Лёд и Снег • 2013 • № 4 (124)
УДК 531.578.46
Индикационные свойства снежной толщи (по результатам экспериментальных исследований зимой 2011/12 г. в центральной части Восточно-Европейской равнины)
© 2013 г. Л.М. Китаев1, Р.А. Чернов1, В.А. Аблеева2, Е.Д. Коробов3
Институт географии РАН, Москва; 2Приокско-Террасный государственный природный биосферный заповедник, пос. Данки, Московская обл.; 3Центрально-Лесной государственный природный биосферный заповедник, п/о Заповедник, Тверская обл.
lkitaev@mail.ru
Статья принята к печати 17 апреля 2013 г.
Приземная температура воздуха, растительные сообщества, снегозапасы, стратиграфия снежной толщи. Air temperature, plant communities, snow storage, snow thickness stratigraphy.
На основе экспериментальных наблюдений исследованы локальные и региональные различия в формировании снежного покрова, обусловленные ландшафтными условиями центральной части ВосточноЕвропейской равнины (Московская и Тверская области). Определены различия в снегозапасах для ельников и лиственных массивов, связанные с особенностями растительного покрова. Установлены различия в стратиграфии снежной толщи, обусловленные особенностями растительных комплексов, хронологией изменений приземной температуры воздуха и снегонакопления.
Пространственно-временная изменчивость характеристик снежного покрова определяется особенностями метеорологического режима в конкретных ландшафтных условиях. Свойства снега можно использовать для оценки и местного микроклимата, и региональной физико-географической обстановки. Продолжительность залегания снежного покрова, толщина снега и запасы воды в нём позволяют типизировать региональные особенности окружающей среды, поэтому в снеговедении существуют понятие и термин «снежность зим» [2, 3, 5, 6, 10]. Не менее информативна для оценки ландшафтных особенностей и стратиграфия снежной толщи — её структура и текстура, а также морфологические особенности снежных кристаллов [1, 4, 6, 7, 11, 12]. Цель выполненных исследований — изучение индикационных свойств снежного покрова. Более конкретная задача — установить на локальном и региональном уровнях связь снегонакопления с характером растительности и изменениями приземной температуры воздуха.
Исходные материалы и методы исследований
Экспериментальные исследования изменчивости метеорологических характеристик и особенностей снежного покрова выполнены в центральном районе Восточно-Европейской равнины. Объекты для исследований: Приокско-Террасный государственный природный биосферный запо-
ведник (ПТЗ) (расположен в Серпуховском районе Московской области), а также примыкающий к пойме склон долины р. Ока; Центрально-Лесной государственный природный биосферный заповедник (ЦЛЗ) (находится в Нелидовском районе Тверской области), а также юго-западная оконечность Валдайской возвышенности, на водоразделе верховьев рек Волга и Западная Двина. Заповедники расположены на расстоянии около 350 км друг от друга; их ориентация — юго-запад — северо-восток, поэтому различия в характеристиках снежного покрова могут быть индикатором как локальных, так и региональных ландшафтных особенностей.
В период с декабря по апрель 2011/12 г. проведены наблюдения за приземной температурой воздуха и осадками в соответствии с методиками гидрометеослужбы. По стандартным же методикам измерены характеристики снежного покрова: толщина снега по стационарным рейкам на характерных участках; толщина и плотность снега с пересчётом запаса воды в нём — снегомерными маршрутными наблюдениями в ельниках (преобладание хвойных пород), лиственных массивах (преобладание лиственных пород) и на открытых участках. Снегомерные маршруты, протяжённостью 2 км каждый, во всех случаях проходили на типичных для заповедников практически плоских пространствах с небольшим генеральным уклоном, отсутствием существенных перепадов высот
Рис. 1. Посуточные изменения метеорологических характеристик зимы 2011/12 г.:
а — приземная температуры воздуха, °С; б — толщина снежного покрова, см; в — снегозапасы, мм, для Приокско-Террасного (I) и Центрально-Лесного (II) заповедников; 1 — ельник; 2 — лиственный лес Fig. 1. Daily variability in winter 2011/12:
а — air temperature °С; б — snow depth, cm; в — snow storage, mm, for reserves in Moscow region (I) and in Tver' region (II); 1 — spruce; 2 - deciduous forest
и с растительными комплексами, типичными для южно-таёжной подзоны. Для исследования стратиграфии снежной толщи при прохождении снегомерных маршрутов закладывалось 3—6 шурфов. В ЦЛЗ и ПТЗ измерения проводились соответственно 4—7 и 20 марта 2012 г. в период максимальных снегозапасов. Для анализа использованы суточные данные толщины снега и приземной температуры воздуха, пентадные и декадные данные снегомерных съёмок по толщине снега и снегозапасам, а также сведения о структуре и текстуре снежной толщи на конец периода с максимальными снегозапасами (6 марта 2012 г. для ЦЛЗ и 20 марта для ПТЗ).
