Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 8
1.1. Обзор литературы 8
1.2. Cнежный покров как географический фактор 11
1.3. Методы изучения снежного покрова 13
1.4. Физико-географическая характеристика татарстана 19
1.5. Климатообразующие факторы 20
2. Изменения температурного и циркуляционного режимов в татарстане 32
2.1. Температурный режим холодного полугодия в республике татарстан 32
2.2. Атмосферно-циркуляционные условия 42
2.2.1. Циркуляционные факторы климата. Воздушные массы..42
2.2.2. Формы циркуляции Вангенгейма - Гирса 44
3. Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова 51
3.1. Образование устойчивого снежного покрова...51
3.2. Разрушение стойчивого снежного покрова 61
3.3. Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова 71
3.4. Зависимость продолжительности залегания устойчивого снежного покрова от средней температуры воздуха холодного периода 86
4. Пространственно-временная изменчивость характеристик снежного покрова 91
4.1. Динамика высоты снежного покрова и запасов водывнемс 1961 по 2001 г 91
4.2. Влияние водохранилищ на окружающую среду и на распределение зимних осадков 113
4.3. снежный покров в раифском заповеднике 117
заключение 125
- Cнежный покров как географический фактор
- Атмосферно-циркуляционные условия
- Разрушение стойчивого снежного покрова
- Влияние водохранилищ на окружающую среду и на распределение зимних осадков
Введение к работе
Республика Татарстан - регион, обладающий весьма і*
выраженными контрастами в распределении и режиме снежного
покрова. В последние десятилетия XX столетия зафиксировано
глобальное потепление климата, что отразилось на ряде
климатических показателей, в том числе и на снежном покрове.
Сведения об этих показателях в качестве эмпирического базиса
необходимы для выполнения метеорологией своих основных
функций: наблюдения, обработки, анализа и прогноза.
Тема исследования является важной как в теоретическом, так и в
практическом аспектах, так как ни в одной стране мира снежный
покров не имеет такого широкого распространения и не играет такой
большой роли в природе и народном хозяйстве, как в России.
Л Актуальность проблемы обусловлена радикальными изменениями
климата, как в глобальном, так и в региональном плане (Израэль и др., 2001, Переведенцев и др. 1999, Houghton et al.,2001, Jones et al., 1999), и необходимостью оценки состояния климатических ресурсов, а также практическими потребностями в изучении характеристик снежного покрова для нужд сельского хозяйства, в целях
,4 оптимизации работы транспорта и других коммуникаций.
Распределение снежного покрова, продолжительность его залегания, условия таяния и количество образующейся весной талой воды имеют существенное значение для различных отраслей народного хозяйства, особенно для сельского хозяйства, где от запасов воды в снеге зависят урожаи, а также продуктивность
ф заливных лугов. Кроме того, следует отметить важность знаний
закономерностей распределения снежного покрова для оценки климатических ресурсов республики, к которым, несомненно,
относится и снежный покров. При прогнозах погоды необходимо
учитывать, что снежный покров в зимнее время существенно
т изменяет альбедо подстилающей поверхности. Прогнозы снегопадов
чрезвычайно важны при обслуживании аэропортов,
железнодорожного и автомобильного транспорта. Информация о
снежном покрове нужна для бережного управления водными и
почвенными ресурсами и защиты их от вредного антропогенного
влияния. Лесное хозяйство, планирование посадок,
деревозаготавливающая и деревообрабатывающая промышленность
не могут обойтись без знаний о режиме снежного покрова в нашей
полосе. В строительстве при инженерном конструировании, при
проектировании гидроэлектростаннций необходимо уметь
рассчитывать снеговые нагрузки на различные поверхности. Для
Татарстана первостепенную важность имеет нефтедобывающая
# промышленность, где учет влияния снежного покрова нужен при
строительстве нефтепроводов. В последние годы все большую
популярность получает снежный покров в рекреационном значении:
деятельность курортов, санаториев, профилакториев и др.
