ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2013, том 449, № 5, с. 593-597
= ГЕОГРАФИЯ
УДК 551.32
ЕДИНОЕ ПОЛЕ АККУМУЛЯЦИИ-АБЛЯЦИИ НА ЛЕДНИКАХ СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ © 2013 г. Академик В. М. Котляков, Н. М. Зверкова, Т. Е. Хромова, Л. П. Чернова
Поступило 14.01.2013 г.
БО1: 10.7868/80869565213110194
ВВЕДЕНИЕ
В познании мира большое значение имеет картографический метод исследования, т.е. использование карт для научного описания и анализа явления [1]. Возможности для применения такого подхода в исследованиях ледниковых систем предоставляет вышедший в 1997 г. Атлас снежно-ледовых ресурсов мира (World Atlas of Snow and Ice Resources) [2—4]. В нем широко реализована идея отображения характеристик пространственно распределенных объектов (в том числе ледников и ледниковых систем) в виде полей (изоли-нейных карт) [5]. Ледники могут образовывать системы различных рангов. В работе [6] предложена иерархия ледниковых систем на Земле. В Атласе гляциологическая оболочка Земли (гля-циосфера) представлена на разных территориальных уровнях: глобальном, региональном, локальном и уровне отдельного ледника [3]. В каждом случае ледники объединены в систему, соответствующую данному уровню исследования. Особенности картографического изображения ледниковой системы заключаются в том, что она образована дискретными объектами — отдельными ледниками, а показать нужно закономерности, свойственные всему оледенению в целом. Основные факторы существования оледенения — климат и рельеф. Их характеристики в природе непрерывны, поэтому в Атласе к изображению ледниковых систем на мелкомасштабных картах логично было применить метод поля. На таких картах лучше всего читаются закономерности изображаемых характеристик. Всего в Атласе использовано 32 наименования характеристик, изображаемых на мелкомасштабных картах в виде полей.
В сообщении рассматриваются особенности ледниковой системы (суперсистемы) Северного полушария [6], частями которой служат регио-
Институт географии Российской Академии наук, Москва
нальные ледниковые системы горных стран, а также островов и групп островов.
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕДНИКОВЫХ СИСТЕМ
Пространственная изменчивость характеристик природных гляциологических полей очень велика, они с трудом поддаются изображению с помощью изолиний. Распределение ледников на больших территориях определяется комбинацией двух видов факторов: фоновых и локальных. К локальным следует отнести микро- и мезорельеф, к фоновым — макрорельеф и климатические факторы. Последние включают условия аккумуляции снега на леднике — твердые атмосферные осадки — и условия абляции (таяния) — средние летние температуры воздуха.
Таким образом, распределение характеристик ледниковых систем на карте можно представить в виде суммы некоторых фоновых поверхностей и локальных отклонений от них. При их изображении полями выделяются общие, трендовые закономерности распределения оледенения с помощью хорошо разработанных в картографии методов генерализации [7]. Степень генерализации может быть различна, т.е. фоновая и остаточная поверхности (последняя характеризует локальную изменчивость) зависят от назначения, масштаба и точности построения карты. Оценка точности карт полей с помощью приемов статистического анализа подтвердила правомерность построения подобных абстрактных карт в Атласе [8].
КАРТЫ ПОЛЕЙ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕДНИКОВЫХ СИСТЕМ
Карты полей слоя аккумуляции—абляции (режима) ледников и карты средних летних температур воздуха на высоте их границы питания отражают распределение твердых осадков на ледниках Северного полушария. Эта информация имеет большую ценность, поскольку вопрос создания датчиков, информирующих о количестве твердых
Рис. 1. Изолинейная карта для ледниковой системы: а — исходная поверхность, б — результат сглаживания по 9 точкам с шагом 0.5 см, в — результат сглаживания по 25 точкам; 1 — изолинии слоя аккумуляции—абляции, г/см2; 2 — зона оледенения; 3 — точки регулярной сетки.
осадков в любой произвольно выбранной точке земной поверхности в горах, до сих пор не решен, так как существующие осадкомеры несовершенны. Как оказалось, природными осадкомерами, осредняющими количество твердых осадков в точке поверхности за многие годы, могут служить ледники. Они распределены в горной стране в широком диапазоне высот и могут сохраняться в значительном диапазоне климатов [9, 10]. При сравнительно медленном изменении формы и размеров ледников можно принять условие, что в данный момент осадки на высоте их границы питания или аккумуляция равны абляции и стоку вытекающей из ледника реки. Условие стационарности оледенения предполагает определен-
ную связь слоя абляции со средней летней температурой воздуха [11].