Индикационные свойства толщины снежного покрова и снегозапасов
Рис. 1 и таблица иллюстрируют различия в сезонной изменчивости характеристик снежного покрова на разных по характеру растительности участках заповедных территорий на
Соотношение снегозапасов ельников (числитель) и лиственных массивов (знаменатель) Приокско-Террасного и Центрально-Лесного заповедников
Характеристики снегозапасов Приокско-Террасный заповедник Центрально- Лесной заповедник
Толщина, см 43/53 47/51
Соотношение толщины 0,81 0,93
Снегозапасы, мм 95/117 138/148
Соотношение снегозапасов 0,81 0,93
фоне сезонных изменений приземной температуры воздуха с 1 декабря до момента схода устойчивого снежного покрова — 18 апреля в ПТЗ и 25 апреля в ЦЛЗ. Повсеместно в ельниках толщина снега и снегозапасы меньше, чем в лиственных массивах. В ПТЗ максимальные толщина снега и снегозапасы зафиксированы 5 апреля: в ельнике — соответственно 43 см и 95 мм, в лиственном массиве — 53 см
и 117 мм (соотношение для толщины и сне-гозапасов в обоих случаях составляло 0,81). В ЦЛЗ максимальные толщина снега и сне-гозапасы установлены 10 апреля: в ельнике — соответственно 47 см и 138 мм, в лиственном массиве — 51 см и 148 мм (соотношение для толщины снега и снегозапасов в обоих случаях составляло 0,93). Полученные соотношения снегозапасов для ельников и лиственных массивов соответствуют ранее опубликованным результатам исследований и подчёркивают значимость типа растительности для метеорологического режима территории: в ельниках в значительной степени проявляется перехват снега кронами хвойных деревьев с последующим его испарением [3, 8, 9].
Различие снегозапасов в заповедниках — увеличение в направлении с юго-востока к северо-западу в 1,3 — 1,5 раза — может быть связано с ростом в этом направлении осадков и с уменьшением испарения с поверхности снега в течение зимы из-за понижения сезонной приземной температуры воздуха: в ПТЗ сумма этого параметра за зиму составила -721,5 °С, минимальная -25,1 °С (13 февраля); в ЦЛЗ сумма за зиму равна -821,2 °С, минимальная -28,8 °С (3 февраля). Разница в пять дней в наступлении максимума снегоза-пасов также иллюстрирует меридиональные различия регионального температурного фона зимнего периода. Общее увеличение к северу твёрдых осадков приводит к нивелированию в том же направлении соотношения снегозапасов в ельниках и лиственных массивах: 0,81 — на юге (ПТЗ); 0,93 - на севере (ЦЛЗ).
Индикационные свойства стратиграфии снежной толщи
Исследования стратиграфия снежной толщи приурочены к местам снегомерных маршрутов, которые проходят в ельниках, лиственных массивах и на открытых участках обоих заповедников. Сроки исследования соответствуют датам проведения снегосъёмок в конце периода максимальных снегозапасов: 20 марта в ПТЗ и 6 марта в ЦЛЗ. При шурфовании (3-6 шурфов на снегомерный маршрут) выделялись характерные по размеру зерна слои снежной толщи. В каждом из них фиксировалось наличие или отсутствие глубинной изморози, определялась плотность снега с последующим расчётом послойного снегозапаса. Общее для снежной
толщи обоих заповедников - отсутствие ледяных прослоек в снежной толще и ледяной корки на почве, так как зимой 2011/12 г. оттепелей не было. Средняя толщина снега в момент шурфования в ПТЗ составляла 33-42 см, в ЦЛЗ — 58-67 см, причём меньшие значения толщины снега отмечались в ельниках, а максимальные - в лиственных массивах. Различия в толщине снега, как уже отмечалось, связаны с локальными и региональными особенностями растительности и метеорологического режима.
В ПТЗ выделяются четыре характерных по структуре слоя снежной толщи; в ЦЛЗ, при большей мощности снежной толщи, - шесть. Число слоёв и структура снега соответствующих слоёв в шурфах по одному снегомерному маршруту (типу ландшафта) схожи. Слои, имеющие наибольшую мощность, расположены, как правило, в средней части стенки шурфов. Везде отмечаются увеличение размера кристаллов с глубиной, а также глубинная изморозь - от поверхности почвы до глубины от трети до половины мощности толщи. Таким образом, разница приземной температуры воздуха и температуры снежной толщи при отсутствии оттепелей в течение зимнего периода была достаточной для процесса интенсивной сублимационной перекристаллизации. Сходное расположение глубинной изморози по глубине (от поверхности почвы до глубины от трети до половины мощности толщи) при существенной разнице толщины снега в ПТЗ и ЦЛЗ может быть связано с региональным распределением значений приземной температуры воздуха: с юго-востока на северо-запад в 1,5-1,7 раз увеличивается толщина снега, но зимняя сумма приземной температуры воздуха снижается с -721,5 до -821,2 °С.
По каждому шурфу толщина слоёв пересчи-тывалась в относительные величины путём отнесения этой толщины к общей толщине снега; маркеры кривых на графиках рис. 2 отнесены к середине слоя. Это позволяет оценить распределение по глубине плотности снега и снего-запасов в выделенных слоях, сравнить данные по шурфам, заложенные в каждом маршруте, и проанализировать особенности снежной толщи на разных участках. Так, в ПТЗ послойное распределение плотности снега и снего
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.