Внешний массообмен ледников Актру: методика наблюдений, тенденции изменения и климатическая обусловленность.pdf Ледники Акгру достаточно хорошо известны гля-циологической общественности. Интерес к ним обус-ловлен прежде всего географическим положением -практически центр Евраазиатского континента - и, во-вторых, наличием длительного ряда непосредствен-ных наблюдений по основным гляциогидроклимати-ческим параметрам, позволяющего судить о современ-ных тенденциях динамики ледников в условиях глу-боко континентальных районов. Для этих целей лед-ники Акгру признаны опорными объектами в Сибирии включены в Мировую сеть мониторинга ледников.Исследованиям внешнего массообмена, а также фак-торам его обусловливающим, в бассейне Акгру посвя-щено достаточно много работ [3,6, 9,12,15 и др.], ох-ватывающих в целом период с 1957 г. и по настоящеевремя. На разных этапах исследования основной комп-лекс наблюдений в летний период на ледниках в целомсохранялся, однако по отдельным составляющим - глав-ным образом по аккумуляции - в первые годы степеньдетальности наблюдений, а, соответственно, и точностьоценок были приблизительными, полученными, в ос-новном, расчетным путем без учета процессов, проис-ходящих в фирновой области. С тех пор ряды наблюде-ний существенно удлинились и расширились, накопленопыт измерений, обработки и обобщения полевых ма-териалов. Это позволяет более качественно оценитьсоставляющие баланса массы, а также выявить их зави-симость от конкретных ороюшматических условий какна современном этапе исследований (1962-1999 гг.), таки в предшествующие периоды.Схема измерений составляющих баланса массыМетодика производства гляциологических работвключала в себя несколько этапов.Измерения начинались с проведения снегомерныхработ в период максимума снегонакопления, которыйотмечается в период устойчивого перехода среднесу-точных температур воздуха в сторону положительныхзначений на высоте языков ледников.В большинстве случаев этот перелом в Акгру про-исходит довольно резко и со значительным скачком вабсолютом значении температуры. Это обстоятель-ство очень важно при определении даты максимумаснегонакопления по всей площади ледников, верти-кальная протяженность которых составляет от 500 до1500 м. В этот период снегомерными работами охва-тывается основная площадь ледников по фиксирован-ной на поверхности массовой сети продольных и по-перечных профилей и абляционных реек (рис. 1), ко-торые ежегодно контролируются в конце сезона тая-ния (либо подбуриваются, либо устанавливаются но-вые). Как правило, к этому моменту времени процес-сы перераспределения снега на ледниках Актру ужезаканчиваются: повышенная влажность поверхностиснега и наличие ветровых и радиационных корочекпрепятствуют возникновению метелевого переотложе-ния; снос снега лавинами с окружающих склонов так-же в основном завершается. В случае несовпадениядаты максимума со снегомерными работами вводи-лась соответствующая поправка по данным временнодействующих метеопостов и осадкомерных пунктов,а также визуальных наблюдений по сети реек.Одновременно с производством снегомерных ра-бот закладывалась серия шурфов, мощностью от 1 до10 м, в которых изучались структурно-стратиграфи-ческие особенности снежно-фирновой толщи, фикси-ровались мощности годичных горизонтов с послой-ным измерением их плотности, температуры толщи идругие параметры. Для этих целей использовалисьтакже трещины и разломы. Весь комплекс работ по-вторялся в конце сезона таяния, который в среднемприходится на первую декаду сентября. Таким обра-зом, внутреннее питание измерялось методом послой-ного определения плотности в начале и конце перио-да таяния с учетом поправки на оседание. Затем этиданные интерполировались на всю область питания поизвестным значениям мощности и длительности льдо-образования толщи, которые картировались по всейплощади областей питания в юнце каждого балансово-го года по результатам съемок снежного остатка с конт-рольными отметками в трещинах и шурфах.В течение летнего сезона, с периодичностью в5 дней - на леднике Малый Актру и 10 дней - на Ле-вом Актру и Водопадном, снимались величины тая-ния по сети абляционных реек. При этом картирова-лось положение снеговой границы и измерялась ве-личина наложенного льда. Полученные результатынаносились на крупномасштабные карты (1 : 10000,1 : 5000) и строились поля режимных характеристик.Величина летней аккумуляции определялась сле-дующим образом. В момент проведения снегомерныхработ одновременно производили запуск наблюденийна временно действующих (в летний период) метео-постах- Водопадный (3050 м), Учитель (2950 м), язык(2400 м) и фирновая зона (3250 м) Малого Акгру, гдеРис. 