Исследование глобального воздействия комплекса гелиокосмических, геофизических и антропогенных факторов на развитие гидрологического режима поверхностных вод Земли (РФФИ)НИР

I

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Исследование глобального воздействия комплекса гелиокосмических, геофизических и антропогенных факторов на развитие гидрологического режима поверхностных вод Земли
Результаты этапа: На основе астрономических эфемерид рассчитана приходящая на верхнюю границу атмосферы (ВГА) солнечная радиация. Создана база радиационных данных. Анализ результатов расчетов приходящей солнечной радиации на ВГА Земли позволяет сделать следующие выводы: а). В современную эпоху (от 3000 г. до н.э. до 2999 г. н.э.) происходит сокращение приходящей солнечной радиации к Земле. Сокращение радиации связано с вековым изменением наклона оси вращения Земли. В приходящей к Земле солнечной радиации проявляется межгодовая изменчивость и периодичность равная 2-м, 3-м, 8-ми, 11-ти и 19-ти годам. В полярных районах преобладает 19-ти летняя периодичность. В экваториальных районах максимальные амплитуды отмечаются для 2-х и 3-х летней периодичности. 2-х и 3-х летняя периодичность образует 8-ми и 11-ти летние циклы (2+3+3 и 2+3+3+3) которые в сумме составляют 19-ти летний цикл. Полученная периодичность определяется суперпозицией и синхронизацией нутационного цикла и возмущением, связанным с соизмеримостью в орбитальных движениях Земли, Марса и Венеры. б). Поступление солнечной радиации в экваториальные районы Земли в современную эпоху несколько увеличивается, а в полярные районы существенно сокращается. Таким образом, происходит увеличение межширотного градиента в поступающей на ВГА Земли солнечной радиации. в). Для нутационного 19-ти летнего цикла отмечается смена сокращения и увеличения поступающей солнечной радиации в экваториальных и полярных районах по фазам цикла приблизительно равным половине периода. Этот эффект связан с наклоном оси вращения Земли в результате нутации. г). В вековой тенденции в летних полушариях приходящая радиация сокращается, а в зимних – увеличивается. Максимальные сокращения в вековой изменчивости приходятся на равноденствия, а минимальные – на солнцестояния. В годовом поступлении радиации, наоборот, для равноденствий отмечается максимальное поступление радиации, а для солнцестояний – минимальное. д). Максимальные значения амплитуды межгодовой изменчивости солнечной радиации отмечаются в экваториальной и полярной области. Минимальные значения характерны для широтных зон 60 – 65 градусов в каждом полушарии. е). В летнее для северного полушария полугодие максимальные амплитуды межгодовой изменчивости характерны для экваториальной области, минимальные для широтной зоны 60 – 65 градусов с.ш. В зимнее для северного полушария полугодие максимальные значения амплитуды межгодовой изменчивости отмечаются в южной полярной области, минимальные – в северной полярной области и широтной зоне 25 – 30 градусов с.ш. Определена связь изменения температуры поверхности океана (ТПО) с приходящей на ВГА солнечной радиацией. На основе рассчитанных значений и найденной связи ТПО с приходящей на ВГА солнечной радиации выполнен прогноз изменения ТПО до 2050 г. Определено, что Североатлантическая осцилляция, в общем, соответствует расхождению фактических и рассчитанных, по приходящей на ВГА солнечной радиации, значений ТПО для Северного полушария. Следовательно, физическая природа АМО не связана с солнечной радиацией приходящей на верхнюю границу атмосферы. Изменчивость индекса АМО тесно связана с вариациями скорости осевого вращения Земли и, следовательно, она определяется этим фактором или факторами, влияющими на изменение скорости вращения Земли. В этом случае, вариации скорости вращения Земли являются индикатором геофизических процессов связанных с перемещением масс как внутри геосфер, так и в недрах Земли (происходящих под действием внутренних и внешних гравитационных факторов) и влияющих на изменение скорости вращения Земли. Таким образом, физическая природа АМО определяется гравитационным взаимодействием. Определена связь продолжительности зональной и меридиональной циркуляции в атмосфере северного полушария в связи с приходящей на ВГА солнечной радиацией. Выявлены широтные соответствия в особенностях общей циркуляции атмосферы и пространственных и временных вариациях приходящей на ВГА солнечной радиации. На основе анализа динамики баланса массы ледников северного полушария с продолжительностью зональной и меридиональной циркуляции были получены новые результаты по изменению ледовых ресурсов в северном полушарии. Получены количественные оценки потери льда для ледников имеющих балансовые наблюдения по шести ледниковым районам Северного полушария. Сравнение полученных значений показывают, что для Альп, Канадского архипелага и Аляски характерны высокие положительные значения коэффициента парной корреляции потерь льда за четверти столетия (0.9–0.95), т.