Changes in the intra-annual distribution of precipitation and the dynamics of snowfall in the Kuznetsk Alatau Mountains.pdf Введение Изменение режима выпадения осадков, их объема или периодичности в настоящее время отмечается повсеместно, в том числе и для территории Сибири. Оценка пространственно-временной изменчивости стока рек Республики Алтай показала, что изменение стока «в значительно мере обусловлено возросшей в настоящее время, пространственной и временной неоднородностью в выпадении осадков» [Аванесян, 2013, с. 19]. Для Западно-Сибирской равнины выявлен рост среднегодового количества осадков со скоростью до 17,8 мм/10 лет в зоне лесостепи и отмечено увеличение с 1970-х гг. повторяемости случаев аномально большого среднегодового количества осадков [Евсеева, Филандышева, 2016]. Для верховьев бассейна р. Томь с 1983 г. наблюдается значительный рост величин снегозапасов с интенсивностью 30-56 мм/10 лет [Вершинина, 2017]. В горах Кузнецком Алатау отмечается рост годовых сумм осадков за последние 40 лет, с интенсивностью до 80 мм/10 лет [Адаменко и др., 2017]. Текущие климатические изменения создают повышенные экологические риски, особенно в условиях имеющейся недоизученности климатических особенностей отдельных территорий Сибири. К таковым относятся горы Кузнецкого Алатау, отличающиеся аномально большим количеством осадков. Ввиду субмеридионального простирания горной структуры, она является естественным барьером на пути циклонов и усиливает циклоническую деятельность. На распределение осадков в пределах западного макросклона Кузнецкого Алатау большое влияние оказывают также локальные факторы, а именно соответствие ориентировки речных долин и хребтов с направлением адвективных потоков, что способствует возникновению сильных восходящих токов воздуха, интенсивному развитию процессов конденсации и отдаче влаги на сравнительно небольшой территории. Активное развитие туризма в горах Кузнецкого Алатау, в том числе и в зимнее время (пос. Приисковый; туристический район «Поднебесные Зубья»), в условиях отсутствия понимания климатических особенностей региона способствует росту количества несчастных случаев. Анализ несчастных случаев, произошедших за последние годы, показал, что большинство было вызвано снежным покровом или опасными метеорологическими явлениями, связанными с выпадением осадков. В связи с обозначенной проблемой в данной статье производится анализ происходящих изменений внутригодового распределения осадков и динамики снежности в горах Кузнецкого Алатау. Материалы и методы исследований В ходе работы были проанализированы следующие материалы. 1. Данные по месячным и годовым суммам осадков приземного слоя воздуха из базы данных ВНИИГМИ-МЦД [Булыгина и др., 2020] по гидрометеорологической станции (ГМС) «Ненастная» за период наблюдений с 1934 по июнь 2019 г. © Адаменко М.М., Гутак Я.М., Треньков И.П., 2021 DOI: 10.17223/25421379/19/9 2. Первичные данные наблюдений по ежеднев ным объемам осадков из открытой базы данных портала Метеоцентр [Метеоцентр...., 2020] по ГМС «Центральный рудник» и «Ненастная» за 2019 г. 3. Данные справочников по климату СССР [Справочник по климату СССР, 1956; Научно-прикладной справочник..., 1990]. 4. Результаты снегомерных работ, проводимых в заповеднике «Кузнецкий Алатау» в бассейне р. Средняя Терсь в 2011-2020 гг. В статье приводятся данные по трем снегопунктам, отличающихся наибольшей периодичностью измерений (KUZ-VTR-1-SDG-2 «Кордон Верхняя Терсь», KUZ-VTR-1-SDG-1 «Метеостанция», KUZ-VTR-2-SDG-1 «Рыбное»). 