Regularities of snow storage formation in bogged watershed of south-taigasubzone of Western Siberia.pdf Изменения климата и вызванные ими последствия, за-регистрированные в конце прошлого века, но не полу-чившие пока однозначного заключения о причинах ивозможных последствиях, продолжают быть актуальнымпредметом научных исследований. Часто трудно оценить,насколько и в какую сторону меняются климатическиепоказатели, особенно комплексных явлений, таких как,например, эволюция снежного покрова. Изменения снеж-ного покрова могут считаться комплексным индикаторомклимата холодного сезона, отражающим изменения тем-пературы, осадков, частоты оттепелей и т.д. [1].На Западно-Сибирской равнине талые воды вносятнаибольший вклад (порядка 65-75%) в речной сток иявляются источником пополнения болотных вод. Ха-рактерной особенностью рассматриваемой территорииявляется высокая заболоченность. Здесь расположеносамое большое болото в мире - Васюганское. Болотараспространены неравномерно: заболоченность Обь-Васюганского междуречья 38%, Обь-Иртышского во-дораздела в верховьях рек Икса, Бакчар, Андарма дос-тигает 80-100%.Запас воды в снежном покрове является на этойтерритории основным фактором формирования объемавесеннего стока, поэтому детальное изучение законо-мерностей формирования, распределения и количест-венные оценки снегозапасов с дифференциацией поразным уровням организации геосистем представляютбольшой научный и практический интерес.Кроме того, пространственная неоднородность сне-гонакопления на различных элементах болотноголандшафта опосредованно влияет на формированиегидрологического режима заболоченного водосбора ипозволяет связать его особенности с иерархией ланд-шафтной структуры бассейна.Основной целью работы являлось исследование за-кономерностей снегонакопления и пространственногораспределения снежных ресурсов, их оценка на основ-ных элементах заболоченного водосбора: в поле, в ле-су, в основных типах микроландшафтов олиготрофныхболот; эволюция в многолетнем разрезе.История исследований. Комплексные исследова-ния гидрологического режима заболоченных рек тер-ритории, в том числе условий промерзания и снегона-копления на их водосборах, которые в среднем175 дней в году находятся под снежным покровом, бы-ли начаты организациями Гидрометслужбы в 60-х гг.прошлого столетия на болотных стационарах вблизипоселков Жарково, Патюканово, Новый Васюган,Мыльджино, д. Коноваловка [2].Трудность изучения снегонакопления на обширныхводораздельных торфяниках связана с удалением их отрек. С целью изучения влияния ландшафтов на распре-деление снежного покрова на Бакчарском болоте с1965 г. были начаты работы сотрудниками Томскогогосударственного университета [3, 4]. Комплексныеисследования с перерывами ведутся по настоящее вре-мя и другими научными организациями - Томским го-сударственным педагогическим университетом, Си-бирским НИИ сельского хозяйства и торфа Россельхоз-академии, Институтом мониторинга климатических иэкологических систем СО РАН.В гидрологическом отношении к настоящему вре-мени болота Западной Сибири, том числе и Васюган-ское, изучены недостаточно.Объект и методика исследований. В настоящихисследованиях использованы материалы специальныхснегомерных съемок на болотах, в лесу и поле на опор-ных профилях, заложенных на наиболее характерныхи репрезентативных участках, а также опубликованныематериалы многолетних наблюдений опорной сетигидрометеорологических станций и постов. Все ис-пользованные материалы наблюдений вполне надеж-ны. Для оценки снежных ресурсов использованы мето-ды: гидролого-климатический, интерполяционный, ста-тистический.