Закономерности снегонакопления на олиготрофных болотах (на примере Западной Сибири)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Томский государственный университет, г. Томск, Россия

ЗАКОНОМЕРНОСТИ СНЕГОНАКОПЛЕНИЯ НА ОЛИГОТРОФНЫХ БОЛОТАХ (НА ПРИМЕРЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ)

Л.И. Инишева, доктор сельскохозяйственных наук, член-корр.

А.И. Петров, Н.Г. Инишев, старшие преподаватели

Л.И. Дубровская, кандидат физико-математических наук, доцент

В. Ю. Виноградов, аспирант

Аннотация

Приводятся результаты многолетних наблюдений за режимом снегонакопления на различных микроландшафтах репрезентативного олиготрофного болота на отрогах Васюганского болота.

It is lead results of observations for accumulation snow regim on the different landscape of representative oligotrofic mire.

Введение

Повышенные темпы глобальных изменений окружающей среды и климата, достоверно зарегистрированные на планете в конце прошлого века, но не получившие пока однозначного заключения о причинах и возможных последствиях, продолжают быть актуальным предметом научных исследований.

Изменения климата и вызванные этим последствия неоднородны в пространстве и по сезонам. Часто трудно оценить, насколько в какую сторону меняются климатические показатели, особенно комплексных явлений, таких как, например, эволюция снежного покрова. Изменения снежного покрова могут считаться комплексным индикатором климата холодного сезона, отражающим изменения температуры, осадков, частоты оттепелей и т.д. [1].

На Западно-Сибирской равнине снеговые воды вносят наибольший вклад (порядка 65-75 %) в речной сток. Характерной особенностью этой территории является заболоченность. Особенно много болот на юге Западной Сибири в пределах Васюганья. Болота распространены неравномерно: заболоченность территории Томской области составляет около 30 %, Обь-Васюганского междуречья - 38 %, Обь-Иртышского водораздела в верховьях рек Икса, Бакчар, Андарма достигает 80 - 100 %. С Васюганского болота стекает более 200 рек, берущих начало с олиготрофных болот.

Запас воды в снежном покрове является на этой территории основным фактором формирования объема весеннего стока, поэтому детальное изучение закономерностей формирования, распределения и количественные оценки снегозапасов с дифференциацией по разным уровням организации геосистем представляют большой научный и практический интерес.

Кроме того, пространственная неоднородность снегонакопления на различных элементах болотного ландшафта опосредованно влияет на формирование гидрологического режима заболоченного водосбора и позволяет связать его особенности с иерархией ландшафтной структуры бассейна. снегонакопление олиготрофный болото васюганский

Основной целью работы являлось исследование закономерностей снегонакопления и пространственного распределения снежных ресурсов, их оценка на основных элементах заболоченного водосбора: в поле, лесу, основных типах микроландшафтов олиготрофных болот; эволюция в многолетнем разрезе.

Обзор литературных источников

Комплексные исследования гидрологического режима заболоченных рек Васюганья, в том числе условий промерзания и снегонакопления на их водосборах, которые в среднем 175 дней в году находятся под снежным покровом, были начаты организациями Гидрометслужбы в 1959 году на 4-х болотных стационарах.

Трудность изучения снегонакопления на обширных водораздельных торфяниках связана с удалением их от рек. С целью изучения влияния ландшафтов на распределение снежного покрова на Бакчарском болоте с 1965 года были начаты работы сотрудниками Томского государственного университета [2, 3]. Комплексные исследования с перерывами ведутся по настоящее время и другими научными организациями - Томским государственным педагогическим университетом, НИИ торфа, Институтом мониторинга климатических и экологических систем СО РАН.

К настоящему времени болота Западной Сибири и отчасти Васюганское болото сравнительно хорошо изучены и им посвящены сотни статей и крупные монографические исследования, достаточно полный библиографический список приведен в [4, 5].

Методика исследований

В настоящих исследованиях использованы материалы специальных снегомерных съемок на болотах, в лесу и поле на опорных профилях, заложенных на наиболее характерных и репрезентативных участках, а также опубликованные материалы многолетних наблюдений опорной сети гидрометеорологических станций. Все использованные материалы наблюдений вполне надежны. Для оценки снежных ресурсов использованы методы: гидролого-климатический, интерполяционный, статистический.

