Проект «Воздействия климатических изменений на водные экосистемы»

Российский национальный конкурс

водных проектов старшеклассников

Тема:

«Воздействия климатических изменений на водные экосистемы»

Автор проекта: Астапцова Виктория

Руководитель: Таранова Светлана Яковлевна, учитель географии

Брянская область

2017-2018 учебный год

Аннотация

Проект «Воздействия климатических изменений на водные экосистемы».

Данный проект посвящен изучению изменений гидрологического режима под воздействием глобальных климатических изменений. В представленной работе выполнен анализ многолетнего сезонного изменения количества осадков на территории Брянской области и установлено их воздействие на изменение стока рек области.

Цель: изучение климатических изменений и установление их воздействия на водный сток.

Задачи:

• исследование особенностей климатических факторов в пределах Брянской области;

• изучение гидрологического режима рек Брянской области;

• установление воздействия климатических изменений на сток рек области;

• просвещение школьников, родителей, учителей по проблеме изменения климата и воздействия климатических изменений на водные экосистемы.

Структура работы: введение, основная часть, выводы, заключение, список литературы, приложения.

Методы исследования:

1. теоретический: изучение литературы, анализ результатов, построение гипотез

2. эмпирический: наблюдение, сравнение

3. математический: статистический анализ

Работая над темой проекта, я использовала различные виды информации: публикации современных отечественных ученых по данной проблеме, таблицы, графики, фотографии.

Содержание

Введение---------------------------------------------------------------------------------------------

Основная часть--------------------------------------------------------------------------------------

1.Изменение климата на Земле------------------------------------------------------------------

1.1.Причины изменения климата ---------------------------------------------------------------

1.2.Методы получения информации о климатических изменениях---------------------

2. Особенности изменений климата Брянской области------------------------------------

2.1. Климат Брянской области--------------------------------------------------------------------

2.2.Изменения температуры воздуха по сезонам---------------------------------------------

2.2. Пространственные и сезонные изменения количества осадков----------------------

3. Особенности речного стока на территории Брянской области--------------------------

3.1. Условия формирования годового стока----------------------------------------------------

3.2 Влияние температуры воздуха и осадков на речной сток------------------------------

Заключение--------------------------------------------------------------------------------------------

Литература--------------------------------------------------------------------------------------------

Приложение-------------------------------------------------------------------------------------------

.

Введение

В настоящее время проблема изменения климата актуальна для всего мирового сообщества. Усилия по решению этой проблемы во всем мире не всегда бывают успешными и быстрыми. В окружающей нас среде все взаимосвязано. Очень мало делается для информирования нас, подрастающего поколения, о глобальных последствиях климатических изменений для планеты, на которой нам жить, своего региона, где мы живем сейчас. Нам, молодому поколению, необходимо осознать эту проблему для дальнейшего её решения. В настоящее время известно большое количество работ, посвященных изменению водного режима рек под воздействием климата. Однако для понимания причин, влияющих на формирование стока рек, необходим анализ тех факторов, которые, прежде всего, объясняют причины колебания температуры, воздействие ее на количество осадков, а затем – стока рек.

В работе мною исследованы изменения количества атмосферных осадков и их влияния на сток рек Брянской области.

Таким образом, если пойти по цепочке информирование - обсуждение - приобретение практических навыков мы сможем подготовиться к реальной деятельности по подготовке мер адаптации к климатическим изменениям, сокращению антропогенного воздействия на окружающую среду.

1.Изменение климата на Земле

1.1.Причины изменения климата 

Развитие современных природных процессов происходит в условиях глобальной
перестройки климата. В последние годы внимание к теме климата и его изменений увеличивается как за рубежом, так и в нашей стране.

Ученые пришли к выводу, что мы живем в эпоху глобального потепления. Почему происходят эти изменения?

Георгий Вадимович Груза - доктор физико-математических наук, профессор, один из ведущих климатологов страны, специалист в области исследования реальных процессов в атмосфере Земли по данным наблюдений с использованием современных методов статистического анализа определяет ряд таких причин. Он утверждает, что климатическая система изменяется во времени под воздействием собственной внутренней динамики и в результате внешних воздействий, например, извержения вулканов, изменения потока солнечной радиации и воздействий, обусловленных хозяйственной деятельностью человека, таких как изменение состава атмосферы и изменения в землепользовании.

Ответить на вопрос о том, какие изменения климата предстоят в будущем, может помочь только исследование климатических процессов с помощью физико-математического моделирования глобального климата, совместных моделей общей циркуляции атмосферы и океана.

Наиболее важными и популярными климатическими переменными, часто используемыми как индикаторы состояния и изменения климата, являются температура воздуха у поверхности земли, количество и режим выпадения атмосферных осадков.

