Временные закономерности изменчивости речного стока в условиях криолитозоны (на примере Якутии)

О.А. Поморцев

ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЧИВОСТИ РЕЧНОГО СТОКА В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ

На примере рек криолитозоны Якутии показана внутривековая ритмика аномалий стока, модулируемая 11-летним циклом солнечной активности (СА). Установлено, что основные всплески гидрологических аномалий приходятся на годы, близкие к экстремумам 11-летнего цикла СА. Прогнозируется усиление динимики гидрологических процессов в ближайшие годы с пиком около 2012 г. По ходу долгопериодных ритмов (1850 лет) Шнитникова и (40 700 лет) Миланковича, контролирующих природные обстановки Земли в масштабах столетий и тысячелетий, следует ожидать последовательное возрастание увлажненности Земли и как следствие - усиление динамики гидрологических процессов.

С незапамятных времен периодически возникавшие потопы, сведения о которых донесли до нас древние письмена, приносили неисчислимые бедствия людям, проживавшим на берегах великих рек. Не является исключением и настоящее время, особенно последние годы, когда число наводнений на планете, особенно в Азии, резко возросло и достигло 32% от общего числа природных катастроф, уступая лишь тропическим штормам (34%). Реки Якутии с их бурным весенним половодьем и дождевыми летне-осенними паводками не являются исключением. Об этом свидетельствуют, в частности, широко известные катастрофические наводнения на р. Лене (2001 г.) и р. Колыме (2004 г.) а также подтопление пос. Пеледуй и ряда других населенных пунктов в 2006 и 2007 гг.

Учитывая серьезные социально-экономические последствия наводнений, особенно 2001 г. - трагедия Ленска (рис.1, а), представляется актуальным обратиться к анализу возможных причин наблюдаемых гидрологических аномалий.

Известно, что в Якутии, несмотря на малое количество выпадающих атмосферных осадков и относительно небольшой снежный покров, в силу наличия криогенного водоупора (криогенный фактор) характерна обильность поверхностных вод [1].

Все реки Якутии относятся к бассейну Северного Ледовитого океана - морям Лаптевых (рр. Хатанга, Анабар, Оленек, Лена, Омолой, Яна) и ВосточноСибирскому (к западу от устья р. Колымы - рр. Индигирка, Алазея и ряд меньших водотоков). В эти моря реками выносится в среднем за год около 800 км3 воды. Преобладают малые реки и водотоки протяженностью до 10 км (свыше 94% от общего числа). Из 571 тыс. рек только 845 имеют длину более 100 км, 62 реки - более 500 км и 14 рек - более 1000 км. При этом р. Лена принадлежит к числу величайших водных артерий мира, а среди рек России по своей длине и площади водосбора занимает второе и третье места соответственно. Большинство крупных рек России текут в меридиональном направлении с юга на север. Лена не является исключением. Однако на значительном по протяженности участке - от истоков и до г. Якутска (более 2000 км) она, как и ее крупные притоки Вилюй и Алдан, несет свои воды почти субширотно.

Реки западной, относительно равнинной части и Центрально-Якутской низменности имеют преобладающее снеговое питание. Реки горных районов южной части, кроме верховьев Лены и ее верхних притоков, а также северо-восточной части, питаются преимущественно дождевыми водами.

Особенности водных режимов рек соответствуют характеру их питания. Годовой гидрограф рек в основном снегового питания отличается высоким половодьем (восточно-сибирский тип), а гидрограф рек в основном дождевого питания - большими летне-осенними паводками [2].

В ХХ в. (до начала 1970-х гг.), судя по материалам, представленным в каталоге [2], на рассматриваемой территории отмечено несколько высоких половодий. На разных реках они имели место в 1915, 1916, 1924, 1933, 1940, 1943, 1951, 1955, 1958, 1959, 1962, 1966,

1967 и 1968 гг.

В 1915, 1924, 1966 гг., а также в 1982 и 2001 гг. большие половодья были на Лене. В весны 1933, 1937 и 1962 гг. половодья с максимальными расходами обеспеченностью 1-3% прошли на рр. Лене, Витиме и Алдане, в 1962 г. - на р. Амге. В 1943 и 1951 гг. значительные максимумы наблюдались в бассейнах рр. Яны и Индигирки, а в 1955 г. - на реках Витиме и Алдане. В 1958 г. половодья с максимальными расходами обеспеченностью 2% наблюдались на реках южной части Среднесибирского плоскогорья.

Половодья очень редкой повторяемости имели место на р. Лене в 1816 и 1864 гг., на Яне - в 1882 и 1918 г., на р. Индигирке - в 1918 г. Наиболее низкие половодья наблюдались в 1920-е - начале 1930-х гг., в конце 1950-х - начале 1960-х гг.

К началу 1970-х гг. для оценки водности различных периодов (начиная с 1910 г.) и выявления синхронности в колебаниях стока рек рассматриваемой территории был выполнен анализ накопленной к этому времени гидрологической информации. Были вычислены разностные интегральные кривые обеспеченности годового стока рек по всем гидрологическим постам в пределах Якутии с продолжительностью наблюдений более 20 лет [2].