Основная часть

Исследования проводились на репрезентативной для Васюганского болота водораздельной ненарушенной болотной экосистеме (БЭС) на олиготрофных ландшафтах бассейна реки Ключ. По ландшафтному районированию территория относится к типу западносибирских таежных ландшафтов. Климат исследуемой территории резко континентальный. Средняя годовая температура воздуха - минус 1,6 С. Район расположен в зоне избыточного увлажнения. Годовое количество атмосферных осадков составляет 469-506 мм. Метеорологические данные приводятся по ближайшей метеостанции в с. Бакчар.

Устойчивый снежный покров образуется в третьей декаде октября. Средняя высота снежного покрова на открытых участках составляет 40-60 см, на защищенных 60-80 см. Разрушение устойчивого снежного покрова начинается во второй - третьей декадах апреля. Период со снежным покровом составляет в среднем 175 дней.

Водосбор р. Ключ (правый приток р. Бакчар, площадь 58 км², заболоченность бассейна около 70 %) практически полностью представлен исследуемой БЭС, болотные воды которой являются основным источником питания этого водотока. Истоки реки расположены на периферии верхового болотного массива. Общая длина снегомерных маршрутов менялась по годам от 7 до 13 км, пересекая последовательно все характерные типы местности: поле, лиственный лес, осоковый кочкарник с мелким березняком, переходное хвойно-березовое болото, сосново-кустарничково-сфагновые сообщества (высокий рям - высота сосен составляет 10-12 м), мелкий рям (высота сосен - 1-1,5 м), проточная топь (галья), грядово-мочажинный и грядово-озерковый комплексы. Господствующими ландшафтами являются леса приречного склона и болота. Из всех изучаемых климатических характеристик снежного покрова (высота, даты образования и разрушения, продолжительность таяния и др.) и водно-физических (плотность, теплопроводность, водоудерживающая способность, и т. д.) важнейшим интегральным стокообразующим показателем являются максимальные снегозапасы. Определенные для конкретной территории (района, зоны или водосбора реки), они характеризуют снежные ресурсы этой территории.

В многолетних рядах высоты снежного покрова (H) в момент максимального снегонакопления и осадках за XI-III месяцы фиксируется значимый возрастающий линейный тренд (на уровне значимости 0,05; метод ранговых коэффициентов Спирмена). У ряда снегозапасов S наблюдается тенденция к увеличению. Рост осадков в зимний период имеет место и на других метеостанций (Парабель, Колпашево, Молчаново, Александровское).

В многолетнем разрезе климатически обусловленные изменения в снегонакоплении проявились на высоте снежного покрова и осадках за холодный период (рисунок 1.).

Рисунок 1 Высота (Н) и снегозапас (S) снежного покрова в момент максимального снегонакопления, осадки холодного периода (Х) по метеостанции Бакчар

Роль рельефа в формировании и распределении снежных ресурсов. Вопрос о влиянии рельефа на вариацию снегозапасов во времени для равнинных территорий с относительно невысокими возвышенностями изучен слабо. Материалы многолетних наблюдений на небольшом числе водосборов ЕТР показывают, что между коэффициентом вариации максимальных снегозапасов C_vs и высотой местности Н имеется тесная обратная линейная связь, которая четко выражена лишь для районов с высотой местности более 150 м БС. В пределах равнин и низменностей со средней высотой менее 150 м, где относительные превышения невелики, вертикальной зональности в распределении снегозапасов нет [6].

Абсолютные отметки Васюганской наклонной равнины колеблются в пределах 116-146 м. Максимальная отметка расположена в истоках р. Бакчар. Интенсивность расчленения рельефа в баллах преимущественно до 20, горизонтальная до 0,6 км/км², а глубина расчленения - до 10 м.

Таким образом, влияние рельефа на атмосферную циркуляцию и выпадение атмосферных осадков и формирование снежного покрова здесь исключено. Неравномерность залегания вызвана другими азональными факторами - очевидными различиями таких угодий, как, например, поле, лес, кустарник, или изменения высоты растительного покрова (залежь, кочки, гряды, мочажины.), продолжительностью залегания снежного покрова, экспозицией по отношению к метелевым ветрам.

