Сотрудники Института водных проблем (ИВП) РАН первыми в мире сформулировали гипотезы о существовании трех фундаментальных законов, описывающих основные особенности изменений вод суши. Об этом сообщили в среду в пресс-службе Минобрнауки РФ.
Гидрология суши - наука, изучающая часть гидросферы Земли: водные объекты, явления и процессы в пределах материков и островов. В этой науке, наравне с математикой, физикой, химией, также существуют свойственные только ей законы. Водные объекты суши испытывают воздействие очень большого количества факторов, поэтому законы, управляющие ледниками, озерами и реками, неизбежно носят эмпирический (основанный на наблюдениях) статистический характер. Всего ученые ИВП РАН предположили существование трех фундаментальных законов гидрологии: закон минус второй степени, глобальный статистический закон инвариантности (неизменности) и закон степени минус одна вторая.
"Ученые ИВП РАН первыми в мире выдвинули гипотезу о трех фундаментальных законах гидрологии суши", - приводит пресс-служба слова заведующего лабораторией глобальной гидрологии ИВП РАН, доктора географических наук Сергея Добровольского.
Выявленные закономерности опираются на многолетние исследования, проводившиеся в этой лаборатории.
Упомянутые 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 XXI века.
Три эмпирических закона гидрологии
"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", - отметил Добровольский.
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.
"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", - сказал он.
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.
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.