Таким образом, источником данных о распределении твердых осадков на ледниках могут быть массовые данные метеостанций о средней летней температуре воздуха на высоте их расположения, а также массовые сведения о высотном положении ледников, взятые с топографических карт. Используя эти сведения и сведения о высотном температурном градиенте (он изменяется с севера на юг от 0.4 до 0.9°С/100 м высоты) [12], мы можем "поднять" температуру воздуха на среднюю высоту границы питания группы ледников и с помощью формулы [11] получить значение аккумуляции—абляции на ней, равное средней аккумуляции—абляции для этой группы [3]. Именно такие массовые данные мы и проанализировали. В Атласе снежно-ледовых ресурсов мира представлены изолинейные карты средней летней температуры воздуха на высоте границы питания и адекватные им карты режима ледниковых систем. Режим в данном случае означает средний слой аккумуляции—абляции для группы ледников. Как следует из [11], изолинии 3000 мм (300 г/см2) на карте режима соответствует изолиния 5°С на карте средней летней температуры воздуха на высоте границы питания, а изолинии 2000 мм — соответственно 3°С.
Построение изолинейной карты аккумуляции—абляции для ледниковой системы детально отражено на рис. 1. Здесь дан фрагмент карты территории Кавказа в районе Эльбруса, составленной по осредненным значениям аккумуляции—абляции для групп ледников. Данные при построении карты перенесены из центров групп в узловые точки регулярной сетки с помощью интерполяции. В карте уже заложено некоторое сглаживание относительно природной поверхности, но для картографического анализа эта поверхность принимается за исходную. При сглаживании способом скользящего окна по девяти точкам с шагом 0.5 см получена вторая поверхность — фоновая, при сглаживании по 25 точкам с тем же шагом — более выровненная третья поверхность. Можно получить и четвертую поверхность с помощью аппроксимации ортогональными полиномами первой степени, которая будет иметь вид равномерно распределенных прямых линий с общим наклоном поверхности на ССВ. Третья и четвертая поверхности имеют общие тенденции.
На рис. 1а поверхность аккумуляции—абляции повторяет преобладающие формы рельефа Кавказа: Эльбрус на северо-западе и Сванетский хребет на юго-востоке препятствуют поступлению влаги циклонов южной средиземноморской ветви полярного фронта с юго-запада. Хорошо прослеживается поступление влаги по долине р. Ин-гури. На второй поверхности (рис. 1б) видна роль Сванетского хребта и прослеживается район Эль-
бруса. Третья поверхность (рис. 1в) отражает лишь разницу между западной и восточной частями территории, иллюстрирует замедленное поступление влаги на восток, хотя причина этого (конкретные природные рубежи) уже не читается. Четвертая поверхность отражает общую закономерность распределения влагонесущего потока над горной страной.
Градиенты аккумуляции—абляции располагаются перпендикулярно общему направлению горных хребтов Кавказа, следовательно, обеспеченность осадками какой-либо территории зависит не от генерального направления влагонесу-щего потока, а от положения этого места в глубине гор и защищенности его горными хребтами от потоков влаги. Впрочем, как было показано в [6], даже самые высокие горы, такие как Гималаи и Каракорум, не могут служить абсолютным барьером для проникновения океанической влаги в глубь континента. Следует заметить, что при построении карт режима использовались результаты второго и третьего шагов осреднения (см. рис. 1), а при построении карт средней летней температуры воздуха на высоте границы питания — преимущественно первого. Это дает нам возможность проследить по картам температур более детальные изменения поля аккумуляции—абляции, не всегда отраженные на картах режима.
АНАЛИЗ ЕДИНОГО ПОЛЯ АККУМУЛЯЦИИ-
АБЛЯЦИИ СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ
После того, как в Атласе были построены поля аккумуляции—абляции для каждой из региональных ледниковых систем [2], впервые стало возможным построить единое поле аккумуляции—абляции для ледников всего Северного полушария (рис. 2). Это абстрактное поле, проявляющееся лишь в местах расположения ледниковых систем. Оно демонстрирует их функцию индикатора увлажнения территории. Карты полей средней летней температуры воздуха над региональными системами дали дополнительную информацию при построении поля.
Главная закономерность единого поля аккумуляции—абляции для Северного полушария, как это и было показано ранее для Евразии [13], — общее увеличение значений от полюса к экватору и от океанов—источников влаги — в глубь континентов. В результате совместного влияния двух этих факторов поле, располагающееся в целом циркумполярно (значения увеличиваются от менее 500 мм слоя, или 50 г/см2, на полюсе до 3000— 4000 мм в низких широтах), "сжато" над океанами и расширяется над континентами. Самая "южная" изолиния 3000 мм опоясывает Северный полюс, огибая с юга территорию, занятую современными ледниковыми системами, максимально отступая от полюса до 27.5° с.ш. в Гималаях [6] и 48° с.ш. в
Северной Америке [2, с. 296]. На картах таких региональных систем, как Камчатка, Каракорум, Памир, Кавказ, горы Скандинавии, Береговой хребет Северной Америки, Аляска, она протягивается на тысячи километров, а в Альпах представлена лишь небольшим участком на самом юго-востоке. В горах Турции, Пиренеях, пике Глейшер в Америке мы обнаружили ее присутстви
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.