1. Схема расположения пунктов наблюдений в бассейне Акгру. (I - суммарные осадкомеры; 1 - ГМС Астру; 3 - станцияВерхняя Актру; 4 - сезонные мегтеопуикты; 5 - гидрологические створы; 6 - шурфы; 7 - термоскважины; 8 - абляционные рейки;9 - мерзлотомеры)п. !tep М. Дктру Л кс оа ^ IСдакяадл. Водопэдныйфиксировались суточные значения температуры воз-дата и осадков (их вид и количество). Кроме того, посети суммарных осадкомеров (11 шт.), равномернораспределенных от высоты 1950 до 3050 м, в концекаждого месяца снимались показания (рис. 1). По по-лученным значениям строили зависимость осадков отвысоты местности, а по данным ГМС Аюгру (2150 м)и временным метеопостам годсчитывалось количе-ство твердых осадков, которые интерполировались доверхних пределов оледенения. Кроме того, величиналетних снегопадов контролировалась по абляционнымрейкам, а в случае их большого количества (что не-редко бывает) - проводились снегомерные работы.Таким образом, при постановке массбалансовыхнаблюдений мы ориентировались на все имеющиесяв гляциологической практике схемы расчетов балан-са массы, а именно [2]: по годовым значениям акку-муляции (Ct) и абляции (At); по зимнему (bw) и лет-нему (bs) балансам; по чистой аккумуляции (S + f ) ичистой абляции (Ai).Процессы формирования баланса массы и егосоставляющихПродолжительность периодов аккумуляции и тая-ния на ледниках Актру весьма существенно изменя-ется по годам. Для определения границ этих перио-дов использовались данные по гидрометеостанции(ГМС) Акгру и временнодействующим метеопункгамв бассейне (рис. 1).За начало периода абляции принимается дата ус-тойчивого перехода через 0°С средней суточной тем-пературы воздуха на нижней границе ледников. Абля-ция льда начинается несколько позже, когда обнажа-ется конец языка от сезонного снега. Окончание пе-риода абляции (или начало нового балансового года)соответствует времени полного покрытия ледникаустойчивым снежным покровом и переходом среднейсуточной температуры воздуха через 0°С в сторонуотрицательных значений. Однако, в этот период, впоследующие несколько дней, нередки возвраты теп-ла, которые, в целом, способны только увеличить влаж-ность снежного покрова при отсутствии талого стокас ледника. Этот снег - начальная стадия формирова-ния зимнего баланса массы ледника последующегобалансового года.Самое раннее начало таяния снега на леднике Ма-лый Акгру отмечено 13 апреля 1997 г., льда - 8 мая1972 г., самое позднее - соответственно 29.05 (1987 и1988 гг.)и08.06 (1984 г.), в среднем за годы наблюде-ний- 14.05 и 27.05 (табл. 1). Окончание абляционно-го периода (или начало периода аккумуляции) заключено в отрезке времени с 22 августа по 15 сентября, всреднем - 4 сентября. Самый продолжительный пе-риод абляции снега составляет 146 дней (1997 г.), альда - 126 дней (1998 г.); самый короткий период -соответственно 92 дня (1995 г.) и 83 дня (1978 г.).Продолжительность балансового года в среднеммноголетнем совпадает с календарным, но в отдель-ные годы может существенно отличаться от последне-го - 350-380 дней. Его начало и окончание приходит-ся в среднем на 4 сентября. Таким образом, для усло-вий Алтая производство работ на ледниках из двухобщепринятых в мире схем формирования балансамассы- стратиграфической и фиксированных дат [19]- приемлема только первая.На плосковершинном леднике Водопадный разни-ца в длительности периодов аккумуляции и таяния ещеболее значительна, чем на Малом Акгру. Это связано,прежде всего, с его морфологическим типом и орок-лиматическими условиями существования, которые,в свою очередь, определяют режимные характерис-тики (аккумуляция, абляция) ледника, значительноотличающиеся от таковых дая долинных ледниковбассейна. Кроме того, конец языка располагается на820 м выше, чему Малого Акгру. В силу этих особен-ностей, длительность периода абляции составляет 85дней, изменяясь от 58 до 106 дней (табл. 1). Его нача-ло датируется в среднем 01.06, с вариациями от 10.05(1991 г.) до 18.06 (1985 г.). Соответственно, начало иокончание балансового года приходится в среднем наконец августа (23.08), при крайних значениях 13.08(1981 г.) и06.09 (1998 г.). При этом заметим, что раз-ницы во времени между началом таяния снега и льдапрактически нет, т.к. в этот период на языке ледника,а также в отдельных местах фирновой области (осо-бенно в предвершинной ее части), мощность снега непревышает 10-20 см, а иногда и вовсе наблюдаютсяобнаженные участки чистого льда. Исключение со-ставляет осенний период (вторая половина августа),когда после интенсивных снегопадов, полностью по-крывающих ледник, в последующие несколько дней вотдельные годы наблюдается таяние. Но, как прави-ло, этот процесс протекает очень вяло, а абсолютныезначения суточного таяния составляют всего несколькосантиметров и жидкий сток с ледника отсутствует. Врезультате, также как и на Малом Акгру, этот фирнизи-рованный снег «уходит» в следующий балансовый год.