УДК 556.555 (476) (043.3)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата географических наук
Закономерности формирования термического и ледового режимов озёр Беларуси
по специальности 25.00.23 - физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов
Кирвель Павел Иванович
Минск, 2010
Работа выполнена в Белорусском государственном университете
Научный руководитель - Власов Борис Павлович доктор географических наук, доцент, заведующий научно-исследовательской лабораторией озероведения Белорусского государственного университета
Официальные оппоненты: Кадацкий Валерий Борисович доктор географических наук, профессор, профессор кафедры физической географии Учреждения образования «Белорусский государственный педагогический университет им. М. Танка»
Грядунова Оксана Ивановна кандидат географических наук, старший преподаватель кафедры физической географии Учреждения образования «Брестский государственный университет им. А.С. Пушкина»
Оппонирующая организация - Государственное научное учреждение «Институт природопользования Национальной академии наук Беларуси»
Защита состоится 29 сентября 2010 г. в 14.00 на заседании совета по защите диссертаций Д 02.01.06 при Белорусском государственном университете (220030, г. Минск, ул. Ленинградская 8 , Белорусский государственный университет, юридический факультет, ауд. 407.
Телефон учёного секретаря (8-017) 209-55-58.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского
государственного университета.
Автореферат разослан «26» августа 2010 г.
Учёный секретарь
совета по защите диссертаций,
доктор географических наук, профессор В.Н. Губин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Изучение закономерностей термического и ледового режимов озёр с целью прогнозирования их изменений во времени, а также влияния, как на внутриводные процессы, так и на окружающий водосбор является одной из основных задач физической географии. Знание тепловых процессов в водоёмах позволяет выявить причины многих явлений, происходящих в водной среде, и в атмосфере, а также проследить пути эволюции естественных водных экосистем. Озёра представляют собой сложную термическую гидроэкосистему. Повышение температуры воды уменьшает содержание кислорода, увеличивает продолжительность периода свободного ото льда и раннее вскрытие ледяного покрова на озёрных водоёмах, существенно усложняет условия среды обитания гидробионтов.
Учитывая, что термический и ледовый режимы озёр напрямую определяются климатическими условиями, а современный климат испытывает тенденцию к повышению температуры воздуха, возникает необходимость оценить изменения температуры воды, их связь с морфометрическими и морфологическими особенностями водоёмов, влияния гидрологических параметров, условий замерзания и вскрытия, воздействия льда на формирование ложа и береговую линии озёр. Данные анализа пространственно-временных изменений температуры воды и ледовой обстановки озёр как в современных условиях, так и при изменении климатической ситуации в ближайшем будущем могут служить основанием для оптимизации направлений хозяйственного использования водных ресурсов озёр с учётом сохранения лимносистем.
Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью выявления генетических изменений в лимносистемах и закономерностей, определяющих формирование и развитие термической структуры в озёрах Беларуси. озеро ледовый климатический
Связь работы с крупными научными программами и темами. Диссертационные исследования выполнялись в рамках ГПОФИ «Природо-пользование» (задание 11 «Изучение тенденций развития природных и искусственных гидроэкосистем замедленного водообмена под воздействием циклических биосферных процессов и антропогенных факторов и разработка путей оптимизации их режима для устойчивого использования» (№ гос. регистрации 20061203), 2006-2010 гг.); НИР «Выявление закономерностей формирования термического и ледового режимов озёр Беларуси» по заданию Министерства образования Республики Беларусь, 2008 г., № гос. регистрации 20080875.
Цель и задачи исследования. Цель работы заключается в выявлении закономерностей пространственно-временной изменчивости ледово-термического режима в условиях Беларуси, с учётом тенденций потепления климата и их количественной оценке. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) проанализировать и обобщить материалы многолетних рядов наблюдений за гидрологическими и метеорологическими характеристиками термического и ледового режимов озёр Беларуси, оценить влияние природных условий и морфометрических особенностей водоёмов на сезонный ход температуры воды, выявить пространственно-временные изменения температуры в годовом термическом цикле и определить закономерности их формирования;
2) исследовать влияние водности года на температурный режим озёр и определить особенности многолетней динамики изменения и цикличности их теплозапасов;
3) изучить закономерности испарения с водной поверхности озёр в условиях изменяющегося климата и разработать прогноз его развития;
4) выявить закономерности формирования ледового режима и дать прогноз ледовой обстановки озёр Беларуси на ближайшую перспективу, оценить влияние льда на формирование береговой линии озёр и разработать модель его нарастания;
5) выполнить комплексную ледово-термическую типизацию озёр Беларуси.
