Журнал «Эковестник», №2 • 2021 г. Читать весь номер онлайн

Гидроклиматические условия на севере Архангельской области и динамика берегов Белого моря: современная ситуация и обозримое будущее

03.11.2021

Исследования в рамках проекта «Климатическая экспедиция» Российского экологического общества

Архангельская область — регион, исторически связанный с внутренними водными путями и Белым морем, основу его экономики составляют лесная промышленность, добыча полезных ископаемых, энергетика, атомное судостроение. Развитие экономики региона тесно связано с морскими портами в устьях рек, а жизнь людей — с речными долинами. Изменения гидрологического режима вследствие климатических изменений могут привести к целому ряду последствий, возможно, даже негативных. По мнению исследователей, наиболее значимые изменения стока, связанные с изменением климата в XXI веке, будут наблюдаться именно в северных районах. Этим объясняется выбор объектов исследования по проекту «Климатическая экспедиция» Российского экологического общества, которыми послужили бассейны рек Северной Двины и Онеги. В настоящее время влияние хозяйственной деятельности на величину речного стока в бассейнах этих рек невелико и сводится к незначительным водозаборам на промышленные и хозяйственные нужды.

Онега и Северная Двина

Онега — река, протекающая на северо-западе России, ее верховья лежат в Вологодской, а основное течение и большая часть бассейна — в Архангельской области. Длина реки — 416 километров, площадь водосбора — 56,9 тысячи квадратных километров. На ее берегах расположены два города, Каргополь (в верхнем течении) и Онега (в устье), и несколько десятков сел. В целом регион является слабо освоенным, хозяйственное воздействие на водные объекты также незначительно. Судоходство на реке возможно только на отдельных участках: длина судоходного устьевого участка составляет около 30 километров, в верхнем течении — шесть километров.

Бассейн Северной Двины расположен в северной части Восточно-Европейской равнины. Он граничит с бассейнами рек Мезени и Печоры на востоке, реки Онеги — на западе и реки Волги — на юге. Длина реки составляет 744 километра, площадь водосбора — 357 тысяч квадратных километров. Река образуется слиянием рек Сухона и Юг у города Великий Устюг и впадает в Двинский залив Белого моря. В хозяйственном использовании Северной Двины важную роль всегда играли рыбные ресурсы. Ценные виды (семга, нельма, сиг) являлись объектом промышленного лова. Браконьерство и ухудшение качества воды привели к снижению рыбохозяйственного значения реки. Вдоль Северной Двины на всем протяжении имеется множество населенных пунктов, наиболее крупные из них: Великий Устюг, Котлас и Архангельск — областной центр, расположенный в верхней части дельты Северной Двины.

Климатические изменения на севере европейской территории России

Исследование многолетних колебаний климата в бассейнах рек севера Архангельской области свидетельствует о его существенных изменениях в последние десятилетия. Они проявляются в перестройке режима температуры приземного воздуха и атмосферных осадков, общей циркуляции атмосферы и других показателей. На территории России, в том числе на севере европейской территории России (ЕТР), тенденции этих изменений довольно устойчивы.

В таблице приведены значения скорости изменения средней температуры по сезонам для региона в целом. Из них следует, что наименьший рост температуры происходит летом и осенью, наибольший — весной.

Таблица. Скорость изменения температуры воздуха на севере ЕТР по сезонам, °

Скорость потепления в пределах исследуемого региона несколько различается. Средняя годовая скорость потепления убывает с севера на юг. В зимний период она уменьшается с запада на восток. Весной отмечается возрастание показателя с юго-запада на северо-восток, летом — с запада на восток, осенью в пределах региона показатели близки. С ростом температуры воздуха увеличивается продолжительность теплого периода (рисунок), что предполагает определенную перестройку гидрологического режима рек.

Тенденции изменения количества атмосферных осадков в бассейнах рек Архангельской области слабо положительны (рост на 5–10% от нормы) как в целом за год, так и по сезонам.

Гидрологические изменения

Для анализа изменения стока и водного режима реки Северной Двины использовались данные наблюдений за расходом воды на замыкающем гидрологическом посту в селе Усть-Пинега за 74 года наблюдений. Гидрологический пост Усть-Пинега расположен выше вершины устьевой области реки Северной Двины, а также выше Холмогорского разветвления реки. Изменения, которые могут быть обнаружены, являются интегральными и отражают комплекс различных процессов, происходящих на водосборном бассейне этой реки.