Взаимодействие ветра с подстилающей снежной поверхностью обусловливает неравномерное распределение снежного покрова,
* которое в свою очередь оказывает влияние на изменение скорости
ветра и вместе с тем на метелевый перенос. Однако представляется
возможным регулировать распределение снежного покрова на
местности.
Снежные мелиорации на сельскохозяйственных полях,
направленные на улучшение теплового режима и увлажнение почвы,
* борьба со снежными заносами на железнодорожном и автомобильном
транспорте, снегоуборочные работы в районах добычи полезных
ископаемых и в крупных населенных пунктах обычно связаны с
большими материальными затратами. Чтобы значительно уменьшить объем затрачиваемых средств, необходимо знать закономерности формирования снежного покрова и располагать надежными и подробными сведениями о его распределении.
Исследования характеристик снежного покрова, выполненные в
XX веке, позволили получить важные результаты по географии
снежного покрова и его роли в природных процессах, данные о
физико-механических свойствах снега, процессах его формирования и
таяния. В настоящее время потребность в подобных знаниях
увеличилась. Население сегодня предъявляет повышенные
требования к количеству и качеству сельскохозяйственной продукции. Сельскому хозяйству и ряду других отраслей народного хозяйства важно обладать информацией о снежном покрове, чтобы иметь возможность бороться с неблагоприятными факторами или использовать благоприятные (Иманаева, 1955). Запасы воды в снеге играют определяющую роль при весеннем половодье, а также определяют успешность сельскохозяйственных работ, влияют на увлажнение почвы при севе яровых и росте озимых культур. Так как в Татарстане высоко развито сельское хозяйство, и по территории республики протекает множество рек, этот вопрос требует к себе более пристального внимания. В настоящее время возросло и количество автотранспорта, напрямую зависящего от снежного покрова в зимнее время. Повысилась мобильность населения за счет использования железных дорог и автомобилей. Все это ведет к необходимости изучения динамики снежного покрова как важного фактора жизнедеятельности, в особенности в условиях Республики Татарстан.
Целью настоящей работы является изучение динамики снежного покрова (СП) во второй половине XX столетия в Республике
Татарстан (РТ). В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
Анализ циркуляционного и температурного режимов, сумм осадков за холодный период с 1900 по 1997 г. Оценка континентальности исследуемого региона.
Изучение изменения сроков образования и разрушения устойчивого снежного покрова и продолжительности его залегания.
Выявление влияния температуры воздуха холодного периода на продолжительность залегания снежного покрова.
Исследование характеристик СП за период с 1961 по 2001 г. и изучение влияния водохранилищ на снежный покров с помощью построения карт распределения высоты СП, запасов воды в СП и продолжительности залегания снежного покрова в РТ.
Поиск взаимосвязи между высотой снежного покрова и запасами воды в нем и состоянием солнечной активности.
Динамика СП за период с 1961 по 2001 г. для территории Татарстана в данной работе рассматривается впервые. Положения, выносимые на защиту:
Перечень дат установления и разрушения УСП во второй половине XX столетия.
Оценка продолжительности залегания УСП в целом по территории республике, и особенно в малоизученных районах водохранилищ.
Установленная зависимость продолжительности залегания УСП от температур воздуха холодного периода.
Обнаруженное расположение очагов максимальных высот СП и запасов воды в снеге в районах прилежащих к водохранилищам.
Выявленная зависимость изменений режима снежного покрова от состояния солнечной активности.
Обработка данных и построение таблиц, графиков и карт производились на ПК с применением Microsoft Excel, Surfer.
Автор выражает благодарность Управлению по
гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды РТ за предоставленную возможность использовать в работе материалы многолетних наблюдений за снежным покровом республики.