Климатические (метеорологические) условия являются в большинстве случаев решающими факторами, определяющими водный режим водоема. Из метеорологических факторов главнейшими в смысле влияния их на сток являются количество осадков, характер их выпадения, температура воздуха и дефицит влажности воздуха.

1.2.Методы получения информации о климатических изменениях

Основным методом обнаружения изменений климата является статистический анализ всех накопленных за исторический период данных наблюдений, куда, в частности, относятся данные об изменении температурного режима по сезонам и по районам, пунктам, данные об изменении режима выпадения осадков, их количества. Для прогноза дальнейших климатических изменений учеными используются климатические сценарии, которые описывают различные состояния климата в будущем. Составление их основано на использовании различных географических информационных систем – ГИС, систем сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информации.

2. Особенности изменения климата Брянской области

2.1. Климат Брянской области

Согласно метеорологическим показателям, климат Брянской области умеренно континентальный—с теплым летом и умеренно холодной зимой. Средняя годовая температура колеблется от +4,5° в северных районах (Рогнедино) до +5,9° в южных (Севск). Самым теплым месяцем является июль (18—19°), (Рис.1.),а самым холодным —январь (—7,2,—9,0°).

Осадков в среднем за год выпадает от 550 до 600 мм, наибольшее количество их на севере—в Дятьковском и Брянском районах, а наименьшее—в пределах узкой полосы Почеп — Климово — Новозыбков. Самое большое количество осадков выпадает в июле (от 80 до 100 мм), наименьшее — в декабре, январе, феврале (по 25—35 мм в месяц) (Рис 2.).

В климате Брянской области отчетливо выражены четыре времени года: весна, лето, осень и зима.

Пространственное и временное распределение осадков по территории области отличается значительной неравномерностью и зависит от циркуляционных факторов и местных особенностей. Большое влияние на распределение осадков оказывают: высота места, форма рельефа, наличие лесных массивов, водоемов и речных долин.

В зависимости от вида атмосферных осадков год принято условно делить на два периода: период с преимущественным выпадением твердых осадков, считающийся холодным (ноябрь-март), и период с преобладанием жидких осадков, считающийся теплым (апрель-октябрь).

Максимальное количество твердых осадков приходится на декабрь и январь, жидких - на июль, а смешанных - на ноябрь. В период с мая по сентябрь твердые и смешанные осадки практически не выпадают.

2.2.Изменения температуры воздуха по сезонам

Температура воздуха является одним из основных метеорологических элементов, отражающих климатические и физико-географические особенности того или иного региона, направленность многих природных процессов. Поэтому исследование многолетних изменений температуры имеет большое научное и практическое значение. Особую актуальность такие исследования приобрели в условиях глобального потепления климата.

Исходным материалом для исследований изменения температуры на территории Брянской области послужили данные наблюдений за температурой воздуха по 8 метеостанциям, с 1947-2010 гг., выбранные из Курского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями, Всероссийского научно-исследовательского института информации – мирового центра данных

Многолетний ход температур изучался с привлечением метода статистического анализа. Проведенный анализ показал, что в течение исследуемого периода на всей территории области отмечается рост средней, максимальной и минимальной за год температуры воздуха. Природные процессы развиваются в условиях перестройки климата. На региональном уровне мы видим колебания температуры. Особенно быстро среднегодовая температура воздуха росла в начале нынешнего столетия. Нарастание годовой температуры воздуха происходило более интенсивно за счёт холодного сезона. В конце первого десятилетия наметился рост годовых температур за счёт летних и осенних месяцев (Табл. 1).

2.2. Пространственные и сезонные изменения количества осадков

Одной из важнейших характеристик изменения регионального климата являются атмосферные осадки, их пространственное и сезонное изменение. На основе научных работ В.С.Селютина, который предпринял попытку проанализировать динамику осадков на территории Брянской области за многолетний период можно сделать следующие выводы:

• В пределах Брянской области отчетливо выделяются два района с противоположными изменениями осадков: западный и восточный. В западном районе обнаруживается рост количества осадков, а в восточном –
  их снижение (Рис.4,5)

• Анализ сезонных особенностей изменений количества осадков выявил, что
  увеличение их годовой суммы в западном районе как за период 1951–2010 гг.,
  так и за отрезок времени с 1976 по 2010 г. произошло за счет возрастания осадков
  осенью, в холодный сезон (октябрь – апрель) и феврале (рис.6). В восточном районе уменьшение количества осадков за 1951–2010 гг. отмечено за счет их сокращения весной и в августе, а за промежуток времени с 1976 по 2010 г. – за счет их убывания в теплый период (май – сентябрь) и летом (рис.7).

