1.3. Анализ характеристик снежного покрова на территории России
С начала спутниковой эры в 1960-х годах NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований) отслеживало снежный покров в Северном полушарии. Изучение снежного покрова по спутниковым снимкам имеет свои преимущества по сравнению с наземными измерениями, поскольку при наблюдениях за поверхностью существует множество неотъемлемых проблем, связанных с топографией, приборами и т.д. Первоначально были допущены ошибки в идентификации суши и воды на спутниковых снимках, что означало, что количество снега в северном полушарии было неправильно рассчитано. С разработкой программного обеспечения Университетом Ратгерса Global Snow Lab, эти ошибки были исправлены, и новые карты генерируются на регулярной основе.
Анализ натурных и спутниковых данных свидетельствует о различной реакции регионального снежного покрова на повсеместное потепление и увеличение количества зимних осадков, характерных для арктического климата в течение последних 40-50 лет. Наибольшее и наиболее быстрое уменьшение эквивалента снежной воды (SWE) и продолжительности снежного покрова (SCD) наблюдается в морских районах Арктики с наибольшим количеством осадков. Имеются также свидетельства заметных различий в реакции снежного покрова между североамериканским и евразийским секторами Арктики, причем в североамериканском секторе наблюдается уменьшение снежного покрова и глубины снега за весь период доступных наблюдений in situ примерно с 1950 года, в то время как широко распространенное уменьшение снежного покрова не проявляется в течение длительного времени.Евразия примерно до 1980 года. Однако глубина снега увеличивается во многих регионах Евразии. Потепление и более частые зимние оттепели способствуют изменениям структуры снежного покрова, что имеет важные последствия для землепользования и предоставления экосистемных услуг. Прогнозируемые изменения снежного покрова из глобальных климатических моделей на период 2050 года указывают на увеличение максимальной SWE до 15% на большей части Арктики, причем наибольшее увеличение (15-30%) наблюдается в сибирском секторе. Напротив, по прогнозам, SCD уменьшится примерно на 10-20% на большей части Арктики, причем наименьшее снижение произойдет в Сибири (<10%), а наибольшее - на Аляске и в северной Скандинавии (30-40%) к 2050 году. Эти прогнозируемые изменения будут иметь далеко идущие последствия для климатической системы, деятельности человека, гидрологии и экологии.
Протяженность снежного покрова в Северном полушарии значительно сократилась за последние 90 лет, причем большинство сокращений произошло с 1980 года. За период 1967-2015 гг. площадь снежного покрова в Северном полушарии сократилась в среднем на 7% в марте и апреле и на 47% в июне; наблюдаемые сокращения в Европе еще больше: 13% в марте и апреле и 76% в июне.
Моделирование моделей прогнозирует повсеместное сокращение масштабов и продолжительности снежного покрова в Северном полушарии и в Европе в течение 21 века.
Изменения снежного покрова влияют на отражательную способность поверхности Земли, водные ресурсы, флору и фауну, и их экологию, сельское хозяйство, лесное хозяйство, туризм, снежные виды спорта, транспорт и энергетику.
Спутниковые наблюдения за месячной протяженностью снежного покрова в Северном полушарии доступны с 1967 года. Детальный анализ, основанный на многочисленных источниках, показывает, что примерно с 1980 года во время весеннего таяния снега в Северном полушарии наблюдалось значительное уменьшение площади снежного покрова (с марта по июнь); в другие сезоны площадь снежного покрова оставалась стабильной или даже несколько увеличивалась. Отдельный анализ для Европы (регион ЕЭЗ-39) показывает еще большее сокращение на 13% за март и апрель и 76% за июнь в период с 1980 по 2015 год.
Уменьшение площади снежного покрова обусловлено более ранним началом таяния и более короткой продолжительностью снежного сезона. С 1972 года продолжительность снежного сезона в среднем по Северному полушарию сокращалась на пять дней за десятилетие, но со значительными региональными вариациями. Продолжительность снежного сезона сократилась до 25 дней в западной, северной и восточной Европе из-за более раннего весеннего таяния, тогда как в юго-восточной Европе она увеличилась до 15 дней из-за более раннего наступления снежного сезона.