е. сокращения массы льда в этих районах за 25-летние периоды XX в. происходили почти синхронно. В то же время для них характерны отрицательные значения коэффициента парной корреляции потерь со Скандинавией за четверти века (от -0.9 до -0.99). Потери массы льда в Скандинавии и на Кавказе имеют взаимную положительную корреляцию (0.92). Потери массы льда на Кавказе и в Канадском арктическом архипелаге в масштабах 25-летних интервалов происходят почти асинхронно, они характеризуются отрицательной корреляцией (0.91 с вероятностью 0.9). Таким образом, в процессах глобального водообмена отмечается метахронность, отражающая различия в темпах изменения ледовых ресурсов в отдельных ледниковых районах Северного полушария на общем фоне их сокращения. Пространственная структура метахронности в изменении ледовых ресурсов связана с региональными проявлениями макроциркуляционных процессов в атмосфере. Важным разделом исследований является изучение закономерностей современного развития глобального водообмена и его роли в формировании поверхностных вод суши , которое проводилось в тесной взаимосвязи с динамикой природнеых порцессов на земном шаре вследствие воздействия гелиокосмических факторов, развития тектоники, гидроклиматических колебаний и нарастающего антропогенного воздействия. на основе привлечения обширной информации гидрогеологических и гидроклиматических колебаний, применения пространственно-временного анализа развития гидрологических процессов исследовались региональные и общие закономерности формирования и изменения режима влагооборота в атмосфере и водообмена как в различных звеньях гидросферы, так и между ними (земной коры, морских вод, ледников, речных вод суши). На основе исследования региональных и общих закономерностей формирования режима водных объектов производилась оценка цикличных, синхронных и асинхронных колебаний их режима и вклада в этот процесс влияния различных факторов с применением современных методов. На основе геологической и исторической информации об изменении крупномасштабных процессов тепло-влагообмена с применением пространственно-временного анализа и методов аналогии рассмотрены особенности формирования и развития климата и водного режима на поверхности суши в различные геологические эпохи и в историческое время. Произведен анализ возможных многолетних аномалий, атмосферных осадков, испарения, испаряемости и речного стока при возможных изменениях глобальной приземной температуры воздуха на 1,2 и 3-4°С, соответствующих палеоклиматам оптимума голоцена (5-6 тыс. лет назад), микулинского межледниковья плейстоцена (120-130 тыс. лет назад) и оптимума плиоцена (4,3-3,3 млн. лет назад). На основе водно-балансовых расчётов с использованием динамико-стохастической модели для выявления динамики механизма поступления влаги на территорию суши оценена возможность изменения основных элементов водообмена в зависимости от широты местности и степени континентальности. При развитии потепления выявлено проявление тенденции к увеличению водных ресурсов в северных районах с их одновременным сокращением в южных й внутриконтинентальных районах. Для рек с преобладанием снегового питания возможно изменение характера внутригодового распределения стока. Опираясь на обобщенную зависимость доли атмосферных осадков, идущей на питание подземных вод, от степени водности года и с использованием установленной связи в изменении подземных вод от комплекса климатических параметров и с учетом гидрогеологических и ландшафтных условий произведена оценка пределов изменения водного режима подземных вод при различных масштабах климатических изменений. В связи с оценкой стационарности водного баланса Антарктиды исследовалась многолетняя динамика его отдельных элементов. Использовались материалы по стратиграфии снегонакопления с учетом пространственно-временной изменчивости и в зависимости от колебаний приземной температуры циркуляционных процессов в атмосфере южного полушария, что