24730 (Гидрологические аспекты проблемы уровня Каспия), страница 2

К расходным составляющим водного баланса до 1980 г. относился также сток морских вод из Каспия в залив Кара-Богаз-Гол. Непосредствен­ные наблюдения за стоком в залив велись с 1928 г. Среднемноголетняя величина стока за 1900—1979 гг. составила около 15 км³/год.

В начале столетия в залив стекало до 30 км³ в год, в последующие годы, в связи с сокращением речного притока и понижением уровня моря, объем стока морских вод в залив постоянно сокращался (см. табл. 1).

С целью сокращения величины расходной составляющей водного баланса Каспия в 1980 г. Кара-Богаз-Гол был отделен от моря глухой плотиной, сток морских вод в залив прекратился. Перекрытие Кара-Богаз-Гола позволило "сэкономить" до 1985 г. более 40 км³ морской воды, что в общем повышении уровня моря составило около 17 см слоя, и уровень моря ежегодно стал в среднем на 2,5—2,7 см выше, чем при существовании стока в залив.

Роль подземного притока в море в водном балансе Каспия незначитель­на, величина его ориентировочно оценивается в 4 км³/год [Потайчук, 1970].

За историческое время происходила неоднократная смена низких и' высоких стояний уровня Каспия (рис. 2). В середине XVI в. уровень моря находился на отметке —26,6 м в последующее столетие произошло повы­шение уровня до —23,9 м, а в начале XVIII в. уровень опустился до отметки —26 м. После этого значительного снижения начался период высокого стояния уровня, и к началу XIX в. (1805 г.) его отметка достигла -22 м [Берг, 1934; Аполлов, 1951; Федоров, 1957; Николаева, Хан-Магомедов, 1962]. С начала проведения инструментальных наблюдений (1837 г.) и до начала XX в. уровень сохранял положение в среднем около —25,8 м. С 1900 по 1929 г. изменения уровня были незначительными и происхо­дили около средней отметки —26,2 м. Это относительно равновесное поло­жение уровня сменилось его резким снижением: с 1930 по 1941 г. оно составило 1,8 м и -было связано с крупномасштабными климатическими изменениями. В последующие годы снижение уровня Каспия происходило более медленно, а в 60-е годы наблюдалась некоторая его стабилизация около отметки —28,4 м. В первой половине 70-х годов произошло пони­жение уровня до экстремально низкой за последние 150 лет отметки: -29 м в 1977 г. Общее снижение с 1900 по 1977 г. составило 3 м, в том числе за счет хозяйственной деятельности — около 1 м. С 1978 г. уровень Каспия стал резко повышаться и в 1985 г. достиг отметки —27,97 м,т.е. поднялся более чем на метр.

Современное повышение уровня не представляет собой аномального явления. Как отмечалось, значительные колебания уровня наблюдались как в прошлом, так и в текущем столетии. Так, приращение уровня на 20-30 см в год отмечалось в 1865-1866, 1895-1896, 1933-1934, 1937-1938 гг. Повышение уровня моря, наблюдающееся с 1978 г., обусловлено главным образом увеличением объема поступающего в море волжского стока, а также количества атмосферных осадков,выпадающих на поверх­ность моря. В 1978—1983 гг. количество атмосферных осадков сущест­венно превышало их среднюю многолетнюю норму, достигнув 256 мм в год.

Внутригодовое изменение уровня имеет четко выраженный сезонный характер (рис. 3), обусловленный изменчивостью составляющих водного баланса. В зимнее время уровень - низкий, затем вследствие интенсивного поступления в море речных вод наблюдается его весенне-летнии подъем. Основное накопление воды в море происходит в июне—июле, и уровень достигает наивысшего положения. С августа, в связи с уменьшением речно­го притока и увеличением испарения с морской акватории, уровень посте­пенно понижается до зимнего минимума, наблюдающегося в январе-феврале.

Средняя многолетняя величина внутригодрвых изменений уровня за 1900—1983 гг. составила 30 см (табл. 5). Наибольшая величина его

Рис 2. Вековые изменения уровня Каспийского моря. 1500-1900-по Л. С. Бергу: 1901-1083 гг.-данные ГОИНа.

Рис 3. Среднемноголнтние внутригодовые изменения уровня Каспийского моря 1 - 1942-1955 гг., 2 - 1956-1984гг., 3 – 1970-1977гг., 4 – 1978-1984гг.

годовых изменений наблюдалась в многоводный 1926 г. (50 см), наимень­шая — в маловодный 1975 г. (25 см).