Анализируются данные снегомерных съемок непре-рывного периода исследований (1994-2004 гг.) на ре-презентативной для Васюганского болота водораздель-ной ненарушенной болотной экосистеме (БЭС) на оли-готрофных ландшафтах бассейна р. Ключ. По ланд-шафтному районированию территория относится к ти-пу западно-сибирских таежных ландшафтов. Климатисследуемой территории континентальный. Средняягодовая температура воздуха - минус 1,6С. Район рас-положен в зоне избыточного увлажнения. Годовое ко-личество атмосферных осадков составляет 469-506 мм.Устойчивый снежный покров образуется в третьей де-каде октября. Средняя высота снежного покрова наоткрытых участках достигает 40-60 см, на защищен-ных - 60-80 см. Разрушение устойчивого снежногопокрова начинается во второй - третьей декадах апре-ля. Период со снежным покровом составляет в среднем175 дней. Метеорологические данные приводятся поближайшей метеостанции в с. Бакчар.Водосбор р. Ключ (правый приток р. Бакчар, пло-щадь 58 км2, заболоченность бассейна около 70%)практически полностью представлен исследуемой БЭС,болотные воды которой являются основным источни-ком питания этого водотока. Истоки реки расположенына периферии верхового болотного массива.Снегомерные съемки проводились в марте - апреле.Общая длина снегомерных маршрутов менялась по го-дам от 7 до 13 км, пересекая последовательно все харак-терные типы местности: поле, лиственный лес, осоковыйкочкарник с мелким березняком, переходное хвойно-березовое болото, сосново-кустарничково-сфагновыесообщества (высокий рям, высота сосен составляет 10-12 м), мелкий рям (высота сосен - 1-1,5 м), проточнаятопь (галья), грядово-мочажинный и грядово-озерковыйкомплексы. Господствующими ландшафтами являютсялеса приречного склона и болота.Результаты исследования и их обсуждение. Извсех изучаемых климатических характеристик снежногопокрова (высота, даты образования и разрушения, про-должительность таяния и др.) и водно-физических(плотность, теплопроводность, водоудерживающая спо-собность и т.д.) важнейшим интегральным стокообра-зующим показателем являются максимальные снегоза-пасы. Определенные для конкретной территории (рай-она, зоны или водосбора реки), они характеризуютснежные ресурсы этой территории. На формированиеснежного покрова оказывают влияние многие факторы.1. Роль рельефа в формировании и распределенииснежных ресурсов. Вопрос о влиянии рельефа на ва-риацию снегозапасов во времени для равнинных терри-торий с относительно невысокими возвышенностямиизучен слабо. Материалы многолетних наблюдений нанебольшом числе водосборов ЕТР показывают, чтомежду коэффициентом вариации максимальных снего-запасов Cv и высотой местности Н имеется тесная об-ратная линейная связь, которая четко выражена лишьдля районов с высотой местности более 150 м БС. Впределах равнин и низменностей со средней высотойменее 150 м, где относительные превышения невелики,вертикальной зональности в распределении снегозапа-сов нет [5].Абсолютные отметки Васюганской наклонной рав-нины колеблются в пределах 116-146 м. Максимальнаяотметка расположена в истоках р. Бакчар. Интенсив-ность расчленения рельефа в баллах преимущественнодо 20, горизонтальная - до 0,6 км/км2, а глубина рас-членения - до 10 м.