Cнежный покров как географический фактор
Снежный покров является одним из существеннейших факторов зимнего физико-географического процесса в умеренном и арктическом поясах Земли. Слой снега, образовавшийся на поверхности земли, создает совершенно своеобразную прослойку между поверхностью земли и атмосферой, резко изменяющую взаимоотношения между ними. Этот изолирующий слой, обладающий малой теплопроводностью, газо- и светопроницаемостью, нарушает тепло- и газообмен между почвой и атмосферой и создает своеобразный «надснежный» и «подснежный» режим. Теплооборот воздух - почва он как бы разрывает на два самостоятельных круга. В присутствии снежного покрова все метеорологические и климатические процессы претерпевают значительные изменения. Как подстилающая поверхность снежный покров оказывает очень большое влияние на радиационный и тепловой режим воздуха, что, в свою очередь, сказывается на режиме всех остальных элементов климата. Снег обладает исключительно высокой отражательной способностью. Из общего количества поступающей на снежную поверхность лучистой энергии от 80 до 94 % отражается ею в мировое пространство, в то время как почвенный покров, лишенный снежного покрова, в зависимости от состояния, отражает от 10 до 30 % поступающей энергии. Благодаря этому, температура снежной поверхности бывает обычно ниже температуры приземных слоев воздуха и почвы, лишенной снега, что вызывает инверсию температур, получившую название «снежной инверсии». Снежный покров уменьшает суточную амплитуду температуры нижних слоев воздуха.
Роль снежного покрова в гидрологических процессах общеизвестна. Зимние осадки, накапливающиеся за зимний сезон в снежном покрове, поступают в реки в сравнительно короткий весенний период снеготаяния, вызывая явление паводка. Снеговое питание рек в пределах европейской части РФ составляет от 50 до 100 % годового стока. Влияние снежного покрова на растительность очень велико и разнообразно. В связи с огромным практическим значением снежного покрова для сельскохозяйственных культур, влиянию покрова на зимовку культурных растений и сохранению запасов влаги для яровых культур уделялось и уделяется много внимания. Снежный покров представляет надежную защиту для растений от зимнего вымораживания и иссушения. В естественных условиях залегание снежного покрова определяет отбор растений в местообитаниях по морозоустойчивости и степени увлажнения грунтов. Излишняя толщина снежного покрова приводит нередко также к гибели растений (выпреванию), так как, с одной стороны, медленно тающие сугробы снега сокращают период вегетации, с другой же, растения при положительных температурах под снежным покровом не прекращают в течение зимы своей жизнедеятельности и, расходуя запасы углеводов, погибают от истощения. Нельзя не отметить и механическое воздействие снежного покрова на растительность, особенно древесную и кустарниковую.
Большое значение имеет снежный покров для животного мира, а так же для промышленности и гражданского строительства. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА. Основными характеристиками снежного покрова являются продолжительность его залегания, высота и плотность, запас воды в снеге и степень покрытия снегом окружающей местности. Высота и плотность снега позволяют определить запас воды в снеге, они служат основой для гидрологических расчетов и прогнозов, а также находят широкое применение при решении ряда научных практических задач. Опыт показывает, что по степени востребованности характеристики снежного покрова распределяются следующим образом: высота, продолжительность залегания снежного покрова, запас воды в снеге и плотность, т.е. все из указанных характеристик важны для удовлетворения практических и научных запросов, хотя и в разной мере. Многообразие запросов народного хозяйства, большая пространственно-временная изменчивость снежного покрова как гидрометеорологического элемента определяют тот значительный объем снегомерных наблюдений, который выполняется на станциях и постах (Копанев, 1971). Существующая система наблюдений включает в себя: 1) ежедневное определение степени покрытия видимой окрестности станции (поста) снегом и характера его залегания; 2) ежедневные наблюдения за высотой снежного покрова по постоянным рейкам; 3) снегомерные съемки на различных элементах ландшафта; 4) контрольные снегосъемки (при выборе и замене постоянных маршрутов); 5) снегомерные съемки на полях с зимующей культурой, зябью (стерней) и со снегозадержанием на пастбищах отгонного животноводства и оленеводства; 6) специальные наблюдения за распространением и толщиной ледяной корки на поверхности почвы; 7) снегомерные съемки на стоковых станциях; 8) ежедневные наблюдения за твердыми осадками; 9) снегомерные наблюдения в горах по маршрутам со снегопунктами и линейными маршрутами, по маршрутам с суммарными осадкомерами; 10) наблюдения за снежными лавинами и лавинообразующими факторами на специализированных снеголавинных станциях.