Масса снега (т. е. количество воды, содержащейся в снегу) является важной переменной, поскольку она влияет на роль снега в гидрологическом цикле. Для всего Северного полушария в период с 1982 по 2009 год наблюдалось снижение мартовской снежной массы на 7%. Расширение этих данных с акцентом на страны-члены ЕЭЗ демонстрирует более сильное среднее снижение на 30% за период 1980-2015 годов, хотя разница от года к году велика. Зимнее увеличение осадков также привело к увеличению снежной массы на больших высотах в Норвегии.
Снежный покров Северного полушария будет продолжать сокращаться, а снежные сезоны сокращаться по мере повышения температуры, хотя в самых холодных регионах снегопады могут также увеличиваться в середине зимы. Многомодельное среднее значение, полученное в результате моделирования CMIP5, прогнозирует изменения степени снежного покрова в Северном полушарии в марте/апреле в течение 21 века в диапазоне от 7% для сценария с низким уровнем выбросов (RCP2 . 6) до 25% для сценария с высоким уровнем выбросов (RCP8.5). Прогнозируемая снежная масса обычно соответствует протяженности снежного покрова с предполагаемым диапазоном сокращения примерно от 10% для RCP2.6 до примерно 30% для RCP8.5; прогнозируемое сокращение продолжительности снежного сезона составляет примерно от 10 дней для RCP2.6 до примерно 40 дней для RCP8.5.
Конкретные региональные исследования показывают значительное сокращение снежной массы, например, в Альпах в целом, Швейцарии, альпийском хребте Италии, Пиренеях, Норвегии, Турецких горах и Балканских горах. Эти изменения могут иметь серьезные последствия для нижнего течения, поскольку талая вода вносит до 60-70% в годовой сток рек. Несмотря на прогнозируемое снижение долгосрочной средней снежной массы в Северном полушарии, модельное моделирование указывает на случайные зимы сильных снегопадов, но они становятся все более редкими к концу 21-го века.
Стоит отметить, что распределение устойчивого снежного покрова на Земле обусловлено географической зональностью и общей циркуляцией атмосферы, а также зависит от рельефа и характера растительности. Снежный покров ежегодно покрывает на Земле от 100 до 126 млн. км2 .
Характеристики снежного покрова Арктики являются результатом сложного взаимодействия атмосферных и поверхностных процессов, которые определяют не только количество воды, хранящейся в виде снега, но и состояние снежного покрова (например, размер зерна, плотность и слои льда). На количество снега, накапливающегося на поверхности, влияют количество осадков, их тип и время; перенос и сублимация снега; и перехват растительности. Однако характер и эволюция высокоширотного снежного покрова имеет дополнительную сложность, заключающуюся в том, что он особенно сильно зависит от снежных процессов, а распределение и физические свойства снега на земле тесно связаны с локальной изменчивостью рельефа и растительности.
Ключевые крупномасштабные физико-климатические факторы, влияющие на региональное распределение арктического снежного покрова высота, количество растительного покрова, пространственное распределение температур замерзания и расположение основных следов циклонов, приносящих влагу в Арктику. Наиболее сильное влияние на распределение продолжительности снежного покрова (СКП) по Арктике оказывают температура воздуха и высота над уровнем моря с обоими континентами, демонстрирующими заметное увеличение снежного покрова с востока на запад в ответ на модификацию зимних воздушных масс над холодными, сухими континентальными интерьерами. Участки суши в зоне средних зимних температур -20 °C испытывают снежный покров в течение большей части года. Пространственное распределение эквивалента снежной воды является более сложным, чем SCD, но в основном обусловлено доступностью влаги в течение снежного сезона, отраженной на карте частоты циклонов. Самые высокие скопления снега в Арктике расположены в прибрежных горных районах, и в западный сектор Евразийской Арктики проникает значительно больше влаги, чем в Северную Америку, где прибрежные горы блокируют поступление влаги из Тихого океана. Регионы с зимними температурами, близкими к замерзанию, такие как Скандинавия и тихоокеанское побережье России и Аляски, также с большей вероятностью будут испытывать оттепели и дожди на снегу, которые создают ледяные слои в снежном покрове.
