Версия для печати

Российские ученые выдвинули гипотезу о трех фундаментальных законах, управляющих ледниками, озерами и реками

Гидрология суши – наука, изучающая водные объекты, явления и процессы в пределах материков и островов. В этой науке, наравне с математикой, физикой, химией, также существуют свойственные только ей фундаментальные законы, описывающие основные особенности изменений вод суши. Гипотезы о существовании таких законов сформулировали сотрудники подведомственного Минобрнауки России Института водных проблем (ИВП) РАН.

Сегодня существуют геоморфолого-гидрологические «законы» или «числа» Хортона, относящиеся к речной сети, однако они не предназначены для описания современной эволюции вод суши. «Кандидаты» на роль гидрологических законов нашего времени были предложены сотрудниками ИВП РАН в результате изучения процессов, происходящих в ледниках, реках и озерах.

Три фундаментальных закона

«Ученые ИВП РАН первыми в мире выдвинули гипотезу о трех фундаментальных законах гидрологии суши. Фундаментальным параметром вод суши является общая масса воды, сосредоточенной в основном в виде льда. Непосредственная оценка этого параметра и его многолетних изменений сложна или даже невозможна на современном этапе развития науки. Но оценить изменения массы воды на суше можно при помощи расчетов эвстатических (зависящих от массы воды в океане) изменений среднего уровня Мирового океана», – рассказывает заведующий лабораторией глобальной гидрологии ИВП РАН, доктор географических наук Сергей Добровольский.

Закон минус второй степени

Ряд естественных эвстатических изменений глобального среднего уровня океана авторы исследовали в двух вариантах – с использованием данных береговых уровнемерных постов и с использованием спутниковых наблюдений за формой поверхности океана. Ученые пришли к выводу, что естественные эвстатические изменения близки к процессу случайного блуждания (дискретного винеровского процесса).

«Спектральная плотность процесса асимптотически приближается (в билогарифмических шкалах) к прямой с тангенсом угла наклона -2. Причина зависимости «степени минус 2» – белошумное атмосферное возбуждение поверхности Земли без обратной связи в климатическом диапазоне частот. Это соответствует фундаментальному закону минус второй степени естественных изменений в климатической системе, следующему из стохастической теории климата Клауса Хассельманна», – поясняет Сергей Добровольский.

Зависимость логарифмов спектральной плотности изменений суммарной массы воды на суше от логарифмов частоты этих изменений. График близок к линии с тангенсом угла наклона -2, поэтому и закон называется «закон степени минус два».

Закон степени минус одна вторая

Закон степени минус одна вторая связывает относительный размах – «коэффициент вариации» – изменений годового стока реки со средней величиной годового «слоя стока» (среднего годового стока, поделенного на площадь водосборного бассейна). Этот закон применим для рек основного типа – не озерных и не зарегулированных водохранилищами.

Глобальный статистический закон инвариантности (неизменности)

В отношении колебаний потока воды, проходящего через проточные озера, авторами предложен глобальный статистический закон инвариантности (неизменности) коэффициента водообмена озера от средней величины потока через озеро. Для анализа использована информация о 249 проточных (составляющих подавляющее большинство водоемов планеты) озерах мира, по которым имеются достаточно длинные (не менее 20 лет) ряды годового стока рек, измеренного в створах вблизи озера.

Выявленные закономерности опираются на многолетние исследования, проводившиеся в лаборатории глобальной гидрологии Института водных проблем РАН.

Эти законы уже используются в различных областях гидрологии, в частности в долгосрочных прогнозах изменений увлажненности суши вследствие изменений климата. Так, при помощи закона степени минус одна вторая в ИВП РАН были рассчитаны и опубликованы прогнозы годовых слоев речного стока в глобальном масштабе вплоть до конца 21 века.

Исследования ученых опубликованы в одном из международных научных журналов. Работы выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник: Минобрнауки