Факторы, влияющие на многолетнюю изменчивость составляющих мирового водного баланса

УДК 556.12.13:551.583

П. И. Бухарицин, Куамэ Модест Куасси

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА МНОГОЛЕТНЮЮ ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОСТАВЛЯЮЩИХ МИРОВОГО ВОДНОГО БАЛАНСА

Климат и гидросфера тесно связаны между собой, поэтому изменения в одной из этих систем приводят к изменениям в другой. В Третьем (2001 г.) оценочном докладе Межгосударственной группы экспертов по изменениям климата (МГЭИК) [1] приводятся данные по приросту за последние 140 лет концентрации углекислого газа - на 31 ± 4 % и метана - на 151 ± 25 %. Это явление предположительно связывается в докладе с изменением климата: за тот же период средняя глобальная приземная температура воздуха возросла на 0,6 ± 0,2 °С. Во многих исследованиях анализируется динамика климатических параметров за различные периоды времени. «Инерционные» сценарии (т. е. не предполагающие радикальных сдвигов в мировом хозяйстве) будущих изменений концентрации углекислого газа прогнозируют ее рост к 2100 г. до 540-970 частей на миллион по сравнению с примерно 370 частями на миллион в настоящее время; как следствие такого роста прогнозируется повышение глобальной приземной температуры воздуха на 1,4-5,8 °С.

В последние годы появилось много публикаций, в которых рассматриваются возможные будущие изменения водных ресурсов и гидрологического режима водных объектов как в целом для земного шара, так и его отдельных континентов, регионов, речных бассейнов и стран. При создании сценариев будущих изменений составляющих гидрологического цикла все авторы опираются на изменения и тенденции, наблюдавшиеся в основном в ХХ в., а также на климатические сценарии, основанные на модельных расчетах. Как и в любых модельных расчетах для сложных систем на длительную перспективу, в них высока степень неопределенности. А использование предположительных климатических сценариев при построении модельных гидрологических сценариев только увеличивает эту неопределенность [2].

Наблюдения за одной из главных составляющих гидрологического цикла - осадками в ХХ в. - показали, что в средних и высоких широтах их количество увеличивалось в среднем за десятилетие на 0,5-1,0 %, в основном в осенний и зимний периоды, тогда как в тропиках и субтропиках отмечено уменьшение количества осадков. Возможно, сокращение количества осадков в тропиках и субтропиках в ХХ в. обусловлено не столько изменением климата, сколько колоссальными площадями вырубок лесов, т. к. транспирация, т. е. их суммарное испарение на суше служит основным поставщиком пара и источником формирования конвективных осадков в этих зонах на континентах. Например, на Филиппинах в последней четверти ХХ в. было вырублено около 90 % лесов [3].

Такая важная составляющяя водного цикла, как испарение (включая транспирацию) с ростом температуры должна увеличиваться. Но это наиболее сложно измеряемая величина, и ее изменения неоднозначны для разных условий. Например, в средних и высоких широтах в летний сезон транспирация - самый мощный фактор испарения, а в осеннее и зимнее время, после формирования снежного покрова, ее роль резко снижается; такой «разрыв» затрудняет оценку изменений этого процесса под влиянием повышения температуры. Представляется правдоподобным, что испарение с поверхности океана должно увеличиться, поэтому возможно формирование более мощной и протяженной облачности и, следовательно, усиление парникового эффекта не за счет роста минорных парниковых газов, а вследствие увеличения концентрации паров воды - главного парникового газа в земной атмосфере. Таким образом, за счет этого феномена возможен переход к режиму «разгоняющегося» потепления [4].

Речной сток является третьей важнейшей составляющей водного цикла, однако, несмотря на наличие длительных наблюдений в отдельных регионах, сколько-нибудь надежные прогнозы его возможных изменений под воздействием глобального потепления практически отсутствуют, почти не поддаются интерпретации и оценкам. Кроме того, для многих регионов и водосборов очень трудно или невозможно отделить его изменения, связанные с глобальным потеплением, от вызванных другими причинами, прежде всего антропогенными.

Такие составляющие водного цикла, как снежный покров, ледяные покровы на водных объектах и ледники с увеличением глобальной температуры претерпевают заметные изменения с преобладающей тенденцией к уменьшению. Эти тенденции наблюдаются на территории США и Евразии.

Важной проблемой, связанной с глобальным потеплением, становится оценка изменений частоты и масштаба опасных явлений, связанных с водными объектами, - паводков (половодий), засух и маловодий. Их характеристика для ряда регионов приводится в докладе МГЭИК [1].