Объектом исследования являются 22 репрезентативных озера Республики Беларусь, площадью от 0,17 до 79,62 км2, имеющих различные типы котловин и местонахождение. Ключевыми из них стали 8 крупных водоёмов, на которых ведутся гидрологические наблюдения более 40 лет: Сенно, Нещердо, Освейское, Дривяты, Нарочь, Мястро, Выгонощанское, Червоное.
Предмет исследования - закономерности термического и ледового режимов озёр Беларуси.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты оценки пространственно-временных закономерностей термического и ледового режимов озёр, проявляющиеся в изменении средне-декадных, среднемесячных, максимальных и среднегодовых температур воды и их теплозапасов; дат перехода температуры воды через 0,2; 4 и 10 оС весной и осенью; влияния водности года на термический режим.
2. Количественные изменения термического режима водоёмов, установленные на основании анализа данных метеорологической информации и хронологического хода их элементов за безлёдовый период, позволившие оценить пространственную структуру испарения с водной поверхности и дать прогнозные оценки на краткосрочную перспективу.
3. Закономерности изменения фаз ледового режима, выражающееся в сдвиге дат наступления и окончания ледостава, его влияния на абразионно-аккумулятивные процессы и развитие береговой линии, послужившие разработке модели нарастания льда.
4. Комплексная ледово-термическая типизация озер Беларуси, на основании ледово-термических и динамических процессов, а также анализа их географических особенностей.
Личный вклад соискателя. Диссертационная работа является самостоятельно выполненным научным исследованием, основанным на обработке и анализе материалов инструментальных наблюдений Департамента по гидрометеорологии (1945-2007 гг.), литературных и картографических материалов, а также личных экспедиционных исследований автора, проводимых на протяжении 2003-2009 гг. Соискателем самостоятельно сформированы электронные базы данных гидрологической информации с использованием существующих методических подходов, включавшие статистическую обработку, анализ и обобщение полученных результатов, на основе методов математической статистики. Выявлены закономерности формирования термического и ледового режимов озёр Беларуси, составлены карты испарения с поверхности водоемов за безледовый период на современном этапе, и прогнозная на краткосрочную перспективу; оценены изменения фаз ледового режима в условиях изменяющегося климата и создана расчётная модель нарастания льда, позволяющая прогнозировать динамику формирования ледового покрова на озёрах; установлена роль льда в формировании береговой линии озёр; выполнена комплексная ледово-термическая типизация озёр. На основании полученных результатов сделаны научные обобщения и выводы.
Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований были доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции, посвящённой 30-летию кафедры общего землеведения и лаборатории озероведения БГУ «Теоретические и прикладные проблемы современной лимнологии» (Минск, 2003); II Республиканской научно-практической конференции «Антропогенная динамика ландшафтов и проблемы сохранения и устойчивого использования биологического разнообразия» (Минск, 2004); Международной научной конференции «Прыроднае асяроддзе Палесся: асаблiвасцi i перспектывы развiцця» (Брест, 2006, 2008); IV Международной научно-практической конференции «Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация» (Минск, 2007); 7-й Международной научной конференции «Сахаровские чтения 2007 года: экологические проблемы XXI века» (Минск, 2007); IV Международном экологическом симпозиуме «Региональные проблемы экологии: пути решения» (Новополоцк, 2007); Научно-практической конференции «Теория и практика восстановления внутренних водоемов» (Санкт-Петербург, 2007); Международной научно-практической конференции «Наука, образование и культура: состояние и перспективы инновационного развития» (Мозырь, 2008); Международной научно- практической конференции «География в XXI веке: проблемы и перспективы развития» (Брест, 2008); 1-й Международной научно-практической конференции «Озера та штучнi водойми Украпни: сучасний стан й антропогеннi змiни» (Луцк, 2008); V Международной научной конференции «Теоретические и прикладные аспекты современной лимнологии» (Минск, 2009).
