PDF 365 КБ

Ловелиус Н.В. Ритмика стока Невы и уровня Ладоги // Rhythm Journal - журнал РÍТМ, 2009 (4), 36-43
2009
4:36-43
РИТМИКА СТОКА НЕВЫ И УРОВНЯ ЛАДОГИ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ КОСМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
Н.В. Ловелиус
Институт озероведения РАН. Санкт-Петербург
[email protected]
______________________________________________________________________________
Максимальный расход Невы, максимальный уровень Ладоги и высокая
солнечная активность находятся в тесном согласии (коэфф. корр. 0,985).
Максимальный уровень повторяется через 11-13 лет, что близко к 11летнему ритму солнечной активности и ритму вращения Юпитера вокруг
Солнца в 11, 86 лет. Но увеличение расхода воды начинается за 6 лет до
максимума солнечной активности, завершение приходится на 1-й год
после максимума, затем идет снижение расходов воды до + 6-го года. 12летняя периодичность установлена и для озера Виктория [18].
www.esa.int/esaEO/SEMEPCSMD6E_index_1.html
Максимум расхода Невы наблюдается за 4 года до перигелия Юпитера и
резко снижается до минимума за 2 года до перигелия. В эпоху афелия
максимум наблюдается во второй год после прохождения афелия и затем
резко снижается до 4-го года. Разность расхода воды в эпоху перигелия
составляет 418 куб. м/с (2770 – 2352 куб. м/с), в эпоху афелия – 424 куб. м/с (2757 – 2333 кум.м/с).
В эпоху афелия Сатурна (рис. 7А) максимальные расходы Невы наблюдаются точно в реперные годы,
амплитуда колебания 476 куб. м/с (3036 – 2560).
THE RHYTHMIC OF NEVA’S CONSUMPTION AND LADOGA’S LEVEL
UNDER INFLUENCE OF THE SPACE FACTORS
Nikolai Lovelius
Institute of Limnology of Russian Academy of Sciences, St.-Petersburg
[email protected]
Coefficient of correlation between maximum consumption of Neva, maximum level of Ladoga and high sun activity is
0.985. That maximum repeat every 11-13 years, what is close to 11-year rhythm of sun activity, and 11.86-year
rhythm of Jupiter’s rotation around the Sun. But the rise of water consumption beginning 6 years earlier of peak of sun
activity, finish 1 year after, and then decline until +6 year. The same periodicity has Victoria Lake [18].
Maximum of Neva consumption observing 4 years before perihelion of Jupiter, and sharply decline to minimum 2
years before perihelion. Difference in the water consumption in perihelion epoch is 418 cubic meters/sec. (2770 –
2352). In afelij epoch difference in the water consumption is 424 cubic meters/sec. (2757-2333).
In afelij epoch of Saturn the maximum consumption of Neva coincides with the same years for Jupiter. Amplitude
of fluctuation is 476 cubic meters/sec. (3036-2560).
______________________________________________________________________________
Внимание к водным объектам с каждым годом растет в связи с антропогенным
воздействием и увеличением недостатка пресной воды на Земле. Признаки такой
озабоченности описал в содержательной монографии Раймон Фюрон [1]. С давних пор вода
считается важнейшим стратегическим ресурсом, качество которого с каждым годом
ухудшается, а запасы сокращаются. Вода является одним из сложных веществ во
36
Ловелиус Н.В. Ритмика стока Невы и уровня Ладоги // Rhythm Journal - журнал РÍТМ, 2009 (4), 36-43
Вселенной, что делает ее объектом исследования планетологии, океанологии, гидрологии,
физики, химии, метеорологии, биохимии, геологии и других научных дисциплин [2].
Огромное значение водной системы Онежского, Ладожского озер, реки Невы и
Финского залива многократно подчеркивалось исследователями института озероведения
РАН, Института водных проблем Севера и других учреждений России и сопредельных
государств. Проблемы экологии этой водной системы обобщены в работах [3-8].
В задачу наших исследований входило: 1. Выявление дат максимальных отклонений
расходов р. Невы и уровней Ладожского озера от средней многолетней нормы; 2.
