Сучасний гідрометеорологічний режим Азовського моря

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОРСЬКИЙ ГИДРОФIЗИЧНИЙ IНСТИТУТ

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

11.00.08 - океанологія

УДК 551.465

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

СУЧАСНИЙ ГІДРОМЕТЕОРОЛОГІЧНИЙ РЕЖИМ

АЗОВСЬКОГО МОРЯ

Дьяков Микола Миколайович

Севастополь 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Морському відділенні Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи і Морському гідрофізичному інституті Національної академії наук України.

Науковий керівник:

доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Фомін Володимир Володимирович, Морське відділення Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту МНС України, завідувач лабораторією.

Офіційні опоненти:

доктор географічних наук, професор Ломакін Павло Дем'янович, Морський гідрофізичний інститут НАН України, провідний науковий співробітник;

кандидат географічних наук Трощенко Олег Олександрович, Інститут біології південних морів НАН України, старший науковий співробітник.

Захист відбудеться 15.06.2010 р. о 13 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д50.158.01 Морського гідрофізичного інституту Національної академії наук України за адресою: 99011, Україна, м. Севастополь, вул. Капітанська, 2, малий конференц-зал.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Морського гідрофізичного інституту НАН України, м. Севастополь, вул. Капітанська, 2.

Автореферат розісланий 14.05.2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д.50.158.01

доктор географічних наук Совга О.Є.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

кліматичний солоність прибережний азовський

Актуальність теми. Одним з основних завдань регіональної океанології є дослідження змін гідрометеорологічного режиму внутрішніх морів під впливом кліматичних і антропогенних факторів. Особливої актуальністі це дослідження набуває для Азовського моря. Замкнутість і мілководність моря, обмежений водообмін зі Світовим океаном, а також розвинута промислова інфраструктура на побережжі суттєво підвищують залежність гідрометеорологічного режиму Азовського моря, його термохалинної структури вод від антропогенної дії і регіональних проявлень глобальних кліматичних змін.

В регіоні Азовського моря зростає господарська діяльність, пов'язана з будівництвом різних гідротехнічних споруд, інтенсивним судноплавством і функціонуванням портів, а також з освоєнням нафтогазових родовищ. Ці обставини ставлять підвищені вимоги до якості гідрометеорологічного забезпечення.

На зміни гідрометеорологічного режиму Азовського моря, сприченені антропогенним фактором (вилученням частини стоку рік), накладаються регіональні прояви глобальних кліматичних змін, які можуть підсилювати або послаблювати негативні наслідки господарської діяльності. Враховуючи той факт, що найбільш помітні зміни глобального клімату проявилися за останні 25-30 років, важливого значення набули дослідження впливу регіональних проявів цих змін на гідрометеорологічний режим моря.

В пропонованій дисертаційній роботі розглядається коло питань, пов'язаних із сучасним гідрометеорологічним режимом Азовського моря, особливо з термохалинною структурою його вод. Виконаний аналіз регіональних особливостей глобальних кліматичних змін, що відбулися як за останні 30 років, так і за багаторічний період у гідрометеорологічному режимі Азовського регіону (температури повітря та води, атмосферних опадів, швидкості і напрямку вітру, льодових умов). На основі створеної найбільш повної бази даних океанографічної інформації Азовського моря, що включає всі види спостережень, отримані поля температури і солоності води Азовського моря, що відповідають сучасному рівню антропогенного впливу на стік рік і регіональним проявам глобальних кліматичних змін. Розглянуті горизонтальний і вертикальний розподіл, а також часова мінливість термохалинних характеристик Азовського моря. Виконана оцінка впливу атмосферних термічних умов на просторовий розподіл температури води в окремі роки. Проаналізовані динаміка і причини зменшення солоності води Азовського моря за останні 30 років. Розглянуті багаторічні тенденції компонентів водного балансу Азовського моря, величина антропогенного вилучення стоку рік, а також основні особливості водообміну через Керченську і Тонку протоки. Проведено дослідження закономірностей міжрічної і просторової мінливості загальної вертикальної стійкості вод моря і її зв'язок з площами зон гіпоксії в його придонному шарі.

Можливими сферами практичного застосування проведених в дисертаційній роботі досліджень є: оперативний діагноз і прогноз стану екосистеми моря; забезпечення безпеки мореплавання; проектування і експлуатація гідротехнічних споруд та технологічних платформ.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В дисертації узагальнені результати, отримані автором в галузі дослідження гідрометеорологічного режиму Азовського моря. Робота виконувалася відповідно до планів наукових досліджень Морського відділення Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту МНС України (МВ УкрНДГМІ), Морського гідрофізичного інституту НАН України (МГІ НАНУ) та міжнародної співпраці в рамках науково-дослідних проектів:

· НДР Міністерства України у справах надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи «Провести науково-обгрунтований аналіз стану вивченості режиму морських територіальних вод України, програм морських гідрологічних і гідрохімічних прибережних, рейдових та експедиційних спостережень і підготувати рекомендації по оптимізації складу і програм робіт», 1994-1998 рр., ДР № 0193U04424, відповідальний виконавець.

· НДР Міністерства України у справах надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи «Дослідити мінливість гідрометеорологічного і гідрохімічного режиму забруднення вод української зони Чорного і Азовського морів, в т.ч. гирлових зон рік. Розробити рекомендації з відновлення та захисту морського середовища, а також математичні моделі прогнозування його основних параметрів», 2001-2002 рр., ДР №0101U003957, виконавець.

· НДР Міністерства України у справах надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи «Дослідження сучасного гідрометеорологічного режиму Чорного і Азовського морів, удосконалення системи морських спостережень і прогнозування», 2003-2008 рр., ДР № 0206U000288, відповідальний виконавець.

· Проект НАН України «Управління прибережним ресурсним потенціалом морських акваторій України», 2007-2011 рр., ДР №0107U001161, виконавець.

· Міжнародний проект ARENA (A Regional Capacity Building and Networking Programme to Upgrade Monitoring and Forecasting Activity in the Black Sea), 2003-2006 рр., ДР №0104U06731, виконавець.