Кроме наземных способов наблюдений за снежным покровом в ряде УГМС производятся его авиаразведки и аэрофотосъемки (Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, 1985 г.). На сегодняшний день предлагается новый алгоритм вычисления глубины и плотности снежного покрова по данным, которые можно получить при наблюдении поверхности Земли с помощью спутников. Формируется несколько радиолокационных изображений при различных углах наклона линии визирования относительно вертикали. Глубина и плотность снега оцениваются однозначно при применении нескольких углов наблюдения (Abe Kenta et ah, 2002). Для более точного измерения высоты снежного покрова в США была разработана модель радиолокационного рассеяния снежных пластов. Получено, что ориентированные в надир радиометры Topex-Poseidon дают более точные измерения глубины снега (Papa Fabrice et. al., 2002).
Атмосферно-циркуляционные условия
Погода и климат любого района Земли в большой степени определяется атмосферной циркуляцией - системами воздушных течений, охватывающих значительные по площади географические районы и связывающих условия погоды и климата на очень больших расстояниях. Благодаря циркуляции атмосферы радиационный режим, процессы теплообмена и влагообмена каждой территории оказываются под существенным воздействием окружающего его пространства. На территории Татарстана и в смежных с ней районах ЕТР довольно хорошо проявляется основная черта планетарной циркуляции атмосферы - преобладание западно-восточного переноса воздуха в тропосфере и нижней стратосфере (до 15-17 км) во внетропических широтах земного шара. Это обусловливает большое влияние на местный климат атлантических воздушных течений, которые смягчают и увлажняют его, несмотря на значительную удаленность от океана. (Климат Татарской АССР, 1983) «Очагами формирования» ВМ, вторгающихся на Среднюю Волгу по разным направлениям, являются следующие районы (Колобов, 1968): 1) Земля Франца-Иосифа, Новая Земля - для северных вторжений; 2)Шпицберген, восток Гренландии - для северо западных; 3) Северная Атлантика (к югу от Исландии и к западу от Ирландии) — для западных; 4) Притропическая Атлантика (30-50 с.ш., 10-40 з.д.), север Африки, Средиземное море - для юго- западных; 5) Север Аравии, Иранское нагорье - для южных; 6) Казахстан, Средняя Азия - для юго-восточных; 7) районы верхнего и среднего течения Енисея - для восточных; 8)Таймыр, Карское море -для северо-восточных. Наибольшей повторяемостью в течение года характеризуются вхождения воздушных масс с запада, наименьшей -с северо-востока.
Воздушные массы, смещающиеся на территорию Поволжья в системе атмосферной циркуляции, испытывают трансформационные изменения в процессе движения. Характер и величина изменения основных параметров ВМ за время передвижения из «очагов формирования» до рассматриваемой территории зависят от траектории и скорости их движения, времени года и т.д. ВМ, по исследованиям Н. В. Колобова (1968), проходящие по северным и северо-восточным траекториям, прогреваются во время движения в среднем на 2-3С за сутки. Западные и северо-западные массы летом прогреваются, а зимой выхолаживаются на 1-3С в сутки. Восточные потоки несколько прогреваются зимой, а юго-восточные охлаждаются летом (на 0,5-1 С за сутки). В целом же средние адвективные температуры с апреля по сентябрь ниже, а с октября по март - выше климатологических. Под влиянием местных условий процессы трансформации продолжаются, и в случае ослабления внешних воздействий пришедшая ВМ превращается в так называемую «местную» ВМ, приобретая свойства данного географического района. Температура в местной ВМ летом выше, а зимой ниже климатологической температуры, то есть в ней усиливаются континентальные черты погоды и климата. Смена одних ВМ другими, чередование их вхождений, длительность пребывания на изучаемой территории обусловливают все многообразие процессов погоды, которые, однако, можно объединить в отдельные наиболее характерные типы, определяющие основные особенности климата.
