Scenario forecast of changes of the water balance components in the Ob-Irtysh river basin in connection with potential climate change

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

An intergovernmental group of experts on climate control obtained the forecast options of the dynamics for the weather components of the Ob-Irtysh river basin in the XXI century for four global climatic scenarios of the family “Special Report on Emissions Scenarios” complying with the set scenarios of economic, technological, political, and demographic development of the civilization, which served as the basin for the estimation of the options of possible changes of the water balance components of the specified river basic up to the middle of the XXI century. The calculation technique is based on using the physically based model of heat and mass exchange between the land surface and atmosphere SWAP and the climatic scenarios generator MAGICC/SCENGEN. The changes of the annual flow of the Ob river due to potential global climate changes were compared herein with its natural fluctuations caused by the weather noise.

Full Text

Restricted Access

About the authors

E. M. Gusev

Institute of Water Problems of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: sowaso@yandex.ru
Russian Federation, 119333 Moscow

O. N. Nasonova

Institute of Water Problems of the Russian Academy of Sciences

Email: sowaso@yandex.ru
Russian Federation, 119333 Moscow

E. A. Shurkhno

Institute of Water Problems of the Russian Academy of Sciences

Email: sowaso@yandex.ru
Russian Federation, 119333 Moscow

L. Y. Dzhogan

Institute of Water Problems of the Russian Academy of Sciences

Email: sowaso@yandex.ru
Russian Federation, 119333 Moscow

References

  1. Бэйтс Б.К., Кундцевич З.В., У С., Палютикоф Ж.П. Изменение климата и водные ресурсы. Технический документ Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Женева: Секретариат МГЭИК, 2008. 228 с.
  2. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Методика оценки динамики водного и углеродного балансов экосистемы хвойного леса // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2007. Т. 43. № 1. С. 81-92.
  3. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Методика сценарного прогнозирования изменения составляющих водного баланса северных речных бассейнов в связи с возможным изменением климата // Вод. ресурсы. 2013. Т. 40. № 4. С. 396-411.
  4. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Моделирование тепло- и влагообмена поверхности суши с атмосферой. М.: Наука, 2010. 328 с.
  5. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Параметризация процессов тепловлагообмена в системе “грунтовые воды-почва-растительный/снежный покров-атмосфера” для территорий с четко выраженной сезонной изменчивостью климата // Почвоведение. 2000. № 6. C. 733-748.
  6. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я. Сценарное прогнозирование изменения составляющих водного баланса в бассейне р. Лены в связи с возможным изменением климата // Вод. ресурсы. 2016. Т. 43. № 5. С. 476-487.
  7. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я., Айзель Г.В. Сценарное прогнозирование изменения составляющих водного баланса рек Оленек и Индигирка в связи с возможным изменением климата в районе Республики Саха (Якутии) // Вод. ресурсы. 2014. Т. 41. № 6. С. 621-636.
  8. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я., Ковалев Е.Э. Использование модели взаимодействия подстилающей поверхности суши с атмосферой для расчетов речного стока в высоких широтах // Вод. ресурсы. 2008. Т. 35. № 2. С. 181-195.
  9. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Ковалев Е.Э. Особенности воздействия возможных климатических изменений на сток рек, расположенных в различных природных условиях // Информационные технологии естественных и математических наук. Сб. науч. тр. по итогам междунар. науч.-практ. конф. № 4. Ростов-на-Дону: ИЦРОН, 2017. С. 38-44.
  10. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Ковалев Е.Э., Семенов В.A. Неопределенность расчетов и прогнозов составляющих водного баланса речных бассейнов, вызванная климатическим шумом // Научное обеспечение реализации “Водной стратегии Российской Федерации на период до 2020 г.”. Сб. науч. тр. Т. 1. Петрозаводск: Кар. НЦ РАН, 2015. С. 128-134.
  11. Гусев E.М., Насонова О.Н., Шурхно Е.А., Джоган Л.Я., Айзель Г.В. Физико-математическое моделирование многолетней динамики составляющих водного баланса и снегозапасов в Обь-Иртышском речном бассейне // Вод. ресурсы. 2019. Т. 46. № 4.
  12. Кузин В.И., Лаптева Н.А. Гидрологические процессы в Обь-Иртышском бассейне в XXI веке // Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии. Т. II. Тр. III Всерос. науч. конф. с междунар. участием. Барнаул, 2017. С. 136-141.
  13. Мелешко В.П., Голицын Г.С., Говоркова В.А., Демченко П.Ф., Елисеев А.В., Катцов В.М., Малевский-Малевич С.П., Мохов И.И., Надежина Е.Д., Семенов В.А., Спорышев П.В. Возможные антропогенные изменения климата России в XXI-м веке: оценки по ансамблю климатических моделей // Метеорология и гидрология. 2004. № 4. C. 38-49.
  14. Обь и Иртыш. Встреча великих сибирских рек [сайт]. URL: https://uritsk.livejournal.com/185802.html (дата обращения 17.04.2019).
  15. Climate change 1992: The supplementary report to the IPCC assessment / Eds. Houghton J.T., Callande, B.A., Varney S.K. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1992. 200 p.
