Delist.ru

Моделирование и прогноз динамики льдистых берегов восточных арктических морей России (20.02.2007)

Автор: Разумов Сергей Олегович

Для обоснованной оценки предполагаемых изменений темпов термоабразии необходимо прогнозировать вариации не только термической, но и циркуляционной составляющей климата. На рис. 11 показаны синхронные изменения космо-геофизических сил приливного типа и суммарной повторяемости штормовых ветров северных, северо-восточных и восточных направлений. Предполагаемые изменения F( по кривой 2 описываются с помощью полинома. Прогноз средней повторяемости штормовых нагонных ветров морских румбов в течение первой половины XXI в. выполнялся по формуле (23).

Рис. 11. Многолетние колебания сглаженной по десятилетиям суммы горизонтальных составляющих сил приливного типа (F() для северных широт 70-74( (1), их полиномиальной функции (2), а также фактической (3) и прогнозируемой (4) повторяемости штормов (p) в исследуемых районах.

Почему в рассматриваемых случаях применена полиномиальная экстраполяция климатических характеристик? Дело в том, что полиномы могут более или менее достоверно описывать только такую кривую, отдельные точки которой взаимосвязаны. Проведенный автором автокорреляционный анализ кривых временного хода температуры, приливообразующих сил F( и повторяемости штормов позволил установить предельный временной интервал корреляции между отдельными точками каждой из этих кривых, который составил около 50 лет. Поэтому в пределах указанных лет можно более или менее достоверно проводить экстраполяцию с помощью полиномов.

Специальные долгосрочные прогнозы климатических характеристик, необходимые для решения подобных задач, Росгидромет и другие гидрометеорологические подразделения не производят. Поэтому полиномиальная экстраполяция ритмичных колебаний природных факторов, пожалуй, единственная возможность более или менее достоверно получить представление об их временном ходе в первой половине XXI в.

Прогнозирование скорости термоабразии льдистых берегов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского по сценариям предполагаемых изменений средней летней температуры воздуха выполнялось с помощью линейной (6) и нелинейной (24) моделей (рис.12). Линейная модель не учитывает временные вариации повторяемости штормов, поэтому для расчета показателя абразионной активности в уравнении (6) используется ее среднемноголетняя величина.

Рис. 12. Прогнозируемые средние скорости термоабразии льдистых берегов высотой 1-30 м в исследуемых районах морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. По сценарию изменений климатических условий А: 1 - при неизменной; 2 - при переменной повторяемости штормов. По сценарию Б: 3 - при неизменной; 4 - при переменной повторяемости штормов. Фактические скорости термоабразии: 5 - усредненные по ключевым участкам; 6-9 - на отдельных участках восточно-арктического побережья России и моря Бофорта (по опубликованным материалам и собственным данным).

Максимальная активность береговых криогенных процессов предполагается в 2040-2045 гг., когда скорости эрозии могут достигать по разным сценариям в среднем от 5-7 до 15 м/год, а на отдельных участках низких берегов от 9-12 до 30 м/год. Минимальные темпы разрушения изученных берегов, ожидаемые в 2010-2015 гг., составят в среднем 0.3-1.1 м/год. Резкий скачок интенсивности и почти полное затухание береговых криогенных процессов будут обусловлены совпадениями в указанные годы экстремумов вариаций средней температуры воздуха безледного периода и повторяемости разрушительных штормов.

Тестирование результатов прогноза для начала XXI в. на независимом фактическом материале показало наилучшую сходимость расчетных и фактических данных при прогнозировании на основе нелинейной теории развития льдистых берегов по “умеренному”сценарию Б. Таким образом, наиболее вероятна тенденция развития берегов в соответствии с указанным сценарием, по крайней мере до 2010-2015 гг.

Заключение

В результате проведенных исследований было доказано, что на основе существующих методов прогнозирования скорости отступания берегов морей и водохранилищ невозможно разработать прогностическую модель, с помощью которой можно более или менее достоверно предсказывать развитие термоабразии избыточно льдистых берегов восточного сектора российской Арктики. Предложенная методология исследований и применение ряда методических новаций позволили разработать линейную и нелинейную теории развития льдистых морских берегов на основе впервые установленных и математически сформулированных закономерностей. Они легли в основу многофакторного математического моделирования и прогнозирования развития термоабразии в нестационарных климатических условиях.

