Анализ изменчивости снегозапасов на заболоченных водосборах левобережья средней Оби Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Гидрология

ГИДРОЛОГИЯ

УДК 556.16

Л.И. Дубровская, Н.Е. Патрушева АНАЛИЗ ИЗМЕНЧИВОСТИ СНЕГОЗАПАСОВ НА ЗАБОЛОЧЕННЫХ ВОДОСБОРАХ ЛЕВОБЕРЕЖЬЯ СРЕДНЕЙ ОБИ

Приведены результаты комплексных исследований пространственно-временной изменчивости характеристик снежного покрова (снегозапасы, даты начала снеготаяния), температуры и осадков холодного периода по метеостанциям, освещающим гидрометеорологическую обстановку на заболоченных водосборах левобережья Средней Оби. Выявлены заметные количественные изменения в средних многолетних за исследуемый период (1976-2010 гг.) характеристиках холодного периода по сравнению с 1936-1980 гг.

Ключевые слова: снежный покров; максимальный снегозапас; коэффициент снегонакопления; заболоченный водосбор; Западная Сибирь.

Характерной особенностью рассматриваемой территории является высокая заболоченность. Здесь расположено большое Васюганское болото — самый крупный по масштабам в Западной Сибири и на планете природный комплекс (53 тыс. км2). На Западно-Сибирской равнине талые воды вносят наибольший вклад (порядка 65-75 %) в речной сток.

Изучение формирования снежного покрова, его распределения по территории и в особенности определение снегозапаса в конце зимы перед началом снеготаяния в пределах речных бассейнов представляет большой научный и практический интерес, так как снегозапас является основным фактором пополнения болотных вод и формирования объема весеннего стока с них. В настоящее время опубликовано немало работ об основных характеристиках снежного покрова, но большинство из них не затрагивает тему влияния изменений климата, произошедших на территории Западной Сибири после 2000 г., на основные показатели снежного покрова [9].

Рассматриваемая территория включает заболоченные водосборы бассейнов таких рек, как Ларьеган, Васюган, Парабель, Чая. Особенностью большей части территории является преобладание верховых (олиготрофных) грядово-мочажинных болот, достигших оптимального развития и занимающих почти сплошь водораздельные пространства и плоские террасы. В зависимости от условий питания и рельефа на верховых болотах имеют развитие также грядово-озерковые и озерные комплексы. Долины многих рек также сильно заболочены, однако болота эти в основном низинные (евтрофные) [5]. Наиболее высокая заболоченность характерна для верховьяв рек Икса, Бакчар, Андарма— 80-100 % (бассейн р. Чаи).

Максимальный снегозапас или наибольший запас воды в снежном покрове — это общее количество воды в твердом и жидком виде, содержащееся в снежном покрове на момент максимального его накопления. Следует иметь в виду, что снежный покров представляет собой явление исключительной сложности, чрезвычайно изменчивое в пространстве и во времени. Сравнительно редкая сеть станций и постов делает задачу обобщения данных по снегозапасам, температуре и осадкам весьма затруднительной, но в то же время важной и актуальной. Целью работы является выявление современных тенденций в формировании снегозапасов в условиях регионального изменения климата.

Основные факторы, формирующие снегонакопление, — климатические: осадки и температура холодного периода, ветер (метелевый перенос), поэтому основой для анализа режима снегонакопления послужили декадные данные снегомерных съемок, средние месячные суммы

2© Дубровская Л.И., Патрушева Н.Е., 2013

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (№ 12-05-00437-а)

Дубровская Лариса Ивановна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры гидрологии Национального исследовательского Томского государственного университета; 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36; dubrli@sibmail.com

Патрушева Нина Евгеньевна, ассистент кафедры гидрологии Национального исследовательского Томского государственного университета; 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36; rojdestvo@yandex.ni

Гидрология

твердых осадков и среднемесячные температуры холодного периода (ноябрь-март) Росгидромета за период 1976-2010 гг.

Режимные данные достаточной продолжительности и с минимальным количеством пропусков в наблюдениях, допускающих восстановление, имелись в лесной зоне у 8 метеостанций (м/с): средняя тайга — Александровское, Средний Васюган и Новый Васюган (бассейн р. Васюган); южно-таежные леса — Старица, Парабель, Пудино (бассейн р. Парабель), Бакчар (бассейн р. Чая), Молчаново (Б. Татош).

Статистическая оценка надежности рядов многолетних наблюдений за максимальным снегозапасом, осадками и температурой холодного периода включала проверку репрезентативности по интегральным разностным кривым и относительной ошибке вычисления среднего; соответствия нормальному закону распределения по критериям согласия однородности по критериям Стьюдента и Фишера; расчет статистических характеристик.