· Міжнародний проект ASCABOS (A Supporting Programme for Capacity Building in the Black Sea Region towards Operational Status of Oceanographic Services), 2006-2008 рр., ДР № 0106U003261, виконавець.

Мета і завдання дослідження. Об'єкт дослідження - басейн Азовського моря, включаючи прибережні райони і відкриту частину моря. Предмет дослідження - особливості формування гідрометеорологічного режиму Азовського моря, його термохалинної структури вод під впливом кліматичних факторів і антропогенних змін стоку рік.

Мета роботи - визначення змін, що відбулись за останні 30 років у гідрометеорологічному режимі Азовського моря, термохалинній структурі його вод, водному балансі під впливом регіональних проявів глобальних кліматичних тенденцій і антропогенної дії на стік рік.

Методи досліджень - класичні методи статистичного аналізу часових рядів, метод об'єктивної інтерполяції кліматичних полів.

Основні напрями досліджень:

- створення найбільш повной бази даних океанографічної інформації Азовського моря;

- побудова кліматичних полів температури і солоності води Азовського моря;

- вивчення регіональних особливостей сучасних змін клімату морської прибережної зони Азовського моря;

- дослідження мінливості компонентів водного балансу моря.

В рамках цих напрямів були поставлені та вирішені наступні завдання.

1. Створено найбільш повну базу даних океанографічної інформації Азовського моря, що включає всі види експедиційних та берегових спостережень.

2. Побудовані на основі найбільш повної бази даних кліматичні поля температури і солоності Азовського моря.

3. Досліджена просторова і часова мінливість термохалинних характеристик, а також виконана оцінка внеску кліматичного та антропогенного факторів у зменшення солоності моря.

4. Виявлені регіональні особливості сучасних змін клімату морської прибережної зони Азовського моря (багаторічної та сезонної мінливості температури повітря і води, атмосферних опадів, швидкості і напрямку вітру, льодових умов, солоності води).

5. Досліджена багаторічна та сезонна мінливість компонентів водного балансу моря (бюджету прісних вод, водообміну через Керченську і Тонку протоки під впливом кліматичних і антропогенних факторів.

Наукова новизна отриманих результатів. Нові наукові результати, отримані особисто здобувачем і представлені на захист, полягають в наступному:

· Вперше створений масив термохалинних полів Азовського моря для різних кліматичних умов і рівня антропогенного вилучення частини стоку рік з оцінкою внеску різних видів мінливості в загальну дисперсію цих полів.

· На основі найбільш повної бази океанографічної інформації отримані нові уявлення про просторову і часову мінливість термохалинних характеристик для найменш дослідженої західної частини Азовського моря. Виконана оцінка внеску кліматичного і антропогенного факторів у зменшення солоності Азовського моря за останні 30 років.

· Виявлена нова, неописана раніше в літературі, особливість опріснення Азовського моря в 1997-2007 рр.

· Вперше виявлені тенденції сезонної та багаторічної мінливості елементів гідрометеорологічного режиму Азовського моря під впливом регіональних проявів змін глобального клімату.

· Вперше показані зміни в інтенсивності водообміну через Керченську протоку за 1980-2008 рр.

Наукове значення роботи. Здобувачем виконано комплексне океанологічне дослідження Азовського моря за даними спостережень за останні 30 років, у період, коли на гідрометеорологічний режим Азовського моря впливали регіональні прояви глобальних кліматичних змін.

Розглянуті міжрічна та сезонна мінливість характеристик гідрометеорологічного режиму Азовського моря під впливом кліматичних змін. Досліджені міжрічна та сезонна мінливість стоку рік, водообміну через Керченську і Тонку протоки за даними натурних спостережень. З'ясовані основні причини зменшення солоності моря за останні 30 років і виявлені нові особливості сучасного опріснення моря.

На основі сформованої бази даних натурних спостережень розраховані кліматичні поля температури і солоності води Азовського моря, а також оцінений внесок різних видів мінливості в загальну дисперсію цих полів.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані в дисертаційній роботі результати комплексного аналізу сучасного гідрометеорологічного режиму Азовського моря та особливостей його кліматичних змін можуть бути використані в завданнях подальшого господарського освоєння та використання різноманітних ресурсів прибережної зони і відкритого моря, а також з метою екологічного моніторингу, захисту і відновлення якості морського середовища. Новий кліматичний масив термохалинних характеристик і база гідрометеорологічних даних може застосовуватися для оцінки кліматичних змін і математичного моделювання екологічних процесів в Азовському регіоні.

Основними потенційними споживачами отриманої в дисертації науково-технічної продукції є наукові установи, що займаються дослідженнями Азовського моря; оперативні підрозділи Гідрометеорологічної служби; організації, що проектують гідротехнічні споруди та технологічні платформи; Міністерство по надзвичайних ситуаціях; Міністерства України у справах надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи.

Результати роботи були використані для підготовки карт кліматичних термохалинних характеристик Азовського моря для Національного і Океанографічного атласів України [1, 3], а також при виконанні наступних прикладних досліджень по гідрометеорологічному забезпеченню проектування технологічних платформ і для вирішення екологічних завдань на шельфі Азово-Чорноморського басейну:

· «Гідрометеорологічний режим на ділянці проектування і будівництва технологічної платформи і морського трубопроводу на шельфі Азовського моря» - договір МВ УкрНДГМІ № 2001/СП1 від 27/02/2001 р., замовник - Інститут «НДПІШельф».

· «Гідрометеорологічний режим на ділянці проектування і будівництва морського трубопроводу на Північно-Булганакському газовому родовищі Азовського моря» - договір МВ УкрНДГМІ № 6102/1-03 від 25/04/2003 р., замовник - Інститут «НДПІШельф».

· «Гідрометеорологічні умови в районі Суботинського нафтогазового родовища на північно-східному шельфі Чорного моря», договір МВ УкрНДГМІ № 2/07 від 26/04/2007 р, замовник - ЗАТ «Південосхідгаз».