При относительном потеплении климатических условий безледного периода и стабильном уровне моря активность термоабразии льдистых берегов мелководных восточных арктических морей в целом существенно возрастает. Пространственные изменения мерзлотно-геологических и геоморфологических характеристик прибрежной полосы суши обусловливают периодическое вырождение и активизацию указанного процесса.

Количественная оценка роли отдельных природных факторов в деструктивных береговых криогенных процессах, проведенная на основе линейной теории динамики льдистых морских берегов, показывает, что наиболее влиятельным фактором развития термоабразии является средняя температура воздуха безледного периода (индивидуальный вклад - около 70%). Роль штормовой активности моря и субаквальных абразионно-аккумулятивных процессов оценивается приблизительно в 19 и 12%, соответственно. Оценки индивидуальных вкладов основных факторов в общую изменчивость темпов термоабразии имеют большое значение при разработке прогнозов развития льдистых морских берегов в изменяющихся климатических условиях и последующем анализе их достоверности.

Многолетнемерзлые породы береговой зоны оказывают существенное влияние на динамику берегов. Наличие многолетнемерзлых пород на подводном береговом склоне обусловливает более активное отступание восточно-арктических берегов, по сравнению с аналогичными берегами морей вне криолитозоны. Устойчивость льдистых берегов к воздействиям моря есть функция макрольдистости отложений и теплового ресурса безледного периода. Необходимые условия для катастрофического разрушения таких берегов возникают в том случае, когда средняя температура воздуха безледного периода в рассматриваемом регионе превысит 4 (C. При этом резко возрастает неустойчивость льдистых берегов к гидродинамическому воздействию, которое зачастую оказывается достаточным условием для весьма активного развития термоабразии.

Нелинейная теория динамики льдистых морских берегов является основой многофакторного моделирования развития термоабразии с учетом изменений климатических условий, мерзлотно-геологических и геоморфологических характеристик побережья. Ключевую роль в разработанной нелинейной модели играют сопряженные в пространстве и времени многолетние вариации средней температуры воздуха безледного периода и повторяемости разрушительных штормов. Эти факторы функционально взаимосвязаны, причем аналитически установлено, что повторяемость штормов зависит от суммы горизонтальных составляющих космо-геофизических сил приливного типа. Модель имеет прогностический выход и используется при разработке динамической классификации арктических берегов.

Практический выход нелинейной теории - количественный прогноз скорости термоабразии льдистых берегов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского на первую половину XXI в. по двум сценариям предполагаемых изменений средней температуры воздуха безледного периода (ТЛ). В 2010-2015 гг. ожидается затухание процессов разрушения льдистых берегов, скорость термоабразии не будет превышать нескольких метров в год. Пик активности береговых криогенных процессов предполагается в 2040-2045 годах. По “умеренному” сценарию (ТЛ изменяется в пределах 3-4 (C), скорость термоабразии не превысит 5-7 м/год и лишь на отдельных участках побережья достигнет 10-12 м/год. По “экстремальному” сценарию (ТЛ повысится до 6 (C), льдистые берега будут разрушаться катастрофически, средняя скорость термоабразии может достигать 15, максимальная - 30 м/год. Тестирование результатов прогноза начала XXI в. показало, что наиболее вероятна реализация “умеренного” сценария.

Освоение природных ресурсов Арктики существенно повлияет на берегоформирующие процессы в восточных арктических морях, поэтому представляется перспективным диверсифицировать многофакторную прогностическую модель динамики льдистых морских берегов введением в ее функциональную структуру дополнительного, техногенного фактора.

Основные положения работы изложены в следующих публикациях:

Научные статьи

Разумов С.О. Особенности формирования химического состава вод Колымского залива // Комплексные мерзлотно-гидрогеологические исследования.- Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1989.- С. 78-87.

Разумов С.О., Дятлов В.А. Структурно-геологические и геокриологические условия распространения и разгрузки подземных вод на шельфе Восточно-Сибирского моря // Формирование подземных вод криолитозоны.- Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН, 1992.- С. 80-92.

Разумов С.О. Реликты субаэрального криогенного микрорельефа на шельфе Восточно-Сибирского моря // Криолитозона и подземные воды Сибири.- Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН, 1996а.- Ч.1.- С. 118-129.

Разумов С.О. Роль термоденудации в процессе разрушения термоабразионных берегов Восточно-Сибирского моря // Криолитозона и подземные воды Сибири. Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН, 1996б.- Ч.1.- С. 139-149.