Определение факторов среды в годы аномальных отклонений расходов и уровней от
средней многолетней нормы; 3. Выявление реакции расходов р. Невы и уровня Ладожского
озера на аномалии солнечной активности, перигелия/ афелия Юпитера и Сатурна.
Рисунок 1 дает возможность проследить наиболее значительные отклонения расходов
Невы за период наблюдений. Их амплитуда составляет 2330 м³/с (при минимальном
значении 1340 в 1940 г. и максимальном – 3670 в 1924 г.). Вместе с тем ежегодные
изменения дают возможность проследить наибольшие отклонения от многолетней нормы,
которые названы аномальными (табл. 1). Разность средних расходов в годы
противоположных аномалий составила 1415.2 м³/с, а их отношение - 176,7%. Кроме того, по
линейному тренду можно видеть незначительное снижение стока Невы. Для этих дат
проведены выборки средних месячных значений солнечной и геомагнитной активности,
галактических космических лучей, приходящих к атмосфере Земли [3]. Анализ
распределения чисел Вольфа в годы противоположных аномалий показал, что
максимальные расходы формируются при высоких значениях солнечной активности. В
годовом исчислении (табл. 2) разность чисел Вольфа составляет 29,8 единиц, а отношение
183,5%; разность геомагнитного индекса аа менее выразительна и составляет – 0,74,
отношение 97,56%. Приток галактических космических лучей к границе атмосферы с ростом
солнечной активности существенно снижается, разность их в годы аномалий составляет –
406,4 единицы, а отношение 57,76%.
Рис. 1. Расход р. Невы м³/с по ежегодным данным наблюдений
поста Новосаратовка (1847-2006 гг.).
Расход Невы и уровни Ладожского озера находятся в тесном согласии, количественное
подтверждение этому можно проследить на рисунке 2, где приведены их среднегодовые
значения по десятилетиям, коэффициент корреляции 0,985. В повторяемости
экстремальных значений максимумов прослеживается ритм 20-30 лет, а по минимумам
37
Ловелиус Н.В. Ритмика стока Невы и уровня Ладоги // Rhythm Journal - журнал РÍТМ, 2009 (4), 36-43
через 30 лет (1850 – 1880 – 1910 – 1940- 1970 гг.), что дает основание ожидать очередной
минимум стока р. Невы в 2000 – 2010 гг. По связи расхода Невы и уровня Ладожского озера
мной восстановлены данные по уровню озера за три десятилетия (1850 -1870 гг.).
Таблица 1.
Годы аномальных расходов воды
р. Невы пост Новосаратовка
№№
Максимум
расход
Минимум
расход
п/п
годы
м³/с
годы
м³/с
1
1849
2940
1855
1920
2
1868
3250
1876
2200
3
1879
3490
1887
2200
4
1900
3440
1908
2100
5
1924
3670
1921
1780
6
1958
3310
1940
1340
7
19982
3094
1973
1580
8
2005
2898
2003
1650
среднее
3261,5
1846,25
Рис. 2. Средние десятилетние значения расхода р. Невы (Н) и уровня
Ладожского озера (Л). Уровень Ладожского оз. в 1850, 1860, 1870 гг.
восстановлен по связи расхода р. Невы. Коэф. корр. 0,985.
На рисунке 3 приведены расчеты отношений средних месячных значений солнечной и
геомагнитной активности и галактических космических лучей, дающие представление об их
внутригодовых изменениях. Наиболее отчетливо эти различия просматриваются по ходу
линейных трендов. Наибольшие амплитуды колебаний отношений имеют место у
солнечной активности (99,6%), затем у геомагнитной активности (70,8%) и минимальные у
галактических космических лучей (34,7%) [9].
