Региональные физико-математические модели гидрологического цикла крупных речных бассейнов Сибири и Дальнего Востока как инструмент обоснования стратегий адаптации к изменениям климата

Аннотация к заявке:

Метод, который планируется применить в настоящем проекте, основан на использовании региональных гидрологических моделей и позволяет получить оценки изменений составляющих гидрологического цикла речных бассейнов, обладающие бо́льшей устойчивостью, чем существующие оценки. При реализации проекта будут разработаны (или усовершенствованы ранее разработанные) региональные гидрологические модели на платформе информационно-моделирующего комплекса ЕСОМАG. Модели будут описывать основные процессы гидрологического цикла речных бассейнов: формирование снежного покрова и снеготаяние, промерзание и оттаивание почвы, вертикальный тепло- и влагоперенос в мерзлой и незамерзшей почве, эвапотранспирацию, поверхностное и подповерхностное движение воды по водосбору, грунтовый сток, движение воды в речной системе с учетом влияния водохранилищ. В качестве граничных условий будут задаваться многолетние ряды суточных сумм осадков, среднесуточных значений температуры и влажности воздуха по имеющимся наблюдениям на сети гидрометеорологического мониторинга, либо по данным метеорологического реанализа, либо рассчитанные по глобальным атмосферным моделям. Исследования будут проводиться на примере бассейнов крупных рек Сибири и Дальнего Востока: Амур, Лена, Селенга.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

На основе информации из глобальных баз данных разработаны региональные модели формирования речного стока для бассейнов рек Амур, Лена и Селенга, учитывающие пространственную неоднородность характеристик водосбора, влияние водохранилищ и позволяющие рассчитать расходы воды по многолетним данным мониторинга или метеорологического реанализа.

Построенные расчетные частные водосборы в бассейнах рек Амур, Лена и Селенга

С применением метода пространственной калибровки и верификации моделей, что позволяет учесть особенности формирования стока как на основном русле рек, так и на их притоках, проведена статистическая оценка эффективности расчетов речного стока по различным статистическим критериям.

Расположение метеостанций в бассейне Лены и 100-км окрестности

Для исследуемых речных бассейнов климатические модели воспроизводят нормы метеовеличин, осредненных по площадям водосборов рек, с высокой точностью. Погрешность определения температуры воздуха по данным GCMs составила 0.1–0.2ºС, суммы атмосферных осадков до 3%, дефицита влажности воздуха до 5%.

Откалиброванные гидрологические модели позволяют с удовлетворительной точностью рассчитать норму годового стока исследуемых рек за исторический период при задании в качестве граничных условий данных ансамблевых расчетов глобальных климатических моделей. Относительная погрешность расчета среднеансамблевой нормы стока р.Амур по сравнению с расчетом по данным метеорологических наблюдений составила 2.5%, р.Лены 3.7%, р.Селенги –5%. Среднемноголетние гидрографы месячного стока, рассчитанные по данным климатических моделей за базовый период, по сравнению с расчетами стока Амура по данным станционных метеонаблюдений показывают завышение стока при прохождении волны половодья на 22% и занижение стока в период летне-осенних паводков на 6%. Для р.Лены характерно завышение стока GCMs в наиболее полноводный месяц (июнь) на 10%. Для бассейна Селенги отмечено завышение стока по моделям климата в июне на 16% и занижение с августа по октябрь на 10%. В целом расчеты показали, что по данным моделей климата удалось воспроизвести среднемноголетний сезонный режим стока трех исследуемых рек.

Среднемноголетний сезонный сток рек Амур, Лена, Селенга (сверху вниз), рассчитанный по данным наблюдений и по ансамблю климатических моделей с указанием диапазона оценок величин по различным GCMs за исторический период

Таким образом, глобальные климатические модели воспроизводят региональные особенности атмосферной циркуляции в речных бассейнах и рассчитанные по гидрологическим моделям особенности формирования стока.

Наибольшее увеличение среднемноголетнего стока в XXI веке отмечено для Лены по двум сценариям, для Селенги по экстремальному к концу века, в то время как аномалии стока Амура близки к нулю. Наибольшие изменения водности в XXI веке исследуемых рек характерны для периода весеннего половодья, особенно на Лене и Селенге по обоим сценариям. Летне-осенний и зимний сток Амура имеет отрицательную динамику до 8%, Лены и Селенги наоборот – положительную.