Расчет максимальных снегозапасов на основе ландшафтно-индикационных свойств снежного покрова
Ю.В. Генсиоровский
Сахалинский филиал Дальневосточного геологического института ДВО РАН
Статья поступила в редакцию 14 декабря 2005 г. Представлена членом редколлегии Н.А. Володичевой
Изложены принципы определения максимальных снегозапасов на основе ландшафтно-индикационных свойств снежного покрова и результаты расчетов их величин разными способами.
Постановка проблемы
Природно-климатические особенности о.Сахалин обусловлены его положением в зоне циркуляции муссонов умеренных широт. Годовые суммы осадков изменяются от 400—500 мм на севере острова до 1000—1500 мм на юге (в горах центральной части о. Сахалин эти значения могут превышать 2000 мм). Распределение осадков по территории существенно изменяется от морских побережий к горам. Большая часть осадков выпадает в горной части острова, и до 20—40% их количества приходится на холодный период года.
На исследуемой территории развита густая гидрографическая сеть (0,6—2,3 км/км2). Длина большинства водотоков менее 10 км при близости водораздельных линий к морским побережьям, сильной расчлененности рельефа, неглубоком залегании водо-упоров и малой мощности аллювиальных отложений.
Поскольку в стоке преобладает снеговое питание (30—60%), большое значение приобретает максимально точное определение снегозапасов в бассейнах рек Сахалина. Однако закономерности распределения максимальных снегозапасов на Сахалине изучены недостаточно. Отсутствие регулярных наблюдений за осадками в горах затрудняет оценку снегонакопления, а имеющиеся методики расчета максимальных снегозапасов требуют уточнения для улучшения качества гидрологических прогнозов.
В настоящее время оценка максимальных сне-гозапасов проводится на основе методов, изложенных в [12]. Однако для низкогорий Сахалина с его резко расчлененным рельефом и мозаичными ландшафтами расчеты снегозапасов с использованием этих методов дают существенную погрешность, которая сказывается на качестве гидрологических прогнозов. Изменчивость толщины и плотности снежного покрова в пределах одного речного бассейна здесь может достигать 50% и более.
На характеристики половодья, помимо суммарного снегозапаса, значительное влияние оказывает скорость снеготаяния, которая зависит не только от погодных условий, но и от структуры и текстуры снежного покрова. Поэтому необходимы ландшафтные снегосьемки с определением структуры и текстуры снежной толщи, которая зависит от вмещающего
ее ландшафта. Предлагаемый нами подход к полевым исследованиям с целью определения максимальных запасов воды в снежном покрове основан на ланд-шафтно-индикационных свойствах снежного покрова и методах кристалломорфологического анализа снежной толщи.
Вопросам формирования и распределения снежного покрова и максимальных снегозапасов на Сахалине посвящен ряд работ [2, 6, 7—10]. Создана карта распределения средних максимальных снегозапасов на Сахалине [2], разработана карта снежности о. Сахалин [6]. В появившихся в последние годы публикациях [3, 4, 6—8] предложен подход к рассмотрению снежного покрова с позиций ландшафтного снеговедения. Взгляд на снежный покров и вмещающий его ландшафт как на единую систему позволяет подойти к рассмотрению проблемы учета и распределения максимальных снегозапасов комплексно.
Решение
Оценка распределения снежного покрова в горах, как известно, — достаточно сложная проблема [2, 5, 8, 12]. Наиболее объективным методом определения объемов снегонакопления служит детальная снегомерная съемка, но она может быть выполнена только на небольших участках. Расчеты по данным метеорологических станций не дают реальной картины распределения снегозапасов в горах, так как сеть станций охватывает в основном равнинную территорию.
Согласно теории ландшафтно-индикационного снеговедения, структура снежного покрова является сезонным эквивалентом ландшафта. Следовательно, при создании карты максимальных снегозапасов необходимо учитывать ландшафтную структуру территории. Для оценки снегозапасов аналитическим способом мы разработали методологические принципы построения среднемасштабных карт природных ниваль-ных комплексов для малоизученных районов средне-горья и низкогорья [6, 7]. При расчете количественных характеристик нивальных комплексов в горах использовались величины твердых осадков и параметры снежного покрова, полученные по материалам наблюдений в горах Сахалинской области в 1961 — 1970 и 1980—2003 гг. [9, 11]. Методика определения макси-
- 73 -
Материалы гляциологических исследований, вып. 102
мальных снегозапасов основана на ландшафтно-инди-кационных свойствах снежного покрова, что позволяет оценить их по данным пространственного распределения типов ландшафтно-стратиграфических комплексов горных и равнинных территорий.