позволило оценить временную флуктуацию приходной части водного баланса. Проводился анализ береговых определений скорости нарастания глобального уровня океана по данным наблюдений за последние 25 лет. Определена широтная зависимость скорости нарастания уровня океана. Определены средние скорости нарастания уровня океана в северном и южном полушариях. Рассмотрены воздействия атмосферного векового прилива «юг-север» и вековых изменений атмосферного давления в зависимости от широты. Исследовались статические приливы океана, вызванные дрейфующим к северу центром масс Земли. Проведено теоретическое моделирование возможных годового и полугодового колебаний ядра (центра масс Земли) на основе приливов с годовым и полугодовым периодами, вызванные гравитационным притяжением подвижного (колеблющегося ядра). Проведен анализ изменения моментов инерции в полушариях Земли в поясах течений, и на их основе интерпретированы направления океанических течений и их интенсивности. Проведено моделирование наблюдаемой планетарной системы океанических течений. Разрабатывалась геодинамическая модель вынужденных относительных смещений и колебаний ядра и мантии Земли с оценкой энергетики и цикличности тектонических и природных процессов. Исследованы явления синхронности и единства ритмов процессов на Земле и процессов, происходящих одновременно в Солнечной системе. Обоснована гравитационная природа солнечно-земных связей и солнечно-планетных связей на основе данных наблюдений за природными процессами на Солнце, планетах и спутниках. Исследовались вариации глобального уровня океана и вариации средних уровней океана в северном и южном полушариях. Исследовалось солнечное воздействие на погоду и климат с попыткой раскрытия механизма воздействия Солнца на нижнюю атмосферу на основе анализа прямых и обратных связей в системе атмосфера-гидросфера-криосфера-биосфера. Рассматривался вопрос влияния солнечной активности на возникновение малых ледниковых и межледниковых периодов. Показано, что минимум Маундера (1645-1715) соответствует малым ледниковым периодам. В то же время показана малая надежность прогнозов погоды по солнечной активности. Анализ 130 прогнозов хода числа Вольфа показал, что со временем для текущего 24-го солнечного цикла только два прогноза оправдались. В последние десятилетия стало понятным, что в динамо теориях необходимо учитывать такие процессы как меридиональная циркуляция в Королевской зоне широт и в приполярной области, а также крутильные колебания (которые приводят к вариациям поля скоростей дифференциального вращения Солнца). В реферируемой статье учтен только один процесс - меридиональная циркуляция в Королевской зоне широт. При этом авторам статьи пришлось ввести две ячейки циркуляции, расположенные на разных глубинах в конвективной зоне Солнца. Возможно, это явилось следствием неучтенной циркуляция в приполярной области. Крутильные колебания также «остались за скобками». Было показано, что зональные приливы от планет могут возбуждать на Солнце три ячейки циркуляции - одну в Королевской зоне широт и две в приполярной области, а также крутильные колебания. Поскольку полученные в этой работе приливные эффекты можно рассчитать на любое количество лет вперед, есть надежда, что при надлежащем их учете в уравнениях солнечного динамо прогноз солнечной активности на тысячелетней шкале времени впервые станет реальностью. Проводились исследования особенностей влияния движения Земли вокруг Солнца и воздействия развития солнечной активности на динамику гидроклиматических процессов на земной поверхности. Выполнен сбор и актуализация материалов наблюдений на гидрологических постах и метеорологических станциях центра Европейской территории России (ЕТР). Проанализированы и статистически обработаны данные о характерных расходах и уровнях воды. Выявлены тренды в количественных показателях изменения гидрологического режима рек ЕТР и факторов его формирования: повышение среднегодовых температур, повышение среднезимних температур, повышение среднедекабрьских температур (и переход их в зону положительных значений для ряда метеорологических станций), перераспределение осадков (уменьшение доли твердых осадков и увеличение доли жидких осадков), увеличение зимнего стока, уменьшение слоя стока половодья, уменьшение максимальных расходов весеннего половодья. Выполнен анализ изменения статистических показателей перечисленных характеристик (среднее, дисперсия, значения заданной обеспеченности).