Формы циркуляции атмосферы вангенгейма -гирса. Климатический режим любого региона определяется условиями атмосферной циркуляции. Г. Я. Вангенгейм предложил делить все многообразие типов атмосферной циркуляции над первым Ф естественным синоптическим районом, включающим в себя бассейны Волги и Каспийского моря, на три формы: западную W, восточную Е, и меридиональную (или северную) С (Гире, 1971). Для W характерно преобладание слабовозмущенного переноса ВМ над бассейном Волги с запада на восток. В северных районах бассейна Волги осадки превышают норму, а в южных имеется их « дефицит. Для Каспийского моря характерна антициклональная (малооблачная, сухая) погода. При форме Е над бассейном Волги располагается высотный гребень. ВМ переносятся с юго-запада на северо-восток. У земной поверхности часто образуется блокирующая система с антициклоном на севере ЕТР и циклоном на юге. В бассейне Волги осадков может # быть много, если высотный гребень смещен к Уралу, и мало, если он смещен к западу от Волги. Для северных и центральных районов бассейна Волги характерны положительные аномалии температуры. При такой системе блокирования район Каспийского моря окутан облаками. При форме С над бассейном Волги располагается высотная ложбина, преобладает перенос ВМ с северо-запада на юго-восток, наблюдаются отрицательные аномалии как температуры, так и осадков. Бассейн Каспийского моря находится под влиянием антициклона, простирающегося с Ближнего Востока на Западную Сибирь. В этом бассейне заметно увеличивается испарение из-за ф поступления на поверхность моря холодного сухого воздуха (Чернова, 1997, Сидоренков, Швейкина, 1996, Швейкина, Чернова, 1992). При анализе изменчивости форм циркуляции Вангенгейма-Гирса получены следующие результаты. За каждый месяц года определяется количество дней с тем или иным типом циркуляции.
То же делается и для всего года в целом. Понятно, что как для месячных, так и для годовых показателей характерна очень большая изменчивость. Чтобы проследить закономерности в циркуляции атмосферы, имеющиеся ряды данных были сглажены скользящим пятилетним сглаживанием, и по полученным данным построены графики (рис. 11-18). На графиках приведены уравнения, описывающие кривые распределения Ф числа случаев каждой формы циркуляции. Также приводятся значения коэффициента детерминации, который в отдельных случаях достигает 40 %. Обратимся сначала к рис. 11, где отражено годовое число случаев каждой формы циркуляции. Можно проследить динамику каждого типа циркуляции за XX столетие, но особенный интерес представляют последние 4 десятилетия (1961-2001 гг.). Западная форма циркуляции (W) преобладала в начале столетия, в 40х-50х годах, в конце столетия произошло увеличение числа дней с формой циркуляции W. В результате построения графика оказалось, что эта величина испытывает 40-летние колебания. Поскольку основная доля осадков, поступающих на территорию РТ, приносится с Атлантики, ф то можно говорить об увеличении их количества в последнее десятилетие XX века.
