ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЙ РЕЖИМА ПАВОДКОВОГО СТОКА РЕКИ УССУРИ С УЧЕТОМ СОВРЕМЕННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПРОЕКЦИЙ ДО КОНЦА XXI ВЕКА

Раздел
Опасные процессы в гидросфере: фундаментальные и инженерные аспекты
  • Б.И. Гарцман Институт водных проблем РАН, Москва, Россия, Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток, Россия
  • С.Ю. Лупаков Институт водных проблем РАН, Москва, Россия, Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток, Россия
Ключевые слова: динамико–стохастическое моделирование, бассейн Уссури, изменения климата, климатические сценарии, глобальные климатические модели
(+) Аннотация

Определение реакции речных систем на климатические изменения является одной из ключевых проблем современной гидрологии. Тем более это касается Дальнего Востока России, режим увлажнения которого известен своей неустойчивостью. В настоящей статье представлены результаты оценки изменения характеристик паводкового стока рек бассейна реки Уссури при ожидаемых изменениях климата, связанных с глобальным потеплением.

Оценки выполнены на основе схемы динамико–стохастического моделирования, при которой на вход в гидрологическую модель подаются многочисленные ряды синтетических осадков, для перебора всевозможных условий увлажнения на водосборе. Для расчетов стока использовалась региональная гидрологическая модель паводочного цикла малого речного бассейна, ориентированная на описание процессов формирования стока летне–осеннего паводкового периода. Для задания климатического сценария использовалось объединение регионализированной стохастической модели осадков и данных расчетов по глобальным моделям климата (GCM) на последнюю треть XXI века (2071–2100 гг.).

Показано, что увеличение осадков приводит к непропорциональному отклику в исследуемых характеристиках максимального стока теплого периода года. При этом относительный рост норм максимальных расходов за сезон достигает 4–5 раз, а норм суммарного слоя стока – 2–3 раз в зависимости от варианта расчета с совмещением различных климатических моделей и сценариев. Полученные результаты согласуются с анализом данных наблюдений на основе использования так называемого «коэффициента эластичности», а также с проведенными ранее исследованиями. Таким образом, при климатических изменениях можно предполагать рост паводковой опасности в исследуемом регионе

 

Литература

Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование процессов формирования стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 311 с.

Гарцман Б.И. Дождевые наводнения на реках юга Дальнего Востока: методы расчетов, прогнозов, оценок риска. Владивосток: Дальнаука, 2008. 421 с.

Гарцман Б.И. Губарева Т.С. Прогноз гидрографа дождевых паводков на реках Дальнего Востока // Метеорология и гидрология. 2007. № 5. с. 70-80.

Гарцман И.Н. Лыло В.М. Черненко В.Г. Паводочный сток рек Дальнего Востока. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 264 с.

Гельфан А.Н. Динамико-стохастическое моделирование формирования талого стока. М.: ИВП РАН, 2007. 294 с.

Гельфан А.Н. Морейдо В.М. Описание макромасштабной структуры поля снежного покрова равнинной территории с помощью динамико-стохастической модели его формирования // Лёд и Снег. 2015. Т.55. № 4. c. 61-72.

Bales R., Molotch N., Painter Th., Dettinger M., Rice R., Dozier J. Mountain hydrology of the western United States // Water Resources Research. 2006. V. 42. Iss. 8. W08432. DOI: 10.1029/2005WR004387

Belyakova P.A. Gartsman B.I. Possibilities of Flood Forecasting in the West Caucasian Rivers Based on FCM Model // Water Resources. 2018. V. 45 (Suppl. 1). P. 50-58 DOI: 10.1134/S0097807818050317

Bentsen M. et al. The Norwegian Earth system model, NorESM1-M – Part 1: Description and basic evaluation of the physical climate // Geoscientific Model Development. 2013. Vol. 6. P. 687-720. DOI: 10.5194/gmdd-5-2843-2012

Chen N.Ch. Lee K.T. Gartsman B.I. Application of Flood Cycle Model for daily flow simulating in different climate area // Taiwan Water Conservancy. 2008. Vol. 56. No. 2. P. 1-13.