Таким образом, влияние рельефа на атмосфернуюциркуляцию и выпадение атмосферных осадков и фор-мирование снежного покрова здесь исключено. Нерав-номерность залегания вызвана другими азональнымифакторами: очевидными различиями таких угодий, как,например, поле, лес, кустарник, или изменениями высо-ты растительного покрова (залежь, кочки, гряды, моча-жины), продолжительностью залегания снежного покро-ва, экспозицией по отношению к метелевым ветрам.2. Влияние ландшафтов на распределение снеж-ного покрова. Наибольшая дифференциация снегозапа-сов наблюдается между полем и лесом. Массовые ма-териалы показывают, что в лесах запасы воды в снеге,скапливающиеся к началу снеготаяния, больше, чем вполе, а в самих лесах различаются в зависимости оттаксационных характеристик (табл. 1-2). Здесь и далееобсуждаются пространственно-временная динамикамаксимальных за зиму снегозапасов.Т а б л и ц а 1Характеристики снегозапасов (S) и коэффициента снегонакопления (К) различной обеспеченности на микроландшафтах бассейнар. Ключ - п. Полынянка за период 1994-2004 гг.Запас воды в снеге, мм Коэффициент снег№ п/п Природно-территориальный комплекс (ПТК) S6% S50% S94% К6% К50% онакоплениКя9 4%1 Лиственный лес приречного склона 191 137 99 1,50 1,16 0,942 Переходное хвойно-березовое болото 196 128 110 1,71 1,14 0,903 Кедровый лес 183 136 101 1,54 1,12 0,974 Крупный рям 185 139 92 1,65 1,15 0,915 Средний рям 205 144 108 1,77 1,21 1,016 Мелкий рям 218 150 99 1,73 1,28 0,98Среднее по ПТК 1-6 196 139 102 1,65 1,18 0,957 Безлесная галья 149 115 71 1,40 0,94 0,628 Грядово-мочажинный 175 154 121 1,63 1,20 1,049 Поле 154 115 82 1,00 1,00 1,00Примечание. К - отношение снегозапаса ПТК к снегозапасу в поле.Т а б л и ц а 2Матрица коэффициентов корреляции максимальных снегозапасов на различных природно-территориальных комплексах бассейнар. Ключ - с. Полынянка за период 1994-2004 гг.№ п/п Природно-территориальный комплекс (ПТК) 1 2 3 4 5 6 7 8 91 Лиственный лес приречного склона 12 Переходное хвойно-березовое болото 0,92 1,003 Кедровый лес 0,93 0,89 1,004 Крупный рям 0,91 0,87 0,92 1,005 Средний рям 0,86 0,86 0,94 0,95 1,006 Мелкий рям 0,96 0,91 0,92 0,96 0,94 1,007 Безлесная галья 0,27 0,30 0,34 0,25 0,26 0,23 1,008 Грядово-мочажинный 0,47 0,37 0,61 0,48 0,50 0,43 0,20 1,009 Поле 0,72 0,54 0,72 0,67 0,65 0,65 0,63 0,55 1Примечание. Полужирным шрифтом выделены значимые коэффициенты корреляции.К основным факторам, обусловливающим разницу сне-гозапасов в поле и в лесу, относятся: различная интенсив-ность снеготаяния в поле и в лесу во время оттепелей; раз-ница в испарении с поверхности снега в поле и в лесу; бла-гоприятные условия для конденсации водяных паров влесу; ветровой перенос снега с поля в лес. Перечисленныефакторы способствуют увеличению снегозапасов в лесу.Устойчивый снежный покров на открытых участкахисследуемой территории образуется в конце октября -начале ноября. Под влиянием осенних оттепелей раз-ница максимальных снегозапасов в лесу и в поле можетпревышать 20-30 мм. Основные различия величин сне-гозапасов формируются в декабре - январе, когда вы-падает до 80% твердых осадков. Зимой же оттепели дляюжно-таежной подзоны Западно-Сибирской тайги нехарактерны и не сказываются сколько-нибудь на ходеснегонакопления.Основной же причиной превышения снегозапаса влесу по сравнению со снегозапасом в поле является,вероятнее всего, ветровой перенос снега с полей к лес-ным опушкам. Снегомерные съемки в бассейнер. Ключ показали, что высота снега у опушек может в1,5-2 раза превышать высоту снега в лиственном лесу.Целинное болото представляет собой поверхность,обладающую значительной шероховатостью по срав-нению с полевыми участками. Это связано с развитиемкустарничков, высокостебельных травянистых расте-ний, кочек, т.