Общий методологический принцип, изложенный выше, положен в основу методики построения и разработки содержания карт ландшафтно-стратигра-фических комплексов. Нивальный процесс в нашем понимании включает совокупность факторов, способствующих развитию процесса образования, накопления и метаморфизма снежного покрова, в результате которых формируется снежная толща, обладающая определенными структурно-прочностными свойствами. Таким образом, ландшафтно-стратигра-фический комплекс (ЛСК) — это природный комплекс, в котором развиваются нивальные процессы. Он включает снежный покров и вмещающий ландшафт, характеристики которого оказывают воздействие на нивальные процессы и формируют снежный покров, присущий данному комплексу.
Алгоритм выделения ЛСК низкого ранга выглядит следующим образом. Выделяются виды ЛСК — строятся типовые стратиграфические разрезы снежной толщи для каждого вида и трех типов зим: средне-, много- и малоснежных. Определение снегозапаса для неизученной территории проводится на основе сопоставления ЛСК с эталонным комплексом-аналогом, для которого характеристики снежного покрова рассчитаны и подтверждены данными наблюдений.
Региональные факторы определяют принадлежность исследуемой территории как к одной физико-географической стране, так и нахождение ее в одном климатическом поясе и, как следствие воздействия совокупности этих факторов, — ежегодное формирование снежного покрова и принадлежность его к одному типу и варианту мегаструктуры [7]. На основании воздействия этих факторов мы выделяем класс ЛСК.
Геоморфологические и климатические факторы, учитывающие морфологическую структуру. Особенности радиационного баланса распределения температуры и осадков позволяют выделить территории, на которых воздействие указанных факторов различно. На этом таксономическом уровне мы выделяем подкласс ЛСК.
Метеорологические факторы в одном климатическом районе определяют условия развития ниваль-ных процессов в горах, на равнинах и в долинах рек. На этом таксономическом уровне мы выделяем тип ЛСК по средней температуре января и преобладающему направлению ветра и рассчитываем сумму твердых осадков.
На уровне подтипа ЛСК мы выделяем морфос-кульптурные и почвенно-геологические характеристики рельефа, генетические типы подстилающих пород, типы почв, определяем продолжительность залегания снежного покрова, даты его установления и разрушения.
Ландшафтные факторы являются определяющими в создании условий для развития нивальных комплексов на участках территории, занятых одним типом растительных сообществ (ландшафтных единиц), что позволяет выделить вид ЛСК [5]. В каждом типе ландшафта (растительного сообщества) формируется снежная толща с определенными свойствами, которые зависят от ее кристалломорфологического состояния (структуры и текстуры). В пределах исследуемой территории, имеются различные ландшафты [1, 11] — мы выделили 10 видов ЛСК. Для характеристики структуры снега использованы коэффициенты перекристаллизации (КП), вторичного расслоения (Квр) [7] и введенный нами коэффициент стратиграфии (Кс). КП — это отношение толщины слоя снега, выполненного кристаллами вторично-идиоморфного типа ко всей толщине снежного покрова в данной точке; Кв — отношение толщины слоя снега, выполненного кристаллами скелетного класса форм, к толщине слоя снега, сложенного кристаллами снега вто-рично-идиоморфного типа; Кс — отношение слоев снега, имеющих волокнистую текстуру, ко всей его толщине в данной точке наблюдений.
Сумма осадков за зимний период определена по данным репрезентативной для участка метеостанции, а также с использованием материалов наблюдений за снежным покровом в горах.
Тип растительного сообщества (ландшафта) влияет и на такую характеристику, как коэффициент снегопереноса [8, 13]. Коэффициенты снегопереноса для снегосборных бассейнов, отличающихся по характеру растительности, мы определяли по методике С.Н. Шарапова [13]. Для нивальных комплексов, темнохвойных лесов введен коэффициент снегопере-носа, равный 0,20.
Используя положения теории кристалломорфо-логических преобразований снежной толщи для определенных ландшафтов в зависимости от степени их гидроморфности, можно прогнозировать скорость формирования слоев с вторично-идиоморфной структурой в течение зимы, если известно распространение характерных ландшафтов в бассейне реки.
Таким образом, последовательный анализ факторов развития нивальных процессов позволяет рассчитать снегозапасы без проведения полевых работ, необходимых для расчета снегозапасов по стандартным методикам.
Результаты
С целью апробации методики был выбран бассейн р. Рогатки, характерный для Южного Сахалина. Для бассейна имеется ряд наблюдений за снежным покровом, позволяющий сравнить точность определения снегозапасов по различным методикам (табл. 1).
В исследуемом районе в течение зимы проводились стратиграфические наблюдения за изменением состояния снежной толщи и происходящими в ней процессами, а также за толщиной снежного покрова и снегозапасом. Пункты наблюдений за снежным покро-
- 74 -
вом были заложены на разных участках расположения природных комплексов (долинных, склоновых, приво-дораздельных, водораздельных), на западных склонах Сусунайского хребта. Количество стационарных пунктов наблюдений состав
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.