Связь расходов с осадками (коэффициент корреляции)

УДК 556.5.04/08

Некоторые проблемы современных гидрологических исследований на алтае *

Пошелюжин А.В. (АлтГУ, Барнаул), e - mail: katun@ab.ru

(Научный рецензент к.г.н., доцент Галахов В.П.)

Думать – не развлечение, а обязанность.

А. и Б. Стругацкие

Для изучения гидросети часто самым приоритетным методом исследования выбирается статистический метод. Понятно, что для любой подобной работы необходим, прежде всего, сам статистический материал, т.е. ряды различных инструментальных наблюдений. Такие наблюдения за динамикой рек в Алтайском крае ведутся более чем на 100 водомерных постах. На некоторых реках период наблюдений продолжается около 100 лет. Например, гидрологический пост на реке Оби у города Барнаула начал регулярные наблюдения в 1922 году, у Камня-на-Оби такой пост открыт в 1893, на реке Бии у Бийска – в 1894, и т.д. Иными словами для больших рек мы имеем почти вековые наблюдения, и по этим наблюдениям можно построить графики, различные линии тренда, сделать ближайший прогноз и многое другое. Однако взглянем на такие графики. Мы видим, что они не плавные, они очень сильно изрезаны, амплитуды колебаний на них из года в год могут быть совершенно различными. Таким образом, появляется закономерный вопрос: насколько показательны те же линии тренда для таких графиков? Ведь если мы начнем варьировать период наблюдений, то будем получать и совершенно разные тренды. И вряд ли зная общую тенденцию можно предсказать, хотя бы весьма приблизительно, каков, например, будет уровень какой-либо реки в следующем году, в ближайшие два, три года. Но и говорить о многовековой динамике реки/рек на основе лишь векового ряда наблюдений нельзя, т.к. он (ряд) является лишь одним локальным участком на общей временной шкале, а при уменьшении периода наблюдений линии тренда сильно меняются, поскольку они отражают тенденции всё наиболее «микроскопичного» временного уровня. И если увеличить этот период, то вполне можно обнаружить такую особенность, что начало графика, где происходил, скажем, упадок среднего годового уровня воды, на самом деле входит в период его возрастания, но – на более «макроскопичном» временном отрезке. И это обязательно необходимо учитывать при вопросах, касающихся многовековых, да и многолетних, тенденций.

Нужно также отметить и следующее. Часто многие используют средние значения, в том числе и среднее многолетнее. Но при сравнении средних многолетних разных объектов всегда необходимо учитывать, что они могут быть подсчитаны для разных периодов и тогда сравнение будет неверным.

Однако вековые наблюдения чаще имеются на постах больших рек или рек главного хозяйственного значения. Для рек же относительно мелких статистические наблюдения в Алтайском крае как правило начаты в 30-х годах прошлого века, а еще чаще – в 50-60-х. Стало быть, и сужаются возможности для исследователя. Помимо того, как оказалось, часто ряды наблюдений могут прерываться. Это вызвано разнообразными причинами. Например, 23 июля – 3 августа 1965 в долине реки Актру (Ак-Туру) наблюдались селевые потоки, которые разрушили установленный в июне самописец уровня воды. В сентябре был поставлен новый самописец, однако в течение месяца русло реки сместилось и отошло от заложенных в нем подводящих труб. Приведем также цитату из «Гидрологического ежегодника» за 1975 касательно поста на р. Обь у села Усть-Чарышская Пристань: «До 12/I 1974 г. пост находился на северо-восточной окраине села на территории пристани, в 8 км ниже впадения р. Чарыша. Ввиду того, что старый пост оказался отрезан от основного русла реки побочнем шириной до 0,6 км и связь с руслом реки прекращается при уровнях ниже 450 см, водомерный пост 28/IX 1974 г. перенесен выше на 1,04 км». А вот еще цитата оттуда же, но относящаяся к посту Новосибирского водохранилища, деревня Ерестная: «Из-за неисправности самописца уровня воды «Валдай», сведения об уровнях воды по самописцу не публикуются». Сейчас самописцы не пользуются популярностью в Алтайском крае, хотя их использование достаточно удобно, поскольку всё измеряет автоматика, а человек лишь один раз за некоторый период (за неделю, за месяц) приезжает на пост и снимает показания самописца. Однако при таком привлекаемом удобстве понижается контроль над измерениями, и, кроме того, сильно понижается степень сохранности приборов. Поэтому сейчас характерно предпочтение «живого» работника на водомерных постах, а не механического.

Другой причиной прерывности наблюдений может быть и временное отсутствие работников на посту, вызванное удаленностью поста от заселенных районов. Главным образом это относится, конечно, к горным территориям.

Таким образом, по наименее изученным районам теряется ценнейшая научная информация, но проблема заключается также и в доступности уже имеющихся результатов наблюдений. Первоисточник статистических данных – это, конечно, водомерные посты. Данные, полученные на них, публикуются в гидрологических ежегодниках, но эти ежегодники во-первых, малодоступны, во-вторых, публиковались лишь до начала 1990-х. Более поздняя информация не публиковалась (за исключением отдельных сведений).

Впрочем, наличие самой научной информации еще не означает объективную трактовку каких-либо явлений в динамике рек. Приведем пример. В статистике широко применяется такой показатель как корреляционная связь. Она выражается линейным коэффициентом корреляции, который принимает значения в интервале от –1 до +1. Принято считать, что если коэффициент корреляции | r | < 0,3, то связь между двумя рядами наблюдений является слабой, при | r | = (0,3+0,7) она является средней, при | r | > 0,7 – сильной или тесной. В случае | r | = 1 связь становится функциональной, но таковой в природных процессах не встречалось. Если же | r | < 0, то линейная связь вообще отсутствует.

Таблица 1

Корреляция между осадками по ГМС Актру и расходами некоторых рек в 1966 г. [по 1; 2]

Месяц