4. Latvijas klimats un tā mainības raksturs

Klimats un ilgtspējīga attīstība

Redaktori: Māris Kļaviņš un Jānis Zaļoksnis.

Rīga: LU Akadēmiskais apgāds, 2016, lpp

Grāmata “Klimats un ilgtspējīga attīstība” izstrādāta un izdota Eiropas Ekonomikas zonas finanšu instrumenta 2009.–2014. gada perioda programmas “Nacionālā klimata politika” neliela apjoma grantu shēmas projektu “Kapacitātes celšana pētījumiem un pasākumiem sabiedrības zināšanu uzlabošanai par klimata pārmaiņām un to radītajām sekām” projekta “Klimata pārmaiņu izglītība visiem” ietvaros.

4.9. Klimata pārmaiņu ietekme uz Latvijas upju hidroloģisko režīmu

Klimata mainības rakstura novērtēšanai ir svarīgi analizēt klimata mainības rādītājus dažādos telpiskos un laika mērogos, jo tikai tā var iegūt izpratni par mainības raksturu. Izpratne par klimata mainību ir būtiska, lai izprastu globāli norisošo procesu raksturu un precizētu globālos klimata modeļus, kā arī lai tālāk attīstītu dabas vidē norisošo procesu pētījumus. Klimata mainības pētījumi Latvijas apstākļos var sniegt nozīmīgu informāciju, jo novērojumi dabā daudzos gadījumos veikti jau ilgu laiku, bet galveno klimata raksturojošo rādītāju regulāri novērojumi (monitorings) visā Latvijā notiek kopš 20. gadsimta 20. gadiem. Atsevišķi parametri, piemēram, ledus iešanas sākums Daugavā atzīmēts jau kopš 1536. gada, bet neparastu dabas parādību apraksti atrodami jau vissenākajās hronikās par Latviju. Vēsturiskos avotos aprakstītie dabas apstākļi Baltijā un Latvijā vairāk nekā 900 gadu garumā sniedz ieskatu par neparastām ziemām, pavasariem, vasarām un rudeņiem, par katastrofāliem plūdiem Daugavā un citās upēs, par lielu karstumu un neiedomājamu sausumu, kad izžūst upes un akas, deg meži un purvi, kad lietus nepārtraukti līst mēnešiem ilgi, vai arī ziemā snieg un puteņo nepārtraukti 1-2 mēnešus, kad visi sējumi izsalst pavasarī  vai vasaras sākumā ap Jāņu dienu, vai arī noslīkst vasaras un rudens lietavās un iestājas ilgstošs bads bez maizes visā Baltijā, kad katrā gadsimtā sevišķi bargās ziemās vairākas reizes aizsalst Baltijas jūra un cilvēki no Dānijas, Vācijas un Polijas kājām vai ar ragavām ceļo uz Zviedriju un Somiju, arī uz Baltiju un atpakaļ, jo pa ledu ir vieglāk pārvietoties nekā pa aizputinātiem laukiem un mežiem.
Klimata pārmaiņas būtiski ietekmē virszemes un pazemes ūdeņu hidroloģisko režīmu. Pieaugot nokrišņu daudzumam, palielinās upju notece. Ar vārdu “notece” tiek apzīmēts ūdens daudzums, kas plūst pa zemes virmu, kā arī pa augsni un iežu slāņiem. Notece ir ūdens aprites dabā sauszemes posms. Atbilstoši tam izdala virszemes noteci, augsnes noteci un pazemes noteci, kas kopumā veido upju noteci. Noteci var raksturot ar caurplūdumu m3/s vai mazās upēs arī L/s, ar noteces apjomu W, m3, noteces slāni mm, noteces moduli un noteces koeficientu.

Temperatūras pieaugums ietekmē iztvaikošanas procesus un līdz ar to sekmē upju noteces samazināšanos vai arī ezeru ūdens līmeņa pazemināšanos. Tāpat gaisa temperatūra ir viens no galvenajiem faktoriem, kas ietekmē upju un ezeru ledus režīmu. Klimata pārmaiņas var būtiski ietekmēt arī ekstremālās dabas parādības, piemēram, plūdus, kuru cēlonis var būt strauja sniega segas kušana pavasarī vai arī intensīvas lietavas vasaras vai rudens periodā (sk. 4.27. att.).



4.27. att. Ļoti stipras pērkona lietusgāzes Siguldā 2014. gada 29. jūlijā.

http://www.meteo.lv/

Ne mazāk nozīmīgas var būt ilgstoša sausuma radītās ietekmes. Gan ūdeņu režīma, gan arī ekstremālo parādību ietekmes var būtiski iespaidot iedzīvotājus, tautsaimniecību, lauksaimniecisko ražošanu un hidroenerģētiku (sk. 4.28. att.).



