 |
| © МГИ |
Державний реєстраційний номер: 0112U007449
Роки виконання: 2012 – 2013 рр.
Замовник: Бюджетна організація «Національний центр обліку викидів парникових газів»
Виконавець: Морський гідрофізичний інститут НАН України
Співвиконавці: ООО «ІМАТЕК-ЕСКО» (директор Приходько В.Г.)
Керівник НДР: О.Б. Полонський (заступник директора МГІ НАНУ, чл.-кор. НАН України, доктор геогр. наук, проф.).
Список авторів
Полонський О.Б. (керівник НДР, доктор геогр. наук, проф., чл.-кор. НАН України),
Воскресенська О.М. (відповідальний виконавець, доктор геогр. наук, проф., провідний науковий співробітник),
Вишкваркова О.В. (вчений секретар проекту, інженер 2 кат.),
Станичний С.В. (к.ф-м.н., в.о. завідуючого відділом ДМД МГІ НАН України),
Железняк М.Й. (к.ф-м.н., завідуючий відділом, ІПММС НАН України),
Ківва С.Л. (к.ф-м.н., c.н.с., ІПММС НАН України),
Маслова В.М. (к.г.н., в.о. вченого секретаря МГІ НАНУ),
Михайлова Н.В. (к.г.н., н.с.),
Горячкин Ю.М. (к.г.н., с.н.с.),
Юровський О.В. (к.ф-м.н., н.с ),
Кубряков А.О. (к.ф-м.н., н.с.),
Станична Р.Р. (м.н.с.),
Бурдюгов В.М. (м.н.с.),
Толокнов Ю.М. (м.н.с.),
Давидова О.П. (пров. інженер),
Гармашов А.В. (пров. інженер),
Коровушкін О.І. (пров. інженер),
Торбинський А.В. (пров. інженер),
Харітонова Л.В. (пров. інженер),
Полтавчук А.Л. (техник 2к.)
ОБ`ЄКТ ДОСЛІДЖЕННЯ: – ерозійні процеси в береговій зоні Чорного і Азовського морів у зв’язку зі зміною клімату.
МЕТА РОБОТИ: – отримання кількісних оцінок можливого розвитку ерозійних процесів у береговій зоні Чорного і Азовського морів в зв’язку із зміною клімату. Для досягнення цієї мети в роботі було вирішено комплекс задач.
Для досягнення мети на основі даних довгострокових спостережень, аерофотозйомки і супутникового моніторингу був проведений системний аналіз стану і мінливості берегів Чорного і Азовського морів. В результаті з урахуванням повноти вхідних даних та інтенсивності ерозійних процесів у різних регіонах берегової зони Чорного і Азовського морів були вибрані дві ділянки берегової зони, найуразливіші до природних і антропогенних дій. Перша ділянка - район Бакальської коси (Північно-західне узбережжя Криму). Друга ділянка - курортна зона м. Євпаторії. Для подальших модельних досліджень була обрана одна з вибраних ділянок - м. Євпаторія, оскільки цей курортний регіон відіграє перспективне значення для сталого розвитку берегової зони України. Для проведения таких досліджень залучалися:
Після тестування на історичних даних проведені розрахунки майбутньої динаміки ерозійних процесів з використанням кліматичних сценаріїв Міжурядової групи експертів з питань змін клімату (МГЕЗК) середньо - (до 2050 р.) та довгострокове (до 2100 р.) для математичного моделювання можливих змін в динаміці ерозійних процесів.
Висновки
Приймаючи до уваги ступінь впливу природних і антропогенних факторів можна зробити висновки про те, що в північно-західній частині Чорного моря є дві ділянки, які відіграють важливу роль для перспективного планування сталого розвитку берегової зони України, але вони є найбільш уразливими до зовнішнього впливу. При цьому на першій ділянці (район Бакальської коси, північно-західне узбережжя Криму) зміни берегової лінії визначаються, головним чином, кліматичними змінами рівня Чорного моря (його підвищенням). Зміни штормової активності міжрічного-десятирічного масштабу, періодично призводять до збільшення повторюваності західних і південно-західних штормів і зменшення північних і північно-західних, що обумовлені природними процесами в кліматичній системі. На другій ділянці (курортна зона м. Євпаторії) кліматичні зміни взагалі відіграють підлеглу роль. Головною причиною відступу берегової лінії в районі м. Євпаторії є локальна антропогенна діяльність.
