Файл: Локальные географические последствия эксплуатации Самотлорского.pdf

49 приземном слое (табл.2) и построены графики изменения данных градиентов на рис. 11 и рис.12.
Таблица 2 – Вертикальные градиенты температуры воздуха (t) и упругости водяного пара (e)
I
II
III
IV
V
VI
VII VIII IX
X
XI
XII t, ºС/100 м
12,7 10,8 2
-9,3 0,2 6,9 2,9 3,2 -5,5 0,6 -14,2 -2,9 e, гПа/100м 2,1 2,1 -0,1 -4,9 -3,7 -2,3 -4,4 0,7 -5,4 -0,7 -1,9 1,1
Вертикальный градиент температуры воздуха рассчитанный по данным наблюдений на паре метеостанций равен в среднем за год 0,6ºС/100 м, что соответствует стандартному распределению температуры с высотой в реальной атмосфере. Максимальное изменение температуры с высотой характерны для большинства зимних месяцев и апреля (табл. 2). Причем повышение температуры с высотой (инверсия) отмечается в первой половине зимы (ноябрь -14,2ºС/100м, декабрь -2,9ºС/100м) и в центральные месяцы переходных сезонов года (апрель -9,32ºС/100м, сентябрь -5,5ºС/100м). В остальные 8 месяцев года наблюдается понижение температуры с высотой, ее колебание составляет от 0,2ºС/100м в мае до 12,7ºС/100м в январе, максимум приходятся на вторую половину зимы. В летний период температурных инверсий не наблюдается.
Рисунок 11

50
Рисунок 12 – Изменение вертикальных градиентов упругости водяного пара в течение года
Вертикальный градиент упругости водяного пара равен в среднем за год -1,5 гПа/100 м. Для территории характерны инверсионные явления, повышение упругости водяного пара с высотой, практически во все месяцы.
В январе, феврале, августе и декабре упругость водяного пара уменьшается с высотой, ее колебание составляет от 0,7 гПа в августе до 2,1 гПа в январе.
Изменение климатической нормы влажности с высотой практически совпадает с градиентами температуры воздуха, если наблюдается инверсия температуры, то влажность растет с высотой.
Вычисленные вертикальные градиенты температуры и влажности позволяют сделать вывод, что в настоящее время изменение температуры и влажности воздуха несущественное в пределах погрешности расчетов из-за небольших оседаний. Более значимые изменения будут происходить, если поверхность опустится на большую величину. Если произойдет оседание на большую величину, то приближение дневной поверхности к грунтовым водам, повлечет изменение влажностного режима подстилающей территории, как следствие водного и теплового баланса территории.
Например, предположенное ВСЕГИНГЕО и НИИВОДГЕО, оседание дневной поверхности на 15 метров, повлечет
-6,0
-5,0
-4,0
-3,0
-2,0
-1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 0
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10 11 12
e,гПа/100м
Месяцы

51

увеличение температуры воздуха на 2°С в январе, и на 1°С в июне, и уменьшение температуры на 2°С в ноябре и на 1,4°С в апреле.

увеличение упругости водяного пара на 0,3 гПа в январе и уменьшение на 0,8 гПа в сентябре.
Автором на основе вычисленных вертикальных градиентов и данных растровой карты рельефа (по данным спутниковой съемки [37]
)
для предполагаемого оседания дневной поверхности была построена карта возможного пространственного распределения температуры воздуха с помощью геоинформационной системы ArcGIS – ArcMap (рис.13).
Полученное пространственное распределение среднемноголетних значений температуры воздуха согласно климатическим нормам и с учетом будущих изменений представлено за месяцы, в которых были наибольшие положительные (январь, июнь) и отрицательные (ноябрь) вертикальные градиенты.
Данная карта наглядно показывает влияние возможного оседания дневной поверхности на микроклимат территории. Для января и июля с оседанием дневной поверхности будет происходить увеличение температуры воздуха, поэтому наблюдается на карте (рис.13) более темные цвета. С уменьшением температуры воздуха при оседании земной поверхности
(ноябрь) наблюдаются более светлые цвета.