Dufresne J.-L. et al. Climate change projections using the IPSL-CM5 Earth System Model: from CMIP3 to CMIP5 // Climate Dynamics. 2013. V. 40. Iss. 9-10. P. 2123-2165. DOI: 10.1007/s00382-012-1636-1

Dunne J. et al. GFDL’s ESM2 Global Coupled Climate-Carbon Earth System Models. Part I: Physical Formulation and Baseline Simulation Characteristics // Journal of Climate. 2012. Vol. 25. No. 19. P. 6646-6665. DOI: 10.1175/JCLI-D-11-00560.1

Gartsman B.I. Lupakov S.Yu. Effect of climate changes on the maximal runoff in the Amur Basin: Estimation based on dynamic-stochastic simulation // Water Resources. 2017. Vol. 44. Iss. 5. P. 697-706. DOI: 10.1134/S0097807817050062

Gartsman B.I. Lupakov S.Yu. Changes in the maximum runoff regime in the Ussuri River basin: the methodological aspects of forecasting based on dynamic-stochastic simulation // Water Resources. 2018. Vol. 45. Suppl. 1. P. S79-S89. DOI: 10.1134/S0097807818050342

IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York. 2013. 1535 p.

Jones C.D. et al. The HadGEM2-ES implementation of CMIP5 centennial simulations // Geoscientific Model Development. 2011. Vol. 4. Iss. 3. P. 543-570. DOI: 10.5194/gmd-4-543-2011

Oudin L., Hervieu F., Michel C., Perrin C., Andreassian V., Anctil F., Loumagne C. Which potential evapotranspiration input for a lumped rainfall-runoff model? Part 2: Towards a simple and efficient potential evapotranspiration model for rainfall-runoff modelling // Jornal of Hydrology. 2005a. Vol. 303. Iss. 1-4. P. 290-306.
DOI: 10.1016/j.jhydrol.2004.08.026

Oudin L. Michel C. Anctil F. Which potential evapotranspiration input for a lumped rainfall-runoff model? Part 1 - Can rainfall-runoff models effectively handle detailed potential evapotranspiration inputs? // Jornal of Hydrology. 2005b. Vol. 303. Iss. 1-4. P. 275-289 DOI: 10.1016/j.jhydrol.2004.08.025

Sankarasubramanian A., Vogel R.M., Limbrunner J.F. Climate elasticity of streamflow in the United States // Water Resources Research. 2001. Vol. 37. Iss. 6. P. 1771-1781. DOI: 10.1029/2000WR900330

Trzaska S. Schnarr E. A review of downscaling methods for climate change projections (Technical report, United States Agency for International Development). Burlington, Vermont: Tetra Tech ARD. 2014. 56 p.

van Vuuren D.P. et al. The representative concentration pathways: an overview // Climatic Change. 2011. Vol. 109. P. 5-31. DOI: 10.1007/s10584-011-0148-z

Warszawski L., Frieler K., Huber V., Piontek F., Serdeczny O., Schewe J. The Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project (ISI-MIP): project framework // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2014. Vol. 111. Iss. 9. P. 3228-3232. DOI: 10.1073/pnas.1312330110.

Watanabe S. et al. MIROC-ESM 2010: model description and basic results of CMIP5 experiments // Geoscientific Model Development. 2011. Vol. 4. P. 845-872. DOI: 10.5194/gmdd-4-1063-2011

Wu Y., Zhang G., Shen H., Jun Xu Y. Nonlinear Response of Streamflow to Climate Change in High-Latitude Regions: A Case Study in Headwaters of Nenjiang River Basin in China’s Far Northeast // Water. 2018. Vol. 10. No. 3. 294. DOI: 10.3390/w10030294

Zhang A., Liu W., Yin Zh., Fu G., Zheng Ch. How will climate change affect the water availability in the Heihe River basin, northwest China? // Journal of Hydrometeorology. 2016. Vol. 17. No. 5. P. 1517-1542. DOI: 10.1175/JHM-D-15-0058.1

(+) Об авторе(ах)

Б.И. Гарцман,
Институт водных проблем РАН, Москва, Россия, Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток, Россия

