Klimata pārmaiņu ietekme uz iekšējo ūdeņu un jūras hidroloģiskajiem procesiem

Uldis BethersLatvijas UniversitātesFizikas un matemātikas fakultātesVides un tehnoloģisko procesu matematiskās modelēšanas laboratorija Artūrs ŠkuteDaugavpils UniversitātesDabaszinātņu un matemātikas fakultātesBioloģisko resursu izpētes un pārvaldības institūts

VPP “Klimata mainības ietekme uz Latvijas ūdeņu vidi”Programmas vadītāji Prof. Māris Kļaviņš un Prof. Andris Andrušaitis

DP1: Modelēšana

DP2: Barības vielu aprite

DP3: Iekšējo ūdeņu ekosistēmas

DP4: Jūras bioģeoķīmija

DP5: Jūras ekosistēmas

DP9: Plūdu un sausuma risks DP6: Krasta procesi

DP7: Adaptācija

DP8: Vadība un sabiedrības informēšana

DP1. MĒRĶIS

Modelēt dažādus ūdens vides mainības scenārijus, izmantojot eksistējošus klimata maiņas scenārijus Baltijas jūras reģionam

DP1. UZDEVUMI

DP1a. Novērtēt un adaptēt eksistējošo reģionālo klimata mainības modeļu prognozes, izveidojot vairākas klimata scenāriju datu rindas

DP1b. Modelēt virszemes ūdens un vielu noteci Latvijas teritorijai, izveidojot klimata mainībai atbilstošas upju noteces datu rindas

Aprēķināt biogēno vielu noteces datu rindas

DP1c. Adaptēt trīsdimensionālu jūras stāvokļa modeli, klimata mainībai atbilstošu jūras stāvokļa prognožu aprēķinam un veikt modelēšanu, izveidojot jūras stāvokļa datu rindas

DP1d. Sniegt modelēšanas un datu analīzes atbalstu citām DP

IPCC klimata maiņas scenāriji

Reģionālie klimata modeļi

Latvijai adaptēti klimata maiņas scenāriji

Upju noteces scenāriji

Jūras stāvokļa scenāriji

Klimata mainības ietekme uz Latvijas ūdeņu vidi

Informācijas plūsmas

Globālie klimata modeļi

Biogēnu noteces scenāriji

GLOBĀLIE SCENĀRIJIIntergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) by the World Meteorological Organization (WMO) and the United Nations Environment Programme (UNEP)

A2

B2

2001

A2

B2

2006

Globālie un reģionālie klimata modeļi

Scenārijs+GKM+RKM. “Mūsdienu klimats” (1961-1990) “Klimata maiņas scenāriji” (2071-2100)