Определение изменений расходов Невы в эпохи максимумов и минимумов солнечной
активности в 11-летнем цикле выполнено по методу наложенных эпох с последующим
интегрированием (рис.3). Анализ данных проведен за тридцать лет, что дало возможность
увидеть четкое проявление трех максимальных и трех минимальных экстремумов,
38
Ловелиус Н.В. Ритмика стока Невы и уровня Ладоги // Rhythm Journal - журнал РÍТМ, 2009 (4), 36-43
расстояние между которыми колеблется от 9 до 13 лет. Такие построения использовались
ранее при формировании представлений об изменениях увлажненности и причиняемом
вреде наводнений древесным растениям в Санкт-Петербурге [9].
Таблица 2.
Средние месячные значения солнечной и геомагнитной активности
(числа Вольфа и индекс аа), галактических космических лучей (ГэВ) в годы противоположных
аномалий расхода воды р.Невы и их отношение (К%)
числа
Вольфа
Индекс аа
ГКЛ ГэВ
месяцы
макс.
мин.
К%
макс.
мин.
К%
макс.
мин.
К%
I
66,1
35,2
187,9
15,4
17,1
90,1
707
1079
65,6
II
65,5
31,3
209,5
22,3
19,2
116
590,7
1039
56,8
III
62,8
37,3
168,6
19,5
24,2
80,4
518,7
925
56,1
IV
64,4
35,3
182,6
16,7
20,2
82,6
678
753,5
77,4
V
57
31,1
183,3
15,6
21,7
71,8
379
875,5
43,3
VI
59
38,2
155,5
17
15,9
106,4
475,7
901,5
52,8
VII
61
36,8
165,9
20
14
142,6
449,3
971
46,3
VIII
60,1
43,8
137,2
16,2
16,4
98,3
656,3
881
74,5
IX
65,3
37,1
173,2
20,4
19,2
106,2
640,3
972
65,9
X
58,6
29
201,8
17
17,7
96,1
604,7
1008
60
XI
58,3
29,2
199,5
13,9
17,3
80,3
488,3
1135
43,2
XII
68,1
28,7
236,8
16,3
16,3
99,9
550,7
1075
51,2
среднее
62,18
34,42
183,5
17,53
18,27
97,56
561,6
967,9
57,76
Рис. 3. Отношения средних месячных значений чисел Вольфа (W), индекса аа
и галактических космических лучей (ГэВ) в годы максимальных
расходов воды к данным в годы максимальных минимумов (К%).
39
Ловелиус Н.В. Ритмика стока Невы и уровня Ладоги // Rhythm Journal - журнал РÍТМ, 2009 (4), 36-43
Как следует из рисунка 1, расходы Невы имеют колебания различной амплитуды и
продолжительности, природа которых не всегда поддается физическому обоснованию.
Например, при генерализации расхода Невы по 10-летиям отчетливо проявляется ритм 20 –
30 лет. Этот ритм был ранее отмечен А.В. Шнитниковым [3], как характеризующий
внутривековую изменчивость увлажнения на северо-западе России.
Прямая связь солнечной активности с расходом воды р. Невы подтверждается данными
таблицы 2, рисунками 3, 4. Проявление 11–13 летнего ритма в повторяемости максимумов
расхода Невы не вызывает сомнения, что дает основание говорить о возможности
использования этого эффекта в качестве прогностического признака при расчете
направленных внутривековых колебаний стока. Этот ритм по продолжительности близок к
11-летнему циклу солнечной активности и почти совпадает с продолжительностью
сидерического обращения Юпитера вокруг Солнца, составляющему 11,86 лет [11]. При этом
обращает на себя внимание разная продолжительность фаз увеличения расхода воды,
начинающаяся за 6 лет до максимума солнечной активности и ее завершение приходится
на 1-й год после максимума активности Солнца, после чего идет более интенсивное
снижение расходов воды до +6-го года. Анализ данных в 30-летней матрице дает
возможность убедиться в устойчивости выявленного ритма. Здесь уместно заметить, что
12-летняя периодичность была установлена и для озера Виктория [18].
Рис. 4. Расход воды р. Невы в эпохи максимума
(А) и минимума (Б) 11-летнего цикла солнечной
активности в интегральном исчислении.