В данной работе термин «максимальный снегозапас» употребляется в смысле наибольшего запаса воды в снежном покрове за отдельную зиму. В научно-прикладном справочнике по климату СССР [7] приводятся три характеристики — средний, максимальный и минимальный снегозапас за многолетний период. Для сравнения с данными справочников в качестве устойчивой характеристики снегозапаса за многолетний период наблюдений в работе используется среднее значение ряда из максимальных снегозапасов за отдельные зимы.

В целом снегозапасы возрастают в северном направлении (табл. 1). Относительная ошибка вычисления среднего из наибольших за зиму снегозапасов для всех постов не превышает 6 %.

Таблица 1

Статистические характеристики снегозапасов (8, мм), осадков (X, мм),

___________температуры холодного периода (Т, °С) за 1976-2010 гг._________

Метеостанция Снегозапас, средний из наибольших за зиму Многолетняя сумма осадков холодного периода Многолетняя средняя месячная температура холодного периода

Б а Су X а Су Т а Су

Александровское 170 34 0,20 127 24 0,19 -15,7 2,5 0,16

Средний Васюган 156 35 0,20 142 30 0,21 -14,2 2,7 0,19

Новый Васюган 148 37 0,25 139 32 0,23 -14,6 2,7 0,19

Парабель 113 45 0,26 129 32 0,25 -14,5 2,4 0,16

Старица 154 31 0,18 131 32 0,25 -14,1 2,5 0,18

Пудино 124 37 0,29 127 28 0,22 -13,7 2,5 0,18

Молчаново 136 44 0,26 130 29 0,23 -13,5 2,5 0,19

Бакчар 119 38 0,31 115 27 0,24 -13,6 2,5 0,18

Примечание: с — среднее квадратическое отклонение, мм; С, — коэффициент вариации.

Межгодовая изменчивость максимальных снегозапасов, являющаяся одним из главных факторов вариаций объемов воды, поступающих на водосбор, слабая (Су < 30 %), за исключением м/с Бакчар. Изменчивость остальных рассматриваемых характеристик (осадков и температур) также невелика.

Нерепрезентативным оказался ряд снегозапасов по м/с Пудино. И хотя по нему нельзя установить норму максимальных снегозапасов, на оценки тенденций в многолетней динамике это обстоятельство не влияет. Обращает на себя внимание факт, что результаты, полученные по м/с Пудино, отличаются практически по всем характеристикам от остальных. Так, для ряда максимальных снегозапасов обнаружена убывающая тенденция, а даты начала снеготаяния, в отличие от других районов, имеют тенденцию сдвига на более ранние сроки. В то же время сумма осадков за холодный период имеет слабую тенденцию к возрастанию.

Сравнение многолетних характеристик снегозапасов, осадков и температур за холодный период года с данными, имеющимися в справочниках [6] и [7], позволяет сделать вывод о повсеместном увеличении средних из наибольших за зиму снегозапасов на фоне возрастающих средних многолетних температур и осадков холодного периода (табл. 2, 3).

Гидрология

Таблица 2

Сравнительный анализ определения средних из наибольших за зиму снегозапасов___________

Метеостанция Данные авторов 1976-2010 гг. Справочник по климату СССР [6]* Научно-прикладной справочник по климату СССР [7]*

Характ-ка маршрута Снегозапас Характ-ка маршрута Снегозапас Характ-ка маршрута Снегозапас

Александровское Лес 170 Поле 107 Лес 122

Ср. Васюган Лес 156 Поле 126 Лес 143

Парабель Поле 113 Поле 96 Поле 103

Старица Поле 154 Поле 132 Поле Нет данных

Пудино Поле 124 Поле 118 Поле 116

Молчаново Поле 136 Поле Нет дан-х Поле 108

Бакчар Поле 119 Поле 92 Поле 96

Примечание: * [6] — в пределах имеющихся на станциях наблюдений по 1960 г., [7] — по 1980 гг.

Таблица 3

Сравнительный анализ определения многолетних сумм осадков и многолетних средних месячных

Метеостанция Осадки, мм Температура, °С

Данные [6]* Данные [7]* Данные авторов Данные [6]* Данные [7]* Данные авторов

Александровское 97 110 127 -17,2 -14,9 -15,7

Ср. Васюган 129 147 142 -15,9 -15,8 -14,2

Нов. Васюган Нет данных Нет данных 139 -15,2 Нет данных -14,6

Парабель 82 98 129 -16,5 -16,3 -14,5

Старица 94 Нет данных 131 -15,8 Нет данных -14,1

Пудино 97 110 127 -12,0 -15,6 -13,7

Молчаново 102 116 130 -15,3 -15,2 -13,5

Бакчар 108 101 115 -15,6 -15,2 -13,6

Примечание:

6] — в пределах имеющихся на станциях наблюдений по 1964 г., [7] — по 1980 гг.