Особистий вклад здобувача. Постановка завдань дослідження, обговорення основних висновків і результатів дослідження проводилися спільно з науковим керівником. Дисертантом особисто проведені вибір методів дослідження, обробка і інтерпретація спостережень, аналіз і верифікація отриманих результатів. Здобувач особисто брав участь в окремих експедиціях, матеріали яких використані в дисертаційній роботі. Автором сформульовані всі основні наукові положення і висновки, що увійшли в дисертацію.

Частина наукових результатів опублікована в співавторстві з В.О. Івановим, В.В. Фоміним, Ю.П. Ільіним, С.Б. Горбань, Т.Ю. Тимошенко і М.А. Ліпченко.

В спільних публікаціях конкретний внесок здобувача полягав в наступному: в монографії [2] підготовлені розділи, присвячені сучасній термохалинній структурі вод Азовського моря, водному балансу, рівню моря, мінливості швидкості і напрямку вітру, аналізу експедиційних спостережень; для атласів [1,3] підготовлені кліматичні карти термохалинних полів поверхневого і придонного шарів Азовського моря для різних сезонів року; в роботах [4-7,10,12] виконана постановка завдань, проведені дослідження сезонної і міжрічної мінливості, багаторічних тенденцій, просторового розподілу гідрометеорологічних характеристик Азовського моря, аналіз і інтерпретація результатів; в роботі [9] проведено дослідження вітрового режиму; в роботі [11] проведена постановка завдань, розрахунки та аналіз основних видів мінливості гідрометеорологічних полів Азовського моря, вертикального розподілу термохалинних характеристик.

Апробація результатів роботи. Основні результати досліджень, представлених в дисертації, неодноразово доповідалися на семінарах, робочих групах і вчених радах МВ УкрНДГМІ МНС України, МГІ НАНУ, а також на наступних наукових конференціях, що проводилися в Україні і за її межами: Міжнародна конференція «Гідрометеорологія і охорона довкілля - 2002», 25-27 вересня 2002 р., Одеса; Наукова конференція «Ломоносовські читання», Чорноморська філія Московського державного універститету , квітень 2002 р., квітень 2003 р., квітень 2008 р., травень 2009 р., Севастополь; International conference «Scientific and Policy Challenges toward an the Marine Environment. Emphasis on the Black Sea and the Mediterranean Regions», 13-18 October, 2003, Varna, Bulgaria; Міжнародна конференція «Сучасний стан екосистем Чорного і Азовського морів», 13-16 вересня 2005 р., Донузлав, (Україна); Міжнародна конференція «Фундаментальні дослідження найважливіших проблем природничих наук на основі інтеграційних процесів в освіті і науці», 19-24 серпня 2006 р., Севастополь.

Публікації. До дисертації увійшла 21 публікація. З них: монографій - 1 (у співавторстві) [2], атласів - 2 (у співавторстві) [1,3], статей у збірниках наукових праць - 9 [4-12], тез доповідей в працях наукових конференцій - 9 [13-21]. Всього у виданнях, що задовольняють вимогам ВАК України до наукових видань, в яких можуть публікуватися результати дисертаційних робіт опубліковано 11 праць.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел. Вона містить 185 сторінок машинописного тексту і включає 59 рисунків, 23 таблиці, 3 додатки на 35 сторінках та список використаних джерел з 160 найменувань на 16 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовується актуальність обраної теми, формулюються мета і завдання дослідження, показується наукова новизна та практичне значення роботи, її зв'язок з науковими програмами МВ УкрНДГМІ МНС України і МГІ НАНУ. Дані відомості про апробацію результатів дисертації і наукові публікації здобувача за тематикою дослідження.

У першому розділі роботи дається фізико-географічній опис Азовського моря, представлені відомості про вихідні дані спостережень і викладена методика їх обробки.

Використовувана в роботі база даних океанографічної інформації МВ УкрНДГМІ сформована при безпосередній участі автора включає експедиційні дослідження і дані регулярних спостережень на прибережних гідрометеорологічних станціях (ГМС).

Масив експедиційних океанографічних спостережень в Азовському морі містить близько 65 тис. гідрологічних станцій, виконаних за 1922-2008 рр. Найбільше станцій виконано в фронтальних зонах Таганрозької та Темрюкської заток (20266 і 9490 станцій відповідно), а також в Керченській протоці (16923 станції). База даних містить гідрологічну інформацію по північній частині затоки Сиваш і дані спостережень обміну потоками води і солей між Азовським морем і затокою Сиваш за 1953-2006 рр. Первинні океанографічні дані пройшли експертний і статистичний контроль.

Число виконаних гідрологічних станцій в базі океанографічної інформації МВ УкрНДГМІ приблизно на 30 тис. станцій перевищує кількість даних в найбільш відомій базі NOAA (Climatic Atlas of the Sea of Azov, 2008), що містила 35417 станцій. Найбільші розходження між базами МВ УкрНДГМІ і NOAA припадають на 1953-1993 рр., коли, як видно з рис. 1, забезпеченість первинними даними в базі МВ УкрНДГМІ істотно вища.

Для розрахунку кліматичних полів термохалинних характеристик була обрана схема об'єктивного аналізу, використана раніше для побудови атласів Світового океану (Levitus,1994) і Чорного моря (Белокопитов,1998), яка являє собою схему послідовних наближень (Cressman,1959) з ваговою функцією (Barnes,1973), залежною від відстані до вузла інтерполяції і радіусу впливу, що не перевищує просторовий радіус кореляції.

Для дослідження течій, витрат і водообміну води в Керченській протоці використовувалися дані спостережень на розрізі порт Крим - порт Кавказ (у т.з. північній вузькості протоки). Всього за період 1981-2008 рр. було визначено 208 витрат води, виміряних у всі сезони року при різних синоптичних ситуаціях, що дозволило проаналізувати їх багаторічну і сезонну мінливість.