Сильные ветры, низкие температуры и малое количество снегопадов в открытых тундровых районах Арктики создают снежный покров, который обычно довольно неглубок, около 30-40 см (за исключением сугробов и оврагов), с закаленным ветром поверхностным слоем (“ветровой плитой”), перекрывающим менее плотный глубинный слой (“иней").сахарный снег”) слой. Средняя плотность снега остается близкой к 300 кг м−3 на протяжении большей части снежного сезона, но глубина и свойства снега могут демонстрировать сильные локальные вариации со многими открытыми участками, сугробами, дюнами и застругами (острые нерегулярные гребни на поверхности снега, образованные ветровой эрозией и отложениями). В лесных районах Арктики (тайга и бореальные леса) снежный покров более равномерный и менее плотный (
200 кг м−3), поскольку деревья действуют как буреломы и затеняют снег от поступающей солнечной радиации весной. Напротив, к северу от линии деревьев, где действие ветра уплотняет снег, плотность снега выше.
Поскольку снежный покров Арктики тесно связан с температурой и влажностью, как описано выше, прошлые и прогнозируемые изменения температуры и осадков в Арктике, вероятно, приведут к изменениям характеристик снежного покрова Арктики с далеко идущими последствиями.воздействие на климатическую систему, деятельность человека, а также инфраструктуру, гидрологические процессы, вечную мерзлоту, экстремальные явления (включая такие опасности, как лавины и наводнения), биоразнообразие и экосистемные процессы
Мониторинг снежного покрова на территории России проводится по данным 958 метеорологических станций. Все эти метеорологические станции отнесены к типу незащищенных. По данным ежедневных наблюдений сформированы ряды данных о высоте снежного покрова и степени покрытия снегом окрестностей станции. По данным маршрутных снегомерных съемок сформированы ряды данных о влагозапасе и плотности снежного покрова. Из 958 станций на 665 проводятся наблюдения в поле, на 425 – в лесу (на 122 станциях осуществляются наблюдения и в поле, и в лесу).
В России устойчивый снежный покров в среднем появляется на Новосибирских островах в конце августа, на северо-востоке — в начале октября, в средней полосе — в начале ноября и на юге — в декабре [7].
На территории России выделяют пять групп районов, различающихся по высоте снежного покрова:
1. Бесснежные районы (высота снежного покрова 0-30 см). Они занимают значительную часть равнинных территорий юга Европейской части и неширокую полосу вдоль южной окраины Забайкалья и Дальнего Востока. Число дней со снежным покровом в пределах этих районов увеличивается по направлению с запада на восток и с юга на север от 15 - 20 дней на юге (Черноморское побережье Кавказа), 40—80 дней в средней полосе района и на востоке страны - более 140-160 дней.
2. Малоснежные районы (высота снежного покрова 30-50 см) неширокой полосой окаймляют с севера и северо-востока бесснежные районы и предгорья Кавказа, Арктическое побережье в пределах Европейской части России и Западной Сибири, а также равнины и крупные котловины Восточной Сибири.
3. Умеренно-смежные районы (высота снежного покрова 50-70 см) занимают почти все равнины севера европейской части, ЗападноСибирскую низменность, плоскогорья и большую часть среднегорий Восточной Сибири, Северо-Востока, Приморья и восточное побережье Камчатки. Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова в этих районах от 140 -160 дней западе и юге до 240-260 дней на севере и востоке.
4. Многоснежные районы (высота снежного покрова 70-100 см) занимают значительную часть Кольского полуострова, обширную территорию в Предуралье, в бассейне Енисея (между Дудинкой и устьем Ангары), горы Восточной Сибири, Северо-Востока, Приморья и значительную часть Камчатки. Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова в этих районах 160 на западе и до 240-260 и более дней на севере и востоке страны.
5. Исключительно многоснежные районы (высота снежного покрова более 100 см) расположены в основном в районах высокогорий южного пояса гор, в водораздельной полосе и приводораздельной части западного склона Урала, в центральной части Средне-Сибирского плоскогорья и гор Путорана, в восточной части Камчатки. Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова в этих районах от 130-140 до 160-200 дней в горных районах юга европейской части России, на востоке страны - от 200 дней в районах Центральной Сибири до 260-280 дней на Северо-Востоке, в Приморье и на Камчатке [20].
Для описания состояния снежного покрова используются следующие характеристики: ‒ число дней с покрытием снегом более 50 % территории вокруг метеостанции по данным ежедневных наблюдений (для оценки продолжительности залегания снежного покрова);
‒ дата появления первого снега;
‒ дата образования устойчивого снежного покрова;
‒ максимальная за зимний сезон высота снежного покрова;
‒ запас воды в снеге по данным маршрутных снегосъемок.
