Характеристика поля годовых сумм осадков в Горном Алтае по гляциоклиматическим показателям.pdf Общеизвестно, что в горных районах очень огра-ниченно количество метеорологической информации.Поэтому особое значение при исследовании клима-тов горных стран могут иметь высотные ландшафт-но-климатические границы. На необходимость широ-кого использования показателей таких границ дляоценки климатических условий неоднократно указы-вал М.В. Тронов [9, 11]. В первую очередь это отно-сится к высоте снеговой границы и границе леса.Граница леса представляет ландшафтно-климати-ческую границу, располагающуюся ниже границы веч-ных снегов. Хотя в гляцио-климатических исследова-ниях ранее на нее не было обращено особого внима-ния, тем не менее, можно сделать важные выводы.Граница леса - это температурная граница, соот-ветствующая в Центральном Алтае июльской изотер-ме около 9,5°С. Большая или меньшая степень увлаж-ненности склонов сказывается лишь в том, что кедрили лиственница представлены на границе леса.Имеет место закономерное и постепенное измене-ние вертикального расстояния между снеговой лини-ей и границей леса вдоль линии Катунского хребта.На западе хребта граница леса находится на высоте2000 м, снеговая граница - 2400 м, на востоке - 2400и 3400 м, соответственно. Из сравнительного анализавытекают заключения: во-первых, о том, что на край-них западных и северных форпостах Алтая, где лед-ников нет, возможная высота снеговой границы со-ставляет 2300 м; во-вторых, о том, что главной при-чиной повышения снеговой линии при приближениик Монголии является не повышение летних темпера-тур, а уменьшение количества осадков [11].Таким образом, зная высотное расположение од-ной ландшафтно-климатичесюй границы, можно оце-нить расположение другой.Практически результаты наблюдений за указанны-ми природными границами используются мало приизучении горных климатов. Это связано с тем, чтоландшафтные наблюдения имеют обычно узкую на-учную направленность и ограничены по территории.Гляциологические наблюдения за высотой снего-вой границей трудны и сложны, а вследствие этого немогут быть регулярными. При этом остаются невы-полненными естественные для климатологии требо-вания о множественности и сопоставимости данныхнаблюдений. В этом заключается главная причина от-каза климатологов от их использования. В результатеобедняется представление о климате горных стран иослабляется климатологическая база, необходимая длякомплексного изучения и освоения территории. Воп-росы эти требуют пристального научного внимания.Особый интерес при изучении режима осадков вгорных районах вызывает использование информациио высоте снеговой границы. Вопросы определенияснеговой границы, границы питания на ледниках,фирновой линии и их разновидностей достаточно под-робно освещены в обзорных работах [2,6,12].Объединяющим все эти показатели может служитьпонятие хионосферы [1]. Можно воспользоваться оп-ределением понятия хионосферы по В.М. Котлякову[2, с. 137]: «Хионосфера является частью тропосфе-ры, в пределах которой при благоприятном рельефевозможно зарождение и существование ледников».М.В. Тронов [12] предложил считать основным (кли-матическим) нижним граничным уровнем хионосфе-ры высоту климатической снеговой границы. Она оп-ределяется по многолетним наблюдениям на ледни-ках, может относиться или к определенному пунктуили же осредняться для значительной территорииО необходимости исследования хионосферы с по-мощью аэрологических данных неоднократно указы-валось в литературе [2, 6,10]. Опыт проведения аэро-логических исследований в горноледниковом бассей-не Актру, а также использование данных сетевых аэро-логических станций подтвердили необходимость спе-циальных исследований хионосферы. При этом гля-циоклиматические данные вполне могут быть исполь-зованы в горной климатологии.