Анализ информации показал, что в восточных и центральных районах отмечается чередование различных по продолжительности групп многоводных и маловодных лет, а в западных и южных районах достаточно четко прослеживаются циклы продолжительностью примерно 10 и 20 лет. При этом, судя по представленным графикам, кульминация половодий и паводков за период наблюдений с 1910 по 1968 г. приходится на вторую половину 1930-х гг.

Присутствие в режиме стока рек Якутии 10 и 20-летней цикличности позволяет предположить ее связь с 11-летним циклом СА. К настоящему времени установлено, что источником 11-ле-тней солнечной модуляции является переменное тороидальное магнитное

поле Солнца, генерирующее напряженность межпланетного магнитного поля, что заметным образом сказывается на интенсивности коротковолнового излучения и потока космических лучей у Земли [3]. А именно эти космические факторы значимым образом влияют на состояние земной атмосферы, проявляясь в циркуляционных движениях воздушных масс и количестве атмосферных осадков [4]. Поэтому логично ожидать, что подобные циклические изменения должны оказывать влияние и на сток рек Якутии.

Для проверки предположения из каталога «Ресурсы поверхностных вод СССР - Том 16, Лено-Индигирский район» [2] была сделана выборка дат (годы) максимального расхода воды, максимального слоя стока и наибольшей интенсивности подъема и спада уровней воды в реках за период наблюдений по каждому гидрологическому посту. Всего для интервала времени - с 1915 по 1968 г. - было получено 1204 даты. На основании этой выборки для рек Якутии был построен частотный график повторяемости опасных гидрологических явлений (рис. 1, б).

Из графика видно, что в гидрологическом режиме рек за рассматриваемый период времени наблюдалось несколько импульсов усиления и ослабления опасных гидрологических процессов. В интервале времени с середины 1920-х до конца 1960-х гг. без особого труда выделяются 5 «пачек» всплесков усиления водности рек, экстремумы которых хронологически почти тождественны экстремумам 11-летнего солнечного ритма, проявившимся за этот же промежуток времени. Некоторое снижение гид-

рологической активности рек, судя по графику, приурочено к минимумам 11-летнего цикла. Статистическая оценка связи дат прохождения наиболее опасных (редкой повторяемости) весенних половодий на реках Якутии с датами экстремумов 11-летнего солнечного цикла показала, что в 60% случаев эти половодья приурочены к максимумам 11-летнего цикла. Наиболее хорошая связь (на уровне 80%) установлена для р. Лены. В то же время для р. Вилюй получена обратная связь. По створам Сюльдю-кар, Вилюйчан, Крестях, Нюрба, Верхневилюйск, Ви-люйск, Хатырык, Хом установлено, что максимумы половодий тяготеют не к максимумам 11-летнего солнечного цикла, а к его минимумам. Возможно, это связано с более сильным влиянием на бассейн Вилюя воздушных масс зональной циркуляции атмосферы. В то же время, судя по ритмике гидрологических аномалий наиболее обеспеченного гидрологическими данными периода - с 1947 по

1968 г. (солнечные циклы Ш8-Ы20 по Цюриху), всплески аномалий просматриваются на ветви подъема и спада 11летнего цикла. Причем в последнем цикле просматривается их двухвершинность.

Годы трех последних десятилетий ХХ в. (19701990-е гг.), по мнению гидрологов, отличались достаточно ровным режимом половодий, и катастрофические весенние наводнения на реках Якутии стали довольно редким явлением. Это подтверждает, в частности, кривая многолетней изменчивости максимальных уровней воды на р. Лене у г. Ленска (см. рис.1, а). Но катастрофические наводнения последних лет (1998— 2006 гг.) заставили вновь вернуться к данной проблеме.

Рис. 1. Водная стихия в Ленске в 2001 г.: а - кривая многолетней изменчивости максимальных уровней воды на р. Лене у г. Ленска за период с 1936 по 2001 г.; б - частотный график повторяемости опасных гидрологических явлений на реках Якутии и ход солнечной активности в числах Вольфа

В частности, из графика (см. рис. 1, а) можно видеть, что за период с 1936 по 2001 г. в г. Ленске произошло

три сильных потопа, когда уровень воды в реке превысил критическую отметку 15 м. Даты катастрофических

наводнений приходятся на 1937, 1966 и 2001 гг. При этом первая (1937 г.) и последняя (2001 г.) даты практически совпадают с датами максимумов 11-летних циклов СА - N17 и N23 (по Цюрихской нумерации). Наводнение 1966 г. произошло всего лишь за 2 года до наступления максимума солнечного цикла N20 в 1968 г. В промежутке времени между 1937 и 1966 гг., как и между 1966 и 2001 гг., проявилось по два максимума 11летнего цикла СА - в 1947, 1957 и 1979, 1989 гг. соответственно не вызвавших наводнение. Если выявленная последовательность наводнений сохранится и в будущем, очередного потопа в Ленске следует ожидать в начале 2030-х гг.