Среднемноголетнее значение годового стока воды Северной Двины за период 1945–2018 годов составляет 102 кубических километра. Анализ данных показал, что продолжительный период пониженной водности, пришедшийся на третью четверть XX века, закончился около 1982 года, после чего начался период повышенной водности, в целом продолжающийся до наших дней. Однако существенных изменений во втором периоде по сравнению с первым не произошло, или, другими словами, они являются статистически незначимыми. Среднемесячные расходы воды заметно увеличились в апреле и мае и уменьшились в июне. В последние годы половодье чуть раньше начинается и раньше заканчивается. Увеличились расходы воды в зимние месяцы, особенно в феврале.

Для Онеги также характерно чередование многоводных и маловодных периодов. В период 1990–2018 годов в бассейне наблюдался повышенный сток воды по сравнению со средними многолетними значениями. Годовой объем стока в нижнем створе реки Онеги на гидропосту Порог в 1989–2008 годах составил 16,6 кубического километра, что превышает среднее многолетнее значение за период 1943–1988 годов — 15,4 кубического километра.

Сезонное распределение стока реки Онеги претерпевает некоторые изменения в связи с общими климатическими изменениями. Так, доля стока половодья в годовом стоке снижается с 55 до 53%, а доля стока зимней межени повышается с 12 до 15% годового стока. Количественные показатели стока за все фазы водного режима немного выросли, особенно в период зимней межени.

Более значительные изменения произошли в ледотермическом режиме рассматриваемых рек. В низовьях реки Северной Двины наиболее значимые изменения наблюдаются в дате начала весеннего ледохода. Продолжительность ледостава за последние 30 лет сократилась суммарно на десять суток и в среднем составляет 161 сутки на гидрологическом посту Усть-Пинега и на одни сутки больше в городе Архангельске.

В отличие от реки Северной Двины на реке Онеге значимо изменились сроки появления льда и сроки начала весеннего ледохода при статистически незначимо изменившихся датах замерзания и очищения ото льда. Тем не менее период ледостава сократился в среднем на две недели.

В низовьях реки Северной Двины обращает на себя внимание рост температур воды в последние десятилетия XX века и в большинстве случаев в первые десятилетия XXI века. Особенно заметен рост температур воды в последние декады мая, июня, августа и сентября, то есть в переходные сезоны. Разница температур воды с предыдущими декадами может достигать 1—2℃.

Как и для бассейна реки Северной Двины, для реки Онеги характерно увеличение температуры воды в течение теплого периода на протяжении второй половины XX века и начала XXI века. Особенно сильное повышение температуры воды характерно для двух последних десятилетий.

Тенденции развития берегов Белого моря

Белое море — самое южное море Северного Ледовитого океана. В силу своего внутриматерикового положения и связи с полярным бассейном через сравнительно узкое (около 70 километров) Горло оно особенно чутко реагирует на изменения природной среды, так как практически не испытывает влияния соседних акваторий. Белое море расположено близко от центра последнего материкового оледенения, что существенно отличает его от других морей.

Многолетние геоморфологические исследования побережья Белого моря показали, что в западном Беломорье главным фактором динамики берегов на протяжении последней тысячи лет является тектонический подъем суши, а значение ледового и гидрометеорологического факторов практически полностью определяется локальными особенностями территории, к которым можно отнести: очертания и ориентировку побережья, глубины акваторий, параметры приливной осушки, наличие скальных уступов, насыщенность валунами и другие. В южном и юго-восточном Беломорье роль гидрометеорологических и ледовых факторов возрастает, но важное значение рельефа прибрежной суши сохраняется. На Терском берегу и восточных берегах Белого моря в пределах Архангельской области с юга на север возрастает роль мерзлотного фактора.

Лед играет важную роль в перераспределении твердого материала практически на всей акватории Белого моря, но величины перемещаемого материала существенно больше на мелководных участках Онежского залива и обширных приливных осушках Мезенской губы, где припай практически отсутствует. Строение ледового покрова приливных берегов в основном определяется рельефом приливных осушек и распределением на них валунов.

