Cтраница 3
Внутригодовой ход температуры поверхности моря можно представить в виде суммы среднегодовой температуры поверхности и отклонения от этой величины, которое характеризуется амплитудой. Ввиду нелинейной зависимости влагосодержания от температуры среднегодовая величина слоя испарения оказывается не только функцией среднегодовой температуры поверхности, но и амплитуды температурных колебаний. [31]
Это означает, что существует неизвестный пока механизм, замедляющий реакцию Каспийского моря на изменение климатической ситуации. Подчеркнем, что модифицированный ( с поправкой на зависимость слоя испарения от уровня) механизм КМ справедлив в небольшом диапазоне отметок уровня. [32]
Допустим также, что установка расположена в районе, где разность между годовыми величинами слоя испарения и осадков составляет в среднем около 1000 мм. [33]
Зависимость слоя испарения от глубины для залива Кара-Богаз - Гол при характерных значениях среднегодовой температуры 283 К и упругости насыщения водяного пара 12 3 мбар приведена на рис. 1.5. Отметим сильное влияние на эту зависимость амплитуды радиационного баланса ( климатическая характеристика региона, где расположен водоем) и коэффициента турбулентной температуропроводности. На рис. 1.6, а представлена зависимость объема испарения воды с поверхности залива при учете зависимости слоя испарения от глубины водоема и при постоянном слое испарения. [34]
Во-первых, относительная глубина проникновения тепловых волн для более глубокого моря меньше, чем для мелкого, следовательно, дестабилизирующее влияние зависимости слоя испарения от уровня менее заметно. Во-вторых, по законам гидравлики величина стока морской воды в залив Кара-Богаз - Гол нелинейно зависит от уровня и сильно увеличивается с его ростом. Следовательно, стабилизирующая роль залива на высоких отметках более существенна, чем на низких. В-третьих, с ростом уровня моря возникают дополнительные поверхности испарения, например, заполняются водой заливы Мертвый Култук, Кайдак и другие мелководные участки моря. При низком уровне такие стабилизирующие механизмы существенно ослаблены, поэтому устойчивость этого уровня понижается. [35]
Зависимость слоя испарения от глубины для залива Кара-Богаз - Гол при характерных значениях среднегодовой температуры 283 К и упругости насыщения водяного пара 12 3 мбар приведена на рис. 1.5. Отметим сильное влияние на эту зависимость амплитуды радиационного баланса ( климатическая характеристика региона, где расположен водоем) и коэффициента турбулентной температуропроводности. На рис. 1.6, а представлена зависимость объема испарения воды с поверхности залива при учете зависимости слоя испарения от глубины водоема и при постоянном слое испарения. [36]
Если остаться в рамках гипотезы о стационарности климата ( недостоверность этой гипотезы, впрочем, не означает, что море имеет только одно равновесное состояние, в этом случае ситуация еще более осложнится), то существует единственная логическая возможность выйти из тупика: предположить, что колебания уровня моря на разных отметках описываются разными линейными моделями. Как было показано выше, закономерности испарения с поверхности глубоководных и мелководных водоемов существенно различаются: в первом случае среднегодовой слой испарения слабо зависит от глубины моря, во втором - в диапазоне критических глубин до 10 м слой испарения сильно увеличивается. [37]
Таким образом, тепло, расходуемое на испарение воды с поверхности водоема, представляет собой одну из важнейших составляющих теплового баланса подстилающей поверхности. На интенсивность испарения сильно влияет скорость ветра, шероховатость и размеры поверхности. В настоящем исследовании предпринята попытка объяснить только качественную зависимость слоя испарения от глубины водоема, поэтому ограничимся простейшими формулами. [38]