Влияние ландшафтов на распределение снежного покрова. Наибольшая дифференциация снегозапасов наблюдается между полем и лесом. Массовые материалы показывают, что в лесах запасы воды в снеге, скапливающиеся к началу снеготаяния, больше, чем в поле, а в самих лесах различаются в зависимости от таксационных характеристик (таблица 1-2).

К основным факторам, обусловливающим разницу снегозапасов в поле и в лесу, относятся - различная интенсивность снеготаяния в поле и в лесу во время зимних оттепелей; разница в испарении с поверхности снега в поле и в лесу; благоприятные условия для конденсации водяных паров в лесу; ветровой перенос снега с поля в лес. Перечисленные факторы способствуют увеличению снегозапасов в лесу.

Устойчивый снежный покров на открытых участках исследуемой территории образуется в конце октября. Под влиянием осенних оттепелей разница максимальных снегозапасов в лесу и в поле может превышать 20-30 мм [2, 3]. Основные различия величин снегозапасов сформировываются в декабре-январе, когда выпадает до 80 % твердых осадков. Зимой же оттепели для южно-таежной подзоны Западно-Сибирской тайги не характерны и не сказываются сколько-нибудь на ходе снегонакопления.

Таблица 1

Основные характеристики высоты снежного покрова на разных ландшафтах в бассейне р. Ключ - с. Полынянка

Таблица 2

Основные характеристики влагозапасов на разных ландшафтах в бассейне р. Ключ - с. Полынянка

Вопрос о степени влияния испарения на разницу в снегозапасах леса и поля мало изучен. Основные трудности вызваны малыми величинами испарения со снега, которые нередко сопоставимы с точностью наблюдений. Хорошо известно, что испарение с плоской поверхности снежного покрова невелико. По иному протекает процесс испарения, когда снег раздроблен на отдельные снежинки, окруженные воздушной средой. Ускоренное испарение поднятого и перемещаемого метелью и поземками снега происходит по нескольким причинам, в том числе за счет турбулентного массобмена, приводящего к непрерывному удалению с поверхности летящей снежинки насыщенных паров с заменой их более сухим воздухом. При метелях съем пара с поверхности снега с учетом летящих снежинок оказывается на 1-2 порядка больше, чем при безветрии [6].

Поскольку скорость ветра, частота и сила метелей в лесу меньше, чем в открытом поле, потери снега на испарение в лесу также меньше, чем в поле.

Частота повторяемости опасных явлений за последние 20-30 лет по земному шару возросла в два раза. В Сибири на 20-30 % повысилась частота повторяемости таких опасных явлений, как сильные метели, сильные ветры. Средняя месячная скорость ветра в зимние месяцы изменяется в пределах 3,3-4,3 м/с (по метеостанции Бакчар) с повторяемостью до 47 % [7]. Буревая скорость ветра может достигать 15 м/с, что создает суровые зимние условия в данном районе. Специальные исследования по изменению испарения со снега от условий ветровой деятельности на водосборе не проводились, хотя качественно понятно, что доля испарения со снежного покрова возрастает.

Основной же причиной превышения снегозапаса в лесу по сравнению со снегозапасом в поле является, вероятнее всего, ветровой перенос снега с полей к лесным опушкам. Снегомерные съемки в бассейне р. Ключ показали, что высота снега у опушек может в 1,5-2 раза превышать высоту снега в лиственном лесу.

Целинное болото представляет собой поверхность, обладающую значительной шероховатостью по сравнению с полевыми участками. Это связано с развитием кустарничков, высокостебельных травянистых растений, кочек и др. Неоднородность распределения снегозапасов на нем связано с характером подстилающей поверхности и в пределах болота подчиняется закономерностям смены ландшафтов. Например, по результатам снегосъемки, проведенной в 1998 г. в бассейне р. Ключ, особенно неравномерно залегает снег в грядово-мочажинных и грядово-озерковых микроландшафтах, что объясняется в первую очередь явлениями переноса и отложения снега в условиях грядового рельефа и устойчивого направления метелевого ветра (юго-западное). Наибольшее количество снега залегает на подветренных склонах облесенных гряд и прилегающих к ним участках мочажин, где высоты снега достигают 1,5-2,0 м. На участках мочажин, сопрягающихся с грядами, обращенными к ветру, на наветренных склонах гряд и в обширных микроозерах высота снега снижается до 15-20 см. В условиях, когда гряды на болотном массиве выражены четко, облесены и параллельны друг другу, наблюдается закономерное, близкое к синусоиде чередование зон высоких и низких значений запасов водя.