Как показали исследования последних лет, гидродинамический режим вблизи мысов, обычно сложенных валунником, отличается особой сложностью, что вызывает более интенсивное торошение в пределах плавучего припая и ледяные навалы в пределах подвижного припая и даже подошвы припая. Наличие хорошо выраженной бровки приливных осушек приводит к формированию высоких (до 3–4 метров) ледяных уступов, опирающихся на сравнительно ровный подвижный или плавучий припай (мыс Ухтнаволок), подобные уступы очень характерны для многих берегов Онежского залива.

Потепление климата Беломорья обусловливается ростом повторяемости южных циклонов, способствующих уменьшению количества и мощности, но повышению динамики ледового покрова. Данное обстоятельство будет способствовать более интенсивным процессам взаимодействия припайных льдов с берегами и усложнению характера припайного льда.

Многие беломорские острова морского типа, созданные экзогенными процессами в море (валунные корги, песчаные гряды и другие), которые во время сильных штормовых нагонов практически скрываются под волнами, в результате изменения ледового режима и подъема уровня моря могут исчезнуть с лица Земли.

Для динамики очень мозаичных берегов Белого моря крайне важны локальные факторы: расположение конкретного участка берега, погодные условия не только конкретного года, но и сезона, шторма, нагоны. Результаты таких кратковременных изменений для локальных участков могут быть соизмеримы с вековыми тенденциями.

Прогностические оценки

Прогнозы, выполненные на основе результатов математических моделей климатической системы для периода от настоящего времени до 2100 года, свидетельствуют о том, что антропогенное влияние на содержание парниковых газов в атмосфере может привести к существенным изменениям климата региона. При наименее благоприятном сценарии выбросов парниковых газов рост средней годовой температуры воздуха к 2100 году по сравнению с серединой XX века может составить до 4—5°С. Более заметное увеличение температуры может проявиться в теплый сезон.

Годовая амплитуда температуры воздуха повсеместно будет уменьшаться на 4­—6°С. Сумма положительных температур за год может возрасти на 500–700 градусо-дней, а число дней в году с отрицательной температурой — уменьшиться на 30–50 суток.

Годовое количество атмосферных осадков может возрасти в среднем на 50–100 миллиметров в основном за счет осадков теплого периода. В холодный сезон количество осадков может уменьшиться. За счет повышения температуры воздуха возможно увеличение числа дней со средней суточной температурой около 0°С. В этом случае растет вероятность выпадения осадков в смешанном виде, что может привести к росту повторяемости гололедно-изморозевых явлений, а также оттепелей.

Расчеты по гидрологическим моделям показывают, что к концу XXI века в результате роста количества осадков годовой сток может увеличиться на 20–60% и даже больше. Из-за потепления возможно уменьшение снегозапасов к моменту начала половодья и увеличение количества осадков весной, с апреля по июнь. При этом, согласно проведенным расчетам, возможно увеличение стока в период половодья, однако, несмотря на увеличение объема стока, максимальные расходы воды будут меньше. Вследствие увеличения осадков и существенного повышения температуры зимой ожидается значительное увеличение зимнего стока (пять моделей из семи прогнозируют его увеличение в 1,7–2,4 раза). Из-за вызванного потеплением роста испарения увеличение летне-осеннего стока предполагается незначительным. Оценки показывают, что в замыкающих створах рек Онеги и Северной Двины наибольшим изменениям может подвергнуться период замерзания, со смещением сроков наступления фаз ледового режима на две-три недели.

Полученные методом математического моделирования прогнозы могут и должны быть подтверждены актуальными полевыми исследованиями.

Наталья ФРОЛОВА, доктор географических наук, профессор, заведующая кафедрой гидрологии суши географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова,

Галина СУРКОВА, доктор географических наук, профессор кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова,

Федор РОМАНЕНКО, кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник кафедры геоморфологии и палеогеографии географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова,

Михаил ЛЫЧАГИН, кандидат географических наук, доцент, заместитель заведующего кафедрой геохимии ландшафтов географии почв географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова,

Максим ПЛАТОНОВ, кандидат химических наук, директор по науке некоммерческого фонда «Без рек как без рук»,

Олег ЛОМАКОВ, руководитель некоммерческого фонда «Без рек как без рук»