Для аналізу багатолітньої і часової мінливості гідрометеорологічних характеристик прибережної зони Азовського моря (температури води і повітря, вітру, атмосферних опадів, льодових умов, солоності води) в роботі були використані тривалі ряди термінових даних спостережень на МГС України і Росії за весь період регулярних спостережень (по 2007 р. включно).

Другий розділ присвячений дослідженню регіональних особливостей змін кліматичних характеристик Азовського регіону за багаторічний період і останні тридцять років після кліматичного зсуву 1976-1977 рр. (Полонський, 2008).

У підрозділі 2.1 приведені результати аналізу змін швидкості і напрямку вітру за даними спостережень на береговій мережі Азовського моря за період 1945-2007 рр. У багаторічному ході середньої швидкості вітру виділяється період підвищеної вітрової активності 1956-1975 рр.; з середини 70-х років минулого століття по теперішній час характерне зниження швидкості вітру. Розраховані лінійні тренди середньомісячної швидкості вітру виявили значимі тенденції його ослаблення (від -0,16 до -0,33 м/с/10 років) у всі сезони року на більшості станцій північного узбережжя Азовського моря. Статистично значимі негативні тренди середньомісячної швидкості вітру на півдні моря виявлені в червні-вересні та грудні (від -0,11 до -0,20 м/с/10 років). Останні роботи по дослідженню вітрового режиму окремих ділянок узбережжя Чорного моря (Репетін, Белокопитов, 2009), а також Східного Приазов'я (Луц, 2001) однозначно свідчать про зменшення приземної швидкості вітру за 1945-2007 рр. На зменшення швидкості вітру можуть суттєво впливати методичні причини, зокрема урбанізація в місцях вимірів (Мещерська, 2006). Але той факт, що зниження вітрової активності на узбережжі Азовського моря обумовлене зміною атмосферної циркуляції побічно підтверджується зниженням інтенсивності вітрового хвилювання на узбережжі моря за даними прибережних натурних спостережень за останні 40 років.

У підрозділі 2.2 розглянуті особливості зміни температури повітря в Азовському регіоні протягом майже вікового періоду спостережень. Проаналізовані її багаторічна і сезонна мінливість, просторовий розподіл над акваторією моря, зміни, що відбулися в амплітуді сезонного ходу, тривалості сезонів, кількості днів з екстремальними температурами.

Аналіз часових рядів середньорічної температури повітря на всіх прибережних станціях за період з 1882 по 2007 рр. виявив позитивні тренди (від +0,09 до +0,16°С/10 років). В пунктах з більш ніж віковим рядом спостережень (Таганрог, Керч) підвищення температури повітря склало 0,5-1,1°С, що близько до оцінок для станцій узбережжя Чорного моря, отриманих у роботі (Ільїн, Репетін, 2006). В пунктах з тривалістю спостережень 80-90 років загальне підвищення температури повітря за цей період у середньому, склало 0,8-1,2°С. Максимальні позитивні лінійні тренди (від +0,24 до +0,31єС/10 років) за багаторічний період характерні для зимового сезону. Потепління, що відбулося в Азовському регіоні для зимового сезону, підтверджується пом'якшенням льодових умов моря. Аналіз зим по типах за останні 30 років (1977-2008 рр.) виявив значне збільшення повторюваності м'яких зим (в 1,5 рази) в порівнянні з попереднім періодом (1924-1977 рр.).

За сучасний період (1977-2007 рр.) оцінки тенденцій сезонних змін температури повітря перевищують багаторічні в 2 рази, а на більшій частині узбережжя моря літнє потепління перевищує зимове і весняне. В цілому зміна режиму температури повітря Азовського моря добре узгоджується зі зміною атмосферної циркуляції протягом XX сторіччя (Кондратьєв, 2002; Єфімов, 2005; Мартазінова, 2007) у Північній півкулі і Чорноморському регіоні.

Підрозділ 2.3 містить опис міжрічної і сезонної мінливості атмосферних опадів у прибережній зоні й акваторії Азовського моря. На основі розрахованих багаторічних норм кількості опадів на прибережних станціях були побудовані місячні карти ізогієт Азовського моря за багаторічний період, і річні карти за багаторічний і сучасний (1977-2007 рр.) періоди. Дослідження змін річних і сезонних сум опадів за багаторічний період дозволило зробити висновок про тенденцію до збільшення зволоження Азовського регіону в сучасний період. Аналіз змін річних сум опадів за багаторічний період свідчить про зростання їх кількості на 60-190 мм для всіх пунктів узбережжя, перш за все за рахунок збільшення кількості опадів у зимовий сезон. Останнє тридцятиріччя (1977-2007 рр.) характеризується зменшенням міжрічної мінливості кількості опадів і підвищеними значеннями як річних сум опадів (на 30-70 мм), так і річних максимумів і мінімумів в порівнянні з попереднім періодом. Характерно, що абсолютні максимуми опадів фіксувалися, як правило, за останні 10 років (1997-2007 рр.), тобто коли й спостерігалося інтенсивне зменшення солоності моря.

Знайшов підтвердження той факт, що для Азовського регіону збільшення кількості опадів відбувається при негативній фазі північноатлантичного коливання (ПАК) за рахунок посилення циклонічної активності в регіоні (Воскресенська, 2003; Полонський, 2009). Для весняного сезону також виявлені значимі негативні коефіцієнти кореляції (від -0,24 до -0,32) між коливаннями індексу південного коливання і мінливістю сум опадів за цей сезон на берегових пунктах.

У третьому розділі досліджені багаторічні і сезонні характеристики складових водного балансу Азовського моря та виявлені тенденції їх мінливості.

