0
Многолетняя динамика снежности на северо-западе Русской равнины
Л.М. Китаев1, Н.А. Володичева2, А.Д. Олейников2
Институт географии РАН, Москва; 2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Статья поступила в редакцию 31 октября 2005 г. Представлена членом редколлегии Н.И.Осокиным
Для равнинной части региона выявлены асинхронность многолетнего хода снезапасов и зимней температуры воздуха и несовпадение экстремальных сочетаний аномалий параметров; для Хибин проведена типизация зим по лавинной опасности.
Введение
Снежность зим — один из наиболее информативных гляциологических показателей, который служит, с одной стороны, индикатором современных изменений климата, а с другой определяет особенности метеоусловий и гидрологического режима. Ранее мы проанализировали многолетние изменения снежности гор и предгорий на примерах Кавказа и Предкавказья, Западного Тянь-Шаня и равнинных территорий бассейнов рек Сырдарья и Амударья [5, 6]. В результате для конкретных метеорологических условий была выявлена частота появления экстремальных (максимальных или минимальных) соотношений снежности гор и предгорий, потенциально опасных с точки зрения формирования неблагоприятных гидрологических ситуаций. Мы исследовали также причины возникновения лавинной опасности [4, 8, 9].
В настоящей работе анализируются изменения снежности северо-западной части Русской равнины в пределах Кольского полуострова, Карелии и водосборных бассейнов Онежского и Ладожского озер. Данный район рассмотрен в качестве ключевого в силу наличия значительных снегозапасов (в том числе в Хибинах) и его экономической значимости: территория известна своими месторождениями апатитовых руд и полиметаллов, а также уникальными природными комплексами, находящимися, в том числе, в природоохранных зонах. Здесь развита деревообрабатывающая промышленность, густая транспортная сеть обеспечивает существенный грузооборот [16]. В связи с этим оценка изменений снежности и экстремальных ее проявлений имеет и прикладной аспект [13].
Исходные материалы и методы исследования
Использованы данные суточных наблюдений метеорологических станций за толщиной снежного покрова и температурой воздуха за 1941—2000 гг. Оценка условий формирования лавинных ситуаций в горных районах Хибин была выполнена по данным снегола-винных и метеорологических исследований за 1982—2001 гг. в пределах этого массива (рис. 1) [13, 16]. Использованы данные о толщине снежного покрова в конце февраля, как наиболее снежного месяца в пределах Русской равнины, и по температуре воздуха, ос-редненной с ноября по февраль включительно. Для
анализа лавинной опасности привлечены региональные карты Атласа снежно-ледовых ресурсов мира [2].
Сопряженная оценка изменчивости снежного покрова и зимней температуры воздуха проведена с помощью метода разложения функции в ряды Фурье, являющегося частным случаем интегрального исчисления и применимого как к периодическим, так и непериодическим функциям. Этот метод — хорошее уточняющее дополнение к разработке трендовых моделей полиномами разного порядка, экспонентами, логистическими кривыми и рядом других функций. Его сущность состоит в представлении функции в виде суммы гармонических колебаний, и цель нашего анализа заключается в выявлении и измерении периодических колебаний временных рядов. Выявление характера периодических колебаний в многолетних изменениях толщины снежного покрова и температуры воздуха на исследуемой территории позволяет оценить степень синхронности колебаний параметров и в случае наличия таковой определить совпадение знака фазы колебаний и частоту совпадений экстремумов.
30'_40'с.ш.
О 2
Рис. 1. Исследуемая территория и метеорологические станции (1); местонахождение станций Центральный, Кировск и Восточный указано отдельно (2) Fig. 1. Investigation area and location of meteorological stations (1). Positions of the meteorological stations Tsentralniy, Kirovsk and Vostochniy) is shown separately (2)
9
65 -
Материалы гляциологических исследований, вып. 102
Результаты, полученные путем разложения функций в ряды Фурье, уточнялись посредством анализа совпадений аномалий в многолетней изменчивости снежного покрова и температуры воздуха по методике, предложенной А.Д. Олейниковым [10, 11], которая уточняет ранние разработки Н.Н. Галахова [3]. Соответственно ей, средними по снежности считаются зимы, когда аномалии толщины снежного покрова отличаются от многолетней нормы не более чем на ±30%. Зимы с меньшими или большими аномалиями относят соответственно к малоснежным и многоснежным. Если отклонения от нормы меньше -100% или больше +100%, то зимы считаются аномально малоснежными и аномально многоснежными. Такой подход не противоречит значениям, приведенным в СНиП относительно нормативных значений снеговых нагрузок на покрытия инженерных сооружений. Районирование территории России по нормативным значениям веса снежного покрова мало отличается от пространственного распределения среднемноголетних значений запасов воды в нем. Кроме того, специальная ссылка СНиП рекомендует для малоисследованных и горных территорий принимать за опорные показатели снежного покрова средние значения снегозапасов, полученные в результате многолетних наблюдений. Поправочные коэффициенты, обозначенные для отдельных случаев, снижают нормативное значение веса снежного покрова на 15—20%.
