THE REDUCTION OF WATER RESOURCES IN THE REGION AS A CONSEQUENCE OF DEGRADATION OF GLACIERS OF THE NORTHERN CAUCASUS UNDER THE INFLUENCE OF CLIMATE CHANGE
THE REDUCTION OF WATER RESOURCES IN THE REGION AS A CONSEQUENCE OF DEGRADATION OF GLACIERS OF THE NORTHERN CAUCASUS UNDER THE INFLUENCE OF CLIMATE CHANGE
Abstract
The late 20th and early 21st centuries are characterized by many large-scale natural changes, including in mountain cryosystems. High altitude cryosystems respond to climate change and, above all, to the long-term increase in summer surface air temperature, which has increased over the past 60 years in the Caucasus Mountains by 0.5-0.7°С. This work shows that over the last 20 years the summer temperatures have been supplemented by a significant increase in winter and spring temperatures, which led to melting of glaciers and reduction of the water balance in the face of insignificant decrease in all seasonal precipitation. According to the results of calculations, over the past ~20 years, which amounted to one-third of the entire period from 1957 to 2020, the decrease in water balance of Big Azau Glacier was 260 million tons, which is more than half of the entire period – 476.25 million tons.
1. Введение
Одним из наиболее характерных индикаторов изменения климата является таяние ледников: с начала 20 века за последние 30 лет исчезло более 20 % европейских ледников .
Понимание того, что происходит с ледниками, нужно для того, чтобы спрогнозировать изменения водного баланса территорий. Это особенно актуально для регионов, в которых таяние ледников – источник пресной воды.
В докладе МГЭИК отмечается, что с высокой степенью достоверности местные темпы потепления зависят от сезона. Например, было обнаружено, что в Европейских Альпах потепление более выражено летом и весной , , также как на Кавказе , тогда как на Тибетском нагорье потепление сильнее зимой , .
В связи с этим особый интерес представляет изучение современного изменения сезонного и регионального климата и его влияния на процессы, происходящие в криосфере, приводящие к таянию ледников в высокогорных районах Кавказа.
2. Методы и принципы исследования
Для определения климатических характеристик (сезонные температуры, осадки), влияющих на ледники бассейна реки Баксан (Большой Азау, Ирик, Щхельда и др.) в качестве основного источника информации использовались ряды наблюдений на метеостанции «Терскол» (2144 м) (архив Эльбрусского противолавинного отряда Северо-Кавказской военизированной службы по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы).
Оценка коэффициентов линейных трендов метеопараметров получена методом наименьших квадратов и выражена в °С/10 лет (b) и в мм/мес/10 лет. Значимость тренда определяется величиной коэффициента детерминации R2 (или вкладом тренда в объясненную дисперсию D (%)) по критерию Фишера:
F=(R2/(1–R2))·(( n–m–)/m),
где n – число наблюдений; m – число параметров при факторе х; х – независимый параметр регрессии.
Табличное значение критерия Фишера (F-критерий) определяет его максимальное значение, при котором влияют случайные факторы. Если фактический критерий меньше его табличного значения Ffact.<Ftabl., то на сложившийся характер поведения величины, на ее изменение не влияют случайные факторы. Эта величина зависит от степени свободы (df =n–m–1) и выбранного уровня значимости Sig.(0,05).
3. Основные результаты
По данным м/станции Терскол (Кабардино-Балкария, 2144 м н.у.м., высокогорный район с резко выраженным континентальным климатом и вертикальной зональностью) среднегодовая температура за 1961-2021 гг. составила 2,64°С при климатической норме 2,54°С. В отличие от зимнего, весеннего и осеннего сезонов, в летние сезоны 1961-2021 гг. средние температуры Терскола имели положительный значимый тренд. Скорость роста летних температур за период 1961-2021 гг. составила 0,32°С/10 лет (D=39%), увеличиваясь с 1976 года до 0,43°С/10 лет (D=44%, максимальный из всех сезонных трендов). В работе отмечается, что по данным м/станции Терскол с середины 90-х годов по настоящее время в ряду летних температур преобладают положительные температурные аномалии. Если рассматривать сезон аккумуляции ледяных масс (октябрь-апрель), то на фоне долговременного с 1961 года незначительного роста осадков (18,3 мм/10 лет, D=4,8%), с начала 2000-х гг. имело место уменьшение зимних сумм осадков, продолжающееся в настоящий период.
В период с 1976 г. имело место статистически значимая скорость роста (b) среднегодовой температуры на b=0,2°С/10 лет с высоким вкладом в объясненную дисперсию D=17%. С увеличением длительности подпериодов (1976-2013, 1976-2014,…,1976-2021 гг.) скорость роста годовой температуры Терскола росла, приближаясь к статистически значимому: в 1976-2013 гг. на 0,06°С/10 лет (D=3%); в 1976-2014 гг. на 0,11°С/10 лет (D=4%);…; в 1976-2021 гг. на 0,20°С/10 лет (D=17%).
При выделении подпериода 2001-2021 гг., отличающегося усиленным таянием ледников Кавказа, из рисунка 1 можно заметить, что скорость роста годовой температуры в Терсколе увеличилась до 0,70°С/10 лет (D=32,9%, Fфакт.=8,97>Fтеор.=4,67 для df =20, что определяет тренд средних годовых температур как статистически значимый). Также имело место увеличение роста зимних (0,16°С/год, D=25,1%) и весенних (0,08°С/10 лет, D=23,4%) температур до статистически значимого уровня. Летние температуры продолжают расти, но тренд статистически незначим (0,04°С/год, D=14,3%). Таким образом, за последние 20 лет в зимние, весенние и летние сезоны наблюдался рост температур на значимом уровне потепления, сравнимый с другими климатическими зонами.