У підрозділі 3.1 розглянуті зміни, що відбулися в бюджеті прісних вод моря (стік рік, опади, випарування) за різні періоди залежно від умов формування солоності під впливом, як природної кліматичної мінливості, так і величини антропогенного вилучення частини стоку рік. Основна увага приділялася багаторічним змінам та циклам водності стоку основних рік, що впадають у море (Дону та Кубані). У стоці р. Дону значимих трендів за період після зарегулювання (1952-2008 рр.) не виявлено. Останні 15 років (1994-2008 рр.) стік р. Дону був близький або дещо менший средньобогаторічної норми, при цьому спостерігалося зменшення міжрічної мінливості стоку. У стоці р. Кубані в останні роки переважає тенденція до його збільшення, зумовлена як кліматичними причинами, так і зменшенням величини антропогенного безповоротного вилучення стоку (Михайлов, Магріцький, 2008). Позитивні тренди в багаторічних змінах стоку р. Кубані за сучасний період (1977-2008 рр.) характерні для річного і сезонного стоку, але значимі тренди - тільки для зимового і весняного сезонів.

За період 1923-2005 рр., за розрахунковим даними по методиці (Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР т. 5 Азовское море, 1991) для величини випаровування з поверхні моря відзначався негативний тренд (-0,032 км³/рік), а для кількості атмосферних опадів - позитивний (0,028 км³/рік). Зменшення випаровування пояснюється регіональними особливостями кліматичних змін - зниженням середньорічних і літніх значень швидкості вітру.

У підрозділі 3.2 і 3.3 розглядалася зміна складових водообміну через протоки Керченську і Тонку (за даними натурних спостережень і розрахункових величин).

Для того, щоб оцінити зміни за період 1981-2008 рр. в інтенсивності водообміну через північну вузькість Керченської протоки, отримані характеристики витрат води порівнювались з розрахунками витрат (близько 400 визначень), виконаних в 1962-1975 рр. (Альтман,1976,1978). Аналіз даних натурних спостережень у північній вузькості показав зниження за 1981-2008 рр. інтенсивності припливу чорноморських вод в порівнянні з даними (Альтман,1976,1978).

У розрахункових значеннях компонентів водообміну через Керченську протоку після зарегулювання стоку рік у море (1952-2005 рр.) значимих трендів виявлено не було. У величинах водообміну між затокою Сиваш і Азовським морем через протоку Тонку за 1975-2006 рр., як по натурних так і за розрахунковими даними виявлені істотні зміни, пов'язані зі збільшенням відтоку сивашських вод у море і зменшенням припливу азовських вод в затоку Сиваш.

У четвертому розділі розглянуті основні регіональні особливості термохалинної структури вод моря, які виявлені на основі нового масиву натурних даних. Розглянута просторова і часова мінливість термохалинних характеристик, вертикальний розподіл, багаторічні тенденції.

Підрозділ 4.1 присвячений сучасному режиму температури води Азовського моря. Розраховані нові кліматичні поля, проаналізовані їхні відмінності від попередніх узагальнень (Гидрометеорология…, 1991; Climatic Atlas of the Sea of Azov, 2008). Розглянутий просторовий розподіл температури води в роки з аномальними атмосферними термічними умовами. Збільшена забезпеченість даними спостережень дозволила достовірніше оцінити розподіл температури води в західній, найменш дослідженній частині моря. У південних районах моря притік теплих чорноморських вод у жовтні - листопаді через Керченську протоку отримав кліматичне підтвердження.

Виконані оцінки багаторічної мінливості температури води в прибережній зоні моря. Вперше статистично значимі (на 95%-ом рівні) тенденції до потепління вод Азовського моря в середньорічних значеннях температури води за 1924-2007 рр. виявлені на всіх берегових пунктах Азовського моря. Потепління вод неоднорідне по районах моря. На півдні (Темрюк, Мисове) позитивні тренди температури води максимальні (0,0104-0,0126єС/рік).

На північному узбережжі моря (Генічеськ, Бердянськ) вони менші 0,0081-0,0085єС/рік, а в Таганрозькій затоці - мінімальні і зменшуються до гирла Дону. Максимальні лінійні тренди за період 1924-2007 рр. на більшості пунктів узбережжя характерні для січня-квітня, рис. 2. Найбільш істотне потепління вод на 1,9-3,0єС (0,030-0,050єС/рік) відбулося в березні.

Значимі тенденції до потепління поверхневих вод моря характерні і для останніх 30 років (1977-2007 рр. Максимальні значимі коефіцієнти лінійних трендів (від 0,064 до 0,087єС/рік) температури води поверхневого шару виявлені за 1977-2007 рр. у серпні на всьому узбережжі.

Порівняння сезонного ходу багаторічних трендів температури води і повітря показало, що основний внесок у підвищення температури води Азовського моря, зумовлений приземною температурою повітря. Аналогічні азовському регіону тенденції в підвищенні температури води за даними роботи (Єремєєв, Горячкін, 2009) характерні і для всієї акваторії Чорного моря, за винятком північно-західної його частини, де спостерігається аномальна тенденція в зменшенні температури води (Полонський, Ловенкова, 2004; Єфімов, 2005).

У підрозділі 4.2 описаний сучасний режим солоності вод моря, розглянутий її просторовий і вертикальний розподіл, часова мінливість, а також фронтальні зони поблизу Керченської і Тонкої проток. Для характеристики багаторічних змін солоності води, на основі найбільш повної бази океанографічної інформації, була розрахована солоність власне Азовського моря й окремих його районів; по роках, місяцях і конкретних зйомках були розраховані об'єми моря заповнені водами різної солоності.

Отримані нові кліматичні поля солоності і виконане порівняння їх з даними інших авторів (Гидрометеорология… 1991; Atlas…. 2008). Уточнений розподіл солоності в західних і південних районах моря, найменш вивчених раніше. Виявлена наявність фронтальних розділів поблизу Керченської протоки між азовськими й чорноморськими водами протягом усього року. Встановлено, що область поширення солонуватих чорноморських вод поблизу Керченської протоки, із середньою солоністю 13,00-14,00 ‰ має найбільші розміри для весняного (квітень-травень) і осіннього (вересень-листопад) сезонів. Підтверджена наявність фронтальної зони в районі втоку в Азовське море через протоку Тонку вод затоки Сиваш у північно-західній частині моря. Розглянуті особливості халинного режиму вод моря залежно від умов формування солоності під впливом, як природної кліматичної мінливості, так і антропогенного вилучення частини стоку рік у море.