е. неоднородность распределения снего-запасов на нем связана с характером подстилающейповерхности.Как показал статистический анализ рядов макси-мальных снегозапасов, из 9 микроландшафтов заболо-ченного водосбора можно выделить группу лесныхландшафтов и рямов со схожими условиями формиро-вания снегозапасов, что проявляется в значимых коэф-фициентах корреляции (см. табл. 2) и достаточно син-хронном характере многолетней динамики коэффици-ента снегонакопления (рис. 1).Формирование снегозапасов на безлесой галье (про-точная топь) и грядово-мочажинном комплексе в мно-голетнем разрезе происходит в обособленном от выде-ленной группы режиме (рис. 2).0,61,01,41,82,21994 1995 1996 1997 1998Го1д9ы99 2000 2001 2002 2003 2004Коэффициент максимальногоснегонакопленияЛиственный лес приречного склонаПереходное хвойно-березовое болотоКедровый лесКрупный рямСредний рямМелкий рямРис. 1. Многолетняя динамика максимальных снегозапасов в группе лесных микроландшафтов и рямах0,61,01,41,81994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004ГодыКоэ ффициент максимальногос негонакопленияЛиственный лес приречного склонаБезлесная гальяГрядово-мочажинный комплексРис. 2. Многолетняя динамика максимальных снегозапасов на слабо коррелирующихпо снегонакоплению микроландшафтахПо результатам снегосъемок снег залегает особен-но неравномерно в грядово-мочажинных и грядово-озерковых микроландшафтах, что объясняется в пер-вую очередь явлениями переноса и отложения снега вусловиях грядового рельефа и устойчивого направле-ния метелевого ветра (юго-западное). Наибольшееколичество снега залегает на подветренных склонахоблесенных гряд и прилегающих к ним участках мо-чажин, где высоты снега достигают 1,5-2,0 м. На уча-стках мочажин, сопрягающихся с грядами, обращен-ными к ветру, на наветренных склонах гряд и в об-ширных микроозерах высота снега снижается до 15-20 см. Средняя высота снежного покрова на грядово-мочажинном комплексе составляет порядка 69, а мак-симальная - 160 см, что в 2,3 раза больше средней.Коэффициент вариации превышает 0,5.Значительно меньшие колебания высоты снега на-блюдаются в сосново-сфагновых микроландшафтах и влиственных приречных лесах. В сосново-сфагновыхмикроландшафтах (рямах) колебания высоты и запасовводы в снеге в определенной степени связаны с мете-левым переносом. Наибольшая высота и запасы водыприурочены к понижениям между моховыми кочками.Средняя высота составляет 72 см, коэффициент вариа-ции равен 0,09. Плотность снега изменяется в зависи-мости от защищенности места от воздействия ветра. Вкрупных сосняках плотность снега наименьшая (0,19-0,22 г/см3). В низкорослых разреженных рямах плот-ность снега несколько выше. В лиственных лесах дре-нированной приречной полосы снег залегает наиболееравномерно (0,21-0,25 г/см3).3. Снегонакопительная роль болотного микро-ландшафта зависит от снежности зимы. В целом снего-запасы на полевых участках в мало- и многоснежные зи-мы соответственно равны 82 и 154 мм, в лиственном лесуприречного склона - 106 и 191 мм. Разница в снегозапа-сах по мере увеличения снежности зимы возрастает (от24 мм в малоснежную зиму до 37 мм в многоснежную).Однако приведенные абсолютные величины снегозапасовеще не говорят о том, что снегонакопительная роль леса вмногоснежную зиму проявляется в большей степени, чемв малоснежную. Более достоверную информацию можетдать анализ коэффициента снегонакопления (К), пред-ставляющий собой отношение снегозапасов в микро-ландшафте к снегозапасам в поле (табл. 3).