Лёд и Снег • 2015 • № 2 (130)
Снежный покров и снежные лавины
УДК 551.578.481 doi:10.15356/2076-6734-2015-2-53-59
Влияние характеристик снега на лавинообразование
© 2015 г. П.А. Черноус1, Ю.Г. Селиверстов2, В.Е. Сучков3
1Центр лавинной безопасности ОАО «Апатит», г. Кировск; 2Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова;
3Противолавинная служба ГЛК «Роза-Хутор», пос. Эсто-Садок, Краснодарский край
pchemous48@gmail.com
Snow variability effect upon avalanching
P.A. Chernous1, Yu.G. Seliverstov2, V.E. Suchkov3
'Center for Avalanche Safety of «Apatit», Kirovsk; 2Lomonosov Moscow State University;
3Avalanche Service of «Roza Khutor» Ski Resort, Esto-Sadok, Krasnodarskiy Kray
Статья принята к печати 7 августа 2014 г.
Изменчивость снежного покрова, лавины, мониторинг, оценка устойчивости снега.
Avalanches, monitoring, snow cover variability, snow stability estimate.
Толщина, плотность, прочность на сдвиг и температура снега на горных склонах рассматриваются как случайные поля или процессы. Параметры этих полей (процессов) оценены в нескольких географических районах. Показано, что ошибки оценки устойчивости снега зависят от этих параметров, числа точечных измерений, а также методов измерений. Рассматриваются ошибки различных методов пространственной и временной интерпретации измерений характеристик снега. Представлены результаты этих исследований для Хибин, Алтая, Байкальского хребта и Кавказа. Мониторинг устойчивости снега на склоне, как и прогнозирование лавин, труднее всего вести в районах с большой пространственной изменчивостью снега, к которым в первую очередь относятся Хибины.
Thickness, density, shearing strength, and temperature of snow on mountain slopes are considered as stochastic fields or processes. Parameters of these fields (processes) were estimated in several geographical regions. Errors of snow stability estimation are shown to be depending on the above parameters, quantity of point measurements, and the measurement technique. Errors of different methods of space and time interpretation of measurements of the snow characteristics are discussed. Results of these studies performed on slope of the Khibiny Mountains, the Altai, the Baikal Mountains, and the Caucasus are presented in the article. Monitoring of the snow cover stability on slopes and the avalanche forecasting are the most difficult actions to be carried out in areas with great spatial variability of snow. The Khibiny Mountains are first of all such area among other ones.
Введение
При оценке устойчивости снега на склоне и возможности образования лавины всегда возникает вопрос об интерпретации измерений характеристик снега, полученных в отдельных точках склона в определённые моменты времени. В большинстве методических руководств по оценке устойчивости снега рекомендуют вести измерения в репрезентативных точках. Однако никаких методов количественной оценки репрезентативности таких измерений не предлагается. Исследования пространственной изменчивости высоты1 и плотности снега в горах обычно вы-
полняются в гидрологических целях. При этом размеры участков исследований существенно больше размеров лавинного очага. Что касается пространственной изменчивости такой важной для определения устойчивости снега на склоне характеристики, как временное сопротивление сдвигу, то авторам известна лишь одна2 попытка её определения [4]. Исследований пространственной статистической структуры температуры снега на склоне авторам не известно. В работах [5, 6, 9] показано, что статистическая структура полей характеристик снега, контролирующих его устойчивость на склоне, сильно меняется в зависимости от условий формирования снежного покрова.
1Под высотой снега в данном случае понимается толщина снежной толщи, измеряемая по вертикали, т.е. при значительном уклоне она не совпадает с истинной толщиной снега.
2Известны исследования, в которых приводятся качественные данные об изменчивости тех или иных параметров или некото-
рые параметры, характеризующие разброс измеряемой характеристики снега, но связь этих параметров не оценивается.
Рис. 1. Измерение характеристик снега вдоль горизонтального профиля на склоне горы Айкуай-венчорр (Хибины) 7 апреля 2009 г. Fig. 1. An example of measurements of the snow characteristics along horizontal profile on the slope of Mt. Aikuaiventchorr (the Khibiny Mountains), April 7, 2009
Естественно предположить, что объёма измерений, проводимых для оценки устойчивости снега в районах с его невысокой пространственной изменчивостью, будет недостаточно для территорий, где эта изменчивость высока.
Всё это в полной мере относится и к временной изменчивости характеристик снега, контролирующих его устойчивость на склоне. Задача настоящей работы — сравнить параметры изменчивости характеристик снега, контролирующих его устойчивость на склоне, полученные авторами в различных географических районах, и проанализировать их влияние на оценку устойчивости снега на склоне. Сделана также попытка сформулировать рациональный подход к сбору данных о снеге для оценки его устойчивости.