E-mail: gartsman@inbox.ru
eLibrary (РИНЦ) SPIN-код: 7792-9120
Scopus ID: 24438012800
ORCID iD: 0000-0002-5876-7015
Почтовый адрес:
 119333 г.Москва, ул.Губкина 3. ИВП РАН
Контактный телефон для связи с авторами статьи: +7 915 03 02 08, +7 984 155 17 77

С.Ю. Лупаков,
Институт водных проблем РАН, Москва, Россия, Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток, Россия

E-mail: rbir@mail.ru
eLibrary (РИНЦ) SPIN-код: 9365-4537
Scopus ID: 57195678222
ORCID iD: 0000-0002-5804-2604
Почтовый адрес:
 119333 г.Москва, ул.Губкина 3. ИВП РАН
Контактный телефон для связи с авторами статьи: +7 915 03 02 08, +7 984 155 17 77

(+) Литература

Bales R., Molotch N., Painter Th., Dettinger M., Rice R., Dozier J. Mountain hydrology of the western United States. Water Resources Re-search, 2006, vol. 42, iss. 8, W08432. DOI: 10.1029/2005WR004387

Belyakova P.A. Gartsman B.I. Possibilities of Flood Forecasting in the West Caucasian Rivers Based on FCM Model. Water Resources, 2018, vol. 45, suppl. 1, pp. 50-58. DOI: 10.1134/S0097807818050317

Bentsen M. et al. The Norwegian Earth system model, NorESM1-M - Part 1: Description and basic evaluation of the physical climate. Geoscien-tific Model Development, 2013, vol. 6, pp. 687-720. DOI: 10.5194/gmdd-5-2843-2012

Chen N.Ch. Lee K.T. Gartsman B.I. Application of Flood Cycle Model for daily flow simulating in different climate area. Taiwan Water Conservan-cy, 2008, vol. 56, no 2, pp. 1-13.

Dufresne J.-L. et al. Climate change projections using the IPSL-CM5 Earth System Model: from CMIP3 to CMIP5. Climate Dynamics, 2013, vol. 40, iss. 9-10, pp. 2123-2165. DOI: 10.1007/s00382-012-1636-1

Dunne J. et al. GFDL’s ESM2 Global Coupled Climate-Carbon Earth System Models. Part I: Physical Formulation and Baseline Simulation Characteristics. Journal of Climate, 2012, vol. 25, no. 19, pp. 6646-6665. DOI: 10.1175/JCLI-D-11-00560.1

Gartsman B.I. Dozhdevye navodneniya na rekah Dalnego Vostoka: metody raschetov, prognozov, otsenki riska [Rainfall Floods in the Rivers of the Far East: Calculation, Forecasting, and Risk As-sessment Methods]. Vladivostok: Publ. Dalnauka, 2008. 421 p. (In Russian)

Gartsman B.I. Gubareva T.S. Prognoz gidrografa dozhdevyh pavodkov na rekah Dal'nego Vostoka [Forecast of the rainfall flood hydrograph on the Far East rivers] // Meteorologija i gidrologija [Me-teorology and hydrology (Russia)], 2007, no. 5, p. 70-80. (In Russian; abstract in English)

Gartsman B.I. Lupakov S.Yu. Effect of climate changes on the maximal runoff in the Amur Basin: Estimation based on dynamic-stochastic simula-tion. Water Resources, 2017, vol. 44, iss. 5, pp. 697-706. DOI: 10.1134/S0097807817050062

Gartsman B.I. Lupakov S.Yu. Changes in the maximum runoff regime in the Ussuri River basin: the methodological aspects of forecasting based on dynamic-stochastic simulation. Water Re-sources, 2018, vol. 45, suppl. 1, pp. S79-S89. DOI: 10.1134/S0097807818050342

Gartsman I.N. Lylo V.M. Chernenko V.G. Pa-vodochnyj stok rek Dal'nego Vostoka [Flood flow of the Far Eastern rivers]. Leningrad, Publ. Gidrometeoizdat, 1971. 264 p. (In Russian)

Gelfan A.N. Dinamiko-stohasticheskoye mod-elirovaniye formirovaniya talogo stoka [Dynam-ic—Stochastic Simulation of Snowmelt Runoff Formation]. Moscow: Publ. of Institute of Water Problems RAS, 2007. 294 p. (In Russian)

Gelfan A.N. Moreydo V.M. Opisanie makromasshtabnoj struktury polja snezhnogo pokrova ravninnoj territorii s pomoshh'ju dina-miko-stohasticheskoj modeli ego formirovanija [Describing macro-scale structure of the snow cover by a dynamic-stochastic model]. Led i sneg [Ice and snow (Russia)], 2015, vol. 55, no. 4, pp. 61-72. (In Russian; abstract in English)

IPCC: Climate Change 2013: The Physical Sci-ence Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovern-mental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge, United Kingdom and New York, Cambridge University Press, 2013. 1535 p.