2 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Исследование глобального воздействия комплекса гелиокосмических, геофизических и антропогенных факторов на развитие гидрологического режима поверхностных вод Земли
Результаты этапа: 1) Произведено обобщение изменения режима поверхностных вод гидросферы. В процессе нарастающих климатических изменений в период с 1570 по 2015 гг. в тепловом режиме северного полушария Земли выявлено постепенное увеличение среднегодового прироста тепла. В результате направленного векового изменения температуры воздуха относительно ее среднемноголетней величины достаточно определенно прослеживается общая тенденция ее роста со средней скоростью около +0.2°С за 100 лет. Начиная с 1810-1820 гг., скорость увеличения температуры возрастает почти в 2,5 раза и составляет уже в среднем порядка +0,5°С в столетие. Сравнение развивающегося потепления на поверхности суши и океана, начиная с 1800-х годов, показывает, что поверхность океана стала нагреваться почти на 50 лет раньше ускоряющегося потепления приземного слоя воздуха на территории континентов. Начиная с 1910 г., температура воздуха стала нарастать практически одновременно с температурой океанической поверхности. С 1980-х годов в процессе роста испарения с морской поверхности и нарастания количества паров в воздушном пространстве в результате развития парникового эффекта в атмосфере рост температуры воздуха начал опережать температурные изменения на поверхности океана. В бассейне Атлантического океана потепление проникает глубже, чем в Тихом, Индийском и Южном океанах из-за глубокой опрокидывающей ячейки циркуляции, присутствующей в Северной Атлантике. Обобщение данных по развитию теплосодержания (1955-2005) в Мировом океане (ТСок) показывает, что в первом приближении оно может быть выражено во времени прямолинейной зависимостью: ?ТСок · 1021 Дж = 2,8 ( Т, годы) – 5534. Проведенный анализ активного развития вулканических процессов в пределах Мирового океана в сопоставлении с динамикой развития теплосодержания водных масс океана показывает, что это тесно связанный процесс. Происходящее в настоящее время развитие вулканизма на большей части дна океана, и вызывающее нарастание теплосодержания его водной массы является основной причиной увеличения температуры морской поверхности. Это подтверждается достаточно определенной связью динамики теплосодержания (?ТСок ) океана и его поверхностной температуры: ?tок = 0,0354?ТСок + 0,201. Глобальные данные по обобщенной динамике температурных изменений морских вод Мирового океана с учетом изменяющихся их физических характеристик позволяет оценить происходящее тепловое расширение вод, которое в настоящее время оценивается приблизительно в размере четвертой части происходящего подъема уровня океан. За 1961-2003 гг. слой океана от 0 до 3000 м поглотил около 14,1х1022 Дж, что эквивалентно средней скорости нагрева 0,2 Вт/м2 (на единицу площади поверхности Земли). За 1993-2003 гг. соответствующая скорость потепления слоя 0-700 м была выше, около 0,5±0,1 Вт/м2. По отношению к 1961-2003гг. период 1993-2003гг. отличался наиболее высокой скоростью потепления. Крупномасштабные тепловые изменения, как в океане, так и на территории суши одновременно стали приводить к коренным изменениям всего глобального водообмена. Начало быстро возрастать испарение с водной поверхности океана, которое за последние 30 лет возросло более чем на 10%. В результате этого процесса в атмосферу Земли стало дополнительно поступать более тысячи км3 в год влаги. Одновременно резко возрастает испаряемость с территории суши со скоростью 2,5 мм/год, что приводит к интенсификации глобального водообмена. В результате, по данным, увеличивается количество влаги в атмосфере в объеме около 0,015 г/см2/год. Одновременно возрастает распространение облачного покрова, который, по расчетам, за последнее столетие увеличился над территорией континентов в размере более чем на 10%. Усиливается интенсивность общей глобальной циркуляции атмосферы и возрастает циклоническая активность с увеличением водности циклонов. Проведенные исследования показали, что в настоящее время происходит постепенное нарастание активности целого ряда природных процессов на поверхности Земли. Изменяется газовый состав атмосферы, происходят изменения в температурном режиме, сокращается ледовый покров, повышается уровень океана. Эти процессы часто сопровождаются катастрофическими явлениями. Развитие комплекса глобальных природных процессов на земной поверхности позволило выявить их тесную взаимосвязь с динамикой развивающихся гелиокосмических факторов и геофизических показателей Земли, определяющих положительное развитие тектоники и вулканической активности. 