Опубликованность результатов диссертации. Основные результаты диссертации опубликованы в 26 научных работах (16 без соавторов), в том числе 6 статей (2,4 авт. листа) в рецензируемых научных изданиях согласно перечню ВАК Республики Беларусь, 6 статей (1,9 авт. лист) в научных журналах и сборниках статей, 1 статья (0,1 авт. листа) в научно-популярном журнале, 13 (1,5 авт. листа) - материалы и тезисы конференций. Общий объём материалов составляет 5,9 авт. листа.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырёх глав с краткими выводами, заключения, библиографического списка, включающего 246 источников и 5 приложений. Общий объём диссертации составляет 210 страниц, в том числе 100 стр. текста, 51 иллюстрация на 48 страницах, 24 таблицы на 20 стр. и 42 страница приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе освещены природные условия Беларуси, дана характеристика озёрного фонда, приводится описание основных геогра-фических и морфометрических характеристик исследованных репре-зентативных озёр, отражена методология и методы исследования, анализируется изученность проблемы.
К настоящему времени в мире накоплен значительный материал по термическому и ледовому режиму озёр, позволяющий анализировать их изменения и выявлять закономерности. Наибольший вклад внесли работы А. Фореля, Д. Хатчинсона, Л.Л. Россолимо, В.Р Хомскиса, И.В. Молчанова, К. Паталаса, Л.Ф. Форш, Н.И. Семеновича, В. Левиса, С.П. Китаева.
Исследованию закономерностей формирования и прогнозов термического и ледового режимов водоёмов посвящены работы белорусских учёных Б.Б.Богословского, Г.М. Базыленко, А.Г. Булавко, Г.Г. Винберга, Б.П. Власова, А.А. Волчека Л.В. Гурьяновой, Ю.Н. Емельянова, И.С. Захаренкова, И.И. Кирвеля, В.Ф. Логинова, П.С. Лопуха, В.П. Романова, Я.Я. Якубовского, О.Ф. Якушко и др.
Основой формирования термического и ледового режимов озёр Беларуси являются зональные (географическая широта и особенности климата (перенос воздушных масс, приток солнечной радиации), осадки и др.) и азональные (расчленённость рельефа, характер озёрных котловин, и др.) факторы, а также хозяйственная деятельность человека.
Установлена связь среднегодовой температурой поверхности воды озёр с географической широтой местности (рисунок 1).
Рисунок 1 - Связь между среднегодовой температурой поверхности воды озёр (1963-2007) и географической широтой местности.
Озёра: 1 - Освейское, , 2 - Нещердо, 3 - Дривяты, 4 - Мястро, 5 - Нарочь, 6 - Сенно, 7 - Выгонощанское, 8 - Червоное
Учитывая увеличение рядов наблюдений за температурой воды и ледовым режимом озёр, уменьшение количества гидрологических постов, роста влияния климатических и антропогенных факторов на термику озёр, возникла необходимость комплексного анализа изменения термического и ледового режимов озёр Беларуси с целью разработки прогнозов их изменения в будущем.
Во второй главе отражены температурные особенности озёрных регионов Беларуси, раскрывающие закономерности формирования температурного режима озёр, периодов годового термического цикла и условия их определяющие. Установлено, что даты максимальной температуры воды, смещаются на конец июля-начало августа, при этом август можно считать самым засушливым летним месяцем. Наибольший рост температур воды в августе фиксируется в 2000-х годах (рисунок 2).
Выполненный анализ за 62 года внутрисезонного хода температуры воды, на примере Нарочи и Червоного, показал, что в 1970-х годах прогрев воды озёр был заметно меньше предыдущего и последующих десятилетий. В 1980-ые годы особенно был ощутим рост температуры в конце мая - начале июня (на 1,1-3,8 оС) и в конце октября (на 1,0-1,9 оС). В 1990-ых годах - конце апреля - начале мая (на 1,4-2,7 оС). В летний период на озере Нарочь наблюдалось увеличение температуры в первых двух декадах июня и июля (на 1,3-1,9 оС), также в первой и третьей декадах августа, где наблюдался максимум (на 2,1-3,0 оС), а на озере Червоном - в первых двух декадах июня (на 1,8-2,4 оС) и в июле, с максимумом роста за данный временной ход (на 3,7 оС). В осенний период рост температуры наблюдался в конце сентября - середине октября (на 1,6-3,1 оС). В 2000-х годах наблюдалось увеличение роста