Начало периода аккумуляции (конец августа - на-чало сентября), как правило, связано с серией мощ-ных и интенсивных снегопадов, обусловленных вы-ходом циклонов с Баренцева и Карского морей, а так-же со смещением северо-западных циклонов и фор-мированием высотного циклона над Горным Алтаем[11, 15]. Окончательный период установления устой-чивых отрицательных температур воздуха связан сформированием области повышенного давления ввиде отрогов Азиатского (Монгольского) антицикло-на и проникновением холодного арктического возду-ха в высокогорье Алтая.По данным ГМС Актру, зимний сезон характери-зуется незначительной повторяемостью осадков (30-45% от их общей продолжительности), но обильныеснегопады (более 5 мм), дающие 40-70% всей сум-мы осадков, составляют лишь 8-20% от общего чис-ла дней с осадками. Основное их количество за зимувыпадает в переходные сезоны года: сентябрь-октябрь- 31%, апрель-май - 33% и только 36% - заноябрь-март.В табл. 1 представлены данные по осадкам ГМСАктру за периоды аккумуляции, которые, как видим,для Малого Акгру изменяются в пределах от 200 до412 мм при среднем значении 282 мм. Для Водопад-ного эти величины составляют соответственно 253 и464 мм (в среднем 333 мм). При этом отношение ве-личины зимнего баланса массы (bw) на ледниках кколичеству осадков за период аккумуляции изменяет-ся на Малом Акгру от 1,73 до 3,64, а в среднем наледнике за зиму концентрируется осадков в 2,3 разабольше, чем на метеостанции Акгру. Напротив, наВодопадном это соотношение в среднем составляет0,87, изменяясь от 0,65 до 1,40. Если рассматриватьотношение суммарной аккумуляции (Ct) на ледникахк величине годовых осадков, то для Малого Актру оноравно в среднем 1,73, изменяясь от 1,4 до 2,06, дляВодопадного - 1,02, изменяясь от 0,62 до 1,39.Это значительное отличие между ледниками обус-ловлено следующими причинами: занимая северныйи частично северо-западный склоны куполовиднойвершины (3552 м), по высоте не уступающей основ-ному гребню хребта Биш-Иирду, ледник Водопадныйпрактически открыт для всех основных ветров; рель-еф его поверхности имеет плавный уклон (в среднем17°) в сторону долины Актру. Все это создает благо-приятные условия для интенсивного сноса снега. По-этому, зимний баланс ледника зависит, в основном, неот количества выпавших осадков, а от ветрового ре-жима зимой. Коэффициент корреляции (R) между bwи Х2 составляет всего лишь 0,41. Единственный вог-нутый участок в центре ледника способствует концен-трации тех незначительных запасов снега, которые, восновном, и определяют его зимний баланс.Одна из основных особенностей режима оледене-ния бассейна Актру (как впрочем и всего Алтая) со-стоит в том, что аккумуляция на ледниках не заканчи-вается временем установления максимальных снего-запасов, накопленных за зиму, а продолжается и в лет-ний период. Роль летних снегопадов в массообменеледников Алтая отмечалось во многих работах [6, 9,15, 17, 18 и др.]. Было выявлено, что доля летней ак-кумуляции возрастает от западной и северо-западнойокраин горной страны вглубь, к центру и восточнойокраине. В этом же направлении прослеживается итенденция сокращения годовой суммы осадков от 2000и более до 500 мм и менее. По данным ГМС Актру натри летних месяца (июнь-август) приходится 45% го-довой суммы осадков, с вариациями от 34 до 54%.Однако, с ростом высоты в бассейне Акгру виутриго-довая структура распределения осадков значительноменяется. В табл. 2 представлены средние многолет-ние данные по суммарным осадкомерам, действую-щим с 1977 г. (рис. 1). Выявлено, что на фоне общейтенденции увеличения осадков с высотой за год (сен-тябрь-август), доля летних осадков возрастает от 45до 68%. Вероятной причиной такого распределенияявляется очень частый «размыв» облачности над цен-тром долины, что, в свое время, отмечал М.В. Тронов[18]. В холодное время года (сентябрь-март и сентябрь-май) распределение осадков (по абсолютной величи-не) в бассейне более менее равномерно, но летом про-исходит их увеличение по кривой, близкой к парабо-лической: быстрое нарастание осадков прослежива-ется до высоты 2500-2700 м; далее с увеличениемвысоты их количество несколько уменьшается либоостается неизменным.Соответственно, доля твердых осадков за июнь-август также возрастает с высотой. Многолетние дан-ные по ГМС Актру и временнодействующим (в лет-ний период) метеопостам в бассейне позволяют выя-вить следующее (табл. 2): на ГМС Актру доля твер-дых осадков составляет в среднем 14%, изменяясь вотдельные годы от 8 до 30%; у языка Малого Акгру(2210 м) - 19%, с вариациями от 10 до 35%; на стан-ции Учитель (2970 м) - 65%, изменяясь от 48 до 70 %;у языка ледника Водопадный (3040 м) - 83%, изменя-ясь от 75 до 90%. Экстраполируя эти данные до верх-них пределов оледенения в бассейне, используя приэтом методическую схему Г.