Виявлена наявність квазіперіодичних коливань частоти та інтенсивності циклонів, і, як наслідок, штормової активності в досліджуваному регіоні на міжрічному, десятирічному і міждесятирічному часових масштабах від 20 до 70 років, пов'язані з глобальними процесами в системі океан-атмосфера. Результати проведеного модельного чисельного експерименту при обліку статистики параметрів циклонів, оцінених на основі кліматичних сценарієв, вказують на те, що тенденції зміни стану берегової лінії на прогнозовану перспективу через очікуване посилення штормової активності при глобальному потеплінні незначуще.
З використаних методів математичного моделювання і залученого великого фактичного матеріалу довготривалих спостережень, включаючи багаторічні дані супутникового моніторингу, оцінені максимальні висоти значних хвиль, можливих в Чорному морі один раз на рік, на 10, 30 і 50 років і визначено домінуючі напрямки хвиль для кожного місяця. Оцінена ймовірність появи таких хвиль і напрямків поширення хвилювання, а також можливі ерозійні зміни берегової лінії в північно-західній частині Чорного моря. Показано, що в періоди інтенсифікації циклонічної активності накопичення донних опадів у результаті процесу седиментації відбувається східніше Бакальскої коси, на північний захід банки і вздовж берегів Джарилгацької затоки, а його спустошення на ділянках дна від Бакальскої коси до острова Джарилгач, в Джарилгацькій затоці, в східній частини і північному узбережжі Каркінітської затоки.
Показано, що головною проблемою при спостережуваному глобальному потеплінні, що приводить до інтенсифікації ерозійних процесів (у тому числі і в Чорноморському регіоні) є підвищення рівня моря. При цьому швидкість росту рівня в Чорному морі близька до середньої швидкості для всього Світового океану. Однак у Чорному морі це викликано не термічним розширенням морської води і прискореним таненням льодовиків (як у Світовому океані), а є наслідком зменшення випаровування з поверхні моря. Причому основною причиною такого зменшення служить ослаблення вітрової активності в регіоні. Аналіз архівних даних, реаналізу, а також узагальнення результатів модельних розрахунків підтвердили відсутність посилення розмиву берегової зони через очікувану при підвищенні температури інтенсивності штормових нагонів. Навпаки, враховуючи особливості формування прісного балансу вод Чорного моря, виявлена тенденція до ослаблення регіональної вітрової активності столітнього масштабу. Цей результат виключно важливий для розробки практичних заходів з адаптації до регіональних змін клімату.
У той же час, аналіз великого фактичного матеріалу і отримане підтвердження в проведених модельних розрахунках продемонструвало цікаві результати. Показано, що біля західного узбережжя Криму і в Каркинітській затоці при проходженні штормів спостерігається чергування зон з більшою чи меншою інтенсивністю ерозійних процесів. Тому цікаво і важливо для практичних застосувань провести розрахунки такого типу і для інших районів Чорного моря, що примикають до берегової межі України, а також для Азовського моря.
На прикладі узбережжя м Євпаторія вперше в Україні проведено впровадження комплексної моделі розрахунку довгострокової ерозії морських берегів в умовах кліматичних змін, верифікація якої проведена за даними супутникових та інструментальних даних, а розрахунки майбутніх сценаріїв проведені з використанням сценаріїв глобальних кліматичних змін IPCC. Розрахована направленість та інтенсивність ерозійних процесів у береговій зоні м. Євпаторія в періоди 2001-2050 і 2050-2099 рр.
Головний висновок, що можна зробити на основі аналізу отриманих результатів - у ХХI сторіччі розподіл зон намиву і ерозії на узбережжі м Євпаторія принципово не зміниться. Деякі підсилення інтенсивності намивів в тих зонах, де вони йдуть зараз не має критичних значень і знаходиться в діапазоні невизначеності такого сценарного моделювання змін клімату.
Важливим наслідком дослідження для адаптації до змін клімату, є необхідність і можливість проведення аналогічних розрахунків для інших ділянок Чорноморського і Азовського узбережжя, аналізу спільного впливу антропогенного інженерного втручання в берегову зону і кліматичних факторів. На основі таких розрахунків для різних сценаріїв кліматичних змін повинні розраховуватися найбільш ефективні адаптаційні інженерні заходи до змін клімату у прибережній зоні Чорного і Азовського морів.
