Гидрологические аспекты проблемы уровня Каспия

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.

Таким образом, распределение величин годовой изменчивости температуры воды

в Среднем и Южном Каспии свидетельствует о том, что наибольшие сезонные

изменения отмечаются в верхнем слое, а также в придонных горизонтах и вдоль

склонов глубоководных впадин, а в глубинной толще вод, особенно в южной

части моря, они малы.

Пространственные изменения солености воды больше всего в Северном Каспии,

где она возрастает от 0,1—0,2°/о о вблизи устьев Волги и Урала до 10—12°/о

о на границе со Средним Каспием.

В глубоководных частях моря соленость на поверхности увеличивается в целом

с севера на юг и с запада на восток. Такое распределение солености связано

с опресняющим влиянием речного стока вдоль западного побережья и

осолонением вод у восточного берега, в условиях полного отсутствия здесь

пресного стока и интенсивного испарения. В откры-тых районах моря соленость

редко выходит за пределы 12,7-13,2°/оо. Вертикальное .распределение

солености в Среднем и Южном Каспии весьма однородное — от поверхности до

дна ее увеличение не превышает десятых долей промилле .

Изменения солености в различных районах моря от сезона к сезону не

отличаются той однонаправленностью, которая присуща изменениям температуры.

Так, от весны к лету на всей акватории Южного Каспия соленость возрастает

вследствие увеличения испарения. В то же время в Среднем Каспии, где

проявляется влияние опресненных северокаспийских вод, соленость на большей

части акватории понижается.

Изменения солености от ноября к февралю носят противоположный характер. В

Южном Каспии соленость уменьшается, а в Среднем возрастает, что объясняется

условиями водообмена между этими частями моря. В это время года более

соленые южнокаспийские воды поступают в среднюю часть моря, а в южную

выносятся менее соленые среднекаспийские воды.

Максимальные величины годовой разности солености на поверхности,

превышающие 1% о, отмечаются на северной границе Среднего Каспия и в

приустьевых районах. На акватории открытого моря они весьма малы и

составляют в среднем 0,2—0,4° /оо

Величины годовой разности солености на разрезе по меридиану 51 в.д.

показывают, что в толще вод они в основном не превышают 0,2—0,3°/оо

Минимальные величины изменчивости (0,1°/оо и менее) свойственны глубинным

слоям бассейнов. На склонах Апшеронского порога годовые изменения солености

больше, что связано с интенсивным водообменом между Средним и Южным Каспием

через Апшеронский порог.

Однородное распределение солености в глубоководных частях Каспийского моря

— важная черта его гидрологической структуры, обусловливающая ее сезонную

изменчивость главным образом за счет температуры. Именно температура воды,

при мало изменяющейся солености, определяет основные особенности поля

плотности в зимний и летний сезоны и влияет на вертикальную устойчивость

вод, особенно в верхних слоях. В глубинных и придонных слоях моря, где

изменения гидрологических характеристик малы, в формировании поля плотности

возрастает роль солености.

Как показывает распределение условной плотности на поверхности моря в

феврале и августе, ее изменения по акватории моря малы — от 0,5 усл. ед.

зимой до 1,5 усл. ед. летом. В феврале плотность в Среднем Каспии более

11,0 усл. ед., а в Южном — около 10,5 усл. ед. В августе значения плотности

уменьшаются в среднем на 3 усл. ед., что и составляет величину годовых

изменений плотности на поверхности моря.

Следует отметить однонаправленное влияние сезонных изменений температуры и

солености на плотность в Среднем Каспии и их противоположное влияние в

Южном Каспии. Увеличение речного стока в период половодья по времени

совпадает с прогревом поверхностных слоев воды и совместное влияние этих

факторов способствует уменьшению плотности верхнего слоя воды в Среднем

Каспии в весенне-летний сезон. В зимнее время наблюдается усиление

поступления более соленых южнокаспийских вод в среднюю часть моря и

дальнейшее их охлаждение. Оба фактора вызывают увеличение плотности вод в

Среднем Каспии.

В Южном Каспии в летний сезон осолонение поверхностных слоев воды при

испарении и интенсивный прогрев оказывают противоположное влияние на

изменения плотности воды. Зимой поступление в южную часть моря менее

соленых среднекаспийских вод снижает эффект повышения плотности вод в

процессе зимнего охлаждения. К тому же и само охлаждение вод в Южном Каспии

существенно меньше, чем в Среднем.

Небольшая вертикальная стратификация Каспийского моря по солености и

плотности - один из основных факторов, создающих благоприятные условия для

развития конвективного перемешивания во всей толще его вод. Перемешивание

верхних слоев моря, как отмечалось, происходит благодаря активно развитой

зимней вертикальной циркуляции. В перемешивании и вентиляции глубинных

слоев важную роль играет плотностной сток из северных мелководных районов

моря. Высокая плотность образующихся здесь зимой вод позволяет им стекать

до самых больших глубин среднекаспийской впадины и далее, переливаясь через

Апшеронский порог, поступать в глубинные слои южной части моря. В придонном

слое Южного Каспия перемешивание происходит также за счет конвекции,

Возбуждаемой тепловым потоком от дна моря.

Сравнение распределения плотности на разрезе по меридиану 51° в.д., в

феврале и августе показывает, что зимой увеличение плотности происходит

практически во всей толще вод. В летнее время небольшое повышение плотности

отмечается в придонных слоях Южного Каспия, что может служить

подтверждением постепенного поступления в этот бассейн вод с высокой

плотностью, образовавшихся зимой в Среднем Каспии.