2) Показано, что существует корреляция между аномалиями облачного покрова на высотах до 3,2 км и интенсивностью галактических космических лучей. Предполагается, что ионизация атмосферы космическими лучами приводит к образованию аэрозолей, которые служат дополнительными ядрами конденсации. Как следствие, наблюдается повышенная облачность на высотах. С учетом того, что солнечная активность модулирует интенсивность космических лучей, эту цепочку явлений можно было бы рассматривать как реальный механизм, осуществляющий влияние Солнца на климат Земли. 3) Проанализированы столетние ряды наблюдений температуры воздуха на европейской территории России. По результатам спектрального анализа аномалий температуры воздуха в Москве и Петербурге показано наличие хорошо выраженных составляющих с периодами лунного года 355 сут, лунного периода 206 сут, четверти лунного года 87 сут, и лунного сидерического месяца 27 сут. Из-за взаимодействия солнечно обусловленных годовых колебаний гидрометеорологических элементов с лунными циклами возникают биения. Частота биений равна разности частот суммируемых колебаний. При сложении солнечного 365 суточного колебания с лунным 355 суточным колебанием период биений равен 35,2 лет. В результате 35 летних биений климат постепенно изменяется от «континентального» (при совпадении фаз) до «морского» (при расхождении фаз на 180°). Выявлена последовательность аномально жарких летних сезонов в 2010/2002 г., 1972 г., 1938/1936 г и 1901 г., подтверждающая существование квази 35-летних биений температуры воздуха. Предложен механизм влияния лунно-солнечных приливов на температуру воздуха, основанный на взаимодействии гравитационных лунно-солнечных приливов с радиационными условиями в атмосфере (из-за изменения количества облачности). По результатам анализа ряда месячных сумм продолжительности солнечного сияния в Москве с 1935 г. по 2010 г выявлен 35 летний цикл изменения продолжительности солнечного сияния и количества облачности. В годы с жаркими летними сезонами и холодными зимами средняя продолжительность солнечного сияния за день в Москве примерно на 1,5 часа (31%) больше, чем в годы с прохладными летними сезонами и теплыми зимами. Данные наблюдений показывают, что вблизи лет с экстремально жаркими летними сезонами (1901 г., 1936/1938 г., 1972 г., 2002/2010 г.) происходили смены знака в декадных (десятилетних) вариациях угловой скорости вращения Земли, в тенденциях изменений температуры воздуха Северного полушария, в сменах эпох атмосферной циркуляции в первом естественном синоптическом районе, в изменениях интенсивности индийского муссона, в изменении массы ледникового щита Антарктиды. Обоснован геодинамический механизм выявленных декадных вариаций климатических показателей. 4) По данным астрономических эфемерид рассчитывались значения приходящей на верхнюю границу атмосферы Земли солнечной радиации. Проводилось сравнение значений суммарного баланса массы ледника Джанкуат с рассчитанными значениями солнечной радиации приходящей на верхнюю границу атмосферы за год в Северное полушарие, а также с разностью солнечной радиации поступающей в экваториальную и полярную область Северного полушария Земли. На основе рассчитанных значений приходящей солнечной радиации по полученным уравнениям регрессии были рассчитаны значения суммарного баланса массы для ледника Джанкуат на период с 1850 по 2050 гг. Проведенное на основе корреляционного анализа сравнение показало, что тенденция сокращения массы льда ледника Джанкуат определяется эффектом усиления межширотного теплообмена, что подтверждается, во-первых, тесной отрицательной связью суммарного баланса массы с разностью солнечной радиации приходящей в экваториальную и полярную область Северного полушария. Во-вторых, высокой отрицательной связью суммарного баланса массы с изменением продолжительности меридиональной южной циркуляции. Тенденция изменения массы ледника Джанкуат на продолжительных временных интервалах (десятки - первые сотни лет) определяется, главным образом, радиационным фактором. На менее продолжительных интервалах времени (годы -первые десятки лет) многолетняя тенденция существенно нарушается влиянием циркуляционных факторов. 5) Были проанализированы вековые тенденции изменения суммарного баланса массы ледников Шпицбергена на примере ледников Брёггер Восточный и Ловен Средний, имеющих наиболее продолжительные (для ледников Шпицбергена) ряды балансовых измерений. По данным астрономических эфемерид рассчитывались значения приходящей солнечной радиации (без учета атмосферы) за тропические годы, полугодия и сезоны года для различных широтных зон земного эллипсоида в период от 3000 г. до н.э. до 2999 г. н.