Globālais scenārijs

Globālais klimata modelis

Reģionālais klimata modelis

21 modelis

14 novērojumu stacijas un SMHI_HCCTL aprēķinu režģis

Metodika, kas atļauj salīdzināt modeļu atbilstību mūsdienu klimatam

Izvēlēts piemērotākais

Meteoroloģiskie dati ar laika izšķirtspēju 1 diena

RKM salīdzinājuma metodika

Latvijai piemērotākais RKM

OBS

REF

A2B2

600

650

700

750

800

850

900

4 5 6 7 8 9 10 11

Temperatūra

Nokr

išņi

Labākā

RKM

rezultāti

OBS

REF

A2

MODA2

MODB2

B2

MODREF

600

650

700

750

800

850

900

4 5 6 7 8 9 10 11

Temperatūra

Nokr

išņi

RKM rezultātu modifikācijas metodika

Klimata datu rindas Latvijai

Okt

S ep

Aug

J ūl

MayDec

MarF eb

J an

Okt

S ep

Aug

J ūl

J ūnNovDec

J an

Apr

Mar

F eb

0.5

1

1.5

2

2.5

3

-10 -5 0 5 10 15 20 25

Temperatūra, deg C

Nokrišņi, m

m/d

Mūs dienu klimats

S cenārijs A2

Klimats: T-p diagramma Dobelei

Ziema par 3mēnešiem īsāka

Pavasarispusmēnesi agrāk

Vasara par2 mēnešiemgarāka,karstāka,sausaka

Skaistasatvasaras

Lietaināks,vēlāks rudens

A2

B 2

1961-1990 R K M

1961-1990 novērojumi

1.50

1.55

1.60

1.65

1.70

1.75

1.80

5 6 7 8 9 10 11

T, deg C

p, m

m/d

Dobele: prognozes salīdzinājums ar novērojumiem

A2

B 2

1961-1990 R K M

1961-1990 novērojumi

1978-2007

1.50

1.55

1.60

1.65

1.70

1.75

1.80

5 6 7 8 9 10 11

T , deg C

p, m

m/d

A2

B 2

Novērotās klimata iz maiņas

1961-1990 R K M

1961-1990 novērojumi

1978-2007

1.50

1.55

1.60

1.65

1.70

1.75

1.80

5 6 7 8 9 10 11

T , deg C

p, m

m/d

Meteoroloģiskie novērojumi 1961-1990

Upju notece 1961-1990

Upju noteces modelēšana

Hidroloģiskais modelis

Novērotā upju notece 1961-1990

Kalibrācija

RKM klimats

B2 klimatsA2 klimats

Mūsdienu upju notece

A2 upju notece

B2 upju notece

Aprēķini

RKM iebūvētais hidroloģiskais modelis (HBV / SMHI)

Hidroloģisko modeļu ansambļa pieeja

Konceptuāls hidroloģiskais modelis MIKE BASIN / DHI

Konceptuāls hidroloģiskais modelis METQ / LLU

Procesus aprakstošs modelis FIBASIN / LU & PAIC

Procesus aprakstošs modelis MIKE SHE & 11 / DHI

Hidroloģisko modeļu ansambļa pieeja ļauj novērtēt nenoteiktību un izvēlēties konkrētai laika / telpas izšķirtspējai piemērotāko modeli

RKM modelis (HBV): noteces moduļa izmaiņa procentos (A2 scenārijs)

Upju notece Latvijā noteikti samazināsies

... vismaz par 5%

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10 12

Mēneš i

Cau

rplū

dum

s, m

3/s

R K M 1961-1990

A2 2071-2100

B 2 2071-2100

MIKE BASIN modelis: vidējais mēneša caurplūdums Lielupe/Mežotne

Lielupes baseinā var samazināties par 25% (B2) līdz 35% (A2)

Noteces sezonālais raksturs mainīsies...

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10 12

Mēneš i

Cau

rplū

dum

s, m

3/s

R K M 1961-1990A2 2071-2100B 2 2071-21001991-2000

Novērojumi norāda uz noteces režīma izmaiņām

MIKE BASIN modelis: vidējais mēneša caurplūdums Lielupe/Mežotne

Aplūkotās vielas – kopējais slāpeklis (Ntot) un fosfors (Ptot)

Biogēno vielu noteces modelēšana

Nav pieejami dati par 1961-1990, modeļi jākalibrē mūsdienām

Zemes lietojums, punktveida piesārņojuma avoti, minerālmēslu lietojums, mājlopu skaits utt.

Statistiskie dati IR PIETIEKAMI

Lietojam MIKE BASIN konceptuālo modeli

Būtiska nenoteiktība par piesārņojumu nākotnē (veģetācijas izmaiņas, lauksaimniecības prakses izmaiņas)

0

2

4

6

8

10

12

14

J an-01 J an-02 J an-03 J an-04 J an-05 J an-06 J an-07

L aiks

Nto

t, m

g/l

Aprēķinātais NtotNovērotais Ntot

MIKE BASIN. Kalibrācija Ntot. Lielupe 2,5 km augšpus Jelgavas

Laba sakritība

Izņemot anomālijas

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8 10 12

Mēneš i

Nto

t, m

g/l

Novērotais klimatsModR E F R K M klimatsMO D-B 2 klimatsMO D-A2 klimats

Pieaug Ntot koncentrācija (ziemās),

Garāks zema Ntot līmeņa periods

Kopējās biogēnu plūsmas, visticamāk, būtiski nemainīsies

MIKE BASIN. Ntot aprēķini. Bērze.