52
Рисунок 13 – Пространственное распределение среднемноголетней температуры воздуха до и после предполагаемого оседания дневной поверхности

53
4.3 Изменения климата территории исследований
Выявленные локальные географические последствия, такие как оседание земной поверхности, изменение ландшафта, заболачиваемость территории ведут к изменению микроклимата данной территории, кроме того во всем мире отмечается глобальное изменение климата, которое выражается в разнонаправленных трендах метеорологических величин и увеличении экстремальности климата. Эти макромасштабные изменения также будут сказываться на микроклимате исследуемой территории.
С целью изучения многолетних изменений климатических условий произвели статистический анализ многолетний изменений рядов метеорологических данных температуры, атмосферных осадков и упругости водяного пара.
Материалы и методика исследований
Материалом исследований послужили специализированные массивы среднемноголетних данных температуры (t), осадков (X) и упругости водяного пара (e) на метеостанциях (м/с) Ларьяк, Угут, Александровское,
Ханты-Мансийск за период с 1966 по 2015 гг. [28].
Для многолетних рядов данных была проведена проверка наличия статистической неоднородности. Методика исследований включала проверку нулевых гипотез об однородности рядов наблюдений с помощью критерия
Аббе; о наличии тренда с помощью критерия инверсий. Вывод о нарушении однородности рядов или неслучайном изменении делался на уровне значимости 0,05 в случае, когда расчетная статистика по модулю превышала соответствующее критическое значение или выходила за допустимые границы.
Тест Аббе [1] применяемый климатологами при исследовании рядов осадков и температур, предполагает выполнение условия (2) в случае однородного ряда:
1 1
1 2
1 1
1






n
B
A
n
(2)

54 где:


2
'
2
'
1 2
1 2
'
2
'
2 2
'
1
n
n
a
a
a
a
a
A






(3)

 



2
'
'
1 2
'
3
'
2 2
'
2
'
1
n
n
a
a
a
a
a
a
B








(4) где '
i
a
– отклонение значения члена временного ряда
i
a
от значения среднего арифметического, n – число членов ряда. При невыполнении данного условия гипотеза об однородности ряда отвергается.
Проверка на наличие тренда с помощью критерия инверсий [9] предполагает некоторую последовательность из
N
наблюдений случайной величины
X
, обозначенных
)
...,
,
2
,
1
(
N
i
x
i

и определения сколько раз в последовательности имеют место неравенства
j
i
x
x

при
j
i

. Каждое такое неравенство и называется инверсией (

A
общее число инверсий)







,
0
,
,
1
j
i
j
i
ij
x
x
x
x
(5)
)
1
,
1
(
;
;
1 1
1










N
i
h
A
A
A
N
i
N
i
j
ij
i
i
(6)
Если последовательность из
N
наблюдений состоит из независимых исходов одной и той же случайной величины, то число инверсий является случайной величиной
A
со средним значением и дисперсией
Результаты
статистической
обработки
рядов
данных
метеостанций
В результате обработки данных метеостанций рядов температуры воздуха, количества атмосферных осадков и упругости водяного пара, получено следующее (табл. 3 - 5)
Таблица 3 – Результаты проверки рядов температуры воздуха на однородность
Месяц
Ларьяк Ханты-Мансийск Угут
Александровское
Январь о о о о
Февраль н н н н
Март о о о о
Апрель о н о о

55
Продолжение таблицы 3
Месяц
Ларьяк Ханты-Мансийск Угут
Александровское
Май н о н н
Июнь о н н н
Июль о о н о
Август о н н о
Сентябрь о о о о
Октябрь о о н о
Ноябрь н о н н
Декабрь о о о о
Год о о о о
* о – ряды однородны, н – ряды неоднородны
Количество неоднородных рядов температуры (в процентах от общего количества): для метеостанций Ларьяк – 23%, Ханты-Мансийска– 31%, Угут
– 54%, Александровское – 31%.
Таблица 4 – Результаты проверки рядов количества атмосферных осадков на однородность
Месяц
Ларьяк Ханты-Мансийск Угут
Александровское
Январь о н о о
Февраль н о н н
Март о о о о
Апрель н о о о
Май о н н о
Июнь о о о о
Июль н н н о
Август о н н о
Сентябрь н н н н
Октябрь о о о о
Ноябрь о о н о
Декабрь о о о о
Год о н о о
* о – ряды однородны, н – ряды неоднородны
Количество неоднородных рядов осадков (в процентах от общего количества): для метеостанций Ларьяк – 31%, Ханты-Мансийска – 46%, Угут
– 46%, Александровское – 15%.

56
Таблица 5 – Результаты проверки рядов упругости водяного пара на однородность
Месяц
Ларьяк Ханты-Мансийск
Угут
Александровское
Январь о о о о
Февраль о н о н
Март о о о о
Апрель о н о н
Май н о н н
Июнь н н н н
Июль о о о о
Август о н о о
Сентябрь о о о о
Октябрь о о н о
Ноябрь н о н н
Декабрь о о о о
Год н о н о
* о – ряды однородны, н – ряды неоднородны
Количество неоднородных рядов упругости водяного пара (в процентах от общего количества): для метеостанций Ларьяк – 31%, Ханты-
Мансийска – 31%, Угут – 39% , Александровское – 39%.
Получаем, что более 1/3 рядов неоднородны. Больше неоднородных рядов выявлено у метеостанций Угут и Ханты-Мансийск.
Ряды данных были проверены на наличие тренда с помощью критерия инверсий [9]на уровне значимости α=0,05.
В ходе работы были выявлены величины статистически значимых трендов для рядов температуры, атмосферных осадков и упругости водяного пара с 1966 по 2015 год (табл.6-табл.8) для метеостанций Ларьяк, Ханты-
Мансийск, Угут, Александровское, которые расположены вблизи участка исследований (рис.14) и данные которых были доступны.