С методологической точки зрения надо считатьправильным и целесообразным использование поня-тия хионосферы и климатических значений на этомприродном уровне, как в теоретических разработкахсовременного и древнего оледенения, так и в практи-ческих целях для достижения наибольшей эффектив-ности при изучении климата горных стран.Наиболее информативной для суждения о клима-те и стоке является граница питания ледников, однаиз производных от хионосферы, требующая самогопристального изучения.В настоящей работе мы не будем останавливатьсяна множественности определений и терминологий,относящихся к уровню хионосферы и ее производных.Эти вопросы подробно изложены во многих работахпо гляциологии [1,12]. Остановимся лишь на опреде-лениях, необходимых для гляциоклиматических рас-четов используемых в данной работе.Высота границы питания ледника - уровень, накотором аккумуляция снега равна абляции. С грани-цами питания на леднике связаны снеговая и фирно-вая границы. В отдельные годы эти границы могутсущественно отличаться друг от друга по высоте, но всреднем многолетнем они различаются не очень силь-но - в пределах нескольких десятков метров. В насто-ящей работе мы будем опираться на данные о поло-жении границы питания ледников, которые могут оп-ределяться как в результате непосредственных наблю-дений на ледниках, так и дистанционно в том числе ис помощью аэрокосмических съемок.Гляциологические границы (границы питания лед-ников) реально отражают взаимодействие всех состав-ляющих водно-ледового и теплового балансов ледни-ков. Развитие гляциологической науки с использова-нием гляциогидроклиматических показателей приве-ло к качественному скачку в развитии методов расче-та количества осадков в высокогорной зоне разныхгорных стран. Наиболее обобщенно и подробно этотвопрос освещен в работе А Н. Кренке [5].Поскольку сеть метеорологических станций в гор-ноледниковых районах очень редка, а измерение осад-ков, особенно твердых проводятся до сих пор со слиш-ком большими погрешностями, то целесообразно ис-пользовать гляциологические показатели. Они зало-жены в самих ледниках и их, по существу, можно на-звать «природными метеорологическими станциями»,распределенными в ледниковой зоне в сотни и тыся-чи раз плотнее, чем пункты инструментальных наблю-дений.Как указывал М.В. Тронов [9], сложность исполь-зования таких «природных станций» связана с интег-ральным характером их показаний, отражающих вли-яние большого числа факторов. Однако число такихфакторов для ледников меньше, чем для большинствадругих географических показателей климата, что об-легчает задачу разделения факторов путем совмест-ного анализа гляциологической и традиционной гид-рометеорологической информации.Для использования высоты границы питания лед-ников в гляциоклиматических расчетах необходимобыло решить, по крайней мере, четыре проблемы [5].1. Каким способом определять высоту границыпитания на ледниках для данного года и в среднем замноголетний период, как сопоставлять неоднородныеданные о ней, каким периодам осреднения соответ-ствуют косвенные методы?2. Какой ряд наблюдений за высотой границы пи-тания достаточен для определения ее многолетнегосреднего положения - климатической нормы, иначе,какова погрешность такого определения по одномугоду или ограниченному числу лег наблюдений?3. Как заполнять пропуски в рядах наблюдений завысотой границы питания и как продлевать такиеряды?4. Как разделить фоновую пространственную из-менчивость высоты границы питания, отражающуюмакро- и мезоклиматические условия, от локальнойизменчивости, отражающей микроклиматические илиточнее ороклиматические условия в данном леднико-вом бассейне?На эти проблемы неоднократно обращал внима-ние М.В. Тронов [11], говоривший, что только с ихрешением высота границы питания станет таким жеклиматическим параметром, каким является темпера-тура воздуха или продолжительность залегания снеж-ного покрова, и который смогут использовать в рас-четах гидрометеорологи.