Ntot, t/g Q, m3/sNovērotais klimats 1108 5.1R K M 1124 4.9R K M A2 1119 3.0R K M B 2 1091 3.5

21

Lielākās dabiskās palienes Latvijā atrodas Daugavas ielejā no Daugavpils līdz Jersikai

Noteces ekstrēmi: 1. piemērs / Daugavas palienes

Mērķis:Prognozēt klimata maiņas ietekmi uz noteces ekstrēmu (plūdu un ilgstošu sausuma periodu) režīmu, noskaidrot šo parādību ietekmi uz palieņu ekosistēmām Daugavas vidusteces palienēs.

Noskaidrot dabisko palieņu lomu hidroloģiskā režīma stabilizēšanā

Dabisko palieņu lomas izpēte hidroloģiskā režīma stabilizēšanā:(1) palieņu nozīme palu viļņa laiktelpiskajā transformēšanā; (2) palieņu nozīme palu ūdeņu un cietās noteces akumulēšanā.

Prognozēt plūdu un sausuma režīma paredzamās izmaiņas, ņemot par pamatu hidroloģiskā režīma scenārijus

Gada vidējais caurplūdums Daugavā pie Daugavpils nav būtiski mainījies kopš hidroloģisko novērojumu uzsākšanas 1881. gadā. Tai pat laikā gada maksimālais caurplūdums ir acīmredzami samazinājies, savukārt minimālais caurplūdums – palielinājies.

Noskaidrot plūdu un sausuma ietekmi uz vielu plūsmām palieņu sistēmās un baseinā

USLE (Universal Soil Loss Equation) erozijas modeļa integrācija ĢIS vidēar 2 m šūnas izmēruPa labi - potenciāli iespējamais noskalotā augsnes materiāla daudzums (t·ha-1·gadā-1), oranžā un sarkanā krāsā iekrāsotās teritorijas iezīmē erozijas paaugstināta riska teritorijas.

Piemērs 2: Rīgas pilsētas hidrodinamiskais modelis un applūstošo teritoriju modelēšana

Eksistē nozīmīgs maksimālā ūdenslīmeņa trends 3,6 mm/g

Klimata izmaiņas ņemtas vērā praktiskā projektā

501000 501500 502000 502500 503000 503500

322600

322800

323000

323200

323400

323600

323800

324000

324200

324400

324600

324800

325000

-22.48

-18.77

-15.06

-11.35

-7.636

-3.926

-0.216

3.494

7.204

10.91

14.62

18.33

Modeļapgabals, tā detalizācija

Robežnosacījumu uzdošanas, novērojumu un indikatīvie punkti

APRĒĶINU ILUSTRĀCIJAS1x10 gados (zaļš), 1x100 gados (sarkans). Langas grīva (Ķīšezera Z krasts)

APRĒĶINU ILUSTRĀCIJAS1x10 gados (zaļš), 1x100 gados (sarkans). Vecdaugava, Mangaļsala

APRĒĶINU ILUSTRĀCIJAS1x10 gados (zaļš), 1x100 gados (sarkans). Krasta iela augšpus Salu tiltam

KOPSAVILKUMS1. Izstrādāta metode RKM salīdzinājumam2. Noteikts labākais RKM Latvijai3. Parādīts, ka RKM scenāriji nav tieši izmantojami

salīdzinājumam ar novērojumiem4. Izveidota RKM modeļaprēķinu modifikācijas metode5. Izgatavoti klimata mainības scenāriji Latvijai 6. Veikta nākotnes klimata analīze7. Izveidota modeļu ansambļa pieeja hidroloģiskajai

modelēšanai8. Kalibrēti/verificēti hidroloģiskie modeļi9. Izgatavotas prognostiskās upju noteces datu rindas10. Kalibrēti biogēnu noteces modeļi11. Sniegts prognostisks biogēnu noteces vērtējums12. Veikti pielietojumi plūdu situāciju analīzē

ŠĶIETAMĪBA UN TICAMĪBA KLIMATA MAIŅAS PROGNOZĒS LATVIJAI

Parametrs Šķietams Ticams

Temperatūra +5 grādi +4 grādi

Nokrišņi +200 mm / g +50 mm / g

Upju notece +60 % -10 %

Biogēnu notece

+150 % 0 %