Материалы и методика исследований
Пространственная статистическая структура характеристик снега исследовалась на основании измерений этих характеристик вдоль горизонтальных профилей и по профилям, направленным по линии падения склона (рис. 1). Шаг между измерениями в каждом профиле был постоянным. Шаг между измерениями в различных профилях менялся от 0,2 до 5 м. Общая толщина (глубина) снежного покрова или отдельных (верхних) его слоёв измерялась по нормали к склону с помощью щупов или линеек с ценой деления 1 см. Плотность снега определялась путём отбора проб снега в контейнеры фиксированного объёма с последующим их взвешиванием. Объёмы использовавшихся контейнеров — 100 и 500 см3. Взвешивание выполнялось с помощью
пружинных и электронных динамометров с точностью до 2 г. Временное сопротивление сдвигу определялось рамочными тестами [1]. Для этого использовалась квадратная в основании рамка размером 10 х 10 см2 и высотой 5 см. Сдвигающие усилия измерялись электронными и пружинными динамометрами с ценой деления от 10 до 100 г. Продолжительность одного измерения — 1—2 с (быстрый сдвиг). Сопротивление сдвигу зависит от скорости приложения нагрузки. Так, минимальные значения сопротивления сдвигу получают при быстром сдвиге [1]. Температура снега измерялась малоинерционным электронным термометром с точностью до десятых долей градуса.
В настоящей работе использованы результаты измерений в Хибинах (1986—2009 гг.), на Алтае (Семинский хребет, 2008 г.), в Восточной Сибири (Байкальский хребет, 2009 г.) и на Кавказе (хр. Аибга, 2013 г.) (таблица). Наибольший объём измерений, в том числе толщины снежного покрова, проведён в Хибинах (горы Ай-куайвенчорр и Ловчорр). В других районах измерения вели один зимний сезон. Измерения остальных параметров были не столь многочисленны из-за трудоёмкости их выполнения.
В течение рабочего дня два человека могут измерить толщину снежного покрова (или его слоёв) по профилям, содержащим до 400 точек. Как правило, число точек измерений в профиле варьировало от 100 до 200. Поля подобных характеристик снега рассматривались как случайные. Результаты измерений анализировались статистическими методами. В работе [6] это рассматривается подробнее. Влияние пространственной изменчивости характеристик снега на оценку его
Характеристика участков наблюдений
Район Долгота/широта, градусы Диапазон высот, м Крутизна, градусы Экспозиция Подстилающая поверхность
Хибины 33,77/67,60 500-1100 10-30 ЮВ, Ю, ЮЗ, З,СЗ Обломочный материал, старый снег
Семинский хребет (Алтай) 85,61/51,04 1700-1800 10 В, СВ Старый снег
Байкальский хребет 108,80/55,74 1000-1200 15-20 С
Хр. Аибга (Кавказ) 40,29/43,64 1500-2000 25-35
устойчивости на склоне анализировалось в рамках точечной модели, учитывающей составляющую гравитационной силы, направленную вдоль склона р g h sina (сдвигающая сила), силу трения fpgh cosa и сцепление с. При этом условие предельного равновесия выглядит следующим образом:
pghsina = с + fpghcosa. (1)
Анализ временной изменчивости высоты (измерения по вертикально установленным снегомерным рейкам) снежного покрова вёлся теми же методами, что и пространственной изменчивости, но только для отдельных снегомерных пунктов на Кавказе и в Хибинах. На Кавказе выполняли ежесуточные наблюдения за высотой снега в 14 снегомерных пунктах, расположенных в высотном диапазоне 920—2217 м над ур. моря на северном склоне хр. Аибга (горнолыжный комплекс «Роза Хутор»). В Хибинах для этой цели использовали данные ежесуточных наблюдений на горно-лавинной станции «Центральная» (1090 м над ур. моря). Для оценки временной изменчивости с более высоким временным разрешением использовались данные измерений высоты снега на этой же станции, которые ведутся там во время метелей каждые три часа (в эти периоды высота снега меняется быстрее всего).
Результаты исследований и их обсуждение
По данным измерений на стационарных пунктах наблюдений горнолыжного комплекса «Роза Хутор» (зима 2012/13 г.) оценена временнйя изменчивость высоты снежного покрова. За сутки в местах установки снегомерных реек она могла и уменьшаться, и увеличиваться, но не более чем на 0,4 м. Более 70% всех суточных изменений лежит в интервале ±0,1 м, а в пределах ±0,2 м находятся 90% всех суточных изменений. Максимальный суточный рост высоты снега на метеоплощадке горно-лавинной станции «Центральная»
в 1968—2011 гг. составил 0,6 м, а максимальное уменьшение — 0,8 м. Более 99% всех суточных изменений находятся в интервале ±0,2 м. Среднее абсолютное суточное изменение высоты снега равно 2,4 см. Анализируя временную изменчивость высоты снега на хр. Аибга, отметим, что явной зависимости средних абсолютных суточных изменений высоты снега от абсолютной высоты снегомерного пункта не наблюдается. Их величины находятся в диапазоне 6,2—9,5 см.
Таким образом, временная изменчивость высоты снега на хр. Аибга оказалась существенно выше, чем на плато Ловчорр. Объяснить это можно менее интенсивными т
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.