Высота границы питания использовалась рядомавторов как хороший предиктор в гляциологических,гидрологических и климатических расчетах, особен-но информативной оказалась температура воздуха навысоте границы питания ледников.Впервые средние летние температуры на высотеснеговой линии на ледниках в Альпах опубликованыв 1888 г. в работе [18]. Там же сделан вывод о важ-ном вкладе условий абляции в высотное положениеледников, справедливо считая температуру воздуха навысоте снеговой линии отражением зимних осадков,на таяние которых на этой линии должно затрачивать-ся тепло.X. Альман [17] по данным наблюдений на ледни-ках в Альпах и Норвегии принял летние температурына пределе оледенения за показатели твердых осад-ков. Их значения он пытался определить, построивсвязь между температурой лета на высоте пределаоледенения со слоем стока горных рек.А Н. Кренке [5] нашел целесообразным заменитьрасчет осадков на пределе оледенения расчетом ак-кумуляции на границе питания ледников. Граница пи-тания непосредственно наблюдается в природе. Наэтом высотном уровне равенство абляции и аккуму-ляции является не гипотезой, а строгим определени-ем. Кроме того, знание величины аккумуляции пред-ставляет независимую ценность для всех гляциоло-гических расчетов.По данным о средних летних температурах навысоте границы питания А.Н. Кренке и В.Г. Хода-ковым [3] была выведена связь с величинами тая-ния в разных ледниковых районах. Уравнение свя-зи имеет вид:А= 1,33-(Тл+9,66)2-85, (1)ще А - суммарная абляция на поверхности ледника, мм;Тл - средняя летняя температура воздуха, °С.Большая значимость связи абляции с температу-рой по сравнению с её связями с другими метеороло-гическими элементами объясняется тем, что она яв-ляется интегральным показателем интенсивности всехсоставляющих прихода тепла к леднику. Более того,со значениями температуры связана и продолжитель-ность абляционного периода.На высоте границы питания ледников величинаабляции равна аккумуляции ледников.Преимуществом расчета аккумуляции на высотеграницы питания является реализации его для боль-ших территорий. Этот метод расчета по границе пи-тания позволяет получить сразу многолетние значе-ния аккумуляции при использовании данных, как кос-венных расчетов, так и дистанционных данных о вы-соте фирновой линии.Для построения поля осадков на высоте границыпитания на ледниках были выбраны сведения о высо-те границы питания в различных ледниковых райо-нах Алтае-Саянсиой горной области (Каталоги ледни-ков, 1969-1980). Примем этот уровень за нижнююграницу хионосферы (таблица).Высота границы питания осреднена по группамледников. Отдельно выделены западные и восточныечасти горных хребтов, если они расположены в ши-ротном направлении. Выделены северные и южныерайоны для хребтов, расположенных в меридиональ-ном направлении. Отдельно выделены высоты гра-ницы питания на наветренных и подветренных скло-нах. Таким образом, получены осредненные или ге-нерализованные значения высот границ питания дляотдельных частей горных хребтов или ледниковых си-стем. Такой подход позволяет сгладить микро- и ме-зоклиматические различия, возникающие в результатесложного взаимодействия рельефа, ветрового режи-ма, способствующего перераспределению осадков.Поля высоты границы питания на ледниках явля-ются нижней поверхностью хионосферы, в понима-нии М.В. Тронова [12]. Этого положения будем при-держиваться и мы.Представляет интерес пространственное распре-деление нижнего уровня хионосферы в пределах Гор-ного Алтая.Представление о непрерывности нижней границыхионосферы в пределах отдельно взятой горной стра-ны позволяет оценивать фоновые (возможные) годо-вые суммы осадков при положительной энергии оле-денения. Пространственные характеристики нижнейграницы хионосферы отражают воздействие самыхважных природных факторов:а) направления переноса влагонесущих воздушныхпотоков, связанных с особенностями циркуляции ат-мосферы;б) распределения составляющих теплового баланса;в) изменения влагосодержания в атмосфере;г) влияния рельефа.