Е. Глазырина [1], получа-ем, что на средней многолетней высоте границы пи-тания на ледниках (3160 м) 92% летних осадков вы-падает в твердом виде, а начиная с высоты 3300 м -почти 100%.Распределение количества аккумулированныхосадков на ледниках Актру за снегопад имеет хорошовыраженную высотную зональность. При этом, еслиснегопад на языке ледника малоинтенсивен (до 3 мм),то в фирновой зоне накопление снега не превышает,как правило, 4-6 мм в слое воды. Такие снегопадынаблюдаются наиболее часто - до 60% от их общегочисла за летний сезон. Повторяемость снегопадовсредней интенсивности (3-10 мм) составляет около30%. При этом, величина твердых осадков существен-но возрастает с высотой: так, если на станции Акгрурегистрируется 10 мм, то на языке ледника МалыйАктру выпадает 15-20 мм, а в фирновой зоне - до30 мм. Еще более редки мощные снегопады (больше10 мм) - всего 1-4 случая за сезон абляции, при кото-рых различие в количестве выпадающих осадков меж-ду нижними и верхними частями ледников резко уве-личивается. Так, за последние годы наблюдений в бас-сейне наиболее мощный снегопад был отмечен 13 ав-густа 1989 г., при котором на станции Актру было за-регистрировано 20,5 мм осадков, на языке МалогоАктру - 40-50 мм, а выше границы питания слой сне-га составил в среднем 50 см, что соответствует около100 мм осадков.В целом, сумма средних и мощных снегопадов даетоколо 70% летней аккумуляции на ледниках Акгру,которая составляет для долинных ледников бассейна(Малый, Левый и Правый Акгру) в среднем 28% отсуммарной аккумуляции за год, изменяясь в разныегоды от 11 до 42%; для плосковершинного ледникаВодопадный - 48%, с вариациями от 21 до 64%.На основании всех имеющихся гляциоклиматичес-ких данных установлены зависимости между количе-ством зимних (сентябрь-май) и годовых (сентябрь-август) осадков, регистрируемых на станции Актру, иаккумуляцией снега на ледниках бассейна, накоплен-ного за зимний период и весь балансовый год в целом(рис. 2). Как видим, для ледника Малый Акгру этисвязи довольно устойчивы (коэффициенты корреля-ции составляют соответственно 0,75 и 0,85), что, всвою очередь, позволяет использовать их при реше-нии прямой и обратной задачи в системе гляциологи-ческого мониторинга. Для ледника Водопадный такиесвязи менее однозначны: в первом случае коэффици-ент корреляции равен всего лишь 0,41 (причины из-ложены выше); во-втором - R = 0,77, что обусловле-но значительной долей летних осадков и летней акку-муляцией.N2 Станция Абс.Высота, м МестоположениеОсадкиза год(1X-VIII)Доля осадков по сезонам (в % отгодовых)Долятвердыхосадков, в %за VI-VIIIК-Ш IV-V VI-V1H1 ГМС Аиру 2150 Гидрометеостанция 545 37 18 45 142 Мал. Актру 2210 У языкаМ. Актру 733 23 15 62 193 Бараньи лбы 2430 Центр долины 713 22 17 614 Ригель 2500 Левый склон 683 26 13 615 Кулуар 2600 Правый склон 665 23 15 626 Голубое озеро 2800 Боковая моренаЛевого Актру623 25 18 577 Учитель 2970 Левый водораздел 554 30 15 55 658 Водопадный 3040 В 100 м от языкаВодопадного670 19 13 68 83Т а б л и ц а 2Среднемноголетнее распределение осадков по высоте и сезонам года в бассейне Акгру17Рис. 2. Зависимость Ьи (1) и С, (2) на ледниках Малый Актру (а) н Водопадный (б) от количества зимних (сентябрь-май)и годовых (сентябрь-август) осадков, регистрируемых на ГМС АктруПроцессы таяния и факторы, их обусловливающие,иа ледниках Акгру изучены наиболее полно и всесто-ронне. Еще со времен МГТ - начала систематических ицеленаправленных исследований ледников Акгру - та-яние рассматривалось как главный и интегральный по-казатель комплекса различных процессов состояния ат-мосферы и ледников. Различные аспекты этого вопро-са обобщены в многотомной серии сборников «Гляцио-логия Алтая» и нескольких монографиях [6,15 и др.].Регулярные наблюдения за поверхностной абляци-ей по сети реек на ледниках бассейна начали проводить-ся с 1956 г. и продолжаются по настоящее время [4,6,9,13 и др.]. Было установлено, что величина летнего ба-ланса массы обусловлена климатическими условиямиконкретных лет, а его распределение по площади лед-ников зависит, в основном, от абсолютной высоты, экс-позиции, степени экранированносги склонами окружа-ющих хребтов и заморененности поверхности льда.В общем случае распределение таяния по площад и лед-ников выглядит следующим образом: на языках долин-ных ледников оно составляет в разные годы от 300 до600 г/см2, на высоте границы питания - от 75 до220 г/см2, выше - в средних частях фирновых зон - от40 до 80 г/см2, на склонах вершины Акгру-Баш (более4000м)-10-15 г/см2. На леднике Водопадный-на язы-ке - от 100 до 200 г/см2, уменьшаясь в предвершиннойчаста (выше 3500 м) до 20-60 г/смг.Средневзвешенные по площади величины таянияв каждый конкретный год достаточно хорошо корре-лируются со среднелетними температурами воздуха(июнь-август) на станции Актру (рис. 3). Однако, за-метим, что с уменьшением температуры воздуха ли-нейность связи нарушается, на леднике Водопадныйэто выражается в более значительном разбросе точек(рис. 36), а на Малом Акгру зависимость Ат=F(t) во-обще приобретает параболическую форму (рис. За).Основной причиной таких нарушений является тотфакт, что с понижением температуры воздуха (обыч-но с 8,5°С и ниже) увеличивается повторяемость лет-них снегопадов и, соответственно, возрастает вели-чина летней аккумуляции на ледниках. Наши иссле-дования показывают [6, 8], что летние снегопады вобласти питания способны сохранить ледникам око-ло 10-15%, а в зоне абляции - до 30-40% годовоймассы льда. Таким образом, как неоднократно подчер-кивал М.В. Тронов [17, 18 и др.], повторяемость лет-них снегопадов в условиях Алтая может быть решаю-щим погодно-климатическим фактором, определяю-щим динамику' ледников.Для ледников Алтая очень важной составляющейих балансового состояния является величина внутрен-него питания - или повторно замерзшая вода в пори-стых снежнофирновых отложениях (инфильтрацион-ное льдообразование) и на поверхности льда (конше-ляционное льдообразование). Измерения ее произво-дились, как отмечено выше, в наиболее характерныхточках областей питания ледников Акгру в опорныхшурфах путем сопоставления плотности и водности вРис. 3. Зависимость суммарного таяния (А,)от среднелетаей температуры воздуха (t) наГМС Акгру для ледников Малый Aicipy (а)и Водопадный (б)1098(В)4-091последовательных годовых слоях вначале и конце периода таяния сучетом поправки на оседание. Ос-новные закономерности интерполя-ции величины внутреннего питания(f) по площади ледников были иссле-дованы в период 1981-1986 гг.[8,10], когда только в зоне питанияледника Малый Акгру было заложе-но 6 шурфов от 2 до 11 м, и7 термо-скважиндо глубины 10-20 м (рис. 1).В качестве примера в табл. 3представлены измеренные величи-ны внутреннего питания за 1981 г.по годовым остаткам в различныхточках активного слоя ледниковАкгру. Заметим, что зональностьпроцессов льдообразования, выделенная нами рань-ше [8, 10], представлена здесь типичным континен-тальным набором - холодная фирновая, фирново-ле-дяная и зона ледяного питания.Анализ таблицы показывает, что при наличии фир-нового остатка текущего балансового года (S) значитель-ная часть суммарного внутреннего питания (f) сосредо-точена именно в нем и равна Я. Кроме того, чем боль-ше S, тем больше и относительная величина fl. Так, помере роста мощности фирнового остатка текущего года(шурфы 2, 3, 5, 6) ва леднике Малый Акгру в пределахфирново-ледяной зоны величина f l составляет от 20 до50% суммарной f. Для опорного шурфа № 3 при сред-ней суммарной величине f = 30 г/см2, fl изменяется от 5до 14 г/см1. Последующий процесс льдообразования засчет внутреннего питания по годовым слоям предше-ствующих лет (fii) также имеет некоторые специфичес-кие особенности: на участках 2-3-метровой мощностифирна распределение (f) более менее однородно и со-ставляет по 20-30% в слое, при 6-7 метрах и более ос-At60 ВС- 100 120 1-10 ISO 1ЯЦ 200 220fit)At20 40 40 SO 100 120 140 160новная масса fii (до 20-30% от суммарной f) сосредото-чена в слое, следующим за годовым остатком текущегогода. В случае, если фирновый остаток текущего годанезначителен или вовсе отсутствует (шурф № 2 на Ле-вом Акгру, табл. 3, рис. 1), то наибольшее количествовновь образовавшегося льда находится в первом годо-вом слое (до 50%) с последующим относительно рав-номерным его распределением.Из табл. 3 также следует, что внутреннее питаниена участках полного набора годовых слоев, занимаю-щих основную площадь областей питания ледниковАкгру, сосредоточено в первых трех-четырех слоях,что соответствует 5-7 метрам фирновой толщи. Так,в шурфе № 4 (холодная фирновая зона) f = 35 г/см2 изкоторых 32 г/см2 или 91% находится в годовых слоях1978-1981 гг; для шурфа № 3 (фирново-ледянаязона)- 83%. Таким образом, отмеченные 6-7-метровыемощности фирновой толщи могут служить той пре-дельной глубиной шурфов, которые следует заклады-вать для определения величины внутреннего питания.