ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2015, том 42, № 1, с. 3-12
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 55.556
ИЗМЕНЕНИЯ ЛЕДОВЫХ РЕСУРСОВ ОТДЕЛЬНЫХ ЛЕДНИКОВЫХ РАЙОНОВ СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ В XX в.
© 2015 г. В. М. Федоров
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет
119899 Москва, Ленинские горы
E-mail: ipyf@mail.ru Поступила в редакцию 24.05.2013 г.
На основе корреляционного анализа результатов инструментальных измерений и реконструированных значений баланса массы льда определена метахронность в изменении ледовых ресурсов в отдельных ледниковых районах Северного полушария. При общей тенденции к сокращению ледовых ресурсов этот процесс в отдельных районах ускоряется или замедляется в зависимости от повторяемости и продолжительности определенных типовых ситуаций в общей циркуляции атмосферы. Рассчитаны удельные характеристики потери массы льда для отдельных ледниковых районов Северного полушария и определена пространственно-временная структура метахронности в системе глобального водообмена.
Ключевые слова: ледовые ресурсы, аккумуляция, абляция, баланс массы льда, глобальный водообмен, сокращение ледовых ресурсов, метахронность.
DOI: 10.7868/S0321059614060066
Ледники — естественный элемент в системе глобального водообмена. В них происходит консервация воды в период аккумуляции и ее освобождение в период абляции. Баланс массы льда — результат аккумуляции и абляции. Задача изучения баланса массы ледников — центральная в гляциологии, поскольку соотношение прихода и расхода вещества определяет условия существования ледников и направление эволюции [4, 8, 10]. Важнейший критерий в схемах гляциологического районирования — циркуляционный фактор, определяющий характер и траектории поступления осадков в области распространение ледников [9, 14]. Циркуляционные процессы в атмосфере вносят существенные изменения в годовой, сезонный и суточный ход температуры воздуха, определяющийся, прежде всего, поступающей от Солнца энергией. С циркуляционными процессами в атмосфере связано образование и распространение атмосферных осадков. Таким образом, атмосферная циркуляция влияет на основные климатические параметры развития ледников и является одним из важнейших факторов развития ледников как в пространстве, так и во времени.
На основе фактических данных балансовых наблюдений и схемы типизации циркуляционных процессов, построенной по фактическим картам погоды, была найдена связь динамики балансовых показателей ледников с продолжительностью отдельных циркуляционных ситуаций в
Северном полушарии [15—17]. Это дало возможность реконструировать динамику баланса массы льда для отдельных репрезентативных и опорных ледников, для которых имеются продолжительные ряды балансовых наблюдений, и динамику льда в отдельных ледниковых районах Северного полушария с начала XX в. Реконструированный и полученный в результате инструментальных наблюдений баланс массы льда, выражающий соотношение аккумуляции и абляции, — это оценка изменения ледовых ресурсов в отдельных ледниковых районах Северного полушария.
МЕТОДИКА РЕКОНСТРУКЦИИ
БАЛАНСОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Исходной информацией для реконструкции были данные по балансовой динамике [21, 24] и из "Календаря последовательной смены элементарных циркуляционных механизмов", в котором приведены циркуляционные ситуации с суточным интервалом с 1899 г. по настоящее время в типизации Б.Л. Дзердзеевского и др. [1, 2, 6, 7, 13]. Каждый ЭЦМ представляет собой единый, целостный макропроцесс, в продолжение которого в Северном полушарии сохраняется пространственное распределение барического поля определенного типа и направленность основных переносов воздушных масс. ЭЦМ в этой типизации объединяются в 4 группы циркуляции (мери-
диональная южная, меридиональная северная, нарушения зональности, зональная), отражающих соотношения зональных и меридиональных переносов воздушных масс.
Определение связи циркуляционных климатических характеристик с балансовыми показателями ледников основывалось на предположении, что каждому элементарному циркуляционному механизму (ЭЦМ) на полушарии соответствуют определенные погодные условия на конкретном месте расположения ледника (температурный режим и режим атмосферных осадков). Эти условия и определяют развитие ледников. Связь циркуляционных характеристик (продолжительность ЭЦМ) с балансовыми показателями была найдена в виде весовой пропорции, отражающей влияние каждого ЭЦМ на отклонение балансового показателя (аккумуляция, абляция) от среднего многолетнего значения или на знак и величину аномалии балансового показателя [15—17].