Тот же подход применен для оценки изменчивости температуры воздуха. Соответственно отклонениям от нормы выделяются зимы аномально холодные и аномально теплые, умеренно холодные и умеренно теплые, а также средние по температуре воздуха.
Таким образом, экстремальные условия зимнего периода могут определяться крайними аномальными значениями как снежного покрова, так и температуры воздуха. Наиболее ярко это может проявляться в периоды совпадения минимальных или максимальных экстремумов толщины снежного покрова и температуры воздуха в рядах Фурье, а также при аномально малой снежности в аномально холодные зимы, в аномально теплые зимы с аномально большой снежностью. В первом случае при не-
большой толщине снежного покрова и низких температурах воздуха усиливается промерзание почвы, что может привести к деформациям дорожных покрытий, усложнению разработки месторождений открытым способом, вымерзанию некоторых видов растительных сообществ и соответственно ухудшению кормовой базы диких копытных и др. Во втором случае большие снегозапасы при значительной плотности снежной толщи в теплые зимы усложняют транспортные перевозки, усиливают нагрузку на инженерные сооружения и др. В горных районах усиливается лавинная опасность. Все это предопределило исследование сочетания именно крайних, экстремальных значений толщины снежного покрова и температуры воздуха.
Многолетняя динамика снежного покрова
Линейный тренд изменений толщины снежного покрова за 1941—2000 гг. составляет +0,152 см/год ^ 2=0,139) при среднемноголетнем значении 36 см и стандартном отклонении ±7,62 см, а температуры воздуха — 0,011°С/год ^2=0,019) при среднемноголетнем значении -3,9°С и стандартном отклонении ±1,43°С. При невысокой достоверности значений трендов следует все же принять во внимание синхронные тенденции увеличения толщины снежного покрова и зимней температуры воздуха. Данная картина соответствует сделанным нами ранее выводам об изменениях снежного покрова в пределах Северной Евразии, когда рост осадков на фоне общего потепления вызывает увеличение снегозапасов в зимнее время [15].
Тенденции многолетних изменений рассматриваемых параметров были уточнены с помощью методики разложения в ряды Фурье. Мы рассчитали первые шесть гармоник колебаний толщины снежного покрова и температуры воздуха за 1941—2000 гг. Последующие гармоники не рассчитывались ввиду незначительного охвата ими выборки. Рассчитанные гармоники в сумме объясняют 32% общей дисперсии распределения снежного покрова и несколько меньше температуры воздуха — 25% (табл. 1). Для снежного покрова наиболее представительны первые четыре гармоники, из которых наиболее значимы тре-
Таблица 1
Значимость рядов Фурье для толщины снежного покрова и температуры воздуха (1941—2000 гг.)
Гармоника Охват общей дисперсии, %
толщина снежного покрова температура воздуха
Первая (60 лет) 4,56 3,52
Вторая (30 лет) 4,53 0,38
Третья (20 лет) 14,51 3,54
Четвертая (15 лет) 6,20 7,37
Пятая (12 лет) 1,38 0,87
Шестая (10 лет) 0,84 9,37
В сумме 32,03 25,07
66
1950
1970
1990
Рис. 2. Многолетняя изменчивость абсолютных значений (1) и суммарных графиков шести первых гармоник (2) зимней температуры воздуха (а) и толщины снежного покрова (б)
Fig. 2. Multy-year variability of absolute values (1) and summary graphs of six harmonics (2) for winter air temperature (а) and snow depth (б)
тья (20 лет) и четвертая (15 лет) с охватом общей дисперсии 14,5 и 6,2%. Для температуры воздуха следует отметить третью и шестую (10 лет) гармоники с охватом общей дисперсии 7,4 и 9,4%.
Таким образом, сразу становится заметным расхождение характера многолетней изменчивости сне-гозапасов и температуры воздуха — лишь для третьей гармоники имеет место совпадение заметного охвата дисперсии. Это подтверждается и изменчивостью суммированных графиков первых шести гармоник для каждого параметра (рис. 2). Хорошо прослеживается несовпадение знака экстремумов с заметным ходом в противофазе — конец 1940-х, середина 1950-х, середина 1970-х, начало и конец 1990-х годов. Коэффициент корреляции суммарных гармоник толщины снежного покрова и температуры воздуха равен -0,64 ^2=0,41) при достоверности 98%.
Ап,%
1940
1960
1980
2000
Рис. 3. Многолетняя изменчивость аномалий толщины снежного покрова (1) и зимней температуры воздуха (2) Fig. 3. Multy-year variability of snow depth (1) and winter air temperature (2) anomalies
Расчет аномальных значений толщины снежного покрова и температуры воздуха по методике А.Д. Олейникова [10] и совместный анализ полученных результатов также показал отсутствие совпадений их экстремумов. За 1941—2000 гг. на исследуемой территории аномальные значения параметров не наблюдались вообще
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.