Зимняя вертикальная циркуляция и плотностной сток вод обеспечивают

достаточное насыщение глубинных слоев кислородом и вызывают компенсационный

подъем глубинных вод, обогащенных биогенными веществами, в верхний слой

моря. Эти процессы создают благоприятные условия для формирования высокой

биологической продуктивности в Среднем и Южном Каспии.

По совокупности физико-химических и биологических характеристик вод в

Каспийском море были выделены следующие водные массы: северокаспийская,

верхняя каспийская, глубинная среднекаспийская и глубинная южнокаспийская.

Северокаспийская водная масса занимает северную часть моря. Ее объем

незначителен (менее 1% от общего .объема моря), но она оказывает

существенное влияние на гидрологические и биологические процессы всего

моря. Основные условия формирования северокаспийской водной массы- влияние

обильного речного стока и мелководность северной части моря. За южную

границу северокаспийской водной массы можно условно принять изогалину 11°/о

о- Температура северокаспийской водной массы изменяется в широких пределах

— от 0 зимой до 25° летом. Зимой большая часть акватории Северного Каспия

покрыта льдом, температура воды подо льдом почти равна температуре

замерзания. Летом большая часть северокаспийской воды хорошо прогрета от

поверхности до дна и имеет температуру выше 23—24°. Соленость

северокаспийской воды пониженная даже относительно солености всего

Каспийского моря. По направлению от устьев Волги и Урала на юг соленость ее

увеличивается от 0,1— 0,2 до 10—11 °/оо. Поскольку это возрастание

солености происходит постепенно, между северокаспийской и верхней

каспийской водными массами существует довольно широкая переходная зона.

Средняя соленость северокаспийской водной массы значительно изменяется в

зависимости от многолетних колебаний волжского стока. В периоды опреснения

средняя соленость равна 4-5°/оо в периоды осолонения — 9—11°/оо.

Вертикальные градиенты солености наблюдаются главным образом в западном

районе, наиболее подверженном влиянию речного стока. В остальных районах

вертикальные градиенты гидрологических характеристик весьма малы.

В формировании верхней каспийской водной массы главную роль играют

процессы зимнего охлаждения и перемешивания и летнего прогрева, а также

динамические процессы в верхнем слое моря (волнение, ветровые течения,

сгонные явления, внутренние волны). Нижняя граница этой водной массы

определяется глубиной распространения зимней вертикальной циркуляции и

располагается в Среднем Каспии в слое 150—200 м, в Южном — 50—150 м. На

нижней границе происходит существенное понижение содержания кислорода и

уменьшение вертикальных градиентов температуры. В летней модификации

выделяется хорошо прогретый и перемешанный верхний слой толщиной 20—30 м,

ограниченный снизу резким термоклином. Соленость верхней каспийской водной

массы в большинстве случаев равна 12,7—13,0°/оо- Эта водная масса

отличается высоким содержанием кислорода: в верхнем слое — от 7,5—8,0 зимой

до 6,0—6,5 мл/л летом, на нижней границе содержание кислорода не менее

4,5—5,5 мл/л.

Глубинные водные массы формируются главным образом в зимние месяцы в

результате плотностного стока холодных вод из северных районов моря, а

также с восточного шельфа. Эти воды опускаются в придонные слои

среднекаспийской котловины, а переливаясь через Апшеронский порог,

поступают и в южно каспийскую впадину. В суровые зимы в формировании

глубинных вод принимает участие и зимняя вертикальная циркуляция. Глубинные

каспийские водные массы имеют следующие средние термохалинные

характеристики: среднекаспийская (250—300 м — дно) — температура 3,9—5,2°,

соленость 12,7—13,0°/о о, содержание кислорода 3,0—5,5 мл/л; южнокаспийская

(100—150 м — дно) — температура 5,7—6,3°, соленость 12,8—13,1°/оо»

содержание кислорода 2,0— 3,5 мл/л. Анализ изменчивости термохалинных

характеристик глубинных водных масс показывает, что вся толща вод моря

находится в подвижном состоянии, что имеет первостепенное значение для

такого замкнутого водоема, как Каспийское море.

Заключение.

Таким образом, современный водный режим Каспийского моря в течение периода

инструментальных наблюдений существенно изменялся. Начиная с 1882 по 1977

г., несмотря на отдельные флуктуации уровень моря практически непрерывно

падал и в отдельные годы это падение превышало 30 см. Значительное снижение

уровня моря было тесно связано с особенностями развития климатических

процессов. Начиная с конца про итого столетия климат постепенно теплел, что

повлияло на процессы, определяющие водообмен на поверхности суши.

В последние же годы Уровень Каспия возрастает. Пока нет общепризнаной

гипотезы, объясняющей это явление. Если этот процесс и будет продолжаться,

то часть астраханской области окажется под водой. Возникнет необходимость

строительства дамб, плотин. Но такая угроза возникнет не раньше чем через

100 лет.

Список используемой литературы.

1. С. И Варущенко «Изменение режима Каспийского моря и бессточных

водоемов в палеовремени. М. Наука 1987.

2. Каспийское море: гидрология и гидрохимия. М. Наука 1986.

3. Каспий-настоящее и будущее. Тез. докл. Международной конф. Астрахань.

4. Касынов А. Г. «Каспийское море» Л. 1987.

5. Крицкий С. К. «Колебания уровня Каспийского моря» М. Наука 1975.

Страницы: 1, 2



Реклама
В соцсетях
рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать