Straipsnis Lietuvos ežerų vandens lygiai – hidroterminių sąlygų indikatoriai: parametrizavimo galimybės

Santrauka. Straipsnyje nagrinėjamos ežerų vandens lygio rodiklių panaudojimo galimybės, apibūdinant aplinkos hidrotermines sąlygas. Tam panaudotas santykis tarp metinės ir daugiametės ežero vandens lygio svyravimo amplitudžių. Analizei pritaikytas „slenkančio rėmelio“ metodas. Tyrimui pasirinkti 6 Lietuvos ežerų vandens lygiai 1970–1993 m. laikotarpyje. Taip pat analizuojama koreliacija tarp ežerų vandens lygio amplitudžių santykio ir rodiklių, lemiančių ežero reakciją į hidrotermines sąlygas. Geriausia koreliacija gauta ežeruose, pasižyminčiuose smėlėtais baseinais.

Pagrindiniai žodžiai: ežerai, vandens lygis, klimato kaita.

Įvadas

Vandens telkinių hidrogramos (tiek konkretaus laikotarpio vyraujančios tendencijos, tiek momentiniai vandens lygiai) vandens balanso elementų santykio atspindys. Pastarieji labiausiai priklauso nuo klimato ir baseino struktūros. Tad analogiškos baseino struktūros vandens telkinių hidrogramos gali būti tiesiogiai panaudotos klimato rodiklių kaitos analizei.

Praktika rodo, kad vienas geriausių tarp hidrologinių objektų klimato kaitos indikatorių yra ežerai. Seniai žinoma, jog jautriausiai į ilgalaikę hidroterminių sąlygų kaitą reaguoja nenuotakūs ežerai Žr. Арсений Владимирович Шнитников, Изменчивость общей увлажненности материков северного полушария, 1957; «Уровень озер земного шара как показатель изменчивости во времен и общей увлажненности их бассейнов», 1975. . Deja, Lietuvoje nėra galimybių tuo įsitikinti: vienintelės prie nenuotakaus Švento ežero veikusios hidrologijos stoties duomenų seka nei pakankamo ilgio, nei nuosekli ir patikima (kyla įtarimas, kad ir veikė tik popieriuje). Kita vertus, Lietuvoje gausu tikrai neblogai ištirtų nuotakių ežerų, kurių hidrologiniai bei baseinų morfometriniai rodikliai (kurie dažniausiai naudojami kaip pagrindiniai jų struktūrą apibūdinantys elementai) tiksliai žinomi. Tokių ežerų vandens lygių svyravimus tiek pas mus Žr. Arūnas Bukantis, Zenonas Gulbinas, Saulius Kazakevičius, Kęstutis Kilkus, Aldona Mikelinskienė, Regina Morkūnaitė, Egidijus Rimkus, Minijus Samuila, Gintautas Stankūnavičius, Gintaras Valiuškevičius, Rimas Žaromskis, Klimato svyravimų poveikis fiziniams geografiniams procesams Lietuvoje, 2001; Juozas Macevičius, „Klimato svyravimai Lietuvoje ir antropogeninė veikla“, 1991. , tiek kitose šalyse Žr. Dieter Schumann, „Die Beziehungen zwischen Niederschlagshöhe und Wasserstandsänderung in oberirdisch zu- und abflußlosen Seen des Norddeutschen Tieflands“, 1972. ne kartą mėginta sieti su klimato pokyčiais. Bet būtina pabrėžti, jog pakankamai gerų rezultatų šiuo atveju pasiekiama tik analizuojant itin didelius ežerus, be to, pats vandens lygis dažniausiai išreiškiamas kaip šilumos ir energijos apykaitos tarp vandens ir oro masių funkcija Žr. Владилен Николаевич Адаменко, Климат и озера, 1985; Climate Impacts on Hydrology and Aquatic Ecosystems, 2003. . Mūsų sąlygomis tokiems tyrimams atlikti kol kas stinga duomenų.

Vis dėlto situacija nėra beviltiška, juolab kad įvairūs autoriai Žr. Kazimieras Gaigalis, Jonas Jablonskis, Pietryčių Lietuvos hidrografija: ežerai, 1976; Kęstutis Kilkus, Lietuvos ežerų hidrologija: limnologinių procesų priklausomybė nuo morfometrinių parametrų, 1989; Juozas Macevičius, „Klimato svyravimai Lietuvoje ir antropogeninė veikla“, 1991. ne kartą akcentavo ežero vandens lygio priklausomybę nuo klimatinių faktorių. Rodos, bene didžiausias kabliukas, lig šiol trukdęs atskleisti ežerų vandens lygių sąsajas su hidroterminiais rodikliais, mėginimas lyginti tarpusavyje labai konkrečius rodiklius (maksimalų vandens lygį su kritulių kiekiu, minimalų lygį su temperatūra ir pan.). Ne sykį ant tokios, paprastumu viliojančios, analizės buvo užkibęs ir šio straipsnio autorius. Taip kilo esminė šio straipsnio idėja pamėginti surasti kiek įmanoma paprastesnius kriterijus, kurie (naudojantis turimais duomenimis) atspindėtų tiek ežero vandens lygį, tiek klimato sąlygas formuojančių faktorių kompleksą. Būtent remiantis šių kriterijų ryšiu galima kompleksiškai įvertinti klimato poveikį ežerų vandens lygių kaitai.

Pirmojoje straipsnio dalyje aprašomi geriausiai ežerų vandens lygių kaitą ir ją lemiančių klimato sąlygų kompleksiškumą apibūdinantys rodikliai, supažindinama su jų apskaičiavimo metodika ir pateikiami pradinės (atliktos naudojantis trumpalaike duomenų seka) analizės rezultatai. Antrojoje dalyje bus pateikti detalesnės analizės (pagal ilgesnę duomenų seką ir pakoregavus parametrus) rezultatai.

1. Ežerų vandens lygio rodiklių parametrizavimas

1.1. Teorinės prielaidos

Hidrodinaminiu požiūriu ežeras gana statiškas objektas (lyginant, pavyzdžiui, su upe). Taigi logiška jo vandens lygio kaitą analizuoti remiantis būdingais (minimaliais, vidutiniais ir maksimaliais) metiniais vandens lygiais. Žinoma, tai kiek susiaurina galimos analizės taikymą orientuojamasi tik į ilgalaikių klimato svyravimų poveikį, bet, kita vertus, būdingų vandens lygių kaita ir ją lemiantys veiksniai Lietuvoje geriausiai ištirti Žr. Йонас Яблонскис, «Вековая цикличность гидрометеорологических элементов южно – прибалтийской части СССР», 1971; Kęstutis Kilkus, Lietuvos ežerų hidrologija: limnologinių procesų priklausomybė nuo morfometrinių parametrų, 1989; „Ežerų hidrogramų parametrizavimas ir dešifravimas“, 1995; Gintaras Valiuškevičius, „Lietuvos ežerų nuotakumo vertinimas pagal būdingų vandens lygių autokoreliaciją“, 1996, ir kt. . Be to, šiuos duomenis nesunku rasti (maksimumų ir minimumų nustatymui neretai galima panaudoti ir ne kasdienius vandens lygio matavimo duomenis). Itin svarbu ir tai, kad pagal minimalius ir maksimalius vandens lygius nustatomas dar vienas šio tipo analizei tinkamas rodiklis metinė vandens lygio svyravimo amplitudė (AM). Būtent amplitudė geriausiai atspindi hidroterminių sąlygų kaitą per metus, taigi ją galima laikyti savotišku atraminiu rodikliu.

Kita vertus, ilgalaikių klimato pokyčių poveikio ežero vandens lygio kaitai vien metinė amplitudė neatspindi. Jų poveikis labiau išryškėja vertinant daugiametę vandens lygio kaitos amplitudę. Savo laiku K. Kilkus detaliai aprašė ežero hidrogramų dešifravimo metodiką, ypač akcentuodamas metinės (AM) ir daugiametės (AD) vandens lygio kaitos amplitudės santykį Žr. Kęstutis Kilkus, „Ežerų hidrogramų parametrizavimas ir dešifravimas“, 1995. . Joje išryškinti svarbiausi AM/AD dydį lemiantys veiksniai: jis artėja prie maksimumo (AM/AD→1) ežere vyraujant horizontaliosios vandens apykaitos elementams ir mažėja (AM/AD→0) vyraujant vertikaliajai vandens apykaitai. Tad patį AM/AD dydį lemia santykinis baseinas bei ežero gaunamos prietakos sureguliavimo laipsnis.

Aktuali dar viena aptariamo rodiklio savybė: AD taigi ir AM/AD dydis priklauso nuo analizuojamojo laikotarpio trukmės (nuo to priklauso, kokio rango vandens lygio svyravimai gali į jį patekti) bei to laikotarpio klimato sąlygų kaitos (kuo platesniame intervale jos kito, tuo didesnė AD reikšmė bus užfiksuota net esant to paties rango vandens lygio svyravimams). Svyravimų rangą šiuo atveju derėtų suprasti kaip svyravimų periodo su visomis fazėmis (nuo minimumo iki minimumo ar nuo maksimumo iki maksimumo) ilgį. Ilgiau trunkantiems (aukštesnio rango) lygio svyravimams dažniausiai būdinga ir didesnė AD. Vadinasi, pasirinkus analogišką tyrimų laikotarpį ir jį suskaldžius į kelis vienodos trukmės periodus, būtų galima lyginti net skirtingos vandens balanso struktūros bei morfometrinių rodiklių ežerų AM/AD dydžio pokytį. Teoriškai šio santykio kaitos tendencijos turėtų rodyti lyginamų laikotarpių vandeningumo pokytį. Tačiau norint jį išryškinti reikia itin ilgų ir homogeniškų duomenų sekų, kurių tarp veikiančių hidrologijos stočių retai kuri turi. Pamėginkime paanalizuoti, kokios yra praktinės šio rodiklio taikymo galimybės.

1.2. Santykio AM/AD kaitos analizės metodika

Kaip buvo minėta, analizės esmė skirtingų laikotarpių santykio AM/AD palyginimas. Jį galima atlikti keliais būdais.

Pats paprasčiausias lyginti du vienodos trukmės vienas po kito einančius laikotarpius (pavyzdžiui, trisdešimtmečius, kas daroma klimatologijoje). Deja, šiuo atveju susiduriame su dviem esminėmis problemomis: 1) duomenų stoka (tiek pradinei analizei reikia ne trumpesnės nei 60 metų duomenų sekos, tiek ir jos rezultatų apibendrinimui galutiniame variante turimi tik du skaičiai); 2) vietoj realios konkrečių metų AM tektų naudoti viso dydį (į konkretų dešimtmetį, dvidešimtmetį ar trisdešimtmetį gali pakliūti laikotarpiai ir su ryškiais vandens lygio kaitos trendais, ir su itin panašiomis būdingų vandens lygių reikšmėmis). Todėl šį metodą derėtų taikyti tik tuo atveju, kai vandeningumo bei jį lemiančių veiksnių kaitos tendencijos jau žinomos.

Daugiau galimybių analizei lieka taikant vadinamąjį slankiojo rėmelio metodą. Jo esmė atsiskleidžia 1 paveiksle, kur parodyta, kaip šiuo metodu apskaičiuotos Lūksto ežero skirtingos trukmės AD.

AM reikšmė priimama tokia, kokia užfiksuota viduriniais tarpsnio metais (pavyzdžiui, 1975 1981 m. AD lyginama su 1978 m. AM; 1976 1982 m. AD su 1979 m. AM ir t. t.). Pabrėžtina, kad tokia metodika tinka tik tarpsniams su nelyginiu metų skaičiumi, nes tik tuo atveju galima pasirinkti AM, atspindinčią tarpsnio vidurį. Didžiausias šio metodo privalumas žymiai daugiau AM/AD reikšmių, atspindinčių šio dydžio kaitą konkrečiais metais. Antai jei turime 40 metų trukmės vandens lygio duomenis, lygindami du vienodus tarpsnius turėtume tik 2 AM/AD reikšmes; tuo tarpu pasirinkę slankųjį rėmelį su 3 metų AD, gausime 38 AM/AD, su 7 metų AD 34 AM/AD ir t. t. Pradiniame variante AD buvo prilyginta 3, 7, 11, 15 ir 21 metams (toliau dėl paprastumo atitinkamai vadinama A3, A7, A11, A15 bei A21). Svarbu ir tai, kad priklausomai nuo AD trukmės galima spėti, kokio rango daugiamečiai svyravimai vyrauja viename ar kitame ežere. 2 paveiksle matyti, kaip kinta santykis AM/AD naudojant skirtingos trukmės AD.

2. Hidroterminių sąlygų rodiklių parametrizavimas

2.1. Vandens lygio kaitą lemiantys klimato rodikliai

Siekiant atskleisti ežerų vandens lygio kaitos priklausomybę nuo klimato sąlygų, būtina pasirinkti klimato rodiklius, kurie labiausiai veikia ežerų vandens lygio kaitą. Kadangi ją nutarėme apibūdinti metine amplitude AM bei daugiamete amplitude AD, pamėginkime išsiaiškinti šiuos dydžius lemiančias klimato sąlygas. AM maksimalaus ir minimalaus metinio vandens lygio skirtumas, taigi norint ją susieti su klimatu reikia nustatyti šiuos dydžius formuojančius klimato rodiklius.

Lietuvoje ežerų maksimalus vandens lygis dažniausiai būna pavasario potvynio metu Žr. Kęstutis Kilkus, Lietuvos ežerų hidrologija: limnologinių procesų priklausomybė nuo morfometrinių parametrų, 1989. . Jis beveik visada susijęs su sniego tirpsmo metu į ežerą patenkančiu vandens kiekiu. Pastarąjį lemia du faktoriai: 1) maksimalios vandens atsargos sniege ir 2) sniego tirpsmo vandens patekimas į ežerą. Tiesa, nereikia pamiršti, kad į ežerą patekusio vandens poveikis jo lygiui priklauso nuo nuotėkio transformavimosi ežere. Tačiau, prisiminus, jog faktiškai vertiname klimato sąlygų poveikį AM/AD dydžiui, į transformavimosi pobūdį galime nekreipti dėmesio. Vadinasi, iš maksimalų ežerų vandens lygį veikiančių klimato rodiklių logiškiausia remtis maksimaliu vandens atsargų sniege dydžiu bei oro temperatūra sniego tirpsmo metu. Žinoma Žr. Egidijus Rimkus, Sniego dangos režimas ir klimato svyravimai Lietuvoje, 1999. , kad Lietuvos sąlygomis maksimalias vandens atsargas sniege pakankamai gerai atspindi maksimalus sniego dangos storis. Atsižvelgiant į tai, jog jį apibūdinančius duomenis nesunku rasti, jis šiuo atveju laikytinas pagrindiniu maksimalų ežerų vandens lygį formuojančiu veiksniu. Deja, sniego tirpsmo intensyvumas apibūdinamas daug sunkiau, todėl pradiniame analizės etape jį veikiantys rodikliai nenaudoti (ateityje bus mėginama jį įvertinti pagal vidutinę pavasario mėnesių oro temperatūrą).

Minimalus metinis vandens lygis antras AM reikšmę lemiantis rodiklis. Skirtingai nuo maksimumo, kurio datos pernelyg nesiskiria (prireikus galima net apskaičiuoti vidutinę potvynio datą), minimalus vandens lygis gali susiformuoti ir vasarą, ir rudenį, ir žiemą. Šiuo atveju parenkant jį lemiantį klimato rodiklį, pirmiausiai orientuotasi į tai, kad daugiametė ežerų vandens lygio kaita vertinta pagal santykį AM/AD. Šis dydis dažniausiai būna maksimalus tais metais, kai minimalūs vandens lygiai stebėti vasarą. Tarp klimato rodiklių minimalius vasaros vandens lygius ežeruose mūsų sąlygomis geriausiai atspindi kritulių ir temperatūros santykis. Šio tipo rodiklius, kadangi jie ypač svarbūs apibūdinant agrometeorologines sąlygas, jau seniai mėginta parametrizuoti. Sukurta aibė vadinamųjų hidroterminių koeficientų, tarp kurių populiariausi G. Selianinovo, R. Davido, C. Torntveito, V. Popovo, N. Bovo Žr. М. Кулик, В. Синельщиков (ред.), Лекции по сельскохозяйственной метеорологии, 1966; Dwain Daniels, Greg Johnson, “Development of a New Precipitation-Effectiveness Index,” 2001. . Beveik visi jie paremti arba tiesioginiu kritulių kiekio ir temperatūros sumos per tam tikrą laikotarpį santykiu (dauginant lygties narius iš tam tikrų koeficientų), arba nuo šių rodiklių priklausomais dydžiais (drėgmės pertekliu, drėgmės trūkumu, jų skirtumu, santykiniu drėgnumu ir pan.). Pabrėžtina, kad, išskyrus Torntveito drėgnumo indeksą, visi minėtieji koeficientai taikomi tik vegetacijos laikotarpiui arba dar trumpesniam sausros tarpsniui. Torntveito indeksu galima įvertinti teritorijos drėgnumą per metus, todėl jis jau seniai taikomas ir hidrologiniuose modeliuose Žr. Sten Bergström, “Principles and Confidence in Hydrological Modelling,” 1991. . Tačiau, norint jį taikyti, būtina turėti stacionarių suminio garavimo matavimų duomenis, be kurių neįmanoma tiksliai nustatyti garingumo apskaičiavimui būtinų koeficientų.

Be to, vertinant klimato poveikį ežerų AM/AD dydžiui labiau domina ne bendro metų drėgnumo rodikliai, o drėgnumo kaitos per metus rodikliai. Vienas iš svarbesnių tarp jų šiuo atveju būtų metinė oro temperatūros svyravimo amplitudė. Tam, kad tarp didele temperatūros amplitude išsiskyrusių metų išryškėtų sausiausieji, taip pat būtina atsižvelgti į kritulių kiekį vasarą. Pamėginkime paanalizuoti, kaip, naudojantis šiais rodikliais bei anksčiau minėtu maksimaliu sniego dangos storiu, galima atskleisti teritorijos (baseino) drėgnumo kaitą per metus.

2.2. Siūlomi hidroterminių sąlygų kaitos per metus rodikliai

Atsižvelgiant į ankstesniame skyrelyje aptartas išlygas, maksimalų Lietuvos ežerų vandens lygį tarp klimatinių rodiklių labiausiai veikia maksimalus sniego dangos storis, o minimalų oro temperatūra bei kritulių kiekis vasarą. Hidroterminių sąlygų kaitą per metus iš esmės atspindėtų oro temperatūros amplitudė (TA) bei kritulių kiekio skirtumas tarp didžiausiu ir mažiausiu kritulių kiekiu išsiskyrusių mėnesių (taigi tam tikra prasme kritulių amplitudė KA).

Tačiau TA gali būti nulemta ir vos kartą stebėtų temperatūros minimumų ir maksimumų, kurie, be abejo, bent kiek ilgesnio laikotarpio hidroterminių sąlygų nespėja nulemti (pastarosios gi paveikia ežero vandens lygį tik tuomet, jei vyrauja pakankamai ilgą laiką dešimtadienį, mėnesį ar sezoną, be to, jų poveikis tiesiogiai priklauso nuo trukmės). Siekiant to išvengti, patogiausia TA skaičiuoti kaip maksimaliu ir minimaliu oro temperatūros vidurkiu išsiskyrusių mėnesių vidutinės temperatūros skirtumą.

Vertinant skirtumą tarp maksimalaus ir minimalaus mėnesio kritulių kiekio (KA = K_maks K_min), susiduriame su kita problema: didžiausias kritulių kiekis Lietuvoje būdingas laikotarpiui nuo birželio iki rugpjūčio, tuo tarpu mažiausiai jų iškrinta nuo sausio iki balandžio Žr. Arūnas Bukantis, Lietuvos klimatas, 1994. . Prisiminus, jog maksimalus ežerų vandens lygis dažniausiai formuojasi pavasarį (taigi yra suformuotas žiemą iškritusių kietųjų kritulių), o minimalus vasarą rudens pradžioje (arba bent jau didžia dalimi priklauso nuo šio laikotarpio vandeningumo), tampa aišku, kad skaičiuoti metų KA kaip maksimalaus ir minimalaus mėnesinio kritulių kiekio skirtumo negalima. Šiuo atveju KA logiškiau vertinti kaip tarp prieš tirpsmą sniege susikaupusio vandens kiekio ir minimalaus sausojo sezono kritulių kiekio skirtumą. Sausuoju sezonu derėtų laikyti gegužės rugsėjo laikotarpį, taigi K_min būtų mažiausiu kritulių kiekiu išsiskyrusio per šį laikotarpį mėnesio reikšmė konkrečiais metais. Deja, nustatyti K_maks žymiai sunkiau: tam būtina tiksliai žinoti sniego tirpsmo pradžios kiekvienais metais datą. Todėl vietoj šio dydžio kol kas tiks maksimalus praeitos žiemos sniego dangos storis (milimetrais). Tuomet bendrą hidroterminių sąlygų kaitą per metus galima apibūdinti aptartais metodais apskaičiuotų TA ir KA sandauga (TA×KA). Kokia šio rodiklio sąveika su ežerų metinių ir daugiamečių vandens lygio amplitudžių santykiu AM/AD, kokių reikia duomenų norint ją išryškinti, kokios šio parametro taikymo galimybės, dabar ir pamėginta išsiaiškinti.

3. Pradiniai analizės rezultatai

Pradinei analizei pasirinkti šeši ežerai (Dusia, Lūkstas, Plateliai, Tauragnas, Totoriškių ež., Žeimenys), pagal kurių minimalius bei maksimalius metinius vandens lygius apskaičiuotos metinės lygio svyravimo amplitudės AM 1970 1993 metais. Laikotarpis pasirinktas atsižvelgiant į tai, kad būtų galima remtis didesniu ežerų stebėjimų skaičiumi (1973 m. stebėjimai Plateliuose nutraukti) bei homogeniškomis duomenų sekomis (nuo 1970 m. Dusios vandens lygis reguliuojamas). Vėliau pagal aprašytą metodiką nustatytas kiekvieno ežero AM santykis su trijų, septynių, vienuolikos, penkiolikos bei dvidešimt vienerių metų laikotarpio vandens lygio kaitos amplitudėmis (A3, A7, A11, A15, A21).

Pasirinktieji ežerai patogūs ir tuo, kad jų vandens lygio svyravimus lemiančias klimato sąlygas neblogai reprezentuoja gana arti esančių meteorologijos stočių (MS) matavimų duomenys Žr. Arūnas Bukantis, Zenonas Gulbinas, Saulius Kazakevičius, Kęstutis Kilkus, Aldona Mikelinskienė, Regina Morkūnaitė, Egidijus Rimkus, Minijus Samuila, Gintautas Stankūnavičius, Gintaras Valiuškevičius, Rimas Žaromskis, Klimato svyravimų poveikis fiziniams geografiniams procesams Lietuvoje, 2001. . Tauragno ir Žeimenų ežerų TA ir KA rodikliai skaičiuoti pagal Utenos MS, Totoriškių ežero pagal Vilniaus MS, Dusios ežero pagal Varėnos MS, Lūksto ir Platelių ežerų pagal Telšių MS duomenis.

Vėliau kiekvienam ežerui buvo apskaičiuoti AM ir skirtingos trukmės santykio AM/AD porinės koreliacijos su atitinkamų metų TA×KA rodikliu koeficientai. Jie pateikti lentelėje.

Bent kiek glaudesnis ryšys tarp aptariamų rodiklių būdingas tik Žeimenų ir Tauragno ežerams. Dusios ežero AM ir santykio AM/AD koreliacija su TA×KA rodikliu labai silpna. Tarp Lūksto, Platelių ir Totoriškių ežerų rodiklių apskritai vyrauja neigiami koreliacijos koeficientai. Be abejo, tai gali būti sąlygota gana trumpo analizės laikotarpio (nereikia pamiršti, jog jis trumpėja skaičiuojant AM santykį su ilgesnio tarpsnio AD, tad, tarkime, AM/A21 koreliacinei analizei naudojama tik 11 skaičių) bei to, kad klimatinės sąlygos apibūdintos remiantis tik vienos artimiausios MS duomenimis.

Kita vertus, netgi remiantis tokiais, regis, mažai ką rodančiais rezultatais, galima padaryti kelias išvadas, į kurias atsižvelgus ateityje bus galima tobulinti pasiūlytą analizės metodiką. Pirma, aiškiai matyti, jog dėl maksimalius vandens lygius formuojančių sąlygų ypatumų pasiūlyti rodikliai netinka Vakarų Lietuvai. Šio regiono ežerams būtina ieškoti jautriau į trumpalaikius hidroterminių sąlygų pokyčius reaguojančių rodiklių. Antra, pasiūlyta metodika labiausiai tinka mažo ežeringumo indekso ežerams. Šiuo atveju reikia pabrėžti, jog ežeringumo indeksas, kalbant apie mūsų pasirinktus ežerus, labiausiai priklauso ne nuo ežero, o nuo jį maitinančio baseino ploto. Taigi geriausiai hidroterminių sąlygų kaitą per metus indikuoja ežerai, išsiskiriantys stipria natūralia reguliacija, t. y. turintys didelius ir smėlingus baseinus. Būtent jų santykio AM/AD priklausomybės nuo klimato rodiklių analizei bus skirta daugiausiai dėmesio antroje šio straipsnio dalyje. Pastebėtina, kad baseino reguliuojamosios gebos poveikis yra bene svarbiausias ežero vandens lygio priklausomybę nuo hidroterminių sąlygų lemiantis veiksnys. Trečia, aukščiausi koreliacijos su TA×KA rodikliu koeficientai būdingi ilgo laikotarpio santykiui AM/AD (AM/A11, AM/A15, AM/A21). Tačiau norint išryškinti šių rodiklių ryšį, būtina naudotis daug ilgesnėmis pradinių duomenų sekomis.

Be abejo, pateiktos pradinės analizės rezultatai palieka gana platų lauką ieškojimams ateityje. Antai, glaudus ryšys tarp hidroterminių sąlygų ir upinio režimo ežerų vandens lygių kaitos rodo, kad panašių sąsajų tarp minėtų rodiklių galima nustatyti ir upių atžvilgiu. Kita vertus, analizuojant ilgesnes duomenų sekas, ežerams būdingas vienas esminis privalumas jų lygio svyravimas rodo hidroterminių sąlygų kaitos konkrečiais metais dydį daugiamečio laikotarpio fone (upių vandens lygio skirtumas tarp daugiamečio laikotarpio minimumų ir maksimumų daug mažesnis). Į šią jų savybę bus atsižvelgta straipsnio tęsinyje, siekiant atskleisti metų hidroterminių sąlygų kaitos cikliškumą.

Išvados

1. Ežerų vandens lygio kaitos ypatumus atskirais metais galima išryškinti naudojantis slankiojo rėmelio metodu apskaičiuotu metinės ir daugiametės vandens lygio svyravimo amplitudės santykiu AM/AD. Šis rodiklis sietinas su hidroterminių sąlygų kaita per metus ir gali ją indikuoti.

2. Kol kas nėra patikimo hidroterminių sąlygų kaitos per metus rodiklio. Lietuvos sąlygomis pradiniame parametrizavimo etape patogiausia naudoti sniege sukaupto vandens kiekio ir sausiausio mėnesio kritulių kiekio skirtumą bei oro temperatūros svyravimo amplitudę apibūdinančius rodiklius.

3. Naudojantis aprašyta metodika geriausiai hidroterminių sąlygų kaitą per metus atspindi gera natūralia reguliacija išsiskiriančius baseinus turinčių Rytų Lietuvos ežerų metinės vandens lygio svyravimo amplitudės santykis su ilgesnio nei dešimties metų laikotarpio daugiamete vandens lygio svyravimo amplitude.