4.28.att. Ilgstošs sausums mežos ievērojami paaugstina ugunsbīstamību.
Foto: tvnet.lv

Klimata pārmaiņu ietekmi uz ūdeņiem var analizēt, izmantojot upju caurplūdumu un ezeru līmeņu ilglaicīgās izmaiņas un to savstarpējo saistību ar gaisa temperatūras un nokrišņu mainības raksturu.
Gaisa masu pārnesei no Atlantijas okeāna ir liela nozīme nokrišņu daudzuma sadalījumā un līdz ar to arī upju noteces režīmā ar periodiski mainīgu raksturu (sk. 4.29. att.).


4.29. att. Kopsakarības starp nokrišņu daudzumu un Ventas un Daugavas gada vidējo mēneša caurplūdumu.

Upju caurplūdumu mainību nosaka gan ilgtermiņa mainības raksturs, gan arī sezonāli norisošu procesu ievērojamās atšķirības (sk. 4.30. att.). Piemēram, upes caurplūdumu atkarība no sezonāli norisošiem procesiem, plūdu un mazūdens periodu ietekmes apgrūtina mainības tendences izvērtēšanu. Lai analizētu upju režīma mainības raksturu, parasti var izmantot gada vidējās upju caurplūdumu vērtības, to datus statistiski apstrādājot.


4.30. att. Lielupe (Mežotne) caurplūduma mainība (ikmēneša vidējie caurplūdumi no1977.līdz 2010. gadam).



4.31. att. Daugavas, Ventas un Salacas caurplūdumu mainības raksturs. Dati izlīdzināti, izmantojot 5 gadu slīdošo vidējo vērtību.

Izmantojot datu apstrādes metodes, redzams, ka upju caurplūdumus (gan Latvijas lielākajām upēm, gan arī pēc noteces apjoma vidējām upēm) raksturo ne tikai augsta caurplūdumu sezonālā mainība, bet arī izteikta mazūdens jeb zema ūdens periodu nomaiņa ar laika posmiem, kuros upju caurplūdumi ir izteikti lielāki (sk. 4.31. att.). Augstūdens un zemūdens periodu mainības raksturs ir izteikts visām Latvijas upēm sezonālā un ilggadīgā skatījumā, bet gadījumos, kad to sateces baseinā novērojamas būtiskas upes hidroloģiskā režīma izmaiņas (hidrotehniskās būves, zemes lietojuma rakstura izmaiņas, piemēram, Lielupes baseinā), caurplūdumi var ievērojami atšķirties. Šāds mainības raksturs parāda upju caurplūdumu izmaiņu vispārējās tendences un laika periodu, kurā vidējie caurplūdumi ir relatīvi augsti vai zemi.

Latvijas lielāko upju gada noteces izmaiņas visā novērojuma periodā ir apkopotas 4.7. tabulā un 4.31. attēlā. Noteces līknes indicē ne tikai iekšgada svārstības, bet arī noteces veidošanās īpatnības noteiktos hidroloģiskajos reģionos, kā arī to saistību ar klimatisko situāciju 130 gadu ilgā laika posmā. Upju ūdens noteces integrālās līknes ļauj saskatīt ilglaicīgākus ciklus svārstībām nekā datu lineārā analīze, izmantojot vidējos slīdošos lielumus periodu identificēšanai.

4.7.tabula. Mazūdens un augstas noteces periodu mainība Latvijas lielākajām upēm



Latvijas upēs atšķirības starp caurplūdumiem augstūdens un mazūdens periodos var veidot pat līdz 15–20% no vidējām caurplūdumu vērtībām, bet periodu ilgums jeb cikliskums, kurā viens tipiskais upes režīms nomaina citu, ir no 6 līdz 34 gadiem (sk. 4.7. tabulu). Ja no 20. gs. pirmās puses un līdz 20. gs. vidum šie cikli vairāk vai mazāk sakrita visām upēm, tad, sākot no 20. gs. septiņdesmitiem gadiem, perioda ilgums un sinhronitāte visu upju cikliem vairs nesakrīt. Piemēram, Gaujai, Ventai un Salacai no 1976. līdz 1977. gadam un Daugavai no 1986. gada iezīmējās augstas noteces periods ar ilgumu 25–34 gadi, savukārt, Lielupei augstas noteces periods ilga tikai no 1978. līdz 1983. gadam (6 gadi) un to nomainīja 14 gadu ilgs zemas noteces periods (1998.–2010. gads). Šo minēto ciklu iekšienē iezīmējas arī mazi (līdz 3 gadiem) periodi, kuriem raksturīga noteces samazināšanās vai pieaugums. Iespējams, ka to nosaka klimatiskā un hidroloģiskā ziņā anomāli gadi, kuru biežums pēdējās četrās desmitgadēs ir ievērojami pieaudzis.