5. Суточные данные о высоте снежного покрова из базы данных ВНИИГМИ-МЦД по ГМС «Ненастная» за период наблюдений с 2011 по 2020 г. [Булыгина и др., 2020]. При обработке данных применены методы математической статистики (линейной и нелинейной регрессии, корреляционный анализ и др.). Географическое расположение объектов исследования представлено на рис. 1. Рис. 1. Район исследования Fig. 1. Objects and sites locations Результаты и обсуждения В предгорьях западного макросклона Кузнецкого Алатау годовая сумма осадков оценена как 800 мм/год [Ресурсы1972]. Поднимаясь к осевому водоразделу, количество осадков увеличивается. При этом имеющиеся в литературе данные о количестве осадков в приводораздельной зоне Кузнецкого Алатау сильно разнятся. Максимальное годовое количество осадков в обозначенном районе неизвестно и в разных трудах оценивается по-разному. В «Ресурсах поверхностных вод СССР» - до 1 500 мм/год [Ресурсы. , 1972, с. 15, 16]; расчетным методом по модулю стока - до 2 190 мм/год [Шпинь, 1971, с. 165]; по результатам снегомерных съемок в южной части западного склона Кузнецкого Алатау - до 3 000 мм/год и более [Шпинь, 1975, с. 87]. В пределах горной системы Кузнецкого Алатау в настоящее время функционируют две метеостанции: «Центральный рудник» и «Ненастная», которые расположены в предгорьях и на восточном (подветренном) склоне. Их наблюдения не позволяют оценить максимально возможное количество осадков в горах Кузнецкого Алатау, которое выпадает на западном склоне вблизи водоразделов осевых хребтов и массивов. При выявленных недостатках описываемые метеостанции отличаются длительной периодичностью наблюдений и расположены в пределах территории, слабо охваченной хозяйственной деятельностью человека, на значительном удалении от крупных населенных пунктов и промышленных центров. Это делает их репрезентативными при оценке происходящих климатических изменений. На восточном макросклоне в приводораздельной зоне расположена ГМС«Ненастная» (поселок Приисковое, абс. высота 1 178 м н. у. м.), которая ведет наблюдения с 1934 г. На западном макросклоне на абс. высоте 495 м н. у. м. расположена ГМС «Центральный Рудник», которая ведет наблюдения с 1937 г. В открытом доступе специализированных массивов для климатических исследований представлены данные ГМС «Ненастная» за весь период наблюдений. Для ГМС «Центральный Рудник» в открытом доступе имеются результаты метеорологических наблюдений только за 2019 г. Для имеющегося массива данных (весь 2019 г.) по двум ГМС был произведен корреляционный анализ режима выпадения осадков, результаты которого представлены на рис. 2. Рис. 2. Совмещенный график суточных сумм осадков по ГМС «Центральный рудник» и «Ненастная» (за 2019 г. по суткам) Fig. 2. Combined graph of daily precipitation amounts by weather stations “Central Rudnik” and “Nenastnaya” (for 2019 by days) 1=1 Годовые суммы осадков, мм/год Л инейная (Годовые суммы осадков, мм/год) Рис. 3. Многолетний ход годовых сумм осадков по ГМС «Ненастная» с 1960 по 2019 г. Fig. 3. Long-term variation of annual precipitation amounts according to “Nenastnaya” weather station, from 1934 to 2019 Таблица 1 Сводные данные о динамике выпадения осадков в горах Кузнецкого Алатау в XX-XXI вв. (по данным ГМС Ненастная) Table 1 Summary data about the dynamics of precipitation in the Kuznetsk Alatau mountains in the XX-XXI centuries (according to the data of «Nenastnaya» weather station) Показатель За год V Значения за период 1936-1950 гг. (по : [Справочник по климату СССР, 1956]) I