э. Проведено сравнение значений суммарного баланса массы ледников Ловен Средний и Брёггер Восточный: 1) с рассчитанными значениями солнечной радиации, приходящей на верхнюю границу атмосферы; 2) с разностью солнечной радиации поступающей в экваториальную (0°— 45°) и полярную (45°—90°) области северного полушария; 3) с продолжительностью действия циркуляции групп "меридиональной южной" (МЮ) и "нарушения зональности" (НЗ) для вековых интервалов времени. Значения суммарного баланса массы для двух исследуемых ледников составили соответственно -13 и -12 м в.э. Потери массы льда за период с 1912 по 2005 г. по результатам выполненной реконструкции составляют 42.5 м в.э. для ледника Брёггер Восточный и 36.7 м в.э. для ледника Ловен Средний. Полученные при расчете таким методом значения согласуются как с различными модельными значения, так и с историческими свидетельствами. Это позволяет считать результаты реконструкции приемлемыми для использования их в качестве исходных данных для дальнейших исследований. Корреляционный анализ выполнялся по вековым интервалам с 1900—1999 гг. с последовательным смещением на один год (1901—2000 и т.д. до 1911—2010 гг.) — всего 12 вековых интервалов. В дальнейшем рассчитывался коэффициент корреляции (К) суммарного баланса массы каждого ледника с солнечной радиацией, приходящей за год в северное полушарие (без учета атмосферы), и с разностью солнечной радиации, приходящей в экваториальную и полярную область северного полушария. Также рассчитывались значения К суммарного баланса массы ледников с продолжительностью действия циркуляции НЗ и МЮ. Результаты расчетов показали, что значения К от одного векового интервала к другому меняются незначительно. Так, для ледника Брёггер Восточный отклонения К (от среднего для векового интервала значения) между суммарным балансом массы ледника и приходящей радиацией — 0.26%; между суммарным балансом массы ледника и разностью приходящей солнечной радиации в экваториальные и полярные районы северного полушария — 0.41%; между суммарным балансом массы ледника и продолжительностью действия циркуляции НЗ — 4.27%; между суммарным балансом массы ледника и продолжительностью действия циркуляции МЮ — 1.07%. Для ледника Ловен Средний связи характеризуются значениями отклонения 0.36, 0.47, 5.37 и 0.93 соответственно. Как видим, отмечается тесная и устойчивая связь суммарного баланса массы ледников с величиной солнечной радиации и продолжительностью действия циркуляции МЮ и НЗ (по вековым интервалам). При этом для обоих ледников отмечаются в среднем равные величины отклика их суммарного баланса массы на вариации солнечной радиации. Отклик на продолжительность циркуляции НЗ и МЮ ледника Брёггер Восточный несколько превышает отклик ледника Ловен Средний. Большая чувствительность ледника Брёггер Восточный к циркуляционным процессам в атмосфере может объясняться его более западным (относительно ледника Ловен Средний) географическим положением, т.е. более близким к приходящим с юго-запада воздушным потокам, приносящим атмосферные осадки. Отклик на вариации приходящей солнечной радиации и продолжительность НЗ у обоих ледников положительный. Отклик на разность солнечной радиации, приходящей в экваториальную и полярную области, и на продолжительность циркуляции МЮ — отрицательный. Таким образом, вековые тенденции сокращения суммарного баланса массы ледников Брёггер Восточный и Ловен Средний — следствие эффекта усиления межширотного теплообмена и увеличения продолжительности циркуляции МЮ. Вековые изменения ледовых ресурсов Шпицбергена определяются тенденцией усиления межширотного теплообмена, что подтверждается, во-первых, тесной отрицательной связью суммарно¬го баланса массы ледников с разностью солнечной радиации, приходящей в экваториальную и полярную область северного полушария, во-вторых, тесной отрицательной связью суммарного баланса массы ледников с изменением продол-жительности меридиональной южной циркуляции. Вековая тенденция изменения массы ледников Шпицбергена связана почти линейно с накопленной приходящей солнечной радиацией. Это — доказательство усиления естественного парникового эффекта в атмосфере за счет накопления тепла от солнечной радиации. Зависимость суммарного баланса массы ледников от величины накопленной приходящей радиации объясняется тем, что естественное усиление парникового эффекта — следствие усиления межширотного теплообмена и образования обратных связей в области стока тепла в пределах всей планеты (за счет повышения испарения и конденсации). Усиление межширотного теплообмена связано с вековым изменением наклона оси вращения Земли. Таким образом, можно констатировать, что связь суммарного баланса массы ледников Шпицбергена с накопленной солнечной радиацией отражает механизм изменения глобального климата в современную эпоху, а вековые тенденции сокращения ледовых ресурсов Шпицбергена — следствие этого механизма. 