Процессы в гидросфере отличаются обычно ярко выраженным годовым ритмом, соответствующие примеры приведены на рис. 1.2 — это изменения гидрологических параметров для высокогорного озера Сарез (Памир). Бросаются в глаза характерные особенности графиков: более острые максимумы и затянутые минимумы, асимметричная форма вариаций. Изменения уровня Каспия с годовой дискретизацией очень сложны и беспорядочны.
Вариации годовых приращений уровня Каспийского и Аральского морей
Данные об изменениях уровня Каспийского и Аральского морей и стока в них (с годовой дискретностью) были любезно предоставлены Р.В. Николаевой и И.Я. Гоголевым. Результаты опубликованы в работах. Приведен анализ вариаций среднегодового и среднемесячного уровня Каспийского моря и его приращений по данным четырех постов в течение 1900-2005 гг.
Анализ исторических и современных многолетних наблюдений за уровнем Каспийского моря показал исключительную сложность и спектрально-временную мозаичность режима изменений уровня, обусловленность изменений стоком рек, атмосферными осадками, тектоническими причинами, влиянием антропогенного фактора. Жизнь таких крупных бессточных морей, как Каспийское и Аральское, очень важна для климата и жизни человека.
Между тем человек нередко пренебрегает нормами экологии. Это особенно видно на судьбе Аральского моря. Но начнем с рассмотрения изменений некоторых показателей Каспийского моря.
Для определения характера временных вариаций колебаний уровня морей и выявления причинно-следственных связей между метеорологическими условиями, притоком вод в Каспийское море, уровнем воды в нем, сейсмичностью Кавказа были выполнены исследования процессов, действующих в акватории Каспийского моря. Ниже приведены некоторые результаты обработки.
Исходным материалом были инструментально полученные ежегодные временные ряды: количества атмосферных осадков на водосборе Волги и рек Урала за период 100 лет, притока из водосбора Волги за период 100 лет, уровня воды по данным пяти водомерных постов за период от 70 до 153 лет, сейсмичности Кавказа за период 28 лет. Для уровня воды рассматривались две характеристики: собственно уровень и его изменение от года к году (годовое приращение).
В отличие от Каспийского Аральское море находится в засушливых и жарких местах, к тому же реки Аму-Дарья и Сыр-Дарья менее полноводны, чем Волга и Урал. Изменения прироста уровня Аральского моря практически целиком связаны со стоком воды в море, который после 1970 г. непрерывно уменьшался, доходя в отдельные годы до нуля.
Атмосферные осадки, приток и приращения уровня воды в Каспийском море
На рис. 1.18 представлены временные ряды ежегодной суммы осадков на водосборе рек Волги и Урала, ежегодного притока в Каспийское море, ежегодного приращения уровня Каспийского моря по данным водомерного поста Баку. Коэффициент корреляции между рядами равен 0.5 — для притока и осадков, 0.57 — для осадков и приращения уровня воды, 0.61 — для притока и приращения уровня воды. Ряды с 1890 г. по 1950 г. хорошо коррелированы. Коэффициент корреляции в этот период достигает 0.8. Расхождение между рядами начинает наблюдаться с 1950 г.
Рис. 1.18. Временные ряды ежегодной суммы атмосферных осадков на водосборе рек Волги и Урала (а), ежегодного стока в Каспийское море (6) и ежегодного приращения уровня Каспия по данным поста Баку (в)
Видно, что ряды с 1890 по 1950 гг., за исключением некоторых деталей, хорошо коррелированы.
Результаты спектрально-временного анализа приведены на рис. 1.19. Характер кривых и спектральных процессов для осадков, притока и приращений уровня Каспийского моря в целом схож. Это позволяет сделать вывод об их связи. Следует отметить, что максимальные амплитуды вариаций на диаграммах притока и приращения уровня воды относятся к более позднему периоду, чем на диаграмме осадков. Возможно, что изменения притока и приращения уровня воды являются откликом на изменения атмосферных осадков. После 1950 г. на вариации уровня и притока начинают влиять какие-то другие процессы, которые не затрагивают вариации атмосферных осадков.
Рис. 1.19. СВАН-диаграммы рядов, показанных на предыдущем рисунке