Tāpat kā citu meteoroloģisko parametru gadījumā, arī upju hidroloģisko režīmu būtiski ietekmē sezonāli norisošie procesi. Caurplūdumu mainība ir būtiski atkarīga no gada sezonas: caurplūdumu pieaugums ir būtisks un statistiski ticams kopumā visām piecām upēm ziemas mēnešos – februārī, janvārī (izņemot Daugavu, kur redzama izteikta pieauguma tendence, bet tā nav statistiski nozīmīga), kā arī Gaujai un Lielupei decembrī. Savukārt pavasara sezonā pieaugums attiecas tikai uz marta mēnesi (izņemot Ventu, kur redzama izteikta pieauguma tendence, bet tā nav statistiski nozīmīga). Savukārt, aprīlī visām upēm (izņemot Salacu), un maijā tikai Daugavai caurplūdumu samazinājums ir būtisks un statistiski ticams (sk. 4.32. att.). Šāds upju noteces mainības raksturs sakrīt ar temperatūras, atmosfēras nokrišņu un ledus segas mainības sezonālo raksturu. Proti – rudens, ziemas, pavasara sezonā paaugstinās gaisa temperatūra, pieaug nokrišņu daudzums, īpaši Latvijas rietumu daļā esošajām upēm, vēlāk notiek ledus segas veidošanās un ātrāk sākas ledus iešana. Pavasara, vasaras sezonā caurplūdumi palielinās Ventā un Lielupē, bet pārējos reģionos upju noteces procesi būtiski nemainās. Arī Daugavā caurplūdumi ziemā pieaug ievērojami straujāk nekā vasarā, kad caurplūdumi novērojumu laikā nav mainījušies. Ziemas caurplūdumi īpaši būtiski ir palielinājušies pēdējo gadu desmitu laikā.


4.32. att. Mēneša vidējo caurplūdumu mainības tendences Latvijas upēm (1951.–2010. gads) pēc Manna-Kendala testa vērtībām.

Kopumā var uzskatīt, ka upju noteces mainības raksturu nosaka galvenokārt dabiski norisoši procesi, tomēr upju noteces režīma izmaiņas neapšaubāmi ir saistītas ar klimata mainību, kā tas redzams, analizējot gada noteces mainību (sk. 4.7. tabulu, 4.31. att.). Līdz ar to var teikt, ka klimata pārmaiņas Latvijā ietekmē ne tikai noteces ilgtermiņa mainības procesu, bet arī sezonālās noteces rakstura izmaiņas, kas ir saistāmas ar izteiktu noteces pieaugumu ziemā (sk. 4.33. att.), tādējādi, iespējams, ietekmējot arī augstūdens/mazūdens periodu cikliskumu.


4.33. att. Daugavas caurplūdumu mainības raksturs ziemas (decembris–februāris) un vasaras (jūnijs–augusts) sezonā (1889.–2009. gads).

Cits būtisks klimata mainības rādītājs ir ekstremālu klimatisku parādību biežums. Upju gadījumā īpaši nozīmīgi ir plūdi, vispirms jau ņemot vērā to radītos materiālos zaudējumus. Ja Daugavā vidējais caurplūdums ir 450 m3/s, tad plūdu apstākļos tas var sasniegt vairāk nekā 6000 m3/s (sk. 4.34. att.). Pēdējā laikā augsti caurplūdumi ir kļuvuši ievērojami retāki. Līdzīga tendence raksturīga arī citām Latvijas upēm, arī to minimālie caurplūdumi ir pieauguši, bet maksimālie – samazinājušies.


4.34. att. Daugavas vidējo un maksimālo caurplūdumu mainības raksturs.

Pētījumā par klimata pārmaiņu ietekmi uz Latvijas upju hidroloģisko režīmu ir apstiprinājies pierādījums, ka globālās klimata pārmaiņas pēdējos gadu desmitus ir noteikušas arī ilgtermiņa un sezonālās izmaiņas Latvijas upju notecē, novērojot būtiskas izmaiņa upju hidrogrāfos tieši ziemas un pavasara sezonās. Pētījuma periodā no 1951.  līdz 1987. gadam (sk. 4.35. att.), kas ir uzskatāms kā periods bez būtiskām  klimata pārmaiņu iezīmēm, upēs no gada kopējās noteces lielākais apjoms veidojās pavasara sezonās (37–52%) ar lielāko caurplūdumu līdz 30% tieši aprīļa mēnesī, pēc tam ziemas notece (17–30%), rudens notece (17–25%) un vasaras notece (9–14%) Zemākais caurplūdums bijis jūlijā un augustā (2–4%). Savukārt pēdējās desmitgades iezīmējās ar sezonālām izmaiņām upes kopējā notecē. Vidējos platuma grādos, kur hidroloģisko režīmu galvenokārt nosaka sniega uzkrāšanās un kušana, tiek novērotas būtiskas izmaiņas noteces režīmā tieši ziemas un pavasara sezonās. Lai arī pētījuma rezultāti periodam no 1988. līdz 2009. gadam rāda, ka no kopējās noteces lielākais noteces apjoms joprojām veidojas pavasara sezonā, tomēr ir konstatēta izteikta tendence notecei palielināties janvārī un februārī un samazināties aprīlī un maijā (sk. 4.36. att.).