Зарегулирование речного стока в бассейне Каспийского моря повлияло на сезонный ход уровня. В современных условиях половодье на Волге начинается на месяц-полтора раньше и проходит быстрее, чем до 50-х го­дов. Это приводит к более раннему наступлению среднемесячного макси­мума в годовом ходе уровня. Весенне-летние попуски речной воды вызы­вают некоторое сглаживание хода уровня в это воемя года, а зимние по­пуски, наоборот, приводят к повышению уровня. Таким образом, в целом в течение года ход уровня стал более плавным (см. рис. 3).

Большой научный и практический интерес представляет разработка прогнозов уровня моря. В настоящее время существует несколько методов. Во-первых, это так называемые климатические (гелиогеофизи-

ческие) прогнозы. Они основаны на физических моделях, связывающих колебания уровня Каспия или отдельных составляющих водного баланса с различными внешними факторами — температурой воздуха и другими метеорологическими характеристиками, атмосферной циркуляцией, сол­нечной активностью.

Многие авторы [Белинский, Калинин, 1946; Гире, 1971; Аполлов, Алексеева, 1959; Соскин, 1959; Эйгенсон, 1963; Антонов, 1963; и др.] проводили поиск этих закономерностей временных изменений уровня моря, обусловленных геофизическими и климатическими факторами. Однако климатический прогноз на длительное время для таких обширных территорий, как бассейн Каспия, продолжает оставаться одной из сложных и нерешенных проблем науки. Несмотря на то что наличие солнечно-земных связей в настоящее время признано, механизм этих связей и теоретическая сторона вопроса остаются во многом неясными. Зависимости между уровнем моря и характеристиками атмосферной циркуляции также далеко не всегда дают возможность получить прогноз на длительное время.

Ко второй группе прогнозов относятся вероятностно-статистические методы, суть которых состоит в вероятностном описании колебаний уровня исходя из представлений о порождающих их климатических и гидрологических факторах как о стохастических процессах [Крицкий и др., 1975]. Поскольку изменения водного баланса и уровня Каспия обус­ловлены взаимодействием двух основных факторов: поверхностного притока речных вод и видимого испарения (атмосферные осадки минус испарение), то расчеты и моделирование рядов этих характерис­тик- позволяют исследовать изменчивость уровня моря как в естественных условиях формирования гидрологического режима, так и при различных его нарушениях.

Расчеты вероятных изменений уровня Каспийского моря на длитель­ную перспективу, основанные на воднобалансовом методе, выполнены многими исследователями [Калинин, 1968; Архипова и др., 1972; Смир­нова, 1972; Раткович и др., 1973; Шикломанов, 1976; и др.]. Полученные прогнозы хотя и отличаются друг от друга в количественном отношении, но сходны в том, что к концу столетия при средних гидрометеорологи­ческих условиях можно ожидать некоторого снижения уровня моря.

Основным затруднением разработки климатического направления прогнозов является то обстоятельство, что для построения надежных физических моделей необходимо найти такие определяющие внешние факторы, изменения которых опережали бы изменения уровня или состав­ляющих водного баланса на срок не менее заблаговременное™ прогноза. Найти такие факторы трудно, поэтому возникает необходимость экстра­поляции их, что представляет не менее сложную задачу, чем разработка самого метода сверхдолгосрочного прогноза уровня моря.

Вероятностно-статистические методы прогноза имеют более строгую теоретическую основу, чем климатические, но вероятностная форма полу­чаемых прогнозов, когда однозначно определяется календарный ход уровня при средних условиях притока и испарения и задается широкая полоса вероятных отклонений положения уровня в каждый год прогно­зируемого периода, затрудняет их практическое использование.

Таким образом, в настоящее время не существует достаточно надеж­ных методов прогнозирования ожидаемых изменений уровня Каспийского моря, что существенно затрудняет решение вопросов, связанных с эконо­микой и развитием народного хозяйства в бассейне моря. Разработка таких методов — одно из наиболее важных направлений исследований Каспия.

ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И ВОДНЫЕ МАССЫ.

Своеобразие условий формирования гидрологической структуры вод Каспийского моря определяется его замкнутостью, внутриматериковым положением, большой меридиональной протяженностью, воздействием речного стока, конфигурацией берегов и рельефом морского дна.

Замкнутость моря исключает адвекцию вод из других бассейнов, пред­определяет формирование „структуры вод Каспия путем взаимодействия процессов, происходящих в самом водоеме. Расположение моря глубоко внутри материка Евразии обусловливает значительное воздействие таких внешних факторов, как тепловое и динамическое состояние атмосферы и речной сток. Вытянутость моря в меридиональном направлении более чем на 10° создает большие климатические различия между отдельными его частями, сильнее всего проявляющиеся в зимний сезон. Сложный рельеф дна моря (глубоководные котловины, разделенные порогом, многочисленные острова и банки) влияет на особенности циркуляции вод и характер водообмена. Так, Апшеронский порог ограничивает водо-обмен между котловинами Среднего и Южного Каспия, способствуя фор­мированию в каждой из них своеобразной гидрологической структуры.