Особлива увага приділялася періоду 1977-2007 рр., для якого регіональні особливості глобальних кліматичних змін для Азовського моря проявилися в зменшенні солоності його вод до величин, характерних для природного (не зарегульованого) режиму стоку рік (Гаргопа 2002; Матішов, Гаргопа, 2006).

Якщо раніше, як правило, основною причиною зменшення солоності моря було збільшення стоку рік у море (переважно р. Дону), то в 1997-2006 рр. виявлений принципово новий аномальний процес зменшення солоності моря, уперше не зв'язаний лише безпосередньо зі збільшенням стоку р. Дону.

Дослідження цього феномену показало, що він пояснюється комплексним впливом і інших факторів, основними з яких є збільшення кількості атмосферних опадів, що випадають на поверхню моря, зменшення випарування, а також зниження надходження солей при адвекції чорноморських і сивашських вод.

Виконаний кореляційний аналіз із урахуванням усіх основних факторів, здатних вплинути на солоність моря, показав, що поряд з відомими фактами (Бронфман, 1985; Шлигин, 1980), що свідчать про переважний вплив на солоність моря річкового стоку протягом 4-8 років, і високою кореляційною залежністю солоності в поточному році з солоністю за попередній період, виявлений тісний зв'язок змін солоності моря з низькочастотною мінливістю атмосферних процесів.

За періоди 1923-2005 і 1952-2005 рр. визначені значимі на 95% рівні часткові коефіцієнти кореляції між багаторічними змінами солоності Азовського моря і коливаннями середньорічних глобальних кліматичних індексів великомасштабної взаємодії по температурі океану - атлантичної мультидекадної осциляції (АМО) і тихоокеанської декадної осциляції. У роки з високими значеннями індексу АМО спостерігалося зміщення центрів дії атмосфери і збільшення кількості циклонів в Азовському регіоні, збільшення стоку, кількості опадів (Полонський, 2008) і відповідно зменшення солоності моря, рис. 4.

У підрозділі 4.3 наведені результати дослідження закономірностей міжрічної і просторової мінливості величин загальної вертикальної стійкості вод як всього Азовського моря, так і окремих його районів (Таганрозької, Бердянської і Арабатської заток, прикерченского району), розрахованих на новому масиві натурних даних. Виділені періоди її підвищених значень, які задовільно узгоджуються з площами зон гіпоксії в придонному шарі, наведеними в роботах (Бронфман, 1985; Закономерности экосистемных процессов Азовского моря, 2006; Боровська, Панов, Спиридонова, 2005). Розглянутий просторовий розподіл даної характеристики за різні періоди залежно від впливаючих чинників (вітрової активності, змін температури і солоності води, сезонного і річного об'єму стоку рік у море). Починаючи з 1977 р., спостерігається збільшення загальної вертикальної стійкості вод моря на тлі зменшення солоності моря, підвищеного або близького до норми стоку рік, зниження вітрової активності та позитивних аномалій температури води. В цілому, за сучасний період (1977-2007 рр.), приблизно в 60-70% випадків, середньорічна вертикальна стійкість вод Азовського моря була вища багаторічної норми.

У висновку сформульовані основні результати і висновки дисертації.

ВИСНОВКИ

У роботі виявлені нові зміни, що відбулись за останні роки в гідрометеорологічному режимі Азовського моря, термохалинній структурі його вод, пов'язані з регіональними особливостями глобальних кліматичних змін (з 1976-1978 рр. по теперішній час).

Основні результати проведених досліджень можуть бути сформульовані в наступному вигляді:

1. На основі створеної, найбільш повної бази даних отримані поля температури і солоності води Азовського моря, що відповідають сучасному рівню антропогенного впливу на стік рік і регіональним проявам глобальних кліматичних змін. Розглянуті основні особливості горизонтального і вертикального розподілу, а також часової мінливості термохалинних характеристик Азовського моря. Проведена оцінка впливу атмосферних термічних умов на просторовий розподіл температури води в окремі роки.

2. Виявлені основні регіональні особливості глобальних кліматичних змін, що відбулись як за останні 30 років (1977-2007 рр.), так і за багаторічний період у метеорологічному режимі Азовського моря: підвищення температури повітря, зменшення швидкості вітру і збільшення кількості атмосферних опадів. В пунктах з більш ніж віковим рядом спостережень (Таганрог, Керч) підвищення температури повітря склало 0,5-1,1°С і близьке до оцінок, отриманих для станцій узбережжя Чорного моря. Встановлено, що зменшення швидкості вітру за 1945-2007 рр. відзначається в усі сезони роки на всьому узбережжі Азовського моря. Останнє тридцятиріччя (1977-2007 рр.) характеризується зменшенням міжрічної мінливості кількості опадів і підвищеними значеннями як річних сум опадів (на 30-70 мм), так і річних екстремумів в порівнянні з попереднім періодом.

3. Досліджена багаторічна і сезонна мінливість складових водного балансу моря. В стоці р. Дону значимих тенденцій не виявлено, а осінній і зимовий стік р. Кубані характеризується значимими позитивними трендами. Дослідження даних спостережень у північній вузькості Керченської протоки показало зниження (за 1977-2008 рр.) інтенсивності припливу через неї чорноморських вод. У розрахункових значеннях компонентів водообміну через Керченську протоку після зарегулювання стоку рік в море (1952-2005 рр.) значимих трендів не виявлено.

4. Вивчена динаміка зменшення солоності Азовського моря за останні 30 років. В даний час процес опріснення моря зумовлений кліматичними причинами. Виявлена основна особливість опріснення Азовського моря в останні роки (1997-2006 рр.): вперше зменшення солоності вод моря не пов'язане лише безпосередньо з збільшенням стоку рік, а пояснюється комплексним впливом та інших факторів - збільшенням кількості атмосферних опадів, що випадають на поверхню моря, зменшенням випарування, а також зниженням надходження солей з адвекцією чорноморських і сивашських вод.