II III IV Месяц VI VII VIII IX X XI XII Среднемесячные и среднегодовые осадки, мм 9 6 14 40 101 135 131 119 123 50 15 11 755 Коэффициент вариации месячного и годового количества осадков 1 0,6 0,7 0,3 0,4 0,2 0,4 0,4 0,5 0,8 0,6 0,7 0,2 Значения за 1950-1980-х гг. (по: СССР, по Среднемесячные и среднегодовые осадки, мм 118 88 96 90 124 126 133 135 130 134 186 147 1507 Коэффициент вариации месячного и годового количества осадков 0,47 0,65 0,40 0,43 0,45 0,35 0,41 0,33 0,48 0,32 0,42 0,54 0,44 Значения за 1990-2019 гг. (по: и Среднемесячные и среднегодовые осадки, мм 112,9 90,6 118,2 134,3 137,6 124,0 117,5 134,9 151,0 195,7 179,5 154,5 1650,7 Коэффициент вариации месячного и годового количества осадков 0,57 0,54 0,51 0,46 0,56 0,35 0,35 0,47 0,40 0,32 0,31 0,48 0,13 Режим выпадения осадков по суткам на ГМС «Ненастная» и «Центральный рудник» отличается высокой синхронностью: коэффициент корреляции для всего массива данных составляет 0,75. Анализ по месяцам показывает, что наибольшая синхронность в выпадении осадков прослеживалась в январе, мае, августе, октябре, ноябре и декабре (коэффициенты в пределах 0,83-0,94). При этом для марта и июля корреляция слабая (0,34 и 0,12 соответственно). Вероятно, распределение осадков в марте и июле определяется в Кузнецком Алатау локальными факторами. Анализа в рамках одного года явно недостаточно для выявления количественных зависимостей, но выявленная синхронность в выпадении осадков указывает на допустимость экстраполяции данных по ГМС «Ненастная» (расположенной в зоне осевого водораздела) и для западного макросклона гор Кузнецкого Алатау. В прошлых работах [Адаменко и др., 2017] мы доказывали, что ГМС «Ненастная» подходит для оценки динамики температурного режима гляцио-нивальной зоны Кузнецкого Алатау в летний период. В табл. 1 представлены данные среднемноголетних месячных и годовых сумм осадков по ГМС «Ненастная» по трем временным периодам: 19361950-е; 1950-1980-е и 1990-2019-е гг. Результаты свидетельствуют о происходящем в XX-XXI столетиях увеличении осадков. Период наблюдений (с 1934 по 1953 г.) отличается существенно меньшими годовыми суммами осадков, чем за последующие периоды. Усредненные годовые осадки за период 1936-1950 гг. составляют 755 мм/год, а за период 1950-1980 гг. - уже 1 507 мм/год (почти в 2 раза больше). Данная особенность, вероятно, обуславливается несовершенством системы метеонаблюдений в этот период. В «Справочнике по климату СССР» для рассматриваемой метеостанции отмечается, что наблюдения над осадками проводились дождемерами с воронкообразной защитой [Справочник..., 1956]. Кроме того указывается, что «до 1941 г. за холодный период суммы преуменьшены вследствие выдувания осадков» [Справочник., 1956, с. 29]. Действительно, месячные суммы осадков холодного периода с 1941 г. увеличиваются в среднем на 1-12 мм. Как отмечает С.Ю. Гаврилова, в первой половине 1950-х гг. на метеостанциях СССР производилась замена дождемера на осадкомер конструкции Третьякова, что привело к нарушению климатологической однородности временных рядов осадков [Гаврилова, 2010]. По данным Ц.