  16. Climate change 1995. The science of climate change: contribution of Working Group I to the second assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Eds. Houghton J.T., Meira Filho L.G., Callander B.A., Harris N., Kattenberg A., Maskell K. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1995. 572 р.
  17. Duan Q., Sorooshian S., Gupta V.K. Effective and efficient global optimization for conceptual rainfall runoff models // Water Resour. Res. 1992. V. 28. № 4. P. 1015-1031.
  18. Gelfan A., Semenov V.A., Gusev E., Motovilov Y., Nasonova O., Krylenko I., Kovalev E. Large-basin hydrological response to climate model outputs: uncertainty caused by the internal atmospheric variability // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2015. № 19. P. 2737-2754. www.hydrol-earth-syst-sci.net/19/2737/2015/ doi: 10.5194/hess-19-2737-2015.
  19. Gusev Ye.M., Nasonova O.N. The simulation of heat and water exchange in the boreal spruce forest by the land-surface model SWAP // J. Hydrol. 2003. V. 280. № 1-4. P. 162-191.
  20. Gusev Ye.M., Semenov V.A., Nasonova O.N., Kovalev E.E. Weather noise impact on the uncertainty of simulated water // Hydrol. Sci. J. 2017. V. 62. № 8. Р. 1181-1199. doi: 10.1080/02626667.2017.1319064.
  21. Model for the Assessment of Greenhouse-gas Induced Climate Change / Concepts and Design Wigley T.M.L., Raper S.C.B., Hulme M., Salmon M. / Model Development and Scientific Programming Wigley T.M.L., Raper S.C.B., Osborn T.J. / Graphical User Interface Salmon M. Norwich, UK: Climatic Research Unit, University of East Anglia; New York. USA: National Communications Support Programme, UNDP/GEF, 2000. 52 p.
  22. Moss R., Babiker M., Brinkman S., Calvo E., Carter T., Edmonds J., Elgizouli I., Emori S., Erda L., Hibbard K., Jones R., Kainuma M., Kelleher J., Lamarque J.F., Manning M., Matthews B., Meehl J., Meyer L., Mitchell J., Nakicenovic N., O’Neill B., Pichs R., Riahi K., Rose S., Runci P., Stouffer R., van Vuuren D., Weyant J., Wilbanks T., van Ypersele J.P., Zurek M. Towards New Scenarios for Analysis of Emissions, Climate Change, Impacts, and Response Strategies. IPCC expert meeting rep. Geneva: Intergovernmental Panel on Climate Change, 2008. 132 p.
  23. Nakicenovic N., Alcamo J., Davis G., de Vries B., Fenhann J., Gaffin S., Gregory K., Griibler A., Jung T.Y., Kram T., Lebre La Rovere E., Michaelis L., Mori S., Morita T., Pepper W., Pitcher H., Price L., Riahi K., Roehrl A., Rogner H.-H., Sankovski A., Schlesinger M., Shukla P., Smith S., Swart R., van Rooijen S., Victor N., Dadi Z. IPCC Special Report on Emissions Scenarios: A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2000. 599 p.
  24. Nash J.E., Sutcliffe J.V. River flow forecasting through conceptual models: 1 A discussion of principles // J. Hydrol. 1970. V. 10. № 3. P. 282-290.
  25. Nasonova O.N., Gusev Y.M., Volodin E.M., Kovalev E.E. Ability of a land surface model to predict climate induced changes in northern Russian river runoff during the 21st century // Proc. IAHS. 2015. № 371. Р. 59-64.
  26. Nasonova O.N., Gusev E.M., Volodin E.M., Kovalev E.E. Application of the Land Surface Model SWAP and Global Climate Model INMCM4.0 for Projecting Runoff of Northern Russian Rivers. 2. Projections and their uncertainties // Water Resour. 2018. V. 45. Suppl. 6. Р. S85-S92.
  27. Santer B.D., Mears C., Doutriaux C., Caldwell P., Gleckler P.J., Wigley T.M.L., Solomon S., Gillett N.P., Ivanova D., Karl T.R., Lanzante J.R., Meehl G.A., Stott P.A., Taylor K.E., Thorne P.W., Wehner M.F., Wentz F.J. Separating signal and noise in atmospheric temperature changes: The importance of timescale // J. Geophys. Res. 2011. V.116. D22105. doi: 10.1029/2011JD016263.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The design scheme of the Ob-Irtysh basin and its river network [11]. Light gray color indicates the river basin. Irtysh (the main tributary of the Ob river) to the Khanty-Mansiysk stock station (2), dark gray - part of the river basin. Ob to stock st. Kolpashevo (3), the rest of the Ob-Irtysh basin was not painted over to the stock station Salekhard (1).

Download (342KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Climatic evolution of the components of the water balance of the Ob-Irtysh basin until 2060

Download (92KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The climatic evolution of the components of the water balance of the upper part of the river basin. Ob (to the stock station Kolpashevo) (a), river basin. Irtysh (to the stock station Khanty-Mansiysk) (b) and the lower part of the river basin. Ob (before the stock station Salekhard) (c) for the corresponding climatic scenarios of the SRES family until 2060

Download (195KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The evolution of the shape of the climatic annual hydrograph of the runoff layer R p. Ob in the area of ​​the stock station Salekhard until 2070 with the implementation of the climate scenario SRES A1.

Download (76KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Change in the spatial distribution of the components of the water balance of the Ob-Irtysh basin — precipitation (a), total evaporation (b), runoff (c) —in connection with possible climate changes.

Download (981KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Inland regions in the Ob-Irtysh basin (marked with a spotty gray color) [14].  

Download (375KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences