Анализ стационарных наблюдений и многочисленные научные исследования в последние 15 лет подтверждают антропогенное влияние на изменение климата в XX столетии. Поэтому внимание к влиянию парниковых газов на климат и последствиям его изменений в последние годы настолько усилилось, что стало необходимо принять Международное соглашение об ограничении выбросов отходов производства в атмосферу - рамочную конвенцию по изменению климата.

Достигнуты успехи в разработке прогнозов изменений климата. Они основываются на гипотезе изменения температурного градиента между экватором и полюсами, что обусловливает изменения в циркуляции атмосферы. Если северный полярный район будет охлаждаться сильнее, чем экваториальная область, то пояса муссонов в Азии и Африке и бароклинные зоны умеренных широт, в которых преобладают западные ветры, сместятся к экватору. При относительном повышении температуры на полюсах будет наблюдаться обратная картина. Эта гипотеза подтверждается палеоклиматическими данными и численным моделированием. Изменения зон переноса влажных воздушных масс неизбежно отражаются на количестве и сезонном распределении атмосферных осадков, а следовательно, на стоке воды рек и суммарных водных ресурсах, так как в естественных условиях ежегодное формирование водных ресурсов определяется разностью основных элементов водного баланса - суммы осадков и испарения с водосборов рек.

Глобальное потепление с начала XX столетия к настоящему времени составило около 0,5?С, а локальные изменения количества атмосферных осадков достигают существенных величин. На рис. 1 и 2 приведены заимствованные из работы [3] графики изменений глобальной средней годовой приземной температуры воздуха и среднего годового количества атмосферных осадков над континентами внетропической части северного полушария. Данные рис. 2 свидетельствуют о различиях в изменении количества осадков даже в целом на континентах. Очевидно, в последующие 50 лет климат Земли будет эволюционировать под влиянием непрерывных естественных вариаций в сочетании с постоянно сохраняющейся тенденцией к потеплению вследствие накопления в атмосфере парниковых газов. Эта тенденция к потеплению замедляется из-за термической инерции океанов, но она будет сохраняться еще длительное время после того, как состав атмосферы стабилизируется. Независимо от того, насколько решительными окажутся действия, предпринимаемые для контроля изменения концентрации в атмосфере газов, вызывающих парниковый эффект, некоторое глобальное потепление в следующем столетии, по-видимому, неизбежно. Поэтому климатические изменения водных ресурсов за последнее столетие и в будущем интересуют водохозяйственные и другие организации.

1. Методика статистических исследований

Оценка последствий влияния изменений климата на водные ресурсы основывается на детерминистическом моделировании изменения составляющих водного баланса и комплексном статистическом анализе данных многолетних (не менее 30 лет) непрерывных наблюдений за стоком воды рек. С использованием, созданного при участии автора банка гидрологических данных по пунктам наиболее продолжительных гидрологических наблюдений (150 - 60 лет) на реках земного шара, сток которых не искажен непосредственной хозяйственной деятельностью, произведен комплексный статистический анализ величин среднего месячного и годового стока воды [4, 5]. Основными показателями изменения стока под влиянием климата или хозяйственной деятельности являются нарушения стационарности рядов данных наблюдений - существенные изменения (переломы) в направленности изменений, наличие устойчивых трендов - односторонних отклонений величин от среднего их значения.

Для оценки пространственных закономерностей направленности и интенсивности изменений стока использованы результаты расчетов только за 35-летний (1951 - 1985 годы) период наблюдений по несколько упрощенной методике [6], которая основывается на специальном испытании на тренд. Выделение тренда и его анализ осуществлены методом наименьших квадратов. Необходимые для анализа статистические параметры получены после предварительного функционального сглаживания временных рядов.

1. Результаты комплексного анализа изменений стока

Комплексный статистический анализ позволил установить, что в различных широтно-климатических условиях континентов Евразии, Америки, Африки, Австралии в XX столетии отмечаются изменения стока рек. В некоторых районах климатические изменения стока в определенные периоды были настолько велики, что отмечены нарушения стационарности рядов. Так, на реках северо-западной части территории России, Северной Украины и стран Прибалтики существенные изменения водности рек в сторону уменьшения произошли в 30-е годы, а в северо-восточных районах европейской территории России (бассейн р. Камы) в сторону увеличения - в 60-е годы (табл. 1). На азиатской части территории России в бассейне р. Амура в 60-е годы произошло нарушение стационарности рядов вследствие существенных отрицательных изменений, а на реках Сибири и остальной части Дальнего Востока, хотя и отмечались изменения, они не привели к нарушению стационарности рядов. На реках Средней Азии, где учет изменений водных ресурсов имеет особенно важное значение, наибольшие изменения в сторону уменьшения стока отмечены в 60-е годы. На реках Западной и Центральной Европы переломы направленности в сторону отрицательных изменений наблюдались в конце прошлого столетия, а в 80-х годах XX века - в сторону положительных изменений. Переломы в рядах наблюдений за стоком на реках Северной Америки и Западной Африки приходятся на начало 70-х годов, а в Австралии - на конец 60-х годов. При этом направленность изменений во второй половине XX столетия была неодинакова. Например, в стоке рек Атлантического побережья Северной Америки отмечаются положительные тенденции, во внутриконтинентальных районах нет изменений, а на Тихоокеанском побережье преобладают отрицательные тренды. В стоке рек субэкваториальной зоны Австралии отмечены положительные тенденции, а в юго-восточной оконечности острова - отрицательные.

1. Направленность изменений годового и сезонного стока

Более детальное изучение направленности изменений стока по данным наблюдений почти на 450 реках за 1951 - 1985 годы позволило оценить причины и территориальные закономерности их пространственного распределения. Наиболее подробные исследования проведены на территории Евразии. Изменения стока воды рек Западной и Центральной Европы во второй половине XX столетия характеризуются преобладанием положительных тенденций, вероятность которых возрастает с запада на восток и с юга на север. Исключение составляют реки Альпийского региона, где отмечаются отрицательные тенденции или изменения несущественны. В стоке рек Восточных Карпат, на территории Польши, Румынии, Украины, наоборот, отмечается повышенная вероятность положительных изменений среднего годового, весеннего и летнего стока.

На европейской территории России в стоке большинства рек бассейнов Волги (кроме Камы и ее притоков), Дона, Днепра отсутствуют значимые изменения среднего годового стока. Но сток в период весеннего половодья уменьшается, а в летне-осенний и зимний периоды увеличивается. На реках бассейна р. Камы и других реках, стекающих с западных склонов Северного Урала, отмечаются положительные изменения стока, а на реках Среднего и Нижнего Поволжья изменения среднего годового и сезонного стока несущественны, с некоторым увеличением в зимние месяцы. На реках севера европейской части России наблюдается уменьшение стока в многоводный период весеннего половодья и его увеличение в зимние месяцы. На рис. 3 показан многолетний ход среднего годового стока на реках Волга (в верхнем течении), Северная Двина и Большой Нарын (Средняя Азия).

На реках Сибири в пределах 50 - 60? с. ш. отмечаются положительные изменения среднего годового стока и многоводного весеннего периода, что свидетельствует об увеличении количества осадков в зимние месяцы. К северу от 60? с. ш. и южнее 40? с. ш. изменения стока или несущественны, или отрицательны. На реках Дальнего Востока, формирующих сток в условиях муссонного климата, отмечается его увеличение в зимний и весенний периоды, но уменьшение в многоводные летние периоды.

Для выяснения причин изменений стока воды во второй половине XX столетия произведены испытания на тренд сумм средних годовых и сезонных атмосферных осадков по 150 метеостанциям на территории СНГ. Анализ результатов свидетельствует о том, что в годовых и зимних суммах осадков на большей части территории в пределах 50 - 60? с. ш. наблюдались положительные изменения, кроме северо-западной части территории. А севернее и южнее изменения либо несущественны, либо отрицательны (в Казахстане, Средней Азии, Приморье, Прибалтике). Учитывая то обстоятельство, что для большинства рек рассматриваемой территории основным источником формирования стока являются накапливаемые за зиму осадки в виде снежного покрова, вполне можно объяснить, почему положительные изменения стока воды приходятся на территорию в пределах 50 - 60? с. ш., а отрицательные наблюдаются на юге Дальнего Востока, северо-западе европейской территории СНГ и в Средней Азии, где количество годовых и сезонных осадков во второй половине столетия имело тенденцию уменьшения.

Заключение

Проблема обеспечения питьевой водой растущего народонаселения и предупреждения о катастрофических наводнениях и паводках становится одной из наиболее важных не только для гидрологической науки. Глобальное потепление климата Земли и увеличивающаяся антропогенная нагрузка на водные объекты усложняют разработку систем водоснабжения и гидрологических прогнозов изменения возобновляющихся водных ресурсов - речного стока воды. По мере развития хозяйственной деятельности возрастает зависимость водных ресурсов от изменений климата. Результаты комплексного статистического анализа данных наблюдений за стоком воды рек разных континентов земного шара свидетельствуют о наличии направленных изменений стока в XX столетии, которые в отдельных районах настолько существенны, что поддаются количественным оценкам и прогнозам. Направленность этих изменений зависит в основном от широтного перераспределения годовых и сезонных сумм осадков. Наблюдающееся в некоторых районах России увеличение количества атмосферных осадков и повышение температуры воздуха в холодный и переходные периоды года благоприятно отражаются на стоке воды рек. Но в ряде районов (северо-запад и юг России, Казахстан, Средняя Азия, внутриконтинентальные районы Америки), наоборот, наметилась тенденция к уменьшению количества ежегодно возобновляющихся водных ресурсов.

Продолжающееся увеличение забора воды из рек и пресноводных водоемов, загрязнение водных объектов усиливают опасность водного кризиса в районах неблагоприятных изменений стока рек. Для предотвращения водного кризиса кроме усиления административных мер по охране природных ресурсов необходима организация широкого геоэкологического образования населения, особенно молодежи. Это будет способствовать целостности восприятия изменений в ландшафтной оболочке Земли, необходимости сохранения от разрушения природных связей между ее компонентами: атмосферой, гидросферой, литосферой и биосферой.