П. Швера, максимальный недоучет в месячных суммах твердых осадков по дождемеру составлял более 60-70 % от показаний осадкомера [Швер, 1965]. В литературе имеется рад публикаций, косвенно указывающих, что выявленный факт увеличения осадков в горах Кузнецкого Алатау с середины 1950-х гг. отражает многолетние циклы в изменении режимов увлажнения для Западной Сибири. Для зоны лесостепи Западной Сибири внутри периода 1930-1940-х гг. отмечается несколько циклов с преобладанием режима недостаточного увлажнения [Евсеева, Филандышева, 2016]. Период 1950-х гг. был неблагоприятным для развития оледенения Кузнец кого Алатау, в особенности 1950-1953 гг. [Шпинь, 1971, с. 167]. В период с 1954 по 1971 г. отмечалось увеличение снежности гор Кузнец кого Алатау в сравнении с предыдущими годами [Шпинь, 1971, с. 167]. Решить данный научный вопрос мог бы анализ парных фотографий гля-циальных объектов. В связи со спорностью данных ГМС «Ненастная» в период наблюдений с 1934 по 1954 г., при расчете климатического тренда брались данные с 1960 г. На рис. 3 представлена динамика годовых сумм осадков с 1960 г., по данным которых рассчитан линейный тренд. При этом из выборки исключены 1985 и 1986 гг., так как в этот период годы имеется нарушение целостности наблюдений - наблюдения не велись в течение двух и трех месяцев соответственно. Даже если не брать в расчет данные наблюдений до 1960-х гг. при анализе динамики годовых сумм осадков по ГМС «Ненастная» отмечается устойчивый растущий тренд. Если средняя годовая сумма осадков в середине ХХ в. составляла 1 507 мм [Научноприкладной справочник..., 1990], то за период 19902019 гг. уже 1650,7 мм. Таким образом, можно утверждать, что на протяжении второй половины XX - начала XXI в. в горах Кузнецкого Алатау произошло значительное увеличение годового количества осадков. Анализ изменений во внутригодовом распределении осадков показал, что в XXI в. произошло небольшое процентное увеличение осадков теплого периода (с апреля по октябрь) в сравнении со второй половиной XX в. По средним значениям 1950-1980 гг. за теплый период года (IV-X месяцы) выпадало около 57 %, в то время как «зимние» осадки (с ноября по март) составляли 42 % от годовой суммы. Средние значения последних 30 лет (с 1990 по 2019 г.): в холодный период (XI-III месяцы) выпадает 39 %, а в теплый - 60 % от годовой суммы. В настоящее время для гор Кузнецкого Алатау можно установить закономерность, что около 40 % осадков от годовой суммы накапливается в снежном покрове, в то время как 60 % выпадает преимущественно в жидкой фазе. На фоне повсеместно увеличивающихся годовых температур смещение осадков в сторону жидких выступает логичным. Выявленные закономерности в распределении осадков в горах Кузнецкого Алатау позволяют использовать данные снегомерных работ для решения ряда теоретических и практических задач, связанных с мониторингом осадков на западных склонах гор Кузнецкого Алатау, где выпадает наибольшая годовая сумма осадков для всей Западной Сибири [Ресурсы..., 1972, с. 15]. С 2011 г. Государственный заповедник «Кузнецкий Алатау» в сотрудничестве с Институтом горного дела и геосистем Сибирского государственного индустриального университета проводит систематические наблюдения за снежным покровом в этом районе. Это единственные в своем роде исследования для обширной территории всего западного макросклона гор Кузнецкого Алатау. Снегомерные работы проводятся по стандартной методике [Быков, Попов, 2011]. Районом проведения ежегодных исследований является бассейн р. Верхняя Терсь, охватывающий Канымское нагорье. В ходе полевых работ изучаются особенности снегонакопления в горах Кузнецкого Алатау, производится описание снежной толщи и определение плотности снега с дальнейшим расчетом водозапаса на сне-гопунктах. Снегомерный маршрут имеет протяженность 52 км. Работы проводятся в первой декадесередине марта. За прошедшие 10 лет исследований количество снегопунктов на снегомерном маршруте