Разрушение стойчивого снежного покрова
Таяние снежного покрова весной предопределяет развитие Ф сельскохозяйственных культур, влияет на режим рек и влажность почвы. Таяние СП происходит под влиянием солнечной радиации, адвекции тепла, теплоты выпадающих дождей, притока тепла из почвы. Наиболее значимыми факторами в таянии снега являются солнечная радиация и адвекция тепла. Испарение с поверхности снега также вносит свой вклад в уменьшение запасов воды в снежном покрове. Из-за значительного альбедо снежной поверхности зимой и в начале весны поглощаемого снегом тепла, недостаточно для значительного таяния снега. Так, до начала таяния альбедо СП составляет 80 - 90 %, к весне альбедо загрязненного снега понижается до 60 - 70 %. Дальнейшее же понижение альбедо связано с вытаиванием пыли из толщи снега и его намоканием. Однако влияние солнечной радиации сильно проявляется при появлении проталин. Интенсивное таяние снега весной почти всегда происходит при адвекции теплых воздушных масс. Таким образом, снеготаяние происходит в результате совместного действия двух факторов -теплообмена с атмосферой (турбулентный теплообмен) и солнечной радиации. Продолжительность периода снеготаяния определяется как фактическим состоянием снежного покрова к концу зимы, так и характером самой весны: температурой воздуха, режимом ветра, садков и т.д. Также наблюдается зависимость продолжительности и интенсивности снеготаяния от характера подстилающей поверхности: рельефа и растительности. Так, например, таяние снега в лесах или оврагах происходит медленнее, чем на открытой и ровной поверхности. Разрушение устойчивого снежного покрова в
Татарстане происходит в более короткие сроки, чем его установление. Это связано с быстрым ростом температуры воздуха в весенние месяцы. ф Вычислено, что сход снега по средним многолетним оценкампроисходит 9 апреля. Как и для дат образования УСП, средние многолетние данные по срокам разрушения снежного покрова приводились к двум опорным станциям: Казани и Мензелинску (период наблюдений 41 лет). Недостающие данные наблюдений для станций республики были восстановлены методом разностей. По полученным средним многолетним значениям сроков разрушения устойчивого снежного покрова была построена карта (рис. 24). На карте видно, что в среднем по территории республики СП сходит 9 апреля. Различия средних многолетних сроков разрушения УСП по территории Татарстана составляет 12 дней (2-14 апреля). Раньше всего разрушение СП происходит в Бурундуках, Буинске и Миньярово (2-6 апреля), позднее - в Лаишево, Бугульме, Елабуге, Казани, Арске (12-14 апреля). Можно установить, что СП сходит в Предволжье - 8 апреля, в Предкамье - 12 апреля, в Западном Закамье - 10 апреля, в Восточном Закамье - 9 апреля. Таким образом, различия в средних сроках разрушения устойчивого снежного покрова по отдельным физико-географическим районам составляет 4 дня. При этом, средняя многолетняя температура воздуха первой декады апреля в РТ составляет (1,3С). Исходя из полученных данных видно, что разрушение УСП в Татарстане идет в направлении с юго-запада на северо-восток. Задержка снеготаяния наблюдается в центральной части республики и в Бугульме. В отдельные годы разрушение устойчивого снежного покрова может задерживаться до мая месяца. Самое позднее разрушение снежного покрова отмечалось в Лаишево в зиму 1978-79 гг., когда снег сошел только 1 мая. В эту зиму на всей территории республики произошло позднее разрушение УСП - 3-я декада апреля, причем средняя декадная температура воздуха в марте была даже выше средних многолетних значений примерно на 3С, а в апреле она оказалась аномально низкой - на 6С ниже нормы.
Самое раннее разрушение отмечалось в Миньярово в зиму 1960-61 гг., когда снег сошел 15 марта. По многолетним оценкам амплитуда сроков разрушения УСП в РТ составляет 47 дней (15 марта - 1 мая) - более 1,5 месяцев. Чуть меньшие колебания сроков разрушения УСП свойственны почти каждому году. Изменчивость сроков разрушения можно выражать отклонениями рассматриваемой величины от нормы или колебаниями от года к году. Так, межгодовая изменчивость колеблется от 25 дней (зима 1977-78 гг. - 3 апреля, зима 1978-79 гг. - 28 апреля) до -20 дней (зима 1988-89 гг. - 19 апреля, зима 1989-90 гг. - 31 марта). Считая, что территория РТ не велика, для анализа временной изменчивости воспользуемся данными одной длиннорядной станции Казань-Опорная. Разрушение устойчивого снежного покрова в среднем в Казани происходит 12 апреля, отклонение сроков разрушения от этой даты составляет 15-17 дней. Средняя величина ежегодной изменчивости составляет 16 дней. Таким образом, ежегодно можно рассчитывать на то, что разрушение СП произойдет на 15-17 дней раньше или позднее нормы и на 16 дней раньше или позднее, чем в предыдущем году. Для детализации вероятности различных отклонений в сроках разрушения УСП приведена таблица: Из таблицы видно, что наиболее часто встречаются отклонения на 5-10 дней (90 % случаев). Однако есть и большие отклонения на 10-15 дней (10 %случаев). Такой же порядок имеет вероятность различных отклонений времени схода УСП и в среднем по всей территории РТ.
