Связь между осадками, речным стоком и испаряемостью на европейской части России и ее изменчивость

Для 225 водосборов, расположенных на европейской части России (ЕЧР) севернее 48° с. ш. и не имеющих в своих границах крупных водохранилищ, было рассмотрено изменение годовых сумм осадков, испарения, речного стока и испаряемости за 1946–1979 и 1980–2021 гг.  В целом на ЕЧР второй период отличается большими величинами всех составляющих водного баланса.  Для северной части ЕЧР (главным образом бассейны арктических рек, а также бассейны рек верхней и средней Волги, Балтийского моря) был выявлен незначительный рост слоя стока, на южной половине ЕЧР преобладало снижение (реки бассейнов Дона, Урала, нижней Волги).  Наиболее заметен был рост стока в средней полосе ЕЧР. При этом его рост для большинства водосборов опережал рост осадков – медианная величина коэффициента стока среди 225 водосборов выросла с 0,37 до 0,40. Через модифицированное уравнение Будыко для каждого водосбора была получена зависимость коэффициента стока от степени аридности климата, выражаемая через параметр ω, определяющий долю осадков, расходуемую на испарение при заданной величине индекса сухости.  Для северной части ЕЧР зависимость не претерпела изменений, в центральной части трансформация осадков в сток стала эффективней, а в южной части, напротив, менее эффективной. Пространственное распределение параметра ω показало тесную, с коэффициентом детерминации более 0,76, связь степени синхронности наступления максимумов испаряемости и осадков, площади водосбора, занятой лесом и  оголенной почвой (территорией, не занятой растительным покровом), температуры воздуха в январе – феврале и долей твердых осадков в годовой сумме. Однако применение полученной зависимости для оценки изменения ω показало неудовлетворительные результаты. Вероятно параметры, определяющие изменчивость  ω в пространстве, не определяют его изменчивость во времени. На основе оценки параметра ω за 1980–2021 гг. и климатических сценариев изменения слоя осадков и испаряемости была рассчитана величина изменения стока в XXI в.  Ожидается, что сток большинства рек ЕЧР в XXI в. вырастет вне зависимости от сценария изменения климата. В среднем для 76% водосборов направленность изменения речного стока за 2020–2100 гг. будет совпадать с таковой за 1946–2021 гг. Прогнозная величина изменений будет также близка к наблюденной за 1946–2021 гг.

1. Барабанов А.Т., Петелько А.И. Факторы склонового весеннего стока на серых лесных почвах в центральной лесостепи // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2023. № 4. С. 18–27. DOI: 10.55959/MSU0579-9414.5.78.4.2.

2. Варенцова Н.А., Гречушникова М.Г., Повалишникова Е.С. и др. Влияние климатических и антропогенных факторов на весенний сток в бассейне Дона // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2021. № 5. С. 91–108.

3. Григорьев В.Ю., Миллионщикова Т.Д., Сазонов А.А. и др. Оценка влияния изменения климатических параметров на сток рек бассейна Байкала во второй половине XX – начале XXI вв. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2020. № 5. С. 3–11.

4. Григорьев В.Ю., Фроловa Н.Л., Киреевa М.Б. и др. Пространственно-временная изменчивость ошибки воспроизведения слоя осадков реанализом ERA5 на территории России // Известия РАН. Серия географическая. 2022. Т. 86. № 3. С. 435–446.

5. Жерон О. Прикладное машинное обучение с помощью Scikit-Learn, Keras и TensorFlow: концепции, инструменты и техники для создания интеллектуальных систем. 2-е изд. М.: Диалектика-Вильямс, 2020. 1040 с.

6. Калугин А.С. Сток рек европейской части России при глобальном потеплении на 1,5 и 2 градуса // Водные ресурсы. 2023. Т. 50. № 4. С. 451–464.

7. Магрицкий Д.В., Евстигнеев В.М., Юмина Н.М. и др. Изменения стока в бассейне р. Урал // Вестн. Моск. унта. Сер. 5. Геогр. 2018. № 1. С. 90–101.

8. Фролова Н.Л., Магрицкий Д.В., Киреева М.Б. и др. Сток рек России при происходящих и прогнозируемых изменениях климата: обзор публикаций. 1. Оценка изменений водного режима рек России по данным наблюдений // Водные ресурсы. 2022. Т. 49. № 3. С. 251–269. DOI: 10.31857/S032105962203004X.

9. Amatulli G., Garcia M.J., Sethi T. et al. Hydrography 90 m: a new high-resolution global hydrographic dataset, Earth Syst. Sci. Data, 2022, vol. 14, p. 4525–4550, DOI: 10.5194/essd-14-4525-2022.

10. James G., Witten D., Hastie T. et al. An Introduction to Statistical Learning: with Applications in Python, New York, Springer International Publ., 2023, 607 p.

11. Bai B., Huang Q., Wang P. et al. Long-Term Variability of the Hydrological Regime and Its Response to Climate Warming in the Zhizdra River Basin of the Eastern European Plain, Water, 2023, vol. 15, p. 2678, DOI: 10.3390/w15152678.

12. Fick S.E., Hijmans R.J . WorldClim 2: new 1-km spatial resolution climate surfaces for global land areas, International Journal of Climatology, 2017, vol. 37, no. 12, p. 4302–4315, DOI: 10.1002/joc.5086.

13. Gan G., Liu Y., Sun G. Understanding interactions among climate, water, and vegetation with the Budyko framework, Earth-Science Reviews, 2021, vol. 212, 103451, DOI: 10.1016/j.earscirev.2020.103451.

14. Hargreaves G.H., Samani Z.A. Estimating potential evapotranspiration, J. Irrig. Drain. Eng., 1982, vol. 108, p. 225–230.

15. Liu J., Zhang Q., Singh V.P. et al. Hydrological effects of climate variability and vegetation dynamics on annual fluvial water balance in global large river basins, Hydrol. Earth Syst. Sci., 2018, vol. 22, no. 7, p. 4047–4060, DOI: 10.5194/hess-22-4047-2018.

16. Kalugin A.S. The Impa ct of Climate Change on Surface, Subsurface, and Groundwater Flow: A Case Study of the Oka River (European Russia), Water Resources, 2019, vol. 46 (suppl. 2), p. 31–39, DOI: 10.1134/S0097807819080104.

17. Zomer R.J., Xu J., Trabucco A. Version 3 of the Global Aridity Index and Potential Evapotranspiration Database, Sci Data 9, 2022, vol. 409, DOI: 10.1038/s41597-02201493-1.

18. CMIP6, CMIP6 downscaled future climate projections, URL: https://worldclim.org/data/index.html (дата обращения 10.04.2023).

19. Vegetation Continuous Fields (VCF) Version 1 data product (VCF5KYR), NASA, URL: https://lpdaac.usgs.gov/products/vcf5kyrv001/(дата обращения 15.05.2022).