из года в год увеличивалось, при этом оценивалась репрезентативность заложенных снегопунктов и отбирались наиболее показательные. В настоящее время снегомерный маршрут в долине Верхней Терси сформирован и включает девять снегопунктов, которые равномерно расположены по долине от среднего течения до верховьев и наиболее показательно отображают особенности снегонакопления на западном склоне Кузнецкого Алатау. Для анализа годовой изменчивости характеристик снежного покрова в горах Кузнец кого Алатау в 20112020 гг. использовались результаты наблюдений по трем снегопунктам на западном макросклоне: KUZ-VTR-1-SDG-2 «Кордон Верхняя Терсь», KUZ-VTR-1-SDG-1 «Метеостанция», KUZ-VTR-2-SDG-1 «Рыбное». Результаты полевых исследований сравнивались с наблюдениями за снежным покровом по ГМС «Ненастная» из базы данных ВНИИГМИ-МЦД [Булыгина и др., 2020]. С целью исключить влияние отдельных снегопадов была рассчитана средняя высота снежного покрова за 1-2 декаду марта. Именно в этот период проводились снегомерные исследования в заповеднике «Кузнец кий Алатау». Снегопункты KUZ-VTR-1-SDG-2 «Кордон Верхняя Терсь» и KUZ-VTR-1-SDG-1 «Метеостанция» расположены в одной ландшафтной зоне предгорий на левом борте долины р. Верхняя Терсь, 319 и 397 м н. у. м. соответственно. Годы ■ KUZ-VTR-1-SDG-2 «Кордон Верхняя Терсь» □ KUZ-VTR-1-SDG-1 «Метеостанция » □ KUZ-VTR-2-SDG-1 «Рыбное» ■ ГМС Ненастная Рис. 4. Изменение высоты снежного покрова в горах Кузнецкого Алатау в 2011-2020 гг. Fig. 4. Dinamycs of the snow cover height in the Kuznetsk Alatau Mountains in 2011-2020 Годы ■ KUZ-VTR-1-SDG-2 «Кордон Верхняя Терсь» □ KUZ-VTR-1-SDG-1 «Метеостанция» □ KUZ-VTR-2-SDG-1 «Рыбное» Рис. 5. Динамика влагозапаса в снежном покрове в горах Кузнецкого Алатау в 2011-2020 гг. Fig. 5. Dynamics of water content in the snow cover in the Kuznetsk Alatau Mountains in 2011-2020 Первый снегопункт заложен на взлеске смешанного пихтово-березового леса, второй - на окраине заболоченной поляны размером около 1 000 м2. Расстояние между снегопуктами по прямой - около 500 м. Из лесообразующих пород здесь преобладают береза повислая, пихта сибирская, сосна сибирская, в подлеске встречается калина. Снегопункт KUZ-VTR-2-SDG-1 «Рыбное» расположен на абсолютной высоте 1 029 м н. у. м. на левом борте карового озера с одноименным названием, в приводораздельной зоне западного (наветренного) макросклона гор Кузнецкого Алатау. Шурф заложен на открытой заболоченной поляне, общей экспозиции вниз по долине р. Верхняя Терсь. Ландшафты представлены верховыми болотами, субальпийскими лугами и среднегорными смешанными березово-пихтово-кедровыми лесами. Сравнение динамики высоты снежного в 20112020 гг., по данным снегомерных наблюдений авторов и по ГМС «Ненастная», показало положительную зависимость. Коэффициент корреляции между высотой снежного покрова на ГМС «Ненастная» и снегопунктом KUZ-VTR-1-SDG-1 «Рыбное» (ближайшим к метеостанции) - 0,77; с снегопунктом KUZ-VTR-1-SDG-1 «Метеостанция» (наиболее длинный ряд наблюдений) - 0,71. Диаграммы, отражающие динамику высоты снежного покрова и водозапаса покрова в горах Кузнецкого Алатау в 2011-2020 гг., представлены на рис. 4, 5. В целом высота снежного покрова и водо-запас на западном макросклоне Кузнецкого Алатау напрямую зависят от абсолютной высоты снегопунк-та. От предгорий к осевому водоразделу с повышением высоты места увеличивается высота снежного покрова и водозапас в нем. В приводораздельной части выше абсолютных 1 400 м н. у. м. высота снежного покрова резко уменьшается. На