Таблица 8. Вероятность (число случаев) различных значений отклонений сроков разрушения УСП в среднем по РТ (ряд 1961-2001 гг.) от
Влияние водохранилищ на окружающую среду и на распределение зимних осадков
Водохранилища - антропогенные, управляемые человеком объекты, но они испытывают также и сильнейшее воздействие природных (прежде всего гидрометеорологических) факторов, поэтому как объекты изучения, использования и управления занимают промежуточное положение между «чисто природными» и «чисто техническими» образованиями. Это дает право именовать их природно-техническими системами. Водохранилища заметно, а нередко и значительно воздействуют на окружающую среду, вызывая изменения природных и хозяйственных условий на прилегающих территориях. Естественно, что наряду с заранее запланированными благоприятными последствиями возникают последствия негативного, неблагоприятного характера (Авакян, Салтанкин, 1987). Важная, а иногда и решающая роль в борьбе с наводнениями принадлежит водохранилищам. Создание регулирующих водохранилищ дает возможность на участках рек, расположенных ниже плотин, ликвидировать полностью или частично причины, способствующие наводнениям, создать условия для хозяйственного освоения долины, снизить затраты на строительство в различных отраслях хозяйства в связи с резким уменьшением паводковых расходов и уровней.
Эффективность рекреационного, а вместе с тем и комплексного использования водохранилищ существенно повышается, когда при их проектировании заблаговременно разрабатываются необходимые мероприятия, осуществляется четкое районирование акваторий и примыкающих к ним территорий по видам отдыха с учетом интересов других отраслей хозяйства. Создание водохранилищ позволяет значительно увеличить размеры орошаемой площади за счет более полного использования стока, подавать воду на поля в нужном количестве в соответствии с оптимальными сроками полива, увеличить площади самотечного орошения, снизить затраты на подкачку воды при машинном орошении. Регулирование стока водохранилищами необходимо и потому, что потребности орошаемых земель в воде существенно изменяются по сезонам и в годы различной водности. Развитие современной энергетики немыслимо без создания водохранилищ. В них нуждаются как гидравлические и гидроаккумулирующие, так и тепловые и атомные электростанции. Свыше 80 % электроэнергии во всем мире вырабатываются тепловыми и атомными электростанциями.
Водохранилища служат эффективным средством, а иногда и единственным средством улучшения сети водных путей. Так, создание многих судоходных каналов стало возможным лишь в комплексе со строительством гидроузлов (Авакян, 1982). В результате появления в речных долинах больших водных масс, аккумулирующих и затем медленно отдающих огромное количество тепла, большой ширины водного зеркала и других факторов над самими водоемами и на прилегающих территориях изменяются микроклиматические условия. Эти изменения касаются практически всех элементов климата - радиационного баланса, температуры, количества осадков, влажности, ветрового режима. Влияние водохранилищ на климат может проявляться на расстоянии до 30 - 60 км. Водная масса водохранилища в первой половине теплого сезона, весной и в начале лета действует охлаждающе на климат, так как температура воды ниже температуры воздуха; в конце лета и осенью, постепенно отдавая накопленное тепло, водная масса водохранилища оказывает отепляющее воздействие на прилегающие территории. Изменение температуры воздуха становится более плавным, суточная амплитуда ее уменьшается. В береговой полосе шириной до 5 - 10 км установлено некоторое (до 7 - 10 %) увеличение количества осадков. За счет испарения с увеличившейся водной поверхности возрастает относительная и абсолютная влажность воздуха. На берегах возникают ветры типа бризов: днем - с водохранилищ на берег, ночью - с берега на водохранилище. Создание обширных водных поверхностей приводит к значительному увеличению ветров и уменьшению продолжительности штилевой погоды, поскольку воздушные массы при движении над поверхностью водохранилищ не встречают никаких препятствий. Скорость ветра над водохранилищем по сравнению со скоростью над сушей, как показали наблюдения на Куйбышевском, Цимлянском, Камском и Рыбинском водохранилищах, увеличивается примерно в 1,3 раза (Авакян, 1982).