57
Рисунок 14 – Схема расположения метеостанций: 1- Ханты-Мансийск, 2 –
Сургут, 3-Угут, 4-Александровское, 5-Лобчинские, 6-Ларьяк
Таблица 6 – Величина статистически значимых трендов температуры
Месяц t, °С за 10 лет
Ларьяк
Ханты-Мансийск Угут
Александровское
Январь
–
–
–
–
Февраль
+0,96
–
–
+0,98
Март
+0,8
–
+0,58
+0,75
Апрель
–
–
–
–
Май
+0,87
+0,75
+0,73
+0,78
Июнь
+0,74
+0,72
+0,73
+0,66
Июль
–
–
–
–
Август
–
–
+0,28
–
Сентябрь
–
–
–
–
Октябрь
+0,59
+0,66
+0,65
+0,61
Ноябрь
–
–
–
–
Декабрь
–
–
–
–
Год
+0,48
+0,4
+0,65
+0,46
* «–» – отсутствие тренда; «+0,48» – величина статистически значимого тренда
Для всех метеостанций отмечено увеличение температуры воздуха преимущественно в мае, июне, октябре, а также увеличение среднегодовой температуры воздуха. Величина изменения температуры воздуха составляет
Расположение метеостанции

58 от +0,4°С до +0,98°С за 10 лет. Наибольшее увеличение температуры воздуха наблюдается в феврале – метеостанции Ларьяк (+0,96°С/10лет) и
Александровское (+0,98 °С/10 лет). Величина тренда среднегодовой температуры воздуха максимальна на м/с Угут и составляет
0,65°С/10лет.Наименьшее число положительных трендов для м/с Ханты-
Мансийск.
Таблица 7 – Величина статистически значимых трендов атмосферных осадков
Месяц
Х, мм за 10 лет
Ларьяк Ханты-Мансийск Угут
Александровское
Январь
–
–
–
–
Февраль
–
–
–
–
Март
+3,07
–
+3,08
+2,70
Апрель
–
–
–
–
Май
–
–
–
–
Июнь
–
–
–
-8,11
Июль
–
–
–
–
Август
–
+5,48
–
–
Сентябрь
–
–
–
–
Октябрь
–
–
–
–
Ноябрь
–
–
–
–
Декабрь
+3,15
–
–
+3,65
Год
–
–
–
–
* «–» – отсутствие тренда; «+3,07» – величина статистически значимого тренда; «-
8,11» – величина статистически значимого тренда
Для рассматриваемых метеостанций изменений атмосферных осадков обнаружено меньше, чем для других метеорологических характеристик.
Тренд атмосферных осадков статистически доказан и положительный практически для всех метеостанций в марте, для м/с Ларьяк (+3,15мм/10лет) и Александровское (+3,65мм/10лет) в декабре. Для среднегодовых значений тренд не обнаружен.
Отрицательный тренд (уменьшение осадков) отмечен в июне для м/с
Александровское (-8,11 мм/10 лет). Одновременно с увеличением

59 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 1 9661 9701 9741 9781 9821 9861 9901 9941 9982 0022 0062 0102 014
X, мм
год
t,°С
Х t
температуры воздуха это может привести к изменению водного баланса и влажности воздуха (рис 15 и табл.8).
Рисунок 15 – Линейный тренд метеостанции Александровское за июнь для температуры воздуха и количества атмосферных осадков, 1966-2015 гг.
Таблица 8 – Величина статистически значимых трендов упругости водяного пара
Месяц e, гПа за 10 лет
Ларьяк Ханты-Мансийск Угут
Александровское
Январь
–
–
–
–
Февраль
+0,09
–
–
+0,09
Март
+0,15
–
+0,1
+0,13
Апрель
+0,24
–
+0,14
–
Май
+0,39
+0,19
+0,42
+0,25
Июнь
+0,5
+0,51
+0,72
–
Июль
–
–
–
–
Август
+0,26
–
+0,27
–
Сентябрь
–
–
–
–
Октябрь
+0,26
+0,23
+0,25
+0,24
Ноябрь
–
–
–
–
Декабрь
–
–
–
–
Год
+0,19
+0,11
+0,2
+0,12
«–» – отсутствие тренда; «+3,07» – величина статистически значимого тренда
Для данных метеостанций тренд упругости водяного пара