Для группы лесоболотных угодий (1-3) в малоснеж-ные зимы накопительная роль увеличивается незначи-тельно (4-7%). В рямах картина обратная, но в количе-ственном выражении разница также не превосходит10%. Наиболее контрастны различия с полем в снегоза-пасах грядово-мочажинного комплекса, составляющие63% в малоснежную зиму и 14% - в многоснежную.Таким образом, снегонакопительная роль грядово-мочажинного комплекса в наибольшей степени проявля-ется в малоснежные зимы, в наименьшей степени - вмногоснежные. Учитывая доминирующую по площадямроль грядово-мочажинных комплексов в олиготрофныхБЭС Васюганского болота, следует в прогнозах объемастока с заболоченных водосборов дифференцироватьрасчет его снегозапасов по снежности года.Т а б л и ц а 3Характеристики снегонакопления в разные по снежности зимы в бассейне р. Ключ - с. ПолынянкаЗапас воды в снеге, мм Коэффициент снегонакопления№ п/п Природно-территориальный комплекс (ПТК) Малоснежнаязима 1996 г.Многоснежнаязима 2001 г.Малоснежная зима Многоснежная зима1 Лиственный лес приречного склона 106 191 1,29 1,242 Переходное хвойно-березовое болото 110 196 1,34 1,273 Кедровый лес 101 183 1,23 1,194 Крупный рям 94 181 1,15 1,185 Средний рям 108 205 1,32 1,336 Мелкий рям 99 218 1,33 1,42Среднее по ПТК 1-6 103 196 1,26 1,277 Безлесная галья 72 149 0,88 0,978 Грядово-мочажинный комплекс 134 175 1,63 1,149 Поле 82 154 1 1Из анализа данных снегосъемок следует, что ампли-туда колебания коэффициента снегонакопления (см.табл. 1) по территории достаточно велика. За рассмат-риваемый период максимальный коэффициент снего-накопления (1,77) наблюдался в среднем ряме, мини-мальный (0,62) - в галье. В галье почти в 90% случаевформируется снегозапас меньший, чем в поле. Немало-важную роль в формировании заниженных снегозапа-сов на галье (проточной топи) играет, по-видимому,недоучет в отдельные годы части осенних твердыхосадков, которые в отличие от аккумулирующихся вполе тают на открытой водной поверхности гальи всилу ее более высоких теплоемкостных свойств. Нопроточные топи занимают относительно небольшиеплощади, поэтому при выводе осредненного для лесо-болотных ландшафтов коэффициента снегонакопленияони будут вносить ошибку непропорционально своемувкладу в объем стока половодья.Если пренебречь межгодовой изменчивостью про-цессов формирования снегозапасов и ограничитьсясредними арифметическими значениями коэффициен-тов снегонакопления, то за период 1994-2004 гг. в ле-соболотной группе микроландшафтов (лиственный лесприречного склона, переходное хвойно-березовое бо-лото, кедровый лес и крупный рям) он изменялся впределах 1,14-1,16; в группе рямов (средний и мелкий)и грядово-мочажинном комплексе - в пределах 1,25-1,27. Среднее арифметическое значение коэффициентаснегонакопления по всем микроландшафтам без гальисоставляет 1,2, с учетом гальи - 1,17.Полученные оценки согласуются с имеющимисяданными наблюдений за снегонакоплением для основ-ных типов болотных микроландшафтов за период1965-1975 гг. Выборки коэффициентов снегонакопле-ния за оба периода наблюдений оказались однородны-ми по дисперсии и среднему, что позволило их объеди-нить (табл. 4).Среднее значение коэффициента снегонакопленияобъединенных выборок получилось равным 1,2, каконо было оценено ранее для рассматриваемой террито-рии южной тайги в работах [3, 4].Однако для прогнозов объема стока половодья смалых заболоченных водосборов для параметризацииматематических моделей стока и ряда других задачодного «генерализованного» значения коэффициентаснегонакопления для всех болотных микроландшафтовнедостаточно. Учитывая значимые статистические свя-зи между болотными микроландшафтами и лесом,можно более точно оценивать снегозапасы для некото-рых из них по уравнениям регрессии (табл. 5).