Отметим еще одно важное обстоятельство. Дело в том, что обозначенный выше главный пик половодий, имевший место на р. Лене во второй половине 1930-х гг. [2], хронологически совпадает с известным потеплением Арктики 1930-х гг., отчетливо проявившимся и в Якутии. В период этого потепления наблюдалась существенная активизация атмосферной циркуляции, выражавшаяся в усилении зонального переноса воздушных масс. Аналогичная ситуация, правда, при усилении меридиональной составляющей переноса, наблюдается и в настоящее вре-

мя. Это позволяет ожидать, в свою очередь, развитие катастрофических половодий на реках Якутии в годы, близкие к прохождению экстремумов 11-летнего цикла. Последнее находит подтверждение, в частности, в свете событий в г. Ленске в 2001 г., развернувшихся на фоне максимума цикла СА N23, а также катастрофического весеннего подъема уровней малых реках Якутии и р. Лены (два последние года), приуроченных к его минимуму. Учитывая синфазность в ходе половодий на р. Вилюй с минимумами 11-летнего солнечного цикла, в ближайшее время на нем самом и реках его бассейна можно ожидать усиления динамики гидрологических процессов и в частности повышения уровней весенних половодий.

Если выявленные тенденции сохранятся в будущем (а вероятность этого велика), то в ближайшие годы на реках Якутии следует ожидать усиления паводковой опасности с пиком около 2012 г. В свете доминирующего влияния на короткопериодичные 11-летние ритмы долгопериодичных ритмов Шнитникова (1850 лет) и Миланковича (40700 лет) необходимо обратить внимание на совпадение в настоящее время тепло-сухого (ТС) интервала ритма Шнитникова с тепло-влажным (ТВ) интервалом ритма Миланковича [5].

дога - рнги. ннживапичл

В.ІйЖпО

1 , « Лет ;

\ і / ниц пперед !

! і і Сухо і

Латино

[" о л 0 І. С II

ув ж- тс Ги

1 Г. 1м - рьлы 1 -ИТ 11 к 11 Г1 ГА

ЇЇ7М0 / \ V ^ Вмжно

/ \ \

III 1 1 1 ! ¥ ! 1 1 1\ 1 1 1 ' 4 \ ]/ \ 1 ! 1 I 1 1 1 Їг ^ \ XV \ / XX хх\ X/'V""""

Хо.:{н>>іО С.:'.V.' + * + + + +

но к*

IV

Т* Х13 ХГ

- ! ..................2

ТС

Рис. 2. Внутренняя структура долгопериодичных ритмов Миланковича и Шнитникова. Они определяют развитие природной обстановки в масштабах тысячелетий и создают основной фон развития для ритмов векового и внутривекового рангов

Чем дальше развивается ТВ интервал ритма Ми-ланковича (рис. 2), тем больше усиливается паводковая опасность, т.к. общая увлажненность Земли по ходу реализации этого ритма нарастает. Расти она

будет и в будущем, особенно при достижении третьего тысячелетия и переходе ТС интервала ритма Шнитникова в интервал ТВ. Поэтому очевидно, что самой высокой паводковая опасность будет в

холодно-влажных интервалах обоих ритмов, а самой низкой - в ТС.

В завершение нашего анализа ритмики гидрологических аномалий на реках Якутии хочется привести слова автора теории ритмов в природе Е.В. Максимова: «Наши представления о ритмах еще во многом не совершенны. Больше того, сама логическая последовательность ритмов и их соподчиненность остаются во многом мало определенными. Наш человеческий ум

просто не в состоянии постичь ту сверхгениальную композицию, по которой была создана Вселенная. Мы только можем догадываться об ее присутствии. Чем больше входишь в проблемы ритмичности, тем яснее начинаешь сознавать, что весь окружающий мир от атомов до звездных систем представляет собой поразительно совершенную конструкцию, в которой не остается места для случайных или хаотичных проявлений» [6. С. 115].

ЛИТЕРАТУРА

1. Пармузин Ю.П. Средняя Сибирь. М.: Мысль, 1964. 308 с.

2. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 17: Лено-Индигирский район. Л.: Гидрометеоиздат. 1972. 651 с.

3. Мерзляков В.Л. Магнитная переменность Солнца как вероятный источник вариаций глобальной температуры воздуха // Геомагнетизм и

аэрономия. 2000. Т. 40. 5. С. 104-110.

4. Стажков Ю.И., Покровский П.Е., Зулло Ж. и др. Воздействие потоков заряженных частиц на интенсивность осадков // Геомагнетизм и аэро-

номия. 1996. Т. 36. 4. С. 211-216.

5. Максимов Е.В. Голоцен (ритмический вариант системы Блитта-Сернандера) // Известия ВГО. 1986. Вып. 1, т. 118. С. 10-20.

6. Максимов Е.В. Учение о ритмах в природе. СПб.: Изд-во РГПУ, 2000. 117 с.

Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 30 мая 2007 г.