Рекомендації
Основною проблемою, пов'язаною з антропогенними змінами клімату які визначають спрямованість і інтенсивність ерозійних процесів в Чорноморську регіоні, є підвищення рівня моря. Його типова величина в ХХ столітті складає біля 20 см/100 років. Підвищення рівня Чорного моря обумовлене не стільки загальним підвищенням рівня світового океану, скільки регіональними змінами клімату. Ці зміни виявляються в полях вітру, опадів, річковому стоці та інших елементах гідрометеорологічного режиму, які безпосередньо впливають на прісний баланс і рівень Чорного моря. Відмічені тенденції рівня призводять до регресії берегової межі. Типова величина цієї регресії для західного узбережжя Кримського півострова характеризується широкими піщаними пляжами, близько 40 м/100 років. На протязі XXI сторіччя очікується продовження росту рівня такого ж порядку. Тому адаптаційні заходи по захисту берегової межі повинні враховувати, перш за все, саме ці чинники. Разом з тим, однонаправлені тенденції вітро-хвильового режиму сторічного масштабу, обумовлені антропогенними змінами клімату, не виділяються на статистично значущому рівні на фоні природних кліматичних флуктуацій. Аналіз лінійних трендів параметрів циклонів в Чорноморську регіоні показав відсутність значущих тенденцій зміни інтенсивності та глибини циклонів за останні 60 років у всі сезони, що підтверджує зроблений висновок.
Оскільки однонаправлені тенденції вітро-хвильового режиму вікового масштабу, які обумовлені антропогенними змінами клімату, невеликі на фоні природних кліматичних флуктуацій, необхідно враховувати наявність саме цих флуктуацій міжрічного-десятирічного масштабів. Вони істотно впливають на ерозійні процеси, особливо в зонах зі складною конфігурацією берегової межі (як, наприклад, в зоні Бакальської коси). Таким чином, необхідне використовувати сучасні оцінки саме таких кліматичних змін. Проте, враховуючи квазіперіодичний характер природних процесів і порівняльно невеликий часовий масштаб, мабуть, не потребують спеціальних адаптаційних заходів щодо єрозійного руйнування берегів в двох найбільш небезпечних районах. Це відноситься до берегових зон, в яких ерозійні процеси викликаються в значній мірі кліматичними змінами, до яких у нашому випадку відноситься район Бакальскої коси. Необхідно, проте, продовжити дослідження цього питання для інших субрегіонів Чорноморського басейну з метою уточнення сформульованого висновку щодо впливу кліматичних факторів на стан берегової зони Чорного моря.
Відомо, разом з тим, що на процеси ерозії берегової межі також впливають регіональні антропогенні факторі. Вони можуть мати більш серйозні наслідки, ніж зростання рівня через глобальне потепління. У результаті складної взаємодії природних процесів в береговій зоні досягається деяка динамічна рівновага, при якій дотримується баланс наносів. Він знаходить своє відображення у формуванні профілю підводного схилу і пляжу, який деформується в періоди окремих штормів. Однак на береги впливає і господарська діяльність людини, в результаті якої природна рівновага порушується. Прикладом цьому служить район Євпаторії. Аналіз результатів антропогенного впливу на берегову зону, виконаний за даними довготривалих спостережень і статистичними матеріалами, показав, що в ряді випадків антропогенний вплив є визначальним для динаміки берегів. У береговій зоні Західного Криму такий вплив проявляється наступним чином.
Таким чином раціональне використання берегової зони і застосування адаптаційних заходів щодо захисту берегової зоні від відносно повільних змін рівня Чорного моря дозволить уникнути негативних наслідків антропогенного впливу.
Ілюстративний матеріал
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приклади розрахованих хвильових полів для сильних штормів за моделлю SWAN
|
|
|
|
|
|
Чисельне моделювання швидкості штормових течій, що генеруються хвилями біля узбережжя м Євпаторія
 
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Чисельне моделювання направленості та інтенсивності ерозійних процесів у береговій зоні м. Євпаторія в існуючому кліматі
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Чисельне моделювання направленості та інтенсивності ерозійних процесів у береговій зоні м. Євпаторія з урахуванням кліматичних змін в 21 сторіччі
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Порівняння динаміки дна і берегів на захід від м Карантиний в сучасному кліматі, в 2001-2050 і в 2050-2099 рр. Червоним і жовтим кольорами позначені зони намиву, а синім – зони ерозії узбережжя.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Порівняння динаміки дна і берегів на схід від м Карантиний в сучасному кліматі, в 2001-2050 і в 2050-2099. Червоним і жовтим кольорами позначені зони намиву, а синім – зони ерозії узбережжя.