Обработка данных наблюдений показала, что при одном и том же количестве осадков в бассейне моря при современном климате существуют два устойчивых равновесных значения Q ( 320 и 270 км3 / год) и соответственно два значения Н ( - 25 47 и - 27 92 м абс. В нижней части рисунка приведены зависимости величин эффективных осадков ( осадки минус испарение) и речного стока от влагозапасов; точки 7, 2, 3 являются решениями уравнения водного баланса бассейна моря. Подчеркнем, что бимодальность распределения стационарной плотности уровня моря объясняется водными процессами на водосборе, а не зависимостью слоя испарения с поверхности моря от уровня. По существу, система нелинейных уравнений (2.2.1) связывает колебания уровня Каспийского моря с изменениями климата его бассейна. Известно, что случайный процесс, характеризуемый бимодальным распределением плотности вероятности - смесь двух гауссовых случайных процессов ( каждый из этих процессов порождается небольшими колебаниями Н вблизи одного из устойчивых состояний равновесия), поэтому временной ряд многолетних колебаний стока Волги должен быть нестационарным и неоднородным. [39]
Увеличение количества осадков в бассейнах рек Волги и Урала одновременно ведет к росту речного стока и влагозапаса, что, в свою очередь, уменьшает испарение как с бассейна, так и с поверхности моря. Именно этим механизмом положительной обратной связи обусловлены резкие колебания уровня моря. Подчеркнем, что эффект влияния влагозапасов на испарение с поверхности бассейна может оказаться более существенным, чем эффект зависимости слоя испарения Северного Каспия от его средней глубины [ Хубларян, Найденов, 1991; Хубларян, Найденов, 1994; Найденов, 1992; Найденов, Юшма-нова, 1996 ], так как первый эффект характерен для всего бассейна моря, а второй - лишь для мелководных участков. [40]
Уровенный режим моря определяется водным балансом самого моря ( атмосферными осадками на акваторию, речным стоком, испарением и стоком морской воды в залив Кара-Богаз - Гол) и водным балансом его речного бассейна. Эти важнейшие гидрологические величины сильно и непредсказуемо меняются во времени, так что формирование климата водосборного бассейна моря выглядит случайным процессом. Нелинейность уравнений принципиальна, так как площадь зеркала испарения и слой испарения зависят от уровня моря, а сток речных вод и испарение с поверхности бассейна сильно и нелинейно зависят от влагозапасов суши. [41]
Так, в работах [ Архипова, 1955; Архипова, 1959; Архипова, Макарова, Крюкова, 1975 ] утверждается, что испарение Каспийского моря с 1941 по 1969 г. увеличилось только за счет Северного и Среднего Каспия, а в Южном оно не изменялось. Поскольку климат, который должен был сказаться на водности рек и испарении Южного Каспия, остался прежним, то, скорее всего, повышенное испарение было обусловлено изменениями в самом море, а именно резко уменьшились глубины Северного Каспия, хорошо прогреваемые мелководные участки моря отдавали в атмосферу огромное количество влаги. Известная зависимость слоя испарения от глубины обычно не учитывается в теориях колебаний уровня моря. [42]
Поскольку внешняя климатическая ситуация, которая должна была сказаться на водности рек и испарении Южного Каспия, осталась прежней, то скорее всего повышенное испарение определялось самим морем. Резко уменьшились глубины Северного Каспия. Хорошо прогреваемые мелководные участки моря отдавали в атмосферу огромное количество влаги. Зависимость слоя испарения от глубины, известная всем исследователям Каспия, обычно не учитывается в теориях колебаний уровня моря. [43]
Эта модель содержит важный элемент прогноза: всегда существует достаточно большая вероятность подъема или падения уровня. С ее помощью можно понять, почему не оправдываются прогнозы колебаний уровня Каспийского моря. Во-первых, всегда существует вероятность перехода моря с уровня на уровень; во-вторых, море, находясь вблизи одного устойчивого режима, чувствует притяжение соседнего устойчивого режима, так как они расположены близко друг от друга. Море часто соскальзывает в неустойчивую область колебаний, что обычно и искажает прогноз. В соответствии с тепловым механизмом колебаний уровня Каспийского моря, впервые подробно описанным в работе [ Найденов, 1992 ], предполагается, что амплитуда внутригодового хода температуры поверхности воды существенно зависит от глубины моря - она увеличивается с уменьшением глубины. Поскольку - 40 % площади Каспийского моря занимают мелководья, и им же принадлежит основная роль в стабилизации уровня, очевидно, что при разработке линейных и нелинейных моделей колебаний уровня должны учитывать зависимость слоя испарения от толщины прогреваемого водного слоя. Это относится ко всем мелководным водоемам, находящимся в зоне континентального климата ( Аральское море, оз. [44]