Изменение высоты нижней границы хионосферыдолжно происходить, более плавно чем, например,граница питания на ледниках. Различия в высоте гра-ницы питания на разных ледниках объясняются раз-ной величиной аккумуляции твердых осадков на скло-нах разной экспозиции в зависимости от степени кон-центрации снега. Концентрация снега, в свою очередь,определяется особенностями ветрового режима и осо-бенностями орографических условий. Все эти пока-затели на большей части ледников не изучались.Средняя высота нижней границы хионосферы впределах Горного Алтая в летнее время изменяетсяот 2300 м на западных хребтах Алтая до 3300 м наюго-востоке.Пространственное распределение средней высотынижней границы хионосферы над Горным Алтаем за-дадим в виде плоскости (уравнения тренда), так какего размеры не слишком велики для построения мо-делей более высокого порядка. Уравнение поверхно-сти нижней границы хионосферы (2) определено ме-тодом наименьших квадратов, что позволило допол-нительно провести ее сглаживание.Н = 2690 + 137-х- 262-у, (2)где Н - высота нижней границы хионосферы в началекоординат, м;х - координаты вдоль оси абсцисс (вдоль паралле-ли), сотни километров;у - координаты вдоль оси ординат (вдоль мериди-ана), сотни километров.Коэффициент при X является горизонтальным гра-диентом наклона высоты нижней границы хионосфе-ры с запада на восток. Коэффициент при У - ее гори-зонтальный градиент в направлении с юга на север.Таким образом, было вычислено, что высота нижнейграницы хионосферы в пределах Горного Алтая по-вышается на восток на 1,4 м/км и на 2,6 м/км на юг.Общий градиент составляет около 3 м/км. Высотанижней границы хионосферы растет в направлении ссеверо-запада на юго-восток. Величина горизонталь-ного градиента 3 м/км характерна для внутриконти-нентальных районов. Примерно такая же его величи-на определена для горных районов Средней Азии. НаКавказе, на востоке Камчатки горизонтальный гради-ент высоты нижней границы хионосферы достигает12 м/км, что объясняется сильным влиянием орогра-фических барьеров и близостью морей [5].Для определения величины аккумуляции на высо-те границы питания выделенных групп ледников не-обходимо определить средние летние температурывоздуха на этом уровне. Средние летние температурыопределяются по данным за июнь, июль, август. Рас-чет температуры проводился по аэроклиматическимданным. Методика расчета температуры в условияхсвободной атмосферы описана в работах [7, 8]. Длярасчета температуры воздуха на высоте границы пи-тания нужны сведения о поле температуры за летниемесяцы на высотах 1500,3000 и 5000 м, а также сред-няя высота границы питания и координаты леднико-вой системы, для которой проводится расчет. Верх-ние части ледников по их влиянию на термическийрежим приближаются к вершинам и водоразделам, тоесть различия минимальны. Величина скачка темпе-ратуры составляет для долинных ледников среднихразмеров 1,6°С. Не следует путать его со скачком тем-пературы, возникающим при переходе с каменистойповерхности на лед. Величины средней летней тем-Т а б л и ц аАккумуляция твердых осадков (мм) и годовые суммы осадков (мм) на высоте границы питания ледниковых систем.Алтае-Саянская горная областьГорный хребет Высота границы питания, м Т„,°С Аккумуляция, мм Сумма осадков, ммХолзун 2300 5,9 3320 2910Листвяга 2300 5,8 3260 2850Сумультинский 2300 6,4 3020 2650Катунский:22401490запад, северный склон 2600 3,9 центр, северный склон 2700 3,3 1970бассейн р. Кочурлы 2850 2,2 1530бассейн р. Аккема 3000 1,1 1160запад, южный склон 2600 4,0 2290южный склон г. Белухи 2750 2,9 1800восточная часть 3100 0,4 960Южно-Чуйский 700запад, северный склон 3100 0,3 930центр, северный склон 3200 -0,4 760восток, северный склон 3300 -1,1 610запад, южный склон 3100 0,3 930восток, южный склон 3200 -0,4 760Север о-Чуйский: 890запад, северный склон 3000 1,0 1130восток, бассейн р. Актру 3100 0,2 900Южный Алтай: 1440северный склон 2850 2,5 1640запад, южный склон 2700 3,6 2100восток, южный склон 2900 2,1 1500Табын-Богдо-Ола 3150 0,2 900 790Чихачева 3250 -0,9 650 570Шапшальский: 1020северная часть 2800 1,6 1320южная часть 3000 0,6 1010Монгун-Тайга 3200 -0,6 710 622Пик топографов 3000 -0,3 780 683Мунку-Сардык 3300 -2,1 420 370пературы на ледниках на высоте границы питанияприведены в таблице.Важную проблему представляет оценка твердыхосадков по величине аккумуляции на ледниках. Вели-чина аккумуляции на ледниках в вогнутых формахрельефа включает выпавший снег; снег, перенесенныйметелями, лавинами. В.Г. Ходаков ввел понятие коэф-фициента концентрации, равного отношению величи-ны аккумуляции к сумме твердых осадков [13].На основании анализа многочисленных полевыхданных на различных ледниках принято оцениватькоэффициент концентрации для долинных ледниковвеличиной 1,4; на каровых он равен 1,5-1,6; на вися-чих - 1,2-1,3; на ледниках плоских вершин - 1,0 идаже менее [4]. Нами выбран коэффициент концент-рации равный 1,4, поскольку суммы осадков и акку-муляция рассчитываются для ледниковых систем,включающих большое число долинных ледников, наи-лучшим образом отражающих взаимные связи клима-та и оледенения. Поделив величину аккумуляции навысоте границы питания отдельных частей леднико-вых систем на коэффициент концентрации, получаемколичество твердых осадков.Средние величины твердых осадков для горныххребтов (см. таблицу) являются фоновыми Такое ос-реднение, как было отмечено ранее, необходимо дляуменьшения влияния фактора перераспределениятвердых осадков.Количество жидких осадков на высоте границыпитания ледников обычно очень мало, так как и в лет-нее время на больших высотах часто выпадают твер-дые осадки. Их доля в общей сумме осадков опреде-ляется по данным метеорологических станций и экс-педиционных наблюдений.Приведем кратко некоторые сведения о режимеосадков на экспедиционной станции Учитель (3050 м)в горноледниковом бассейне Акгру, расположеннойвблизи снеговой линии. Сумма твердых осадков заиюль и август составляет 50% от их общей суммы. Сучетом летних снегопадов сумма твердых осадков загод на уровне снеговой границы составляет в ГорномАлтае около 80%.Близкое к этому показателю отмечается количествотвердых осад ков на высоте снеговой границы в горахСредней Азии, на Кавказе, в Альпах. Выпадение всехосадков в твердом виде в центральной части ГорногоАлтая можно ожидать на высотах 3800-4000 м припостоянных отрицательных температурах.Вопрос о летних снегопадах имеет для Алтая иСаян очень большое значение, и неоднократно обсуж-дался в литературе [1, 2, 9]. Летние снегопады оказы-вают двойное влияние на ледники: во-первых, как ис-точник питания ледников; во-вторых, как фактор, резкоуменьшающий абляцию ледников. На основе литера-турных данных можно сделать вывод, что средняяинтенсивность таяния свежего летнего снега, по край-ней мере, в два раза меньше интенсивности таяниястарого снега. В целом за период абляции летние сне-гопады сокращают величину абляции на большихвысотах более чем вдвое.С учетом доли жидких осадков на высоте границыпитания (около 20%) подсчитаны годовые суммы осад-ков для отдельных горных хребтов и ледниковых сис-тем (см. таблицу). Эти суммы осадков следует считатьфоновыми на уровне нижней границы хионосферы.Для оценки точности расчетов сумм осадков и ве-личины аккумуляции можно сослаться на работуА Н. Кренке [5]. Погрешности расчетов величин ак-кумуляции на высоте границы питания по сравнениюсо снегомерными съемками на ледниках разных гор-ных стран, в том числе и на Алтае, в среднем не пре-вышают 13-15%. Учитывая, что расчет температурывоздуха на высоте границы питания по аэроклимати-ческим данным точнее, чем по данным наземных стан-ций, можно предположить, что полученные суммыосадков рассчитаны с более высокой точностью.