• Амплитуда годового хода количества осадков в пределах Брянской области уменьшилась. На западе она снизилась за счет увеличения осадков в холодное полугодие, а на востоке – за счет сокращения осадков в теплое полугодие.

В качестве исходных данных использовались периоды 1951–2010 гг. и 1976–2010 г, а также дополнительно промежутки времени с максимальной скоростью роста температуры воздуха в регионе 1976–2002 гг. и за 1909–2010 гг. взятые из Курского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями, Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации. Для оценки региональных особенностей изменений климата в пределах Брянской области рассчитывались осредненные по отдельным районам значения сумм осадков.

3. Особенности речного стока на территории Брянской области

3.1. Условия формирования годового стока

Речная сеть Брянской области представлена 2867 реками протяжённостью 12 889 км (густота речной сети 0,37 км/км2). Большая часть рек относится к малым рекам и ручьям. Особенностью речной сети области является южное или юго-западное направление рек днепровского бассейна и северо-восточное – волжского. Для рек области характерно смешанное питание с преобладанием снегового (до 80%). Реки Брянской области относятся к восточноевропейскому типу водного режима, для них характерно высокое весеннее половодье, летне -осенняя межень, прерываемая дождевыми паводками, и низкая зимняя межень. Реки замерзают в середине – конце ноября, вскрываются в начале апреля, в отдельные годы многие реки промерзают до дна. Крупнейшие реки региона, Десна и Ипуть, относятся к бассейну Днепра. (Рис.8)

Речной сток – это процесс стекания в пределах речного бассейна воды вместе с содержащимися в ней веществами и теплотой и количественная характеристики этого процесса.

Климат относится к главнейшим факторам формирования стока. Он определяет величину увлажнения, зависящую от количества атмосферных осадков (основной элемент приходной части водного баланса) и от испаряемости (основной показатель расходной части водного баланса). Чем больше количество осадков и чем меньше испаряемость, тем выше должно быть увлажнение и тем значительнее может быть сток. Осадки и испаряемость определяют возможности стока.

Осадки являются климатическим фактором, и их распределение по территории подчиняется законам географической зональности. Но для равнинных территорий на одной и той, же широте в направлении с запада на восток количество осадков меняется более резко, чем температура. Следовательно, на одной широте расположены зоны с различным количеством осадков, но с близкой температурой. Вследствие этого испарение может быть примерно одинаковым по широте, а сток будет отличаться значительно больше, так как определяется разностью между осадками и испарением. Поэтому одно и то же количество осадков может дать разные значения стока и испарения в зависимости от изменения температурных условий.

Климат влияет на сток не только через осадки и испаряемость, но и через другие компоненты географического комплекса – через почвы, растительность, рельеф, которые в той или другой степени зависят от климата. Влияние климата на сток как непосредственно, так и через другие факторы проявляется в зональных различиях величины и характера стока.

Взаимосвязи между климатом и внутренними водами хорошо отражает водный баланс. Он показывает соотношение осадков, испарения и стока (Табл.2) .  Анализ водного баланса Брянской области показывает, из таблицы видно, что коэффициент стока для области в целом составляет 0,22, т.е. чуть более 20% выпадающих осадков трансформируется в речной сток, в том числе 5% осадков идет на питание подземных вод. Для любого речного бассейна можно составить уравнение водного баланса.

X=Y+Z+U

где X — сумма атмосферных осадков; Y = — полный речной сток ( поверхностный сток, грунтовой сток); Z — испарение; U — накопление или расходование влаги в бассейне.

Если в году сумма атмосферных осадков больше суммы величин стока и испарения, то происходит накопление влаги в бассейне и величина U входит в уравнение со знаком плюс ( + ), в противном случае — со знаком минус (—).

Структура водного баланса изменяется не только от места к месту, но и во времени, что связано с колебаниями климата, т. е. со значительной межгодовой и межсезонной изменчивостью погоды и количества осадков, а также с хозяйственной деятельностью человека. Временные изменения отражаются, прежде всего, на малых реках.

Величина стока в значительной мере определяет распределение внутренних вод по территории. В наибольшей степени сток влияет на густоту речной сети и водность рек.

3.2 Влияние температуры воздуха и осадков на речной сток

Изменчивость температуры воздуха, атмосферных осадков во времени и пространстве предопределяет изменчивость речного стока. Увеличение осадков осени способствует повышению стока осенне-зимней межени, увеличение доли жидких осадков в безморозный период создаёт благоприятные условия для роста испарения и подземной составляющей речного стока. Внутригодовое перераспределение осадков влечёт за собой соответствующее изменение стока. (Табл. 3)

Общий годовой сток рек области составляет в среднем по водности году от 7,4 до 8,8 км³. В теплый период года осадки образуют сток непосредственно после выпадения и, частично, за счет образования подземных вод, которые могут попадать в речную сеть значительно позже и на удалении от территории выпадения осадков. В холодный период осадки накапливаются в виде снега, таяние которого весной вызывает половодье. В зимнюю межень сток рек формируется в основном за счет подземных вод.