Отмеченная выше высокая неопределенность прогнозов гидрологических изменений вследствие глобального потепления (поскольку к неопределенности климатической модели добавляется неопределенность, опирающаяся на результаты расчетов по ней, гидрологической модели) усиливается также переходом от глобального уровня к региональному и к конкретным водосборам. Тем не менее в докладе МГЭИК [1] даны оценки возможности адаптации региональных сообществ к ожидаемым проблемам, связанным с водными ресурсами и обусловленным глобальным потеплением, и их социально-экономическим последствиям (табл. 1).

Таблица 1

Глобальные изменения климата: адаптивные возможности, уязвимость, ключевые проблемы, степень риска [1]

Регион Адаптивные возможности, уязвимость, ключевые проблемы, степень риска

Африка Адаптивные возможности сообщества низкие, обусловленные экономической и технологической отсталостью, уязвимость высокая в связи с зависимостью сельского хозяйства от водных ресурсов, засух и наводнений. Многие сценарии показывают снижение производства зерна, продовольственной безопасности, особенно в малых государствах, импортирующих продовольствие (средняя и высокая степень риска). Главные реки региона очень чувствительны к климатическим вариациям; средний сток будет снижаться, как и количество доступной для использования воды в Средиземноморье и на юге континента (средняя степень риска). Увеличение количества засух, наводнений и других экстремальных явлений приведет к усилению водного стресса, ухудшению продовольственной безопасности, инфраструктуры и здоровья людей, затормозит развитие в Африке (высокая степень риска).

Азия Количество экстремальных явлений увеличится в умеренной и тропической зонах (включая наводнения, засухи, лесные пожары и тропические циклоны - высокая степень риска). Снизится продуктивность сельского хозяйства из-за водного стресса, что ослабит продовольственную безопасность во многих странах всех географических зон Азии (средняя степень риска). Величина стока и количество доступной воды могут уменьшиться в аридных и полу-аридных регионах Азии, но увеличатся в северных регионах (средняя степень риска). Увеличение интенсивности осадков приведет к росту наводнений в умеренной и тропической зонах (высокая степень риска).

Австралия и Новая Зеландия Вода будет ключевой проблемой (высокая степень риска) с учетом сценарных тенденций засух для многих регионов и изменений режима Эль-Ниньо. Увеличение интенсивности сильных осадков и тропических циклонов (средняя степень риска) и специфических региональных изменений частоты тропических циклонов станут угрозой жизни, имуществу и здоровью людей и экосистемам при наводнениях.

Европа Величина летнего стока, доступной воды и почвенной влаги уменьшатся в южной и северной частях континента; в подверженной засухам южной части сток существенно уменьшится и в зимний период (высокая степень вероятности). Половина ледников в Альпах и значительная часть мерзлоты исчезнут к концу XXI в. (средняя степень риска). Опасность наводнений возрастет на всей территории Европы (высокая степень риска).

Латинская Америка Отступление ледников будет влиять на сток рек и приток воды в ледниковые реки (высокая степень риска). Паводки и засухи будут чаще при росте стока наносов и ухудшении качества воды в ряде регионов (высокая степень риска). Возрастет интенсивность тропических циклонов и угроза жизни, имуществу и экосистемам при сильных дождях и наводнениях (высокая степень риска). Продуктивность важных культур сократится во многих районах континента (высокая степень риска).

Северная Америка Рост засух вызовет снижение урожаев в Канадских прериях и на Великих равнинах в США (средняя степень риска). На реках со снежным питанием пик половодья будет раньше (высокая степень риска). Вырастут страховые возмещения за счет опасных погодных и гидрологических явлений при их систематическом страховании (высокая степень риска).

Полярные регионы Глобальное потепление уже сейчас выражается в таянии вечной мерзлоты, эрозии берегов, изменений ледниковых покровов и шельфовых ледников (высокая степень риска).

Малые острова При сценарной скорости поднятия уровня океана на 5 мм в год вырастут интрузии соленой воды в пресные водоносные горизонты (высокая степень риска). Острова с ограниченными водными ресурсами уязвимы при изменениях климата, меняющего их водный баланс (высокая степень риска).

Глобальное потепление может повлечь за собой подъем уровня Мирового океана. На его берегах обитает до трети населения Земли, причем большая часть соответствующих поселений размещена в устьях рек, в том числе в дельтах. В мире насчитывается 18 крупных дельт с пло-

щадью более 10 тыс. км2, большая часть которых расположена в Азии, особенно плотное заселение таких территорий характерно для Южной и Юго-Восточной Азии. Уже сейчас в этих районах наблюдается усиление процессов подтопления и эрозии берегов, более дальнее проникновение вверх по рекам соленой воды в связи с повышением уровня приливов и вторжение соленой воды в прибрежные водоносные горизонты. При повышении уровня океана все эти процессы активизируются. Возрастет риск катастроф и ущерба населению и хозяйству, потребуется разработка мероприятий по защите дельт и побережий.