Одной из наиболее сложных задач является поиск физического обоснования параметров
полиритмической изменчивости состояния экосистем. Так периодические возмущения
окружающей среды были раскрыты А.Ю. Ретеюмом [11] как следствие влияния планет
солнечной системы Юпитера. Данные расходов р. Невы и уровней Ладожского озера были
проанализированы относительно дат перигелия и афелия Юпитера, результаты приведены
на рисунках 5, 6. Такой подход дал возможность выявить абсолютное совпадение во
времени экстремумов стока и уровней. Такое совпадение экстремальных значений в эпохи
перигелия/афелия является подтверждением проявления их аномальных отклонений
40
Ловелиус Н.В. Ритмика стока Невы и уровня Ладоги // Rhythm Journal - журнал РÍТМ, 2009 (4), 36-43
относительно среднего уровня и позволяет получить представление о количественных
характеристиках этих аномалий.
В эпоху перигелия (рис. 5) максимум расхода воды наблюдается за 4 года до перигелия и
резко снижается, достигая минимума за 2 года до перигелия, после чего медленно
поднимается. В эпоху афелия максимум наблюдается во второй год после прохождения
афелия и затем резко снижается до 4-го года и снова поднимается. Разность расхода воды
в эпоху перигелия составляет 418 куб. м/с (2770 – 2352 куб. м/с), а их отношение равно 18%.
В эпоху афелия разность расхода воды – 424 куб. м/с (2757 – 2333 кум.м/с) – отношение
118%.
Даты экстремальных значений расхода воды (рис.5) и уровня Ладожского озера
полностью совпадают. Максимальный уровень Ладожского озера (рис. 6) в эпоху перигелия
508,2 см, минимальный – 448,6 см., разность 59,6 см, а отношение 113%. В эпоху афелия
разность составляет 65,5 см (509,3 – 443,8 см соответственно), а их отношение -115%.
Рис. 5. Расход р. Невы в эпохи перигелия (сплошная линия)
и афелия (пунктир) Юпитера.
Рис. 6. Уровень Ладожского озера в эпохи перигелия (П) и
афелия (А) Юпитера.
Здесь и далее обозначения как на рисунке 5.
41
Ловелиус Н.В. Ритмика стока Невы и уровня Ладоги // Rhythm Journal - журнал РÍТМ, 2009 (4), 36-43
Результаты расчетов распределения стока Невы в эпохи перигелия/афелия Сатурна
приведены на рисунке 7. В эпоху перигелия (рис. 7, П)
максимальные расходы
наблюдаются в 3-й год до перигелия и 1-й после него с амплитудой 266 куб.м/с (2402 –
2136 и отношением 112,5%), а минимум во 2-й год до перигелия. В эпоху афелия (рис. 7 А)
максимальные расходы Невы наблюдаются точно в реперные годы, амплитуда колебания
476 ку. м/с (3036 – 2560, а их отношение 118,6%). Расчеты уровня Ладожского озера в
эпохи перигелия/афелия не дают такой четкой картины, как у стока Невы, хотя их тенденции
совпадают.
Выполненная работа показывает, насколько важно искать новые пути для раскрытия
механизмов ритмической изменчивости природных процессов в солнечной системе и на
Земле, как основы предвидения их направленных изменений. На это многократно
указывали отечественные специалисты [13-18, и др.].
Рис. 7. Расходы р. Невы (куб.м/с) в годы перигелия (П) и афелия (А) Сатурна.
Озабоченность специалистов экологическим состоянием водных систем Северо-Запада
России обсуждалась на многочисленных всероссийских и международных конференциях,
как одна из наиболее важных проблем экологической безопасности жизнеобеспечения.
Необходимость сохранения и рационального использования такого важного природного
ресурса, как вода, детально обоснована в Концепции и проекте Федерального закона “Об
охране Ладожского озера” [17].
Благодарности: профессору МГУ им. М.В. Ломоносова А.Ю. Ретеюму за сотрудничество в разработке
проблемы связей в солнечной системе; профессорам ГГТУ (СПб) А.М. Догановскому и В.Н. Малинину за
консультации при подготовке публикаций по водным системам; профессору ИНОЗ РАН (СПб) Л.А. Кудерскому
за консультации по истории озер и водных экосистем.