Технология мониторинга климата включает следующие основные этапы: Усвоение станционных данных суточного разрешения и данных маршрутных снегосъемок. Пополнение БД «СНЕГ» данными текущего года: ‒ пополнение базовых массивов (ряды ежедневных данных о высоте снежного покрова и степени покрытия снегом окрестностей станции; ряды данных о влагозапасе и плотности снежного покрова по маршрутным снегосъемкам);
‒ расчет производных характеристик (максимальной за зимний период высоты снежного покрова; числа дней со снегом, максимального за зимний период запаса воды в снеге);
‒ расчет аномалий (максимальной за зимний период высоты снежного покрова; числа дней со снегом, максимального за зимний период запаса воды в снеге, даты появления первого снега и даты образования устойчивого снежного покрова).
Расчет региональных усредненных временных рядов (аномалии и классификации). Расчет актуальной статистики (по сезонам и по регионам), включая оценки тенденций. Расчет характеристик влагозапаса бассейнов крупных рек и водохранилищ Российской Федерации по состоянию на 20 марта текущего года (в сравнении с нормой и запасами влаги предыдущего года). Подготовка иллюстративных материалов для годового бюллетеня (согласно принятым нормам выпускаемой продукции).
Выводы по 1 главе
Основными источниками информации о распределении снежного покрова служат видимая космическая съемка и режимные наблюдения на сетевых метеостанциях.
Многолетние изменения климатических условий сопровождаются их межгодовыми колебаниями, обусловленными периодической сменой доминирующего типа процессов атмосферной циркуляции.
Снегонакопление (формирование снежной толщи) происходит за счет снегопадов, частота и интенсивность которых определяют число и толщину снежных горизонтов, а возникновение текстурных неоднородностей связано в основном с ветровым и термическим режимом зимнего периода.
Межгодовая изменчивость проявления и интенсивности этих метеорологических явлений предполагает межгодовые вариации толщины и строения снежной толщи.
Снежный покров играет важнейшую роль в формировании климата России. Созданная во ВНИИГМИ-МЦД технология мониторинга снежного покрова позволяет регулярно получать подробный анализ состояния снежного покрова на территории страны, оперативно отслеживать тенденции в изменении его характеристик. Результаты анализа помещаются в ежегодный «Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации», который является официальным изданием Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, и могут использоваться для долгосрочных гидрологических прогнозов и планирования в различных отраслях экономики.
Список литературы
Рихтер, Г.Д. Роль снежного покрова в физико-географическом процессе / Г.Д. Рихтер // Труды института географии: Вып. 40. – М. – Л.: Изд-во АН СССР, 1948. – 171 с.
Голубев В. Н., Петрушина М. Н., Фролов Д. М. Межгодовые вариации строения снежного покрова на территории России // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2009. №3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mezhgodovye-variatsii-stroeniya-snezhnogo-pokrova-na-territorii-rossii (дата обращения: 28.03.2022).
Снежный покров и лавины: теоретические и практические аспекты: коллективная монография / Н.А. Казаков, Ю.В. Генсиоровский, С.П. Жируев, Д.А. Боброва, Е.Н. Казакова, И.А. Кононов, В.А. Лобкина, А.А. Музыченко, С.В. Рыбальченко. ‒ Владивосток: Дальнаука, 2016. ‒ 174 с.
1 Дюнин А.К. В царстве снега. - Новосибирск: Наука, 1983. — 161 с.
2 Гляциологический словарь / В. М. Котляков. — Л. : Гидрометеоиздат, 1984.
3 Снежный покров и лавины: теоретические и практические аспекты: коллективная монография / Н.А. Казаков, Ю.В. Генсиоровский, С.П. Жируев, Д.А. Боброва, Е.Н. Казакова, И.А. Кононов, В.А. Лобкина, А.А. Музыченко, С.В. Рыбальченко. ‒ Владивосток: Дальнаука, 2016. ‒ 174 с.
4 Дюнин А.К. В царстве снега. - Новосибирск: Наука, 1983. — 161 с.
5 «Воейков»: Молодая гвардия; Москва; 1957
|
Скачать 188.5 Kb.