Учет метеорологических факторов в стохастической модели формирования годового стока

• Автор: Пивоварова, Инна Ивановна
• Шифр специальности: 11.00.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 129 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. КЛИМАТ И ГИДРОЛОГИЯ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ, КРАТКОЕ
ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РЕГИОНОВ
1.1. Рельеф
1.2. Режим осадков
1.3. Температурный режим
1.4. Почвенный покров
1.5. Растительность
1.6. Общие сведения о гидрографической сети
1.7. Краткие сведения о регионе исследований на Украине
2. МНОГОЛЕТНЯЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ КЛИМАТА И РЕЧНОГО СТОКА
2.1. Тенденции изменения климата, выявленные с помощью математического моделирования и инструментальных наблюдений
2.2. Существующие исследования в области многолетних изменений речного стока и постановка задачи
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЧНОГО СТОКА
3.1. Динамическая модель формирования речного стока
3.2. Стохастическое обобщение динамической модели (уравнение Фоккера-Планка-Колмогорова (ФПК))
3.3. Упрощенная модель для первых моментов распределения плотности вероятности
3.4. Стохастическая модель формирования речного стока
4. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПАРАМЕТРЫ СТОХАСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ГОДОВОГО СТОКА
4.1. Перекрестные прогнозы гидрологического режима
4.1.1. Исходные данные для стохастической модели формирования
стока
4.1.2. Анализ однородности рядов стока
4.1.3. Варианты поверочных прогнозов
4.2. Перекрестные прогнозы при постоянном коэффициенте стока
4.2.1. Применение критерия Колмогорова для анализа согласия прогнозных и фактических кривых обеспеченности
4.2.2. Оправдываемость перекрестных прогнозов при постоянном коэффициенте стока
4.3. Чувствительность среднего многолетнего коэффициента стока замкнутых водосборов к изменению климата
4.4. Уточнение региональных прогнозов для территории Северо-Запада ЕТР
4.4.1. Уравнения связи коэффициента стока с характеристиками
климата
4.4.2. Оправдываемость перекрестных прогнозов при переменном коэффициенте стока для территории Северо-Запада ЕТР
4.5. О возможности учета дисперсии осадков в стохастической модели стока
5. ОЦЕНКА ОЖИДАЕМЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ГОДОВОГО СТОКА НА ОСНОВЕ СТОХАСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ, УЧИТЫВАЮЩЕЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Схема расположения гидрометеостанций на Северо-Западе ЕТР
2. Программа для анализа неоднородности рядов стока
3. Программа прогноза по модели ФПК
4. Программа для анализа согласия кривых обеспеченности слоя
стока
5. Справка о внедрении результатов исследований
ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время исследователями установлено, что за последние сто лет средняя температура приземного слоя воздуха повысилась приблизительно на 0.5° С. Этот вывод вперывые сформулированный советскими специалистами М. И. Будыко /1, 2/, К. Я. Винниковым /3/ и др., получил подтверждение в работах ведущих американских климатологов, таких как Джонс и Хансон. Ученые пришли к заключению, что рост средней температуры воздуха - результат антропогенного увеличения содержания углекислого газа в атмосфере.
Так как потепление атмосферы происходит неравномерно по долготе и широте, то возникают дополнительные температурные градиенты, которые приводят к изменению характера циркуляции атмосферы, а следовательно, к изменению поля атмосферных осадков и остальных элементов гидрологического цикла.
В связи с ожидаемыми антропогенными изменениями климата встает задача оценки возможных гидрологических последствий. Наиболее перспективным путем ее решения является использование стохастической модели формирования годового стока, получаемой на основе модернизации известного в науке уравнения Фоккера-Нланка-Колмогорова (ФПК). Однако до настоящего времени эта модель использовалась при ряде допущений, сужающих область ее применения.
Считалось, например, что параметры модели (в частности такая важная характеристика как коэффициент стока) в новых климатических условиях не претерпят существенных изменений. Следовательно допускалось, что свойства речных бассейнов и характер влияния на сток метеорологических факторов (температуры воздуха и осадков) в текущих и измененных климатических условиях будут неизменными. В науке подобные предположения о постоянстве параметров модели при изменении внешних воздействий связывают с гипотезой квазистацинарности.

и регулированием стока крупными водохранилищами. Эти факторы имеют повсеместное распространение и способны оказать особенно большое влияние на водные ресурсы крупных регионов /22/.
Противоречия между временными колебаниями запасов природных пресных вод и потребностями в воде человека является не менее острым, чем противоречия их пространственного распределения. Временная изменчивость речного стока увеличивается с возрастанием аридности климата и эта закономерность значительно усугубляет проблему водообеспеченности в засушливых районах /26/.
На большей части территории земного шара за 2-3 месяца реки сбрасывают в озера, моря и океаны более половины своего стока, причем пик речного стока, как правило, не совпадает с максимумом водопотребления.
Временная неравномерность распределения речного стока приводит к тому, что даже в регионах с оптимальным средним за год климатическим увлажнением в отдельные месяцы и годы могут иметь место засухи и наводнения, требующие сезонного и многолетнего регулирования речного стока.
Принимая во внимание резкие колебания водных ресурсов во времени и невозможность практического использования в большинстве случаев кратковременных паводочных вод, правильнее было бы при современном и перспективном водохозяйственном планировании учитывать не только полный речной сток, но и его общую базисную составляющую. Обеспеченность ресурсами устойчивого речного стока (естественного и зарегулированного водохранилищами) составляет в настоящее время в среднем для земного шара 8.6 м3/сут на человека.
Проблема многолетних колебаний водности рек, уровней озер и внутренних морей, непосредственно смыкающаяся с проблемой внутригодовой неравномерности речного стока, является чрезвычайно актуальной и уже долгие годы вызывает интерес многих ученых в области гидрологии и смежных с нею наук. В последние годы значительное внимание гидрологов к многолет-