Весовая пропорция, отражающая влияние ЭЦМ на формирование балансовых показателей, определялась следующим образом. В ряду годовых значений балансового показателя из этих значений вычиталось среднее многолетнее значение. В результате была получена знакопеременная функция — аномалия балансового показателя (аккумуляции, абляции). Далее для лет с положительными и отрицательными аномалиями отдельно находились суммарные значения продолжительности ЭЦМ всех типов за некоторый период года (например, зимний — для аккумуляции и летний — для абляции). Для ЭЦМ каждого типа была получена весовая пропорция влияния на знак и величину аномалии балансового показателя. Полученные пропорции проверялись восстановлением значений исходных инструментальных рядов по данным "Календаря последовательной смены элементарных циркуляционных механизмов". В качестве оценочных характеристик при этом использовались коэффициент корреляции между восстановленным и исходным рядами и расхождение между этими рядами в миллиметрах водного эквивалента и в процентах от среднего модуля аномалии исходного ряда. Изменением даты начала и продолжительности периода (аккумуляции, абляции) путем перебора находилось такое его значение, при котором величина коэффициента корреляции была максимальной, а расхождение — минимальным. Восстановленный ряд принимался за циркуляционную модель балансового показателя.
Алгоритм расчета пропорции, восстановления ряда и поиска периодов аккумуляции и абляции с оптимальными значениями оценочных характеристик был формализован в компьютерной программе, использование которой позволило провести многовариантный анализ исходных данных. При этом была реализована возможность задания периодов аккумуляции и абляции как в
календарной системе, так и в долях циркуляционных сезонов. Это позволило создать две модификации моделей балансовых показателей: календарную и сезонную.
На основе найденной формы связи были выполнены реконструкции динамики баланса массы для 25 репрезентативных и опорных ледников Северного полушария, имеющих наиболее продолжительные ряды балансовых наблюдений (рис. 1).
Построение реконструкций проводилось в четыре этапа:
1) поиск периодов аккумуляции и абляции с устойчивой связью циркуляционных и гляциологических характеристик;
2) восстановление рядов инструментальных наблюдений по полученным периодам;
3) расчет средних моделей рядов инструментальных наблюдений;
4) расчет моделей реконструкции по данным Календаря последовательной смены ЭЦМ и выбор оптимальной модели.
Первый этап. Исходные ряды инструментальных наблюдений делились приблизительно пополам (или точно пополам — при четном значении продолжительности ряда). Один интервал назначался базовым, а другой — тестовым. По базовому полуинтервалу (для некоторого периода аккумуляции или абляции) рассчитывалась пропорция циркуляционного вклада, и по ней восстанавливался второй (тестовый) полуинтервал исходного ряда. Перебором находились периоды аккумуляции и абляции — такие, при которых обе (базовая и тестовая) половины ряда имели оптимальные значения оценочных характеристик: максимальные значения коэффициента корреляции и минимальные значения расхождения между соответствующими половинами восстановленных и исходных рядов. Затем статус полуинтервалов менялся. С этого этапа применялось нормирование по сумме значений ряда, т.е. сумма значений исходного полуинтервала принималась за норму. К норме приравнивалась сумма значений восстановленного полуинтервала (умножением всех членов ряда на коэффициент пропорциональности). Это позволяло минимизировать, например, погрешности, связанные с восстановлением аккумуляции за зимний период, для ледников, развивающихся в условиях резко континентального климата со значительной долей летней аккумуляции. На этом этапе для каждой половины ряда аккумуляции и абляции были получены по два периода в четырех вариантах (календарной и сезонной модификациях с подразделением каждой на нормированную и ненормированную) с устойчивой связью циркуляционных и балансовых характеристик.
Второй этап. По найденным периодам с устойчивой связью восстанавливались полные ряды
Рис. 1. Карта-схема расположения исследуемых ледников и ледниковых районов. Для ледниковых районов в числителе указано число ледников с реконструкцией балансовых показателей, в знаменателе — число ледников с балансовыми измерениями. Ледники, для которых выполнены реконструкции: 1 — Стурглясьерен, 2 — Энгабреен, 3 — Олфут-бреен, 4 — Гросубреен, 5 — Хардангерёкулен, 6 — Хеллстугубреен, 7 — Нигардсбреен, 8 — Стурбреен (Скандинавия); 9 — Ловен Средний, 10 — Брёггер Восточный (Шпицберген); 11 — Девон (Канадский Арктический архипелаг); 12 — Гулка-на, 13 — Вулверин (Аляска); 14 — Плейс, 15 — Пейто, 16 — Сентинел, 17 — Южный Каскадный (Кордильеры); 18 — Са-реннский, 19 — Хинтерайсфернер (Альпы); 20 — Джанкуат (Кавказ); 21 — Малый Актру (Алтай); 22 — Голубина, 23 — Туюксу, 24 — Карабаткак (Тянь-Шань); 25 — Абрамова (Памиро-Алай).
инструментальных наблюдений (аккумуляции, абляции).
Третий этап. Два модельных ряда, полученных по двум найденным периодам аккумуляции и абляции для одного исходного ряда инструментальных наблюдений, как правило, корреляционно слабо связаны между собой. Однако они имеют очень хорошую корреляционную связь с рядом их средних значений. Средние модели имеют, кроме этого, максимальные значения коэффициента корреляции с исходными рядами и минимальные расхождения с ними. Таким образом, в качестве моделей
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.