6) Изучена возможность использования для анализа климатических изменений данных инструментальных наблюдений данных о стоке крупных рек. На примере шести крупнейших рек России проведено детальное исследование способности климатических моделей описывать наблюдаемый средний годовой сток, а также, оценочно, максимальный и минимальный сток (в том числе на примере Северной Двины — наименее зарегулированной из рассмотренных рек), межгодовые и многолетние изменения этих характеристик общего стока. Для изучения воспроизводимости в климатических моделях стока крупнейших рек России были использованы наиболее информативные на сегодняшний день результаты моделирования гидрометеорологических величин — данные численных климатических моделей, участвующих в эксперименте СМIР-5. В среднем для всех рек кроме Амура модели показывают небольшое увеличение математического ожидания годового стока, не являющееся, однако, статистически значимым для каждой индивидуальной реки. Средние по 37 моделям относительные ошибки оценки индекса стационарности, по сравнению с данными наблюдений, составляют от -48 до 195%, и нигде не меньше по модулю, чем 48%. Среднеквадратическое отклонение разброса между оценками по 37 моделям (1,2) несколько, хотя и не кардинально, превышает теоретическое (1,0) значение а разброса выборочных значений для стационарной последовательности. Значительно хуже, по сравнению со средним годовым стоком, климатические модели воспроизводят максимальные и минимальные значения стока и их межгодовую изменчивость. Так, средние по модулю относи¬тельные ошибки оценки среднего М для максимального стока в моделях составляют 36%, а для минимального — 52%; среднеквадратического отклонения а — соответственно 69 и 25%; коэффициентов вариации Су — 33 и 169%; коррелированности стока смежных лет — 180 и 62%; порядков процессов авторегрессии Р — 56 и 48%, параметра нестационарности— 95 и 180%. Была рассмотрена способность моделей воспроизводить средний сезонный ход стока с помощью обобщающего параметра трех характеристик стока — индекса сезонности (ИС, разность между стоком наиболее многоводного месяца и стоком наиболее маловодного месяца, деленную на значение среднего годового стока). Климатические модели воспроизводят этот параметр с очень большой ошибкой в сравнении с данными наблюдений: средняя величина ошибки (ЛИС) по модулю составляет 36%. При этом почти для всех рек (кроме Лены, где ЛИС = -1,8%) величина индекса завышается моделями и наибольшего значения ЛИС достигает для Оби (110%). Включение в климатические модели описания динамики океана и покровного оледенения, которое теоретически могло бы приводить к нестационарному, близкому к естественному изменению гидрометеорологических величин на масштабах времени в десятки лет, не отражается на стационарном поведении модельных реализаций стока. Климатические модели не воспроизводят также такие наблюдаемые режимы стока, которые находятся на грани между стационарными и нестационарными: средние значения предложенных индексов стационарности, рассчитанные по модельным данным, всецело соответствуют гипотезе стационарности рядов стока по математическому ожиданию, дисперсии и автокоррелированности. 7) Впервые объяснены причины возникновения естественных синоптических периодов (ЕСП) Мультановского. Показано, что они синхронизованы с квазинедельными режимами (ускорениями и замедлениями) приливных колебаний угловой скорости суточного вращения Земли. Графики приливных колебаний скорости вращения Земли задают расписание эволюции ЕСП Мультановского. Показано, что в 2013 году Луна каждый месяц находилась в Южном полушарии 10-11 суток, а в Северном -около 17 суток. Такая асимметрия продолжительностей синоптических периодов Мультановского приводила к развитию блокирующих образований в атмосфере, которые в конечном итоге приводили к обильным осадкам и наводнениям в одних регионах, а также жаре и засушливости в других регионах. Там же обосновано проявление в климатической системе четырех- и восьмилетней цикличности. Показано, что 35-летний цикл Брикнера возникает вследствие биения солнечного годового (365 сут) и лунного годового (355 сут) колебаний метеорологических характеристик. Предложен механизм влияния лунно-солнечных приливов на температуру воздуха, основанный на взаимодействии гравитационных лунно-солнечных приливов с радиационными условиями в атмосфере (из-за изменения количества облачности). Исследована связь флуктуации климатических характеристик (глобальной температуры, интенсивности индийского муссона, изменения массы ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии с изменениями скорости вращения Земли на декадных (несколько десятилетий) масштабах времени. Уравнения, выведенные Сидоренковым Н.