Коэффициент детерминации у всех уравнений пре-вышает 0,5; качество прогноза (S/σ), оцененное на за-висимом материале, для всех уравнений удовлетвори-тельное, а для мелкого ряма - хорошее.Таким образом, приведенные регрессионные зави-симости могут быть использованы для дифференци-рованных оценок снегозапасов на различных природ-но-территориальных комплексах заболоченного водо-сбора.4. Влияние испарения. Вопрос о степени влиянияиспарения на разницу в снегозапасах леса и поля малоизучен. Основные трудности вызваны малыми величи-нами испарения со снега, которые нередко сопостави-мы с точностью наблюдений. Хорошо известно, чтоиспарение с плоской поверхности снежного покрованевелико. По-иному протекает процесс испарения, ко-гда снег раздроблен на отдельные снежинки, окружен-ные воздушной средой. Ускоренное испарение подня-того и перемещаемого метелью и поземками снегапроисходит по нескольким причинам, в том числе засчет турбулентного массобмена, приводящего к непре-рывному удалению с поверхности летящей снежинкинасыщенных паров с заменой их более сухим возду-хом. При метелях съем пара с поверхности снега с уче-том летящих снежинок оказывается на 1-2 порядкабольше, чем при безветрии [5].Т а б л и ц а 4Коэффициент снегонакопления за различные периоды наблюденийПериод наблюдений Лиственный лес приречного склона Средний рям Безлесая галья Грядово-мочажинный комплекс1965-1975 1,32 1,34 1,03 1,291994-2004 1,16 1,25 0,95 1,27Объединенная выборка 1,24 1,29 0,99 1,28Т а б л и ц а 5Расчетные зависимости для определения снегозапасов, ммПриродно-территориальный комплекс Коэффициенткорреляции Уравнение регрессии Коэффициентдетерминации S σ S/σПереходное хвойно-березовое болото 0,92 у =1,036x - 5,2675 0,84 12,6 29,81 0,42Кедровый лес 0,93 у = 0,8925x + 11,723 0,86 10,16 25,41 0,40Крупный рям 0,91 у = 1,0054х - 0,6559 0,84 12,30 28,95 0,42Средний рям 0,86 у = 1,0414х +4,993 0,74 17,11 31,87 0,54Мелкий рям 0,96 1,2303х - 20,293 0,93 9,50 33,63 0,28Безлесная галья 0,27Грядово-мочажинный комплекс 0,47Поле 0,72 у = 0,5568х + 42,813 0,51 15,04 20,46 0,74Примечание. х - снегозапас в лиственном лесу; S - стандартная ошибка уравненияРис. 3. Многолетняя динамика максимальных снегозапасов (Sмах)и осадков холодного периода (Х) по метеостанции БакчарСнегонакопительная роль грядово-мочажинного ком-плекса в наибольшей степени проявляется в малоснежныезимы, в наименьшей степени - в многоснежные. Учитываядоминирующую по площадям роль грядово-мочажинныхкомплексов в олиготрофных БЭС Васюганского болота,следует в прогнозах объема стока с заболоченных водосбо-ров дифференцировать расчет его снегозапасов по снежно-сти года. Средний коэффициент снегонакопления в грядо-во-мочажинном комплексе составляет 1,28.В лесоболотной группе микроландшафтов (лист-венный лес приречного склона, переходное хвойно-березовое болото, кедровый лес и крупный рям) сред-ний коэффициент снегонакопления равен 1,16; в груп-пе рямов (средний и мелкий) с грядово-мочажиннымкомплексом - 1,26. Среднее значение коэффициентаснегонакопления по всем микроландшафтам без гальисоставляет 1,2, с учетом гальи - 1,17.Значимый тренд в осадках зимнего периода по ме-теостанции Бакчар на отрезке времени 1985-2004 гг.следует рассматривать как проявление естественногоприродного колебательного процесса. В значимые из-менения снегозапасов он не трансформировался.

Скачать электронную версию публикации