На всех реках Брянской области основная масса стока (46–69 %) приходится на весну. В период летне-осенней межени средняя величина суммарного стока составляет 20–30 % годового; зимней межени – 11–16 %., Среднегодовой расход воды на р. Десне составляет: у г. Брянска 75 м³/с; у п. Разлеты – 170 м³/с; на р. Ипути у п. Ущерпье – 55,6 м³/с; на р. Неруссе – 24,0 м³/с; на р. Судости у г. Погара – 22,8 м³/с. Наибольший коэффициент стока имеют реки Десна и Беседь – 0,3; наименьший Снов – 0,2. Среднегодовой модуль стока изменяется от 6,0 л/с·км² на северо-востоке до 3,5 л/с·км² на северо-западе области.

Среднемноголетний речной сток в Брянской области – 7,3 км3/год (Рис.9).

В 2015 г. речной сток в Брянской области составил 3,3 км3/год, что на 54,79% ниже среднемноголетнего показателя (Рис.10,11).

Заключение

1. В условиях глобального потепления климата наблюдается рост температуры воздуха, как следствие этого роста современная трансформация и уменьшение густоты речной сети.
2. Современные климатические изменения привели к изменению соотношения осадков тёплого и холодного сезонов года.

3. Изменчивость атмосферных осадков во времени и пространстве предопределяет
изменчивость речного стока. В многолетней динамике сезонного стока происходит изменение соотношения величины стока по сезонам и полугодиям.

Старая английская пословица гласит: «Никогда не узнаешь цену воде, пока не высохнет колодец». Следует помнить, что около 1,2 млрд. человек на планете не обеспечены водными ресурсами. Эта проблема не затрагивает пока жителей Брянской области, однако ценить, беречь и сохранять водные ресурсы остается нашей повседневной и важной задачей.

Литература

1. Ахромеев Л. М., Демихов В. Т., Чучин Д. И. Динамика климатических условий в г.
Брянске с 1947 по 2011 годы // Материалы международной научной конференции (г. Воронеж 26-27 июня 2012 г.). Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2012. С. 114-117.
2. Дмитриева В. А. Гидрологический отклик на региональные климатические изменения//Материалы международной научной конференции (г. Воронеж 26-27 июня 2012 г.). Воронеж: «Научная книга», 2012. С. 219-223.

3. Лосев К.С. Климат: вчера, сегодня ... и завтра - Ленинград, Гидрометеоиздат,1995.173с

4.Природные ресурсы и окружающая среда субъектов Российской Федерации. ЦФО: Брянская область /под. ред. Н. Г. Рыбальского, А. Г. Митюкова. – М.:НИА – Природа, 2007. 1144 с.

5.Селютин В.С. Построение однородных рядов данных основных метеорологических величин для территории Брянской области // Вестн. Брян. гос. ун-та. – 2012. –
№ 4 (2). – С. 213–219.

6.Изменение климата, № 31, февраль, 2012. Ежемесячный информационный бюллетень Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет)

http://www.global-climate- hange.ru/downl/byulletenyo/Izmenenie_klimata_N31_February.pdf

Приложение

Рис.1. Распределение средней температуры воздуха на территории Брянской области

Рис.2. Среднегодовое количество осадков на территории Брянской области

Рис.3 Изменения температуры воздуха в г. Брянске.

Рис. 4.Суммы осадков за холодный (а) и теплый периоды (б) на территории Брянской области за 1951–2010 гг., мм/10 лет

Рис.5.Суммы осадков за холодный (а) и теплый периоды (б) на территории Брянской области за 1976–2010 гг., мм/10 лет

Рис.6 Осредненные по западному району суммы осадков за год (ряд 1), за холодный период (ряд 2), за осень (ряд 3), зиму (ряд 4), за май (ряд 5) и за февраль (ряд 6) с 1976 по 2010 г. (межгодовые изменения и линейный тренд), мм

Рис.7 Осредненные по восточному району суммы осадков за год (ряд 1), за теплый период (ряд 2) и за лето (ряд 3) с 1976 по 2010 г.

(межгодовые изменения и линейный тренд), мм

Рис.8. Реки Брянской области

Таблица 2. Водный баланс Брянской обкласти 2007

Рис. 9

Рис.10. Река Десна

Рис.11. Река Ипуть