Рисунок 1 - Графики средней температуры в Терсколе в 1976-2021 гг. с трендами в подпериоды 1976-2000 гг. (y1) и 2001-2021 гг. (y2)
Примечание: жирным выделены значимые тренды на 5%-ном уровне
Из таблицы 1 видно, что в период с 2001 по 2021 гг. на фоне значимого роста сезонных температур изменение суммы осадков как сезонных, так и годовых, имели отрицательные тенденции, все тенденции статистически незначимые (таблица 1).
Таблица 1 - Параметры изменения суммы осадков, Терскол
Примечание: * отрицательный тренд выделен серой заливкой; ** значимый тренд на 5%-ном уровне (Sig.<0.05) выделен жирным
Для расчетов изменения водного баланса при деградации долинных ледников Центрального Кавказа были выбраны ледники бассейна реки Баксан для того, чтобы оценить влияние изменения горного климата по данным м/станции Терскол, расположенной в Баксанском ущелье. Из данных по деградации долинных ледников Большого Кавказа, приведенных Докукиным М.Д. в , были использованы значения уменьшения площадей ледников (∆S, км2) для расчета среднего, минимального и максимального значений изменения водного баланса (тонн воды) в результате потери ледяного панциря ледников за последние ~60 лет.
По рекомендации авторов , при расчетах использовалась толщина долинных ледников в бассейне р. Баксан h=75 м. Тогда уменьшение среднего объема ледника Большой Азау, составило:
∆V=∆S.h=6,35 км2 . 0,075км=0,47625 . 109 м3
или с учетом того, что 1 м3=1 т воды,
масса воды: m=476250000 тонн.
Таким образом, за последние 60 лет в результате таяния ледника Большой Азау (Центральный Кавказ, долина р. Баксан) баланс воды уменьшился на 476,25 млн. тонн.
Для сравнения темпов таяния приведем результаты расчетов по изменению водного баланса ледников Большой Азау и Терскол за последние 20 лет (с 1997 по 2017 гг.), используя данные изменения объема ледяного панциря (∆V, км3) из работы Кутузова С.С. .
Снижение водного баланса в результате таяния ледника Большого Азау с 1997 по 2017 гг. в среднем составило 260 млн. тонн, что больше половины величины 476,25 млн. тонн (уменьшение за 1957 по 2020 гг.).
Для остальных ледников бассейна р. Баксан уменьшение их водного баланса в результате таяния с 1957 по 2020 гг. представлено в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что второе по величине сокращение водного баланса за период 1957-2020 гг. происходило за счет таяния ледника Каяартыбаши. Среднее значение составило 92,25 млн. тонн при максимальном снижении на 98,25 млн. тонн и минимальном – на 86,25 млн. тонн. С 1957 по 2020 гг. на леднике Чегеткарачиран среднее значение уменьшения составило 2,26 млн. тонн воды (от максимального 2,40 млн. тонн до минимального 2,10 млн. тонн). Ледник Шхельда за период с 1960 по 2020 гг. потерял в среднем 93 млн. тонн водного запаса, а ледник Большой Тютю (с 1962 по 2020 гг.) – 44,25 млн. тонн.
Таблица 2 - Уменьшение водного баланса ледников в результате таяния
4. Обсуждение
Проблема такого интенсивного таяния ледников заключается в его последствиях. По мере того как ледники сокращаются в ответ на потепление климата, вода высвобождается из долговременных запасов ледников. Сначала ледниковый сток увеличивается, однако через несколько лет или десятилетий наступит переломный момент, часто называемый «пиком воды», после которого ледниковый сток и, следовательно, его вклад в речной сток вниз по течению уменьшится.
Результаты глобального моделирования показывают, что пик воды был достигнут до 2019 года для 55-67% ледников в Центральной Европе и на Кавказе . В Третьем оценочном докладе об изменениях климата и их последствиях на территории РФ отмечается, что c учетом тенденций изменения годового стока рек в последние десятилетия высока вероятность усугубления проблемы водообеспеченности ряда южных регионов европейской территории России, которая уже в настоящее время является низкой, а может стать катастрофически низкой .
5. Заключение
Изменения климата и вызванная ими деградация ледников продолжаются, при этом темпы этих процессов увеличиваются. С начала текущего столетия в Терсколе в зимние, весенние и летние сезоны наблюдался рост температур на значимом уровне потепления, сравнимый с другими климатическими зонами. Такой сезонный рост температуры сформировал статистически значимый рост среднегодовой температуры на м/станции Терскол в последние 20 лет (0,07°С/год, D=32,9%). В период с 2001 по 2021 гг. на фоне значимого роста сезонных температур сумма осадков как всех сезонных, так и годовых имела отрицательные тенденции, все тенденции статистически незначимые.
Сложившийся термический режим и режим осадков в последние десятилетия явился основной составляющей из многих факторов, приводящих к сокращению площади ледников и изменению водного баланса.
В сумме за последние 60 лет ледники бассейна реки Баксан потеряли 844,51 млн. тонн воды, из них на ледник Большой Азау пришлось 476,25 млн. тонн воды. За последние 20 лет Большой Азау потерял 260 млн. тонн воды, что составило более половины потерь за третью часть времени от всего исследованного периода, что, вероятно, происходило и со всеми другими ледниками Кавказа.