Как правило, в литературе приводятся данные о функционировании водохранилищ в теплое время года. Влияние водохранилищ на окружающую среду и климат можно проследить и в зимний период. На территории водохранилищ в течение холодного периода года наибольшую повторяемость имеют ветры южной четверти: - 47,7 %. Водохранилища внесли некоторые изменения в ветровой режим прилегающих к ним территорий. Они выразились в увеличении скорости ветра над водной поверхностью и в прибрежной зоне суши, а также в изменении суточного хода скорости ветра. С наступлением морозов сначала замерзают мелководные заливы. Свободная ото льда поверхность дольше всего сохраняется над глубоководным руслом. С наступлением устойчивых морозов льдом покрывается все водохранилище. В штормовую погоду, когда происходит интенсивное перемешивание водных масс, ледостав наступает одновременно как в центральных, так и на прибрежных участках водохранилищ. Толщина льда на водохранилищах в среднем больше, чем на реках, на 15 - 20%. В центральных районах европейской части России толщина льда на водохранилищах обычно составляет 60 см, в более суровые зимы - 80 см и даже 100 см (Авакян, 1982). В 1956 году было создано Куйбышевское водохранилище, в 1979 году введено в эксплуатацию Нижнекамское водохранилище. Подобные изменения гидрологического режима повлекли за собой изменение климатических характеристик в районах водохранилищ. Результаты подобного вмешательства в окружающую природную среду выявлены на рисунках 32 - 35, 46 - 48, 52-55. Вероятнее всего изменился ветровой режим вследствие изменения подстилающей поверхности в зимний период. Это привело к резкому увеличению количества снега в районах водохранилищ. Данные по Лаишево это хорошо подтверждают. Нижнекамское водохранилище имеет не меньшее влияние на распределение снежного покрова. Наиболее близкой станцией с длинным рядом наблюдений является Елабуга. Маршрут снегомерных наблюдений проходит в 20 км от водохранилища, поэтому на картах может наблюдаться некоторое смещение очага максимальных значений продолжительности залегания УСП, высоты СП и запасов воды в СП в сторону Елабуги. Это не противоречит всему вышесказанному, наоборот, подтверждает, что даже на некотором расстоянии от водохранилища оно оказывает влияние на перераспределение снежного покрова на территории Татарстана. Однако интерес представляет не столько высота снега, сколько запасы воды в СП. Запасы воды в снежном покрове более точно характеризуют распределение зимних осадков, чем высота снега. Весенний влагозапас в почве напрямую зависти от запасов воды в СП в конце зимы, что в свою очередь важно для сельского хозяйства. С целью увеличения влагозапасов почвы весной проводят работы по снегозадержанию. В районах Казани, Лаишево и Елабуги в сельском хозяйстве преобладают овоще-картофелеводство, выращивание ржи и пшеницы. Перераспределение запасов воды в снежном покрове с учетом влияния водохранилищ оказалось достаточно выгодным для сельского хозяйства. Планируемое повышение уровня Нижнекамского водохранилища с 62 м до 68 м приведет к увеличению площади поверхности водохранилища более чем в два раза (с 1,084 тыс. км до 2,57 тыс. км ), что наряду с другими последствиями повлечет за собой значительное увеличение запасов воды в снежном покрове на прилегающей территории, а это в свою очередь повысит влагосодержание почвы весной. Данное обстоятельство позволит сэкономить бюджетные деньги на работах по снегозадержанию. Нужно по возможности оптимально использовать сложившуюся ситуацию.
Увеличение продолжительности залегания устойчивого снежного покрова, высоты СП и запасов воды в нем в Казани, вероятно, связано не столько с влиянием водохранилища, сколько с ростом городской застройки и увеличением объемов производства. Однако и первая причина, и вторая являются следствием антропогенного влияния на климат нашей республики.