Jones C.D. et al. The HadGEM2-ES implementa-tion of CMIP5 centennial simulations. Geoscien-tific Model Development, 2011, vol. 4, iss. 3, pp. 543-570. DOI: 10.5194/gmd-4-543-2011

Oudin L., Hervieu F., Michel C., Perrin C., An-dreassian V., Anctil F., Loumagne C. Which po-tential evapotranspiration input for a lumped rain-fall-runoff model? Part 2: Towards a simple and efficient potential evapotranspiration model for rainfall-runoff modelling. Jornal of Hydrology, 2005a, vol. 303, no. 1-4. pp. 290-306. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2004.08.026

Oudin L. Michel C. Anctil F. Which potential evapotranspiration input for a lumped rainfall-runoff model? Part 1 - Can rainfall-runoff models effectively handle detailed potential evapotranspi-ration inputs? Jornal of Hydrology, 2005b, vol. 303, no. 1-4, pp. 275-289. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2004.08.025

Sankarasubramanian A., Vogel R.M., Limbrunner J.F. Climate elasticity of streamflow in the United States. Water Resources Research, 2001, vol. 37, iss. 6, pp. 1771-1781. DOI: 10.1029/2000WR900330

Trzaska S. Schnarr E. A review of downscaling methods for climate change projections (Technical report, United States Agency for International De-velopment). Burlington, Vermont, Tetra Tech ARD, 2014. 56 p.

van Vuuren D.P. et al. The representative concen-tration pathways: an overview. Climatic Change, 2011, vol. 109, pp. 5-31. DOI: 10.1007/s10584-011-0148-z

Vinogradov Yu.B. Matematicheskoye modeliro-vaniye protsessov formirovaniya stoka [Mathemat-ical Modeling of River Runoff Formation Process-es]. Leningrad, Publ. Gidrometeoizdat, 1988. 311 p. (In Russian)

Warszawski L., Frieler K., Huber V., Piontek F., Serdeczny O., Schewe J. The Inter-Sectoral Im-pact Model Intercomparison Project (ISI-MIP): project framework. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014, vol. 111, iss. 9, pp. 3228-3232. DOI: 10.1073/pnas.1312330110.

Watanabe S. et al. MIROC-ESM 2010: model description and basic results of CMIP5 experi-ments. Geoscientific Model Development, 2011, vol. 4, pp. 845-872. DOI: 10.5194/gmdd-4-1063-2011

Wu Y., Zhang G., Shen H., Jun Xu Y. Nonlinear Response of Streamflow to Climate Change in High-Latitude Regions: A Case Study in Head-waters of Nenjiang River Basin in China’s Far Northeast. Water, 2018, vol. 10, no. 3, pp. 294-311. DOI: 10.3390/w10030294

Zhang A., Liu W., Yin Zh., Fu G., Zheng Ch. How will climate change affect the water availa-bility in the Heihe River basin, northwest China? Journal of Hydrometeorology, 2016, vol. 17, no. 5, pp. 1517-1542. DOI: 10.1175/JHM-D-15-0058.1

(+) Читать онлайн

Просмотров Аннотации: 256
Скачиваний PDF: 15
Опубликован
2019-12-10
Как цитировать
Б.И. Гарцман, & С.Ю. Лупаков. (2019). ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЙ РЕЖИМА ПАВОДКОВОГО СТОКА РЕКИ УССУРИ С УЧЕТОМ СОВРЕМЕННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПРОЕКЦИЙ ДО КОНЦА XXI ВЕКА. Гидросфера. Опасные процессы и явления, 1(1), 52-70. https://doi.org/10.34753/HS.2019.1.1.006

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.