По осредненным годовым суммам осадков на высо-те нижней границы хионосферы построено поле осад-ков над Горным Алтаем в виде уравнения тренда (3):К =1797-358-х + 657-у, (3) ХИОИ. 5 V 'где К ^ - годовая сумма осадков на уровне хионос-феры, мм.Остальные условные обозначения те же, что и вформуле (1).Горизонтальный градиент осадков вдоль паралле-ли составляет 358 мм/100 км, вдоль меридиана -657 мм/100 км. Суммы осадков убывают с запада навосток и с севера на юг, причем на юг почти в два разабыстрее. Общий градиент годовых сумм осадков ра-вен 748 мм/100 км.Поле осадков и поле высоты хионосферы на Алтаеимеют противоположное расположение. Там, где уро-вень хионосферы минимальный, наблюдается максимумгодовых сумм осадков. Этот факт подчеркивает веду-щую роль осадков в определении высоты нижней гра-ницы хионосферы, хотя определенную роль играет иполе температуры, но роль его существенно меньше.Следует отметить несогласованность поля осад-ков с распределением влагосодержания в нижней тро-посфере. Напомним, что влагосодержание в тропос-фере увеличивается к югу в связи с общим повыше-нием температуры. В теплый период влагосодержа-ние увеличивается на восток. Таким образом, можносделать вывод, что режим осадков связан, преждевсего, с орографическими факторами и связаннымис ними вертикальными движениями воздушных масс.Изменение влагосодержания в атмосфере носит вто-ростепенный характер.Годовые суммы осадков на уровне хионосферыотражают крупномасштабное влияние орографии, вза-имного расположения и взаимодействия высокиххребтов.Особо следует остановиться на количестве осад-ков и аккумуляции на ледниках Кузнецкого Алатау.Низкое положение границы питания на высоте 1300 м,при средних летних температурах выше 10°С обеспе-чивается аккумуляцией 7240 мм твердых осадков. Это- очень большая величина и фоновым количествомосадков в условиях Сибири она не может быть обес-печена, даже при увеличенных коэффицентах концен-трации снега. Речь может идти только о многократ-ной концентрации твёрдых осадков. Подобные усло-вия существования оледенения на предельно низкихуровнях известны на Полярном Урале [13]. Эти осо-бенности связываются с сильными ветрами, способ-ными вызывать исключительно мощный метелевыйперенос снега и его концентрацию на подветренныхучастках склонов. В еще большей степени этот эф-фект проявляется в условиях Кузнецкого Алатау.При анализе ветрового режима на высокогорныхстанциях Кузнецкого Алатау и северной части Запад-ного Саяна было выявлено, что средние месячныескорости ветра на станциях Ненастная, Голец Подлун-ный превышают скорости ветра в свободной атмос-фере. Такое явление можно найти на некоторых пере-вальных станциях на Кавказе и в некоторых другихрайонах. Причину такого явления можно только пред-положить. На стыке горных систем Кузнецкого Ала-тау и отрогов Алтая и Западного Саяна происходитконвергенция воздушных потоков с заметным усиле-нием ветра. Это постоянно действующий климатичес-кий фактор, особенно проявляющийся в холодныйпериод года, то есть в период снегонакопления. Поданным П.С. Шпиня [14, 15, 16] в районе сосредото-чения ледников в Кузнецком Алатау наблюдаютсяочень сильные метели, которые на наветренных скло-нах почти полностью сдирают снег. Перенесенныйснег откладывается в кары на подветренном склоне.При этом действует дополнительно фактор емкости.Для надежной оценки коэффициента концентрации на67ледниках Кузнецкого Алатау нужны специальные на-блюдения, но представляется, что лишь особенно вы-сокие скорости ветра, могут обеспечить аномальнобольшую степень концентрации снега.В заключение отметим, что использование аэро-климатической информации совместно с гляциокли-матическими показателями позволяет построить не-прерывное поле годовых сумм осадков над высоко-горными районами. Эти суммы осадков можно счи-тать фоновыми на высоте границы питания для лед-никовых районов.

Скачать электронную версию публикации