В табл. 2 представлены данные по снегозапасам в зависимости от характеристики местности (поле или лес), где осуществлялись снегосъемки. Независимо от типа атмосферной циркуляции (циклонического или антициклонического) снегозапасы за зиму на полевых участках всегда меньше, чем в лесу или на болотном массиве. Процесс формирования снежного покрова в лесу является сложной функцией многих факторов и прежде всего таксационных характеристик леса.

На болотном массиве снегозапасы также сильно варьируют в зависимости от типа микроландшафта и влияния ветра (метелевый перенос). В работах Д.А. Буракова [3] и А.И. Петрова с соавторами [4] приводятся коэффициенты снегонакопления (соотношение снегозапаса в поле 8п и в лесу 8л) для рассматриваемой территории: в лесостепи 8Л/8П = 1,25 - 1,50, в тайге 8Л/8П = 1,15 - 1,25. По более поздним данным 10-летних снегомерных съемок на отрогах Васюганского болота (1994— 2004 гг.) А.И. Петровым [8] были уточнены коэффициенты снегонакопления: в лесоболотной группе микроландшафтов он изменялся в пределах 1,14-1,16; в группе рямов (средний и мелкий) и грядово-мочажинном комплексе — 1,25-1,27. Среднее арифметическое значение коэффициента

снегонакопления по всем микроландшафтам составляет 1,2.

Пестрая картина динамики снегозапасов на фоне увеличения осадков и повышения средних многолетних температур холодного периода свидетельствует о сложности условий формирования снежного покрова и влиянии ряда других факторов, таких как, например, сильные метели (среднее число дней с метелями уменьшилось в последние годы в 3-6 раз [2]), интенсивность снегопадов.

В условиях регионального изменения климата для представления происходящих изменений в гидрологических и климатических процессах и их прогнозирования используется анализ тенденций (табл. 4, рис. 1). Для такого анализа в работе использовались следующие методы: параметрический Аббе и непараметрический ранговых коэффициентов.

Гидрология

Таблица 4

Гидрографические характеристики бассейнов и оценка тенденций максимальных снегозапасов,

дат начала снеготаяния

Метеостанция Бассейн реки Площадь бассейна, освещаемая метеостанцией, км1 Заболоченность,% Направление тенденции

Максимал ьный снегозанос, мм Дата начала снеготаяния

Александровское Ларьеган 3610 S —

Средний Васюган Васюган 31700 40 + +

Новый Васюган Васюган 19000 35 - +

Парабель Парабель - В

Старица Парабель 17900 40 + +

Пудино Чузик я 7000 40 - -

Молчаново Б. Татош 1560 в +

Бакчар Бакчар -2500 40 + Нет тенд.

Примечание: (+) — тенденция на увеличение снегозапасов или сдвиг даты на более поздние сроки, (-) — тенденция на уменьшение снегозапасов или сдвиг на более ранние сроки; темным фоном выделены достоверные тренды на у ровне значимости 0,05.

Метод Аббе [1] можно было применять для рядов максимальных снегозапасов, так как они согласуются с нормальным законом распределения (по критериям Колмогорова-Смирнова, Шапиро-Уилкса и Лилиефорса). Совпадающие результаты обоими методами по определению статистически достоверных трендов (на уровне значимости 0,05) обнаружены в рядах максимальных снегозапасов по м/с Александровское и Молчаново и в датах начала снеготаяния по м/с Парабель.

Рис. 1. Карта-схема расположения метеорологических станций с обозначением направлений тенденции в рядах максимальных снегозапасов, средних сумм месячных осадков и температур за холодный период в 1976-2010 гг. Статистически достоверные из них: снегозапасы на м/с Александровское и Молчаново

Гидрология

Анализ рядов с датами начала снеготаяния выявил наличие тенденции к сдвигу как на более поздние сроки, так и на более ранние. В большинстве случаев (кроме м/с Парабель) эти изменения статистически незначимы.

Отсутствие каких-либо четких закономерностей в тенденциях средних многолетних снегозапасов и сроках начала снеготаяния на исследуемой территории еще раз подтверждает сложность их формирования в отличие от средних многолетних температур и осадков (рис. 2).