Литература
[1]. Фюрон Р. Проблема воды на земном шаре. Гидрометеорологическое изд.- во. Л.: 1966. - 256 с.
[2]. Догановский А.М., Малинин В.Н. Гидросфера. СПб.: Гидрометеоиздат. 2004. – 630 с.
[3]. Шнитников А.В. Внутривековая изменчивость компонентов общей увлажненности. Л.: Наука. 1969. – 245 с.
[4]. Догановский А.М. Уровенный режим Ладожского озера – показатель изменения климата // Материалы
итоговой сессии ученого совета. Часть 1, Секция метеорологии и гидрологии.
СПб. 2003, - C. 76-78.
[5]. Филатов Н.Н.. Изменение климата Восточной Фенноскандии и уровня воды крупнейших озер
Европы. Петрозаводск, 1997. 148 с.
[6]. Румянцев В.А., Ефимова Л.К., Голицын Г.С., Хон В.Ч., Лыскова У.С.. Моделирование
42
Ловелиус Н.В. Ритмика стока Невы и уровня Ладоги // Rhythm Journal - журнал РÍТМ, 2009 (4), 36-43
температурно-влажностного режима водосборного бассейна Ладожского озера // Известия РАН.
Серия географическая. 2007. № 1. с.130-135.
[7]. Румянцев В.А., Алхименко А.П., Кудерский Л.А., Соболь И.В. Концепция и проект
Федерального закона “Об охране Ладожского озера”. СПб.: ИНОЗ РАН, ИПК “Прикладная
экология”. 2008. – 110 с.
[8]. Кудерский Л.АРумянцев ., В.А., Драбкова В.Г. Экологическое состояние водной системы
Онежское озеро - Ладожское озеро – река Нева – Финский злив в канун XXI века. СПб.:
Институт озероведения РАН. 2000. - 78 с.
[9]. Ловелиус Н.В. Ритмы увлажненности и наводнения в Санкт-Петербурге// В кн.: Профессор
Арсений Владимирович Шнитников. Учитель, наставник, вдохновитель. СПбю:Петровская
академия наук и искусств. 2001. – С. 26-34.
[10]. Дружинин И.П., Сазонов Б.И., Ягодинский В.Н. Космос – Земля. Прогнозы.М.: Мысль. 1974.
288 с.
[11]. Ретеюм А.Ю. Периодические возмущения окружающей среды, прогнозирование и
планирование.//
Экологическое планирование и управление, 2007, №4 (5), с. 4-13.
[12]. Стожков Ю.И., Свиржевский Н.С., Базилевская Г.А., Свиржевская А.К., Квашнин А.Н.,
Крайнев М.Б., Махмутов В.С., Клочкова Т.И. Потоки космических лучей в максимуме
кривой поглощения в атмосфере и на границе атмосферы (1957-2007). М., 2007. – 77 с.
[13]. Чижевский А.Л. Космический пульс жизни. Земля в объятьях Солнца. Гелиотараксия.
М.: Мысль. 1995.- 768 с.
[14]. Максимов И.В., Саруханян Э.И., Смирнов Н.П. Океан и Космос. Л.: Гидрометеоиздат. 1970. –
С. 216 с.
[15]. Максимов А.А. Природные циклы. Причины повторяемости экологических процессов. Л.:
Наука. – 237 с.
[16]. Максимов Е.В. Ритмы на Земле и в Космосе. Тюмень: “Мандр и К”. 2005. - 312 с.
[17]. Ловелиус Н.В., Ретеюм А.Ю. Озеро Виктория как индикатор связей в солнечной
системе// Материалы ежегодной научно-методической конференции LXII
Герценовских чтений “География: Проблемы науки и образования”, 9-10 апреля
2009 г. СПб.: Астерион. 2009.
[18]. Stager J. C. Solar effects on rainfall at Lake Victoria, East Africa.
http://lasp.colorado.edu/sorce/news/2005.
ScienceMeeting/presentations/thur_am/Stager_Lake_Victoria.pdf.
43