Разумов С.О. Изменение химического состава прибрежно-шельфовых вод и донных отложений Восточно-Сибирского моря в районах активной деградации льдонасыщеных берегов и в устье р. Колымы // О состоянии окружающей природной среды Республики Саха (Якутия) в 1998 году.- Якутск, 1999.- С. 35-38.

Разумов С.О. Скорость термоабразии морских берегов как функция климатических и морфологических характеристик побережья // Геоморфология.- 2000а.- № 3.- С. 88-94.

Разумов С.О. Морфодинамика подводного склона береговой криолитозоны Восточно-Сибирского моря в меняющихся климатических условиях // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология.- 2000б.- № 2.- С. 165-173.

Разумов С.О. Изменчивость климата как фактор динамики береговой криолитозоны // Мерзлота. Климат: комплексные исследования Якутии. Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН, 2000в.- С. 87-93.

Разумов С.О. Моделирование эрозии берегов арктических морей в меняющихся климатических условиях // Криосфера Земли.- 2001а.- Т. V.- № 1.- С. 53(60.

Разумов С.О. Моделирование термоабразии льдистых берегов арктических морей в стационарных климатических условиях // Криосфера Земли.- 2001б.- Т. V.- № 4.- С. 50-58.

Разумов С.О. Модель динамики льдистых берегов арктических морей в стационарных климатических условиях // Материалы Второй конференции геокриологов России. Динамическая геокриология.- М.: Изд-во МГУ, 2001в.- Т. 2.- С. 262-269.

Разумов С.О. Критерий устойчивости арктических береговых криогенных систем // О состоянии окружающей природной среды Республики Саха (Якутия) в 2000 году.- Якутск: Изд-во Литограф, 2001г.- С. 31-34.

Разумов С.О. Динамика деструктивных криогенных процессов на арктическом побережье и в устьевой области р. Колымы // О состоянии окружающей природной среды Республики Саха (Якутия) в 2001 году.- Якутск: Сахаполиграфиздат, 2002а.- С. 33-37.

Разумов С.О. Модель динамики льдистых берегов с переменными составляющими абразионной активности моря в нестационарных климатических условиях // Криосфера Земли.- 2002б.- Т. VI.- № 3.- С. 35(44.

Разумов С.О. Развитие эрозии льдистых морских берегов в условиях изменений средней летней температуры воздуха при стационарной повторяемости штормов // Материалы Международной конференции “Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения”.- Пущино, 2003.- С. 246-248.

Разумов С.О. Модель эрозии льдистых морских берегов в условиях многолетних колебаний средней летней температуры воздуха и стационарной повторяемости штормов // Криосфера Земли.- 2003.- Т. VII.- № 4.- С. 39-50.

Разумов С.О. Реакция береговой криолитозоны арктических морей на мезомасштабные гидрометеорологические возмущения // Материалы III конференции геокриологов России.- М.: Изд-во МГУ, 2005.- Т. 3.- Ч. 6.- С. 218(225.

Григорьев М.Н., Разумов С.О. Распространение и эволюция субаквальной мерзлоты в прибрежно-шельфовой зоне морей Лаптевых и Восточно-Сибирского как следствие многолетней трансформации береговой зоны // Современная геодинамика и опасные природные процессы в Центральной Азии.- Иркутск: Изд-во Института земной коры СО РАН, 2005.- Вып. 2.- С. 136-155.

Разумов С.О. Реакция криогенных комплексов арктического побережья на техногенные воздействия в нестационарных климатических условиях // Материалы Международной конференции “Теория и практика оценки состояния криосферы земли и прогноз ее изменений”.- Тюмень: ТюмГНГУ , 2006.- Т. I.- С. 275-277.

Разумов С.О. Ответ на рецензию профессора Ф.Э. Арэ статей С.О. Разумова в журнале “Криосфера Земли”// Криосфера Земли.- 2006.- Т. X.- № 1.- С. 81-86.

Григорьев М.Н., Разумов С.О., Куницкий В.В., Спектор В.Б. Динамика берегов восточных арктических морей России: основные факторы, закономерности и тенденции // Криосфера Земли.- 2006.- Т. X.- № 4.- С. 74-94.

Are F. E., Grigoriev M. N., Rachold V., Hubberten H.–W., Razumov S.O., Schneider W. Coastal erosion studies in the Laptev Sea. Expeditions in Siberia in 1999 // Reports on Polar Research.- Bremerhaven, Germany, 2000.- V. 354.- P. 65-74.

Страницы: 1  2  3  4  5  6  7