В целом гидрологическая структура вод моря создается путем взаимо­действия процессов горизонтальной и вертикальной турбулентности и циркуляции вод, вызываемых различными факторами — полем ветра, потоками тепла и массы через поверхность моря, полем плотности, влия­нием конфигурации берегов. Гидрологические условия в разных частях моря существенно зависят также от водообмена между ними.

Сезонные изменения гидрологических условий в Каспийском море весь­ма значительны, хотя они неодинаковы по акватории и в общем умень­шаются в направлении с севера на юг. В Северном Каспии большая величи­на сезонных изменений теплового состояния вод определяется резкой кон-тинентальностью климата, а солености — сосредоточением здесь основного количества поступающих в море речных вод. По направлению на юг влия­ние этих факторов уменьшается. Кроме того, больший объем водных масс Среднего и Южного Каспия делает режим этих частей моря более устой­чивым по отношению к внешним воздействиям, чем мелководного Север­ного Каспия.

Зимой, благодаря климатическим различиям между северными и южны­ми районами моря, температура воды на поверхности изменяется от О— 0,5° у кромки льда до 10,0—10,7° на юге моря. При этом у запад­ного берега моря температура воды ниже благодаря переносу на юг холод­ных вод с севера, а вдоль восточного берега выше в связи с поступлением на север более теплых южнокаспийских вод. Вертикальные термические различия в толще вод зимой малы вследствие интенсивного развития процессов конвективного перемешивания.

Летом, наоборот, климатические условия над акваторией моря квази­однородные и горизонтальные температурные различия водных масс в це­лом меньше, чем зимой. В августе на большей части акватории температура воды на поверхности находится в пределах от 22—23 до 26—27°. Лишь в районе у восточного берега Среднего Каспия в июле—августе часто об­разуется обширная зона отрицательных аномалий температуры воды (до 16—11°). Ее образование связано со сгонным эффектом частых в летнее время и устойчивых северо-западных ветров, приводящим к выходу на поверхность более холодных вод промежуточных слоев. Эти воды выде­ляются также по своим химическим и биологическим характеристикам.

При интенсивном прогреве моря весной на нижней границе слоя ветро­вого перемешивания образуется термоклин, достигающий максимального развития в августе .Существование в летний сезон резко выра­женного термоклина вблизи от поверхности моря ограничивает распростра­нение термохалинных возмущений в глубинные слои воды. С началом осеннего охлаждения и развитием конвективного перемешивания термоклин разрушается, и в море снова формируется "зимний" тип распределения температуры со значительной однородностью ее по глубине и большими различиями в верхнем слое. Наибольшие годовые разности температуры воды на поверхности моря - до 20° - наблюдаются в его северных райо­нах, а также у восточных берегов Южного Каспия, что обусловлено интен­сивным летним прогревом и зимним охлаждением мелководий. Для центральной части Южного Каспия характерны наименьшие изменения темпе­ратуры в течение года, соответствующие небольшим сезонным климати­ческим различиям. У западного и восточного берегов Среднего Каспия, в районах апвеллинга, величина годовой разности температуры на поверх­ности уменьшается на 14—15°.

Сезонные изменения температуры в глубинных слоях моря зависят от развития процессов конвективного перемешивания. В Среднем Каспии сезонные различия температуры наиболее существенны в слое толщиной около 200 м, в Южном Каспии — в слое до 100 м, что связано с развитием здесь зимней вертикальной циркуляции. В суровые зимы, когда конвекция распространяется до больших глубин, понижение температуры может охватывать более значительную толщу воды, а в Среднем Каспии оно до­ходит • до дна. В придонных слоях Среднего Каспия температура равна 4,5-5,0, Южного - 5,7-6,0°.

На меридиональном разрезе вдоль 51° в.д. максимальные величины годовой разности температуры воды присущи верхнему слою толщиной 30—40 м . Наименьшие сезонные изменения темпера­туры (0,2—0,3°) в Среднем Каспии отмечаются в промежуточном слое 75—300 м. В Южном Каспии слой минимальной сезонной изменчивости (менее 0,1°) находится значительно глубже — от 350 до 650 м.

Характерную особенность рассматриваемого разреза представляет уве­личение годовой разности температуры воды вдоль северного склона впадины и в придонных слоях Среднего Каспия, вплоть до Апшеронского порога. Это связано с влиянием процесса плотностного сто­ка в зимнее время холодных вод по северному склону среднекаспийской впадины в ее придонные слои. В Южном Каспии, вдоль склона Апшерон­ского порога и в придонных слоях также прослеживается некоторое воз­растание величин изменчивости температуры.