5. Виявлені значимі тенденції до потепління вод моря. Характерними рисами є потепління вод у березні за весь багаторічний період і в серпні за останні 30 років. Зроблений висновок про переважний внесок у потепління вод Азовського моря підвищення температури повітря. Максимальні лінійні тренди температури води відповідають аналогічним максимумам трендів температури повітря. Потепління води моря в зимовий сезон підтверджується також пом'якшенням льодових умов Азовського моря, особливо в його південних районах.

ОСНОВНI ПРАЦI, ОПУБЛИКОВАНI ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦIП

1. Національний атлас України. Розділ 13: Моря та їхні ресурси. Підрозділ: Кліматичні умови. - К.: Картографія, 2007. - С. 231-241.

2. Гидрометеорологические условия морей Украины. Том 1. Азовское море / [Ильин Ю.П., Фомин В.В., Дьяков Н.Н., Горбач С.Б.]. - Севастополь: Экоси-гидрофизика, 2009. - 402 с.

3. Океанографічний атлас Чорного та Азовського морiв. - К.: ДУ Укрморкартография, 2009. - 356 с.

4. Дьяков Н.Н. Современные тенденции многолетних изменений ледовых условий Азовского моря / Н.Н. Дьяков, С.Б. Горбач, Т.Ю. Тимошенко // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту. - 1999. - Вып. 247. - С.244-249.

5. Дьяков Н.Н. Ледовый режим Азовского моря в суровые зимы / Н.Н. Дьяков, С.Б. Горбач // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту. - 2000. - Вып. 248. - С.254-258.

6. Дьяков Н.Н. Межгодовые колебания уровня Азовского моря / Н.Н. Дьяков, В.В. Фомин // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту. - 2000. - Вып. 248. - С. 248-253.

7. Дьяков Н.Н. Сезонная и межгодовая изменчивость гидрологических характеристик прибрежной зоны Азовского моря / Н.Н. Дьяков, В.А. Иванов // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2002. - Вып. 7. - С. 39-48.

8. Дьяков Н.Н. Синоптические условия возникновения аномальных колебаний уровня Азовского моря / Н.Н Дьяков, В.В. Фомин // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту. - 2002. - Вып. 250. - С. 332-341.

9. Фомин В.В. Ветровое волнение и транспорт наносов в Азовском море / В.В. Фомин, Н.Н. Дьяков // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2003. - Вып. 8. - С. 175-181.

10. Современный режим осадков Азовского моря / С.Б. Горбач, В.А. Иванов, Н.Н. Дьяков, В.В. Фомин // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2004. - Вып. 10. - С.27-33.

11. Современная термохалинная структура вод Азовского моря / Н.Н. Дьяков, С.Б. Горбач, В.В. Фомин, Ю.П. Ильин // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2006. - Вып. 14. - С.215-224.

12. Многолетние изменения температуры воздуха в Азовском регионе / С.Б. Горбач, Н.Н. Дьяков, В.В. Фомин, Е.С. Мартынов // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2009. - Вып. 18. - С. 158-167.

13. Дьяков Н.Н. Сезонная и межгодовая изменчивость гидрологических характеристик прибрежной зоны Азовского моря / Н.Н. Дьяков, В.А. Иванов, С.Б. Горбач // Современные проблемы океанологии шельфовых морей России: междунар. конф., 13-15 июня 2002 г.: тезисы докл. - Мурманск, 2002. - С. 62-63.

14. Фомин В.В. Методы прогноза волнения, уровня моря и циркуляции вод на основе численного моделирования / В.В. Фомин, Н.Н. Дьяков // Гидрометеорология и охрана окружающей среды - 2002: междунар. конф., 2002 г.: материалы конф. часть II. - Одесса, 2002. - С. 204-209.

15. Дьяков Н.Н. Разномасштабные характеристики колебаний уровня Азовского моря / Н.Н. Дьяков // Ломоносовские чтения 2002: научн. конф., 18-19 апреля 2002 г.: материалы конф. - Севастополь, 2002. - С. 77-78.

16. Дьяков Н.Н. Водный баланс Азовского моря и потоки водообмена через Керченский пролив / Н.Н. Дьяков, Ю.П. Ильин, М.А. Липченко // Ломоносовские чтения 2003: научн. конф., 29-30 апреля 2003 г.: материалы конф. - Севастополь, 2003. - С. 77-78.

17. Дьяков Н.Н. Современная термохалинная структура вод Азовского моря / Н.Н. Дьяков, В.В. Фомин, Ю.П. Ильин // Современное состояние экосистем Черного и Азовского морей: междунар. научн. конф., 13-16 сентября 2005 г.: тезисы докл. - Севастополь, 2005. - С. 138.

18. Дьяков Н.Н. Современное изменение ветрового режима на побережье Азовского моря / Н.Н. Дьяков, В.В. Фомин, С.Б. Горбач // Ломоносовские чтения 2008: научн. конф., 23-25 апреля 2008 г.: материалы конф. - Севастополь, 2008. - С.14-15.

19. Дьяков Н.Н. Влияние глобальных климатических изменений на гидрометеорологический режим Азовского моря / Н.Н. Дьяков, С.Б. Горбач, Е.С. Мартынов // Ломоносовские чтения 2009: научн. конф., 4-5 мая 2009 г.: материалы конф. - Севастополь, 2009. - С. 11-12.

20. Дьяков Н.Н. Современные оценки водного баланса Азовского моря / Н.Н. Дьяков, М.А. Липченко // Ломоносовские чтения 2009: научн. конф., 4-5 мая 2009 г.: материалы конф. - Севастополь, 2009. - С. 12-13.

21. Dyakov N.N. Present hydrometeorological conditions and their influence on the environmental safety and economic activity in the Sea of Azov / N.N. Dyakov, V.A. Ivanov, Y.P. Ilyin // Scientific and policy challenges towards an effective management of the marine environment: International Conference.,12-18 october 2003: Abstracts. - Bulgaria, 2003. - P. 349-350.