Рис. 2. Статистически значимые тенденции межгодовой изменчивости максимальных

запасов воды в снеге

В отличие от снегозапасов в рядах осадков прослеживается четкие закономерности в тенденциях. Средние за холодный период осадки на всех станциях имеют тенденцию к увеличению. В то же время наблюдается большая изменчивость по отдельным месяцам внутри холодного периода: для всех метеостанций характерно уменьшение суммы месячных осадков в январе, аналогично в октябре (кроме Бакчара). В остальные месяцы холодного периода у всех м/с прослеживается тенденция к увеличению. Значение показателя средних многолетних осадков за холодный период года по всем станциям увеличилось по сравнению с периодом 1936-1980 гг.

Аналогичная картина наблюдается и в динамике температур — средних месячных и средних за холодный период. На подавляющем числе станций в декабре и январе средние месячные температуры воздуха имеют тенденцию на понижение, а в остальные 4 месяца холодного периода на всех станциях — на повышение. В целом для средней температуры холодного периода на всей территории характерно повышение (за исключением м/с Пудино — нет тенденции), однако эти изменения статистически незначимы. Средняя многолетняя температура холодного периода по всем станциям (кроме м/с Александровское) повысилась по сравнению с 1936-1980 гг.

Выводы. За исследуемый период многолетние средние месячные значения температуры воздуха холодного периода повысились, осадки холодного периода увеличились, средние из наибольших за зиму снегозапасы возросли на всех метеостанциях по сравнению с 1936-1980 гг.

Сложная для анализа картина складывается с динамикой снегозапасов, поэтому выводы производятся по статистически достоверным процессам: отмечается тенденция на увеличение снегозапасов по м/с Молчаново, уменьшение — м/с Александровское. Сроки разрушения устойчивого снежного покрова по режимным наблюдениям изучаемой территории на части станций имеют тенденцию к сдвигу на более поздние сроки (бассейн реки Васюган), однако статистически значимый тренд зафиксирован только у м/с Парабель (сдвиг начала снеготаяния на более ранние сроки). Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о заметных изменениях в условиях формирования снегозапасов за последние 34 года.

Гидрология Библиографический список

1. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л. Д. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных: справ, изд. М.: Финансы и статистика, 1983. 471 с.

2. Борисова А.В., Журавлев Г.Г. Динамика метелей Томской области // Климатология и гляциология Сибири: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Томск: ЦНТИ, 2012. С. 47-49.

3. Бураков Д. А. Некоторые особенности залегания снежного покрова в условиях Васюганья // Вопросы географии Сибири. № 6. 1966.

4. Бураков Д.А. и др. Гидролого-математические модели в прогнозах речного стока сибирских рек //География и окружающая среда. СПб.: Наука, 2003. С. 242-253.

5. Евсеева Н. С. География Томской области. Природные условия и ресурсы. Томск: Изд-во Том. гос. ун-та, 2001. 222 с.

6. Справочник по климату СССР. Л.: Гидрометеоздат, 1969, вып.20, ч. 4: Влажность воздуха, атмосферные осадки, снежный покров. 330 с.

7. Научно-прикладной справочник по климату СССР / Зап.-Сиб. территориальное упр. по гидрометеорологии. СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. Вып. 20. Серия 3. Части 1-6. 718 с.

8. Петров А. И., Инишев Н. Г., Дубровская Л.И. Закономерности формирования снегозапасов на заболоченном водосборе южно-таежной зоны Западной Сибири // Вестник Том. гос. ун-та. Серия естественных наук. № 360. 2012. С. 182-187.

9. Шмакин А. Б. Климатические характеристики снежного покрова Северной Евразии и их изменения в последние десятилетия // Снег и лед. 2010. № 1. С.43-57.

L.I. Dubrovskaya, N.E. Patrusheva ANALYSIS OF VARIABILITY OF SNOW STORAGE ON WETLANDS BASINS LEFT BANK MIDDLE OB

The results of complex researches of existential variability of the main characteristics of snow cover according to meteorological stations on wetlands basins left bank Middle Ob. Existence of statistically reliable tendencies in distribution of snow cover and in terms of destruction of steady snow cover during 1976-2010 is revealed. The increase in average temperature and the sum of a precipitation for November-March on all study area is noted.

Keywords: maximum snow storage; coefficient of snow accumulation; microlandscape; Western Siberia

Larisa I. Dubrovskaya, Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor of Hydrology Department National exploratory Tomsk State University; 36, pr. Lenina, Tomsk, Russia, 634050; dubrli@sibmail.com

Nina E. Patrusheva, Assistent of Hydrology Department National exploratory Tomsk State University; 36, pr. Lenina, Tomsk, Russia, 634050; rojdestvo@yandex.ru