накопление снега здесь влияет метелевый перенос на подветренный склон, активность которого варьируется от года к году. В отдельные годы, например в 2019 г., снежный покров с гольцов полностью сдувался, обнажив каменные россыпи. В водораздельной зоне, ближе к восточному макросклону, где расположена ГМС «Ненастная», высота снежного покрова существенно ниже, чем на западном (см. рис. 4). Так, высота снежного покрова на метеостанции «Ненастная» (пос. Приисковое, абс. высота 1178 м н. у. м.) -это всего лишь 15-18 % от высоты снежного покрова на снегопункте Рыбное (западный макросклон 1 029 м н. у. м.) за аналогичный год, хотя расстояние между этими объектами по прямой всего 41 км. Оценивая цикличность изменений водозапаса в снежном покрове можно отметить, что наиболее снежными были 2013, 2016 и 2020 гг. В 2020 г. зафиксирована наибольшая высота снежного покрова и наибольший водозапас за все 10 лет снегомерных исследований на западном макросклоне. Сравнение результатов наблюдений 2020 г. с данными 2019 г. показало, что по девяти снегопунктам среднее значение высоты снежного покрова в 2020 г. выше на 61,7 см, а среднее значение водозапаса больше на 357,5 мм, чем в 2019 г. Зафиксированный во второй декаде марта 2020 г. водозапас на снегопункте KUZ-VTR-2-SDG-1 «Рыбное» составил 1801,5 мм, что соответствует среднегодовому количеству осадков для западных и юго-западных склонов Канымского нагорья по данным Справочника по климату СССР.В 2015 г. снегомерные работы были сорваны плохими погодными условиями, однако по данным ГМС «Ненастная» видно, что этот год также отличался повышенной снежностью. Косвенно на это также указывают результаты исследования малых ледников района [Адаменко и др., 2017]. Заключение Анализ динамики годовых объемов осадков по ГМС «Ненастная» показывает в горах Кузнецкого Алатау их устойчивый растущий тренд. Наибольшее увеличение осадков произошло с 1934 по 1955 г. Среднегодовые осадки за последние 30 лет (19902019 гг.) составляют 1650,7 мм/год. Это более чем в 2 раза больше, чем фиксировалось в первой половине XX столетия. Результаты снегомерных работ в долине р. Верхняя Терсь также подтверждают факт значительно большего количества осадков в горах Кузнецкого Алатау, чем считалось ранее. Во второй декаде марта 2020 г. водозапас в приводораздельной зоне западного макросклона составил 1801,5 мм, что соответствует среднегодовому количеству осадков для западных и юго- западных склонов Канымского нагорья по данным Справочника по климату СССР. Анализ процентного распределения осадков по месяцам внутри года в горах Кузнецкого Алатау показывает, что за холодный период года (с ноября по март) выпадает около 40 % от годовой суммы, в то время как в теплый период (с апреля по октябрь) - 60 %. Таким образом, расчетным методом можно предположить, что годовое количество осадков в 2020 г. может достичь 3 000 мм в год и более. По всей видимости, подтверждается мнение Петра Сергеевича Шпиня, который еще в 1970-х гг. утверждал, что максимальная величина годового количества осадков в горах Кузнецкого Алатау в отдельные годы достигает 3 000-3 500 мм и более. Полученные данные расширили ряд наблюдений за снежным покровом в горах Кузнецкого Алатау. Наблюдения за снежным покровом в заповеднике «Кузнецкий Алатау» проводятся ежегодно в схожую декаду уже девятый год, что, вместе с анализом данных гидрометеостанций позволяет оценивать современную динамику изменения климата всего западного макросклона горного района.

Скачать электронную версию публикации