АНОТАЦIЯ

Дьяков М.М. Cучасний гідрометеорологічний режим Азовського моря. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спецiальнiстю 11.00.08 - океанологія. - Морський гідрофізичний інститут НАН України, Севастополь, 2010.

Дисертація присвячена дослідженню змін, що відбулись за останні 30 років в гідрометеорологічному режимі Азовського моря, термохалинній структурі його вод, водному балансі під впливом регіональних проявів глобальних кліматичних змін і антропогенного впливу на стік рік. Створений масив термохалинних полів Азовського моря для різних кліматичних умов і рівня антропогенного вилучення стоку рік, з оцінкою вкладу різних видів мінливості в загальну дисперсію цих полів. На основі найбільш повної бази океанографічної інформації отримані нові уявлення про просторову і часову мінливість термохалинних характеристик для західної, найменш дослідженої частини Азовського моря. Виконана оцінка внеску кліматичного і антропогенного чинників в зменшення солоності Азовського моря за останні 30 років. Визначені нові міжрічні тенденції змін компонентів водного балансу Азовського моря за багаторічний період як наслідок впливу природних і антропогенних чинників. Основні результати роботи знайшли застосування при виконанні прикладних досліджень по гідрометеорологічному забезпеченні проектування технологічних платформ та для вирішення екологічних завдань на шельфі Азово-Чорноморського басейну.

Ключові слова: Азовське море, гідрометеорологічний режим, термохалинна структура, стік рік, водний баланс, кліматичні зміни.

АННОТАЦИЯ

Дьяков Н.Н. Современный гидрометеорологический режим Азовского моря. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.08 - океанология. - Морской гидрофизический институт НАН Украины, Севастополь, 2010.

Диссертация посвящена исследованию изменений, произошедших за последние 30 лет в гидрометеорологическом режиме Азовского моря, его термохалинной структуре вод, водном балансе под влиянием региональных проявлений глобальных климатических изменений и антропогенного воздействия на сток рек.

Выявлены основные региональные особенности глобальных климатических изменений, произошедшие как за последние 30 лет (1977-2007 гг.), так и за многолетний период в метеорологическом режиме Азовского моря: повышение температуры воздуха, уменьшение скорости ветра и увеличение количества атмосферных осадков. На пунктах с более чем вековым рядом наблюдений (Таганрог, Керчь) повышение температуры воздуха составило 0,5-1,1°С и близко к оценкам, полученным для станций побережья Черного моря.

Определены многолетние тенденции изменений компонентов водного баланса Азовского моря. В стоке реки Дон значимых тенденций не выявлено, а осенний и зимний сток реки Кубань характеризуется значимыми положительными трендами. Анализ данных натурных наблюдений в северной узости Керченского пролива показал снижение (за 1977-2008 гг.) интенсивности притока через Керченский пролив черноморских вод.

На основе наиболее полной базы океанографической информации получены новые представления о пространственной и временной изменчивости термохалинных характеристик для западной, наименее исследованной части Азовского моря. Выявлены значимые тенденции к потеплению вод моря. Характерной особенностью является потепление вод в марте за многолетний период и за последние 30 лет (1977-2007 гг.) и в летний сезон (август).

Исследована динамика уменьшения солености Азовского моря за период 1977-2007 гг. Определено, что в настоящее время процесс распреснения моря обусловлен климатическими причинами. Выявлена основная особенность распреснения Азовского моря в последние годы (1997-2006 гг.), которая заключается в том, что впервые уменьшение солености моря не связано непосредственно только с увеличением стока рек (преимущественно р. Дона), а объясняется комплексным воздействием других факторов - увеличением количества атмосферных осадков, выпадающих на поверхность моря, увеличением стока р. Кубани, уменьшением испарения, а также снижением поступления солей с адвекцией черноморских и сивашских вод.

Представленные в диссертационной работе результаты комплексного анализа современного гидрометеорологического режима Азовского региона и особенностей его климатических изменений были использованы при выполнении прикладных исследований по гидрометеорологическому обеспечению проектирования технологических платформ и для решения экологических задач на шельфе Азово-Черноморского бассейна, в создании нескольких атласов Азовского бассейна. Новый климатический массив термохалинных характеристик и база гидрометеорологических данных в дальнейшем могут применяться для оценки климатических изменений и математического моделирования экологических процессов в Азовском регионе.

Ключевые слова: Азовское море, гидрометеорологический режим, термохалинная структура, сток рек, водный баланс, климатические изменения.

SUMMARY

Dyakov N.N. Modern hydrometeorological regime of Sea of Azov. - Manuscript.

The thesis to claim the academic degree of candidate of geographical sciences on the speciality 11.00.08 - oceanology. - Marine Hydrophysical Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Sevastopol, 2010.

The thesis is devoted to research changes of the hydro-meteorological regime of the Sea of Azov, its thermohaline structure of waters and a water balance influenced by the regional evidence of the global climate changes and an anthropogenesis influence on the runoff during past 30 years. The array of the thermohaline fields of the Sea of Azov for the different climatic conditions and the anthropogenesis removal of the runoff is created taking into account a contribution of different types of variability in a total variance of these fields. Based on the most comprehensive oceanographic information database, the new insights about of the spatial and temporal variability of the thermohaline characteristics of the western least explored part of the Sea of Azov are obtained. The estimation of a contribution of the climatic and anthropogenic factors to decrease of salinity of the Sea of Azov during past 30 years is received. The new interannual trends of changes of water balance components for many years of the Sea of Azov as consequence of the natural and anthropogenic factors are identified. The main results have been used in carrying out applied a research on the meteorological support of design of the technological platforms and solutions of the environmental problems on the shelf of the Azov-Black Sea basin.

Keywords: Sea of Azov, hydrometeorological regime, thermohaline structure, runoff, water balance, climate change.

Размещено на Allbest.ru

...