Средняя высота снежного покрова на грядово-мочажинном комплексе составляет порядка 69, а максимальная - 160 см, что в 2,3 раза больше средней. Коэффициент вариации превышает 0,5.

Значительно меньшие колебания высоты снега наблюдаются в сосново-сфагновых микроландшафтах и в лиственных приречных лесах. В сосново-сфагновых микроландшафтах (рямах) колебания высоты и запасов воды в снеге в определенной степени связаны с метелевым переносом. Наибольшая высота и запасы воды приурочены к понижениям между моховыми кочками. Средняя высота составляет 72 см, коэффициент вариации равен 0,7. Плотность снега изменяется в зависимости от защищенности места от воздействия ветра. В крупных сосняках плотность снега наименьшая (0,19-0,22 г/см³). В низкорослых разреженных рямах плотность снега несколько выше. В лиственных лесах дренированной приречной полосы снег залегает наиболее равномерно (0,21-0,25 г/см³).

Объединенные выборки коэффициента снегонакопления за периоды наблюдений 1965-1975 и 1994-2004 гг. оказались однородными по дисперсии и среднему для основных типов болотных микроландшафтов, что позволило получить достаточно надежные оценки снегонакопления для лиственного леса, ряма, грядово-мочажинного комплекса и гальи (таблица 3).

Таблица 3

Коэффициент снегонакопления за различные периоды наблюдений

На основе многолетних снегомерных съемок средний коэффициент снегонакопления для леса был ранее оценен для рассматриваемой территории южной тайги - Кл=Sл/Sп=1,20 [2, 3]. По данным снегомерных съемок для водосбора р. Ключ за последние годы среднее значение коэффициента снегонакопления составляет 1,18.

Выводы

На основных типах болотного микроландшафта (рямы и грядово-мочажинный комплекс) запас воды в снеге по сравнению с полем примерно одинаков и может быть приравнен к лесу.

Наиболее неравномерное распределение снежного покрова отмечается в грядово-мочажинном комплексе. Коэффициенты вариации, характеризующие пространственную неравномерность распределения снегозапасов, составляют в лесах 0,10-0,15, сосново-сфагновых комплексах 0,10-0,20, грядово-мочажинных и грядово-озерковых комплексах 0,40-0,70.

Работа выполнялась при финансовой поддержке РФФИ (09-05-00395-а и 09-5-00235-а), Роснауки (Госконтракт № 02.740.11.0325).

Литература

1. Шмакин А. Б. Климатические характеристики снежного покрова Северной Евразии и их изменения в последние десятилетия//Снежный покров и снежные лавины. М.: Наука, 2010.

2. Бураков Д. А. Некоторые особенности залегания снежного покрова в условиях Васюганья //Вопросы географии Сибири. № 6. 1966.

3. Петров А.И. Гидролого-математические модели в прогнозах речного стока сибирских рек / А.И. Петров, Д.А. Бураков [и др.] //География и окружающая среда. СПб.: Наука, 2003.

4. Васюганское болото (природные условия, структура и функционирование) / Под ред. чл.-корр. Л.И. Инишевой; 2-е изд. Томск: ЦНТИ, 2003.

5. Большое Васюганское болото. Современное состояние и процессы развития / Под ред. М.В. Кабанова. Томск: Изд-во Ин-та оптики атмосферы СО РАН, 2002

6. Мишон В. М. Снежные ресурсы и местный сток: закономерности формирования и методы расчета. Воронеж: Изд-во Воронежского гос. ун-та, 1988.

7. Кадастр возможностей. Томск: Изд-во НТЛ, 2002.

Размещено на Allbest.ru