Literatūra

• Bergström, Sten, “Principles and Confidence in Hydrological Modelling,” Hydrology Research, 1991, vol. 22, no. 2, pp. 123–136.
• Bukantis, Arūnas, Lietuvos klimatas, Vilnius: Vilniaus universiteto leidykla, 1994.
• Bukantis, Arūnas; Zenonas Gulbinas, Saulius Kazakevičius, Kęstutis Kilkus, Aldona Mikelinskienė, Regina Morkūnaitė, Egidijus Rimkus, Minijus Samuila, Gintautas Stankūnavičius, Gintaras Valiuškevičius, Rimas Žaromskis, Klimato svyravimų poveikis fiziniams geografiniams procesams Lietuvoje, Vilnius: Geografijos institutas, 2001.
• Climate Impacts on Hydrology and Aquatic Ecosystems, 2003.
• Daniels, Dwain; Greg Johnson, “Development of a New Precipitation-Effectiveness Index,” 2001.
• Gaigalis, Kazimieras; Jonas Jablonskis, Pietryčių Lietuvos hidrografija: ežerai, Vilnius: Mokslas, 1976.
• Kilkus, Kęstutis, „Ežerų hidrogramų parametrizavimas ir dešifravimas“, Geografija, 1995, nr. 31, p. 25–28.
• Kilkus, Kęstutis, Lietuvos ežerų hidrologija: limnologinių procesų priklausomybė nuo morfometrinių parametrų, Vilnius: Mokslas, 1989.
• Kilkus, Kęstutis, Lietuvos vandenų geografija, Vilnius: Apyaušris, 1998.
• Macevičius, Juozas, „Klimato svyravimai Lietuvoje ir antropogeninė veikla“, Regioninė hidrometeorologija, 1991, nr. 14, p. 3–11.
• Rimkus, Egidijus, „Žiemos sezono įvairios fazinės sudėties kritulių trukmė bei jų kiekio nustatymo tikslumas skirtinguose Lietuvos regionuose“, Geografijos metraštis, 1996, t. 29, p. 145–153.
• Rimkus, Egidijus, Sniego dangos režimas ir klimato svyravimai Lietuvoje, daktaro disertacija, fiziniai mokslai, geografija (06P), Vilnius, 1999.
• Schumann, Dieter, „Die Beziehungen zwischen Niederschlagshöhe und Wasserstandsänderung in oberirdisch zu- und abflußlosen Seen des Norddeutschen Tieflands“, Wasserwirtschaft Wassertechnik, 1972, Bnd. 22, S. 56–70.
• Valiuškevičius, Gintaras, „Lietuvos ežerų nuotakumo vertinimas pagal būdingų vandens lygių autokoreliaciją“, Geografija, 1996, nr. 32, p. 33–35.
• Адаменко, Владилен Николаевич, Климат и озера, Ленинград: Гидрометеоиздат, 1985.
• Кулик, М.; В. Синельщиков (ред.), Лекции по сельскохозяйственной метеорологии, Ленинград: Гидрометеорологическое издательство, 1966.
• Шнитников, Арсений Владимирович, «Уровень озер земного шара как показатель изменчивости во времен и общей увлажненности их бассейнов» | Гидрология озер и водохранилищ: 1. Озера, 1975, c. 4–32.
• Шнитников, Арсений Владимирович, Изменчивость общей увлажненности материков северного полушария | Записки Географического общества СССР, т. 16, Москва, Ленинград: Издательство академии наук СССР, 1957.
• Яблонскис, Йонас, «Вековая цикличность гидрометеорологических элементов южно – прибалтийской части СССР» | Тр. АН ЛитССР, Сер. Б, т. 2, 1971, c. 78–85.

The Water Level of Lithuanian Lakes as an Indicator of Climate Change: Possibilities of Parametrization

Summary. Comparison of the main characteristics (average water level and precipitation, minimal water level and air temperature, etc.) is the most widely employed method in revealing the influence of climate on lake water level oscillations. Yet, under Lithuanian conditions this method rarely yields results, which would lead to more serious generalizations. The aim of the present paper is to try find out simple and easily obtainable criteria, which would allow to estimate the influence of climatic conditions on the lake water level. The first section of this work introduces the possible methods of parameterization of lake water level and hydrothermal condition changes.

The ratio of annual and long-term amplitude is suggested as the major index describing the lake water level fluctuations. The variations of this index during a certain fixed time span makes it possible to compare even lakes of different basins and with different morphometric characteristics. The temporal variations of this parameter can be revealed using the principle of running frame when the annual water level amplitude (AM) of middle years of a span is compared with the amplitude of the whole time span (Fig. 1). For example, the AD of 1975–1981 is compared with AM of 1978; AD of 1976 1982 with AM of 1979, etc.

The following two major indices have been chosen for description of hydrothermal conditions: amplitude of air temperature TA and amplitude of precipitation KA. TA is the difference of mean temperatures of months with the highest and lowest mean monthly air temperature. This makes it possible to avoid the increase of the amplitude, which may result air temperature anomalies lasting for one or a few days. In case of Lithuania it is most convenient to calculate KA converting into millimeters the difference between the maximal thickness of snow cover and monthly precipitation of the month of dry season (May–September) which stood out for minimal precipitation. The product of KA and TA is taken as the final parameter, describing the annual variation of hydrothermal conditions.

Correlation coefficients of this product and AM/AD ratio in six Lithuanian lakes revealed that according to the discussed parameters the lakes of eastern part of Lithuania with relatively big sandy basins are most sensitive to annual variations of hydrothermal regime. A more detailed analysis of how lake water level oscillations may be used as indicators of climate changes will be presented in the following section of this paper.

Keywords: lakes, water stage, climate change.