Глобальное потепление может существенно повлиять на потребности в оросительных водах на территориях орошаемого земледелия, что критически важно для производства продовольствия, т. к. орошаемые земли обеспечивают 2/5 мирового производства пищевых продуктов, занимая только 1/5 часть пахотных земель. Глобальный анализ [5], основанный на сценариях потепления к 2020 и 2070 гг. показал, что 2/3 орошаемых территорий будут нуждаться в дополнительных водных ресурсах, а на половине орошаемых земель потери сельскохозяйственной продукции (вследствие потепления) будут более значительными, чем отклонения объема производства в неурожайные годы от средних многолетних (табл. 2).

Таблица 2

Влияние изменений климата на потребности в воде для орошения [5]

Регион Орошаемая территория, тыс. км2 (1995) Число урожаев в год Среднемноголетнее потребление воды для орошения

Базовый объем (1995) 2020-е гг. 2070-е гг.

ECHAM4 HadCM3 ECHAM4 HadCM3

Канада 7,1 1,0 2,4 2,9 2,7 3,3 2,9

США 235,6 1,0 112,0 120,6 117,9 123,0 117,9

Центральная Америка 80.2 1,0 17,5 17,0 17,6 18,1 19,7

Южная Америка 98,3 1,0 26,6 27,1 27,5 28,2 29,1

Северная Африка 59,4 1,5 66,4 62,7 65,3 56,0 57,7

Западная Африка 8,3 1,0 2,5 2,2 2,4 2,4 2,6

Восточная Африка 35,8 1,0 12,3 13,1 12,2 14,5 14,3

Южная Африка 18,6 1,0 7,1 7,0 7,4 6,4 7,2

Страны Европы -члены ОЭСР 118,0 1,0 52,4 55,8 55,2 56,5 57,8

Восточная Европа 49,4 1,0 16,7 18,4 19,0 19,7 22,1

Бывший СССР 218,7 0,8 104,6 106,6 112,1 104,4 108,7

Средний Восток 185,3 1,0 144,7 138,7 142,4 126,5 137,8

Южная Азия 734,6 1,3 366,4 389,8 400,4 410,7 422,0

Восточная Азия 492,5 1,5 123,8 126,0 126,6 131,3 127,1

Южная Азия 154,4 1,2 17,1 20,3 18,8 30,4 28,6

Океания 26,1 1,5 17,7 17,8 17,6 18,2 19,7

Япония 27,0 1,5 1,3 1,3 1,8 1,4 1,5

Всего 2 549,1 - 1 091,5 1 127,5 1 147,0 1 151,0 1 176,8

Таким образом, изменения климата, которые в настоящее время связывают прежде всего с глобальным потеплением, вызовут серьезные трансформации водных ресурсов в целом в мире и на отдельных континентах, при этом будут затронуты все аспекты развития цивилизации -экологические, экономические, социальные и политические.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. IPCC Third Assessment Report. Vol. 1. Climate Change 2001, The Scientific Basis. - Cambridge Univ. Press, 2001. - 881 p.

2. Раткович Д. Я. Актуальные проблемы водообеспечения. - М.: Наука, 2003. - 352 с.

3. Состояние мира 1999. - М.: Весь мир, 2000. - 364 с.

4. Горшков В. Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. - М:. ВИНИТИ, 1995. - 472 с.

5. Doll P. Impact of climate change and variability on irrigation requirements: a global perspective // Climate Change. - 2002. - 54. - P. 269-293.

Статья поступила в редакцию 28.12.2010

FACTORS

INFLUENCING PERENNIAL CHANGEABILITY OF COMPONENTS OF WORLD WATER BALANCE

P. I. Bukharitsin, Kouame Modest ^uassi

Main components of world water balance (precipitation, evaporation (including transpiration) and river runoff) are considered in the paper. It is marked out that the global rise of the average temperature and total destruction of forest ecosystems by people, have led to a change in regional values of evaporation and precipitation, which in turn resulted in an average annual increase or decrease in the river and groundwater runoff. Man-made changes continue to happen within the water collection of the rivers. First of all it is due to the appearance of impervious surfaces like buildings and economic infrastructures, the development of draining and irrigation. Man-made pressure is accompanied with ecological, economic, social and political consequences. Therefore, revaluation of continental water resources is more than necessary.

Key words: climate, ground water, surface water, climate changing, global warming.