С, позволяют вычислить динамику масс ледниковых щитов и уровня океана по координатам полюсов и угловой скорости вращения Земли, регулярно измеряемым средствами космической геодезии. Сравнительный анализ рядов динамики масс ледниковых щитов и уровня океана, вычисленных теоретически (по уравнениям Сидоренкова) и фактически наблюденных, не только уточняет современное состояние глобального водообмена, но и позволяет проверить гипотезу, высказанную Сидоренковым Н.С., о том, что многолетние флуктуации угловой скорости вращения Земли и вековое перемещение полюса есть только следствие дрейфа литосферы по астеносфере. 8) Продолжены исследования изменений речного стока центральной части ЕТР. В рамках исследований собраны данные наблюдений на метеорологических станциях и гидрологических постах расположенных в бассейне р. Ока. Выявлены статистически значимые тренды к увеличению зимних температур воздуха, уменьшению периода снегонакопления. Как следствие зафиксировано увеличение расходов воды в период зимней межени и снижение слоя стока весеннего половодья и максимальных расходов воды. Статистический анализ свидетельствует о нарушении однородности формирования максимального стока в бассейне Оки и Клязьмы с 1971 года. В течение современного периода уменьшилась дисперсия рядов максимальных расходов воды. Расчеты выполненные для ряда постов в среднем течении р. Ока (Калуга, Кашира, Горбатов) и р. Клязьма (Владимир, Ковров) свидетельствуют о снижении расчетных максимальных расходов воды обеспеченностью 1% за период 1971-2015 относительно периода 1890-2015 в 1.4 - 1.7 раза.
3 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Исследование глобального воздействия комплекса гелиокосмических, геофизических и антропогенных факторов на развитие гидрологического режима поверхностных вод Земли
Результаты этапа: Исследовано гелиокосмическое воздействие на эндогенную активность Земли и другие процессы на поверхности Земли. Выполнен анализ взаимосвязи динамики поступления солнечной радиации и крупномасштабных изменений в водной оболочке Земли. Исследована тепловая динамика вод мирового океана в связи с формированием площади морских льдов. Проведен анализ влияния развития тектонических процессов на водный режим. Исследовано развитие крупномасштабных наводнений в речных системах и крупномасштабных причин их возникновения. Выполнен анализ синхронизации атмосферных процессов с космическими факторами. Рассчитано на основе регрессионной модели по данным макроциркуляционной реконструкции динами баланса массы репрезентативных ледников и данных инсоляции изменение баланса массы ледников в 9-ти ледниковых районах Северного полушария. Оценено изменение баланса массы ледников относительно изменения уровня Мирового океана и определить вклад изменения баланса массы горных ледников Северного полушария с начала XX века в процесс глобального водообмена. Исследовано, при помощи реанализа (в основном, осуществленного в рамках проекта «20 век») составляющих глобального водообмена и их изменений в климатическом и промежуточном (по К.Хассельманну) масштабах времени. А именно:изучено глобально осредненное (суммированное) испарение с поверхности Мирового океана, осадки на поверхность океана, эффективное испарение (разность «испарение минус осадки»), горизонтальный влагоперенос в атмосфере с океана на сушу, осадки над сушей, испарение (влаготранспирацию) с поверхности суши, эффективные осадки над сушей («осадки минус испарение»). Получены ряды средних годовых и средних месячных значений указанных выше составляющих глобального водообмена. Проведен анализ закономерностей изменений составляющих глобального водообмена в пределах различных сегментов рядов. Выделены однородные ряды (с конца 1970-х до 2012 – 2013 гг.). Получены результаты анализа рядов при помощи новых методов и формул статистического и стохастического анализа, предложенных исполнителем. Проведена пррверка применимости теории стохастических моделей климата К.Хассельманна к анализу составляющих глобального гидрологического цикла. Выполнен анализ связи между солнечной активностью и климатом, связи солнечных вспышек и галактических космических лучей (ГКЛ) с осадками на территории России. Рассмотрены влияния развития тектонических процессов тенденций наличия воздействия вод мирового океана на береговые процессы. Обобщены результаты расчетов по изменениям речного стока центральной части ЕТР.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".