4.35. att. Upju hidrogrāfi Latvijas upēs kopumā un pa hidroloģiskajiem rajoniem laika posmā no 1951. līdz 1987. gadam.



4.36. att. Upju hidrogrāfi Latvijas upēs kopumā un pa hidroloģiskajiem rajoniem laika posmā no 1988. līdz 2009. gadam.

Lai vērtētu klimata mainību un vidē norisošos procesus, kā arī to likumsakarības, nepieciešams analizēt dažāda veida aspektus. Dati par upju ledus sasalšanu un atkušanu, kā arī izmaiņām ledus segas biezumā ļauj novērtēt ilgtermiņa un sezonālo klimata mainīgumu, jo tieši gaisa temperatūra ir viens no galvenajiem faktoriem, kas būtiski ietekmē ledus režīma izmaiņas. Ir pētījumi, kas pierādījuši, ka gaisa temperatūras pieaugums ziemas sezonā statistiski nozīmīgi izskaidro 60–70% gadījumu izmaiņas ledus režīmā.

Ledus režīma pētījumi ir svarīgi triju iemeslu dēļ:
  • jau pirms instrumentālo novērojumu veikšanas Latvijā ir reģistrēti daudzu upju un arī atsevišķu ezeru aizsalšanas un atkušanas datumi, kas netieši ļauj spriest par konkrētās ziemas bargumu. Tādējādi šie klimatu raksturojošie dati ir pieejami ilgāku laika periodu nekā dati par meteoroloģiskajiem parametriem pēc instrumentālajiem mērījumiem;
  • ledus režīms ietekmē hidroloģisko režīmu akumulēto atmosfēras nokrišņu maksimālās noteces laikā;
  • ledus režīms ir izmantojams kā precīzs un objektīvs klimata mainības indikators.

4.37. att. Ledus iešanas sākuma laika mainība Daugavā. Pārtrauktā trenda līnija – periodam no 1860. līdz 2003. gadam, nepārtrauktā trenda līnija –periodam no 1530. līdz 1859. gadam.

Ledus segas izveidošanās vai ledus iešanas sākšanās ir viens no rādītājiem, kas ir vissenāk dokumentēts. Arī Rīgas saimnieciskā dzīve kā ostas pilsētai un tirdzniecības centram bija atkarīga no tā, vai Daugavas ūdeņi bija izmantojami kuģošanai. Tāpēc ledus iešanas sākumu Daugavā sākts atzīmēt jau vairāk nekā pirms piecsimt gadiem. Ledus iešanas sākuma laikam Daugavā raksturīga liela mainība (sk. 4.37. att.). Izteikta tendence agrākam ledus iešanas sākumam uz Daugavas upes ir novērota kopš 19. gs. 60. gadiem, pirms šī perioda tendences izmaiņas ir nenozīmīgas.

Par būtiskiem faktoriem, kas ietekmē ledus režīmu iekšzemes ūdeņos, var uzskatīt gaisa temperatūru, nokrišņu daudzumu un vēja ātrumu (īpaši stiprās vētras). Pastāv tieša saikne starp temperatūru un ledus režīmu upēs. Lai notiku ledus segas izveidošanās, viens no galvenajiem priekšnosacījumiem ir negatīvas gaisa temperatūras, taču, ja negatīvās gaisa temperatūras ziemas laikā samazinās, tad būtiski tiek ietekmēts ledus režīms un ledstāves ilgums upēs (sk. 4.38. att.) samazinās un atsevišķos gados ledus var neizveidoties nemaz. Ledus iešanas sākuma laika datumiem upēs ir tendence kļūt agrākiem, tāpēc ātrāk sākas arī pali, kas izskaidro ziemas sezonas ūdens noteces palielināšanos Latvijas upēs.


4.38. att. Ledstāves ilguma mainība Latvijas upēs. Līknes izlīdzinātas ar 6 gadu slīdošo vidējo vērtību.

Ledstāves ilgums Latvijas lielākajās upēs laika periodā no 20. gs. 20. gadiem līdz 2000. gadam ir samazinājies par 2,8–5,1 dienām 10 gados un par 6–15 dienām 10 gados laika periodā no 1945. līdz 2012. gadam. Sākot ar 20. gs. 70.  gadiem arvien vairāk ir sastopami gadījumi, kad ledus sega uz upēm vispār neizveidojas, tieši Latvijas rietumdaļā.