Т а б л и ц а 3Распределение величины внутреннего питания (числитель, г/см2) и его доля (знаменатель, в %) по годовым остаткамв различных точках активного слоя ледников Актру в 1981 г. (см. рис. 1)ГодовойслойМалый Актру Водопад-ный,№1ПравыйАктру,№ 1ЛевыйАкгру,№2№2 №3 №4 №5 №61981 3,5/30 9,5/41 17/49 10,5/39 8,5/40 3,6/22 3,8/30 -1980 2,5/22 6,5/29 8,0/23 8,5/32 6/29 5,4/34 3/23 7/511979 - 2,2/10 3/8 2,5/9 1,5/8 - - -1978 - 1,5/6 4/11 1,5/6 2/9 - 3,1/221977 2/18 0,8/3 1/3 0,7/3 0,4/2 3/19 1,5/12 2,4/171976 3,5/30 1/4 0,8/2 1,5/6 0,9/4 4/25 2/16 1,3/101975 - 1,5/6 0,6/2 1,5/5 2/9 - 2,5/19 -1974 - - 0,6/2 - - - - -Сумма 11,5 23,0 35,0 26,6 21,3 16,0 12,8 13,8Рис. 4. Гипсографическая кривая и зависимость высоты границы питания от годового баланса массы (а) и от средналетнейтемпературы воздуха (б) для ледника Малый АктруХарактер распределения суммарной величины внут-реннего питания по площади ледников Акгру выглядитследующим образом: нарастание f в пределах зоны ле-дяного питания (от 0 до 5-15 г/см2) к фирновой линии(на ледниках Водопадный и Кар Малого Актру до 20-30 г/см2) далее, вверх, сменяется ускоренным ростом всвязи с быстрым утолщением многолетнего фирна и впределах фирново-ледяной зоны изменяется ог 8-15 до30 г/см2; на нижней границе холодной фирновой зонырастущее внутреннее питание становится равным ве-личине таяния, которое закономерно уменьшается свысотой от 40 до 20-10 г/см2. В целом за годы наблюде-ний из общей суммы талых вод, образованных на лед-никах Акгру, потери на внутреннее питание составля-ют в среднем около 15%, изменяясь ог 4 до 35%.Таким образом, рассмотренные выше процессыформирования массбалансовых характеристик, опре-деляющих бюджетное состояние ледников Акгру, по-казывают, что составляющие баланса массы весьмачувствительны к климатическим изменениям и вомногом от них зависимы по абсолютным значениям.Интегральным выражением гляциоклимэтичес-ких процессов на ледниках служит положение высо-ты границы питания (ELA), определяемое в Акгру ба-лансовым методом. Диапазон колебания этой харак-теристики чрезвычайно велик: на Малом Авсгру - от2800 до 3390 м (590 м); на Водопадном - ог 3150(нижний предел) до полного ее отсутствия на ледни-ке (1998 г.). Кроме того, в отдельные годы (1979,1982и 1991 гг.) на Водопадном область питания наблюда-лась только в виде незначительного пятна в центреледника, составляющего от 9 до 22% от его общейплощади.В результате многолетних наблюдений на ледникеМалый Актру получена связь между балансом массы(bn) и высотой границы питания (ELA), которая пред-ставлена в виде нелинейной функции и достаточнохорошо описывается гипсографической кривой лед-ника (рис. 4а). Хотя линейная аппроксимация связи bn= f(ELA) имеет достаточно высокий коэффициент кор-реляции, равный 0,86, но в экстремальные годы (присамом низком или высоком положении ELA) она даетошибки до 20-30 г/см2. Несколько предпочтительнееиспользовать для этих целей коэффициент AAR - доляобласти аккумуляции, о чем свидетельствует болеевысокий коэффициент корреляции, равный 0,91. Дляостальных ледников бассейна также выявлены анало-гичные закономерности. Таким образом, выполняет-ся одно из основных условий применимости на Алтаеизвестной имитационной модели М.Б. Дюргерова [5и др.], предполагающей переход от данных, получен-ных на отдельно взятом леднике, к их группе или сис-теме при помощи связи bn = f(ELA) и распределенияплощади оледенения по высоте. В ближайшее времянеобходимо выяснить степень репрезентативности этихзависимостей для всего оледенения Алтая, либо каких-то отдельных его районов, с целью д альнейшего исполь-зования для расчета баланса массы и ледникового стокавсей ледниковой системы в целом за каждый год.Кроме того, получена связь высоты границы пита-ния со средней летней температурой воздуха (t) настанции Актру (рис. 46). Оказалось, что при отклоне-нии летней температуры на ±1 °С от нормы (за период1957-2000 гг.) высота границы питания на МаломАкгру изменится (поднимется или опустится) пример-но на 180 м. Эта зависимость таююе дает возможностьоценивать баланс массы и ледниковый сток при со-временном состоянии ледников и климата.Аналитическое выражение наиболее статистичес-ки значимых зависимостей, рассмотренных выше,представлены в табл. 4. Они позволяют на количе-ственном уровне проследить причинно-следственныесвязи в решении ряда основных вопросов взаимодей-ствия климата и оледенения Алтая.