 1992 гг.
поданным о числах Вольфа за 1828 - 1945 гг............................................
5. Моделирование многолетних колебаний уровня Каспийского моря по ха­
рактеристикам чисел Вольфа......................................................................................
5.1. Методика моделирования...................................................................................
5.2. Поверочные прогнозы тенденций уровня моря за 1900 - 1991 гг. по
данным о числах Вольфа за 1847 - 1947 гг.................................................
6. Прогноз водности рек бассейна Волги и колебаний уровня Каспийского
моря на период конец XX - середина XXI веков.................................................
6.1. Нестационарность многолетних гидрологических рядов.......................
6.2. Рекомендации по определению статистических оценок годового сто­
ка рек бассейна Волги и уровня Каспийского моря на перспективу
пяти-шссти десятилетий......................................................................................
6.3. Прогнозы стока Волги у Волгограда и тенденции изменения уровня
Каспийского моря на период конец XX - середина XXI в...................
Заключение...............................................................................................................................
Литература.................................................................................................................................
3
4
7
7
11
12
16
17
18
20
20
23
25
29
36
36
40
43
43
45
47
47
50
51
57
62
CONTENTS
Forew ord.....................................................................................................................................
Introduction................................................................................................................................
1. An overview o f forecasts and calculations o f the Caspian Sea le v e l.......................
1.1. Features o f the methods and results o f the climatic forecasts for the sea
level published before the 70s...............................................................................
1.2. Results o f the probability sea-level calculations published in the 70s-80s
1.3. Results o f the forecasts and Caspian Sea sea-level calculations performed
in the 8 0 s - 9 0 s ...........................................................................................................
2. The methodology o f processing long-term geophysical ser ie s................................
2 .1. Determination o f the dynamic standards for the processes............................
2.2. Identification o f trends.............................................................................................
3. Certain helio-geophysical relations. Features o f multiyear oscillations of hydrological processes in physico-geographical regions.....................................................
3.1. Relationships between helio- and geophysical processes on the global
s c a le ..............................................................................................................................
3.2. Dcpcndence o f the atmospheric circulation over the Eurasian Region on
solar a ctiv ity ..............................................................................................................
3.3. Dependence o f the Volga runoff and the Caspian Sea level on atmos­
pheric circulation......................................................................................................
3.4. Trends in the oscillations in hydrological processes in the regions o f the
Caspian Sea b a sin ....................................................................................................
4. Modelling o f the multiyear Volga-runoff oscillations at Volgograd as related to
the characteristics o f the W olf numbers.....................................................................
4.1. Methods o f m odelling...............................................................................................
4.2. Verification forecasts for the Volga runoff at Volgograd over 1872-1992
based on the data on the W olf numbers over 1828- 1945 ..............................
5. Modelling o f the multiyear Caspian Sea level oscillations based on the charac­
teristics of the W olf numbers...........................................................................................
5.1. Methods o f m odelling...............................................................................................
5.2. Verification forecasts for the sea-level trends over 1900-1991 based on
the data on the W olf numbers over 1847-1947.................................................
6. Forecast for water discharge o f the Volga-basin rivers for the period o f the late
20,h - mid-21st centuries....................................................................................................
6.1. The non-stationary feature o f long-term hydrological series.......................
6.2. Recommendations on statistical estimations o f annual runoff o f the
Volga-basin rivers and the Caspian Sea level for a 5-6 decade perspective
6.3. Forecasts for the Volga runoff at Volgograd and trends in changing Cas­
pian Sea level for the period o f the late 20lh - m id-21st centuries..............
Conclusions.................................................................................................................................
References...................................................................................................................................
3
4
7
7
11
12
16
17
18
20
20
23
25
29
36
36
40
43
43
45
47
47
50
51
57
62'