Т а б л и ц а 4Уравнения регрессии для определения режимных и климатических характеристик ледников Актру№ Характеристика Уравнение регрессии Коэф-нт корреляции1 Среднелетняя температура воздуха на ГМС Актру - ГМСКара-ТюрекТак = 0,67Ткт + 4,74 0,912 Суммарное таяние на Малом Актру - среднелетняятемпература на ГМС АктруAt = 1635 - 407,4Т + 26,7т1 0,873 Абляция - среднелетняя температура воздуха (там же) A t - f = 1874 - 474,7Т + 31, IT* 0,934 Годовой баланс массы Малого Актру - суммарное таяние Bn = 145 - l,31At -0,895 Годовой баланс массы Малого Актру - абляция Bn = 113 - l,21(At-f) -0,946 Годовой баланс массы Малого Актру - высота границыпитанияBn = 1009-0,321 ELA -0,867 Суммарная аккумуляция на Малом Актру - осадки засентябрь-август на ГМС АктруCt= 1,3 + 0,171X« 0,858 Зимний баланс Малого Актру - осадки за сентябрь-майна ГМС АваруBw = 17,6+ 0,164X 9.5 0,759 Суммарная аккумуляция на Водопадном - осадки засентябрь-август на ГМС АктруCt = -23 + 0,143X9.8 0,7710 Годовой баланс массы Водопадного - абляция Bn = 54,7 - 0,98(At - f) -0,8111 Годовой баланс массы Водопадного - высота границыпитанияBn= 1172-0,366ELA -0,88Также эти зависимости можно использовать приреконструкции баланса массы ледников Акгру за дли-тельный период времени, что позволит оценить вли-яние разных факторов на изменение состояния оле-денения и реакцию на колебания климата. Ранее та-кая реконструкция была нами сделана за 147-летнийпериод (1839-1985 гг.) по двухступенчатой связи: ме-теоэлементы (температура, осадки) станция Барнаул- станция Актру - режимные характеристики ледни-ка Малый Акгру [7]. Мы вновь решили вернуться кэтой проблеме по следующим причинам: 1) значи-тельно увеличился период непосредственных наблю-дений на ледниках (на 15 лет), что позволяет выявитьболее статистически значимые зависимости; 2) вы-явлены более надежные связи между метеопарамет-рами по станциям Акгру и Кара-Тюрек, действующейс 1940 г.; 3) в качестве решающего аргумента при ре-конструкции использовалась важная особенность мас-сообмена ледников Акгру, которая заключается в том,что изменчивость годового баланса массы определя-ется, в основном, изменчивостью летнего балансамассы. Так, в колебаниях bn за период 1962-2000 гг.прослеживается четкая синхронность с величиной Atпри R = 0,89, а еще лучше - с (At - f) при R = 0,94.Основная схема расчета при реконструкции до1940 г. сводилась к следующему: по зависимости 1(табл. 4) вычислялась средняя летняя температура воз-духа на станции Актру за период 1940-1956 гг.; затемопределялась величина At и At - f по уравнениям 2 и3; по формулам 4 и 5 вычисляли годовой баланс мас-сы; Q определялось как остаточный член уравнения;ELA- по зависимости 6. Как отмечалось выше, в пе-риод 1956-1961 гг. проводились наблюдения за вели-чиной At [13], хотя и не с такой частотой точек изме-рений, как того требуют современные методическиерекомендации по наблюдениям за ледниками. Тем неменее, мы использовали эти данные, взяв за основувыявленные нами за много лет закономерности рас-пределения величины At по площади ледников. Кро-ме того, за этот же период известны температура воз-духа и количество осадков [16]. Поэтому, для опреде-ления Ct за период 1956-1961 гг. дополнительно ис-пользовалась зависимость 7 (табл. 4).Результаты расчета годового баланса массы и егосоставляющих для ледника Малый Актру представ-лены в табл. 5, где с 1962 г. - данные непосредствен-ных наблюдений. Расчет параметров на независимомматериале (1962-1999 гг.) показал, что ошибка в оп-ределении At не превышает 15%, a Ct -10%. Сравне-ние с предыдущей реконструкцией [7] показывает, чтонаправленность тенденций годового баланса массы иего составляющих сохраняется, а в отдельные годыдаже совпадает по абсолютным значениям.Основные закономерности балансового состоянияи факторов его обусловливающих для ледника Малыйактру за период 1940-1999 гг. сводятся к следующе-му (рис. 5, табл. 5).1. В межгодовой изменчивости годового балансамассы выделяется несколько периодов накопления илипотери массы льда: первые отмечаются в 1946-1949,1956-1960, 1967-1973, 1975-1977 и 1983-1990 гг., авторые - в 1940-1945, 1950-1955, 1961-1966, 1978-1982 и 1991-1999 гг. При этом, длительность этих пе-риодов составляет 6-9 лет. Аномально положительныепроявления баланса массы наблюдаются через 9-12 лет;а аномально отрицательные - через 20-22 года. Болеечеткая цикличность в колебаниях bn про слеживается вего сглаженных по 5-летиям значениях. Так, смена на-правленности тенденций происходит через 6 лег, а пол-ный цикл колебаний, включающий фазу подъема и фазуспада bn, составляет 11-12 лет. Общий дефицит массыледника за 60 лет составил 620 см в слое воды.2. В колебаниях составляющих баланса массы (Ctи At) прослеживается аналогичная цикличность. Од-нако в последние два десятилетия межгодовая струк-тура формирования баланса массы несколько измени-лась. Так, если до начала 1980-х годов в межгодовыхколебаниях Ct и At прослеживается четкая асинхрон-ность, то после этого периода происходит одновре-менное увеличение обеих составляющих, причем, ростAt более интенсивен. Вероятной причиной таких тен-денций в поведении ледников является общее глобаль-Рис. 5. Годовой ход суммарной аккумуляции (С,), таяния (А,) и баланса массы (bj Ледника Малый Актру за 1940-1999 гг.(1 - ежегодные значения, 2 - осредненные по 5-летиям)ное изменение климатической системы планеты в це-лом. Начавшееся потепление в середине 1970-х годовотразилось на режимных характеристиках ледников.Так, проведенные нами исследования показывают [14],что на всей территории Горного Алтая наблюдаетсязначимый рост среднегодовых температур воздуха. Ввысокогорье увеличение температуры наблюдается вовсе сезоны года, кроме осени, но наиболее интенсив-но теплеет в холодный период (ноябрь-март), что при-вело к увеличению среднесезонной температуры воз-духа на 2,1°С. Кроме того, потепление оказало влия-ние на режим выпадения осадков - их общее количе-ство и внутригодовую структуру распределения: вы-явлен рост годовой суммы осадков за счет их увели-чения в холодный период года, особенно в весеннийсезон (апрель-май). Это, с одной стороны, привело кповышению значений зимнего баланса массы, с дру-гой, является свидетельством усиления над ГорнымАлтаем зональной формы циркуляционных процессов.3. На фоне общей тенденции прогрессирующегосяпотепления климата в регионе, а, соответственно, и уси-ливающейся деградации оледенения, за последние де-сятилетия участились случаи аномального проявлениязначений годового баланса массы и его составляющих.Так, только за инструментальный период выявлено(рис. 5, табл. 5), что bn меняется ог +68 до -147 г/см2,Q - or 61 (1974 г.) до 127 г/см2 (1993 г.), At - ог 73(1976 г.) до 216 г/см2 (1974, 1998 гг.). Кроме того, в от-дельные годы существенно меняется внутригодоваяструктура формирования годового баланса массы. Водном случае - значительный сдвиг начала таяния наболее ранний срок (табл. 1) - 09.05.1991, 13.04.1997,09.05.1998 гг. При этом ледники, как правило, испыты-вают значительный, а иногда и катастрофический, де-фицит массы. В другом случае, когда начало периодаабляции сдвигается на более поздний срок - первая де-када июня (табл. 1), годовой баланс массы ледников,даже несмотря на дефицит аккумуляции снега (что не-редко бывает, табл. 5), близок к нулю либо принимаетсущественные положительные значения.В заключение отметим, что динамика внешнего мас-сообмена ледников Акгру находится в достаточно хо-рошем соответствии с тенденциями климатических из-менений региона. Это, в свою очередь, позволяет осу-ществлять программу как непосредственно гляциоло-гического мониторинга, так и, решая обратную задачу,- климатического мониторинга. Поэтому, в условияхпостоянно сокращающейся сета метеостанций на Ал-тае (особенно в высокогорье), крайне важно продолжатьначатые в 1957 г. ежегодные наблюдения на ледникахАкгру за балансом массы и его составляющими.Работа выполнена при поддержке гранта Р98Си-бирь (проект N98-05-03167) и гранта РФФИ № 01-05-65151.Т а б л и ц а 5Баланс массы и его составляющие для ледника Малый Актру за период 1940-1999 гг.Годы et At At-f bn ELA Zbn Годы ct A1 At-f bn ELA Ibn1940 90 138 126 -36 3255 -36 1971 88 83 63 25 3040 -4481941 93 132 120 -27 3230 -63 1972 86 96 79 7 3160 -4411942 100 102 88 12 3110 -51 1973 90 99 80 10 3150 -4311943 84 146 130 -46 3285 -97 1974 61 216 208 -147 3380 -5781944 92 132 120 -28 3230 -125 1975 110 95 70 40 2900 -5381945 89 151 139 -50 3300 -175 1976 114 73 46 68 2850 -4701946 108 81 69 39 3020 -136 1977 110 89 61 49 2960 -4211947 103 89 75 28 3055 -108 1978 79 133 120 -41 3290 -4621948 96 105 89 7 3120 -101 1979 76 144 134 -58 3300 -5201949 96 116 103 -7 3165 -108 1980 100 105 89 11 3100 -5091950 90 137 125 -35 3250 -143 1981 76 121 107 -31 3220 -5401951 96 116 103 -7 3165 -150 1982 71 146 137 -66 3310 -6061952 85 132 120 -35 3250 -185 1983 89 89 74 15 3060 -5911953 80 173 164 -84 3350 -269 1984 91 82 60 31 3030 -5601954 100 102 89 11 3110 -258 1985 85 82 61 24 3060 -5361955 72 212 206 -134 3390 -392 1986 90 104 86 4 3170 -5321956 92 92 78 14 3100 -378 1987 90 95 73 17 3140 -5151957 94 98 84 10 3110 -368 1988 116 100 69 47 3040 -4681958 108 90 78 30 3050 -338 1989 104 111 82 22 3150 -4461959 87 134 122 -35 3250 -373 1990 106 115 93 13 3180 -4331960 100 89 68 32 3040 -341 1991 87 152 141 -54 3340 -4871961 89 105 93 -4 3155 -345 1992 78 110 95 -17 3230 -5041962 93 147 133 -40 3220 -385 1993 127 117 93 34 3180 -4701963 63 105 97 -34 3180 -419 1994 101 138 116 -15 3230 -4851964 105 145 133 -28 3190 -447 1995 118 127 100 18 3200 -4671965 76 142 132 -56 3300 -503 1996 91 121 104 -13 3220 -4801966 89 140 127 -38 3190 -541 1997 111 136 116 -5 3220 -4851967 92 81 63 29 3010 -512 1998 70 202 193 -123 3390 -6081968 78 96 80 -2 3150 -514 1999 92 116 103 -11 3210 -6191969 118 109 89 29 3100 -4851970 83 90 71 12 3090 -473 Сред 92 119 102 -10 3170

Скачать электронную версию публикации