CC BY
34
УДК 551.578.46
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СНЕЖНОГО ПОКРОВА ЛАНДШАФТНО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ БАССЕЙНА РЕКИ МАЙМА В ЗИМНИЙ ПЕРИОД 2014/15 ГОДА
Л.Ф. Лубенец1, Д.В. Черных1-2, О.П. Николаева1
'Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул, E-mail: lilia_lubenets@ mail.ru, [email protected] **Алтайский государственный университет, г. Барнаул, E-mail: [email protected]
Проведен анализ ряда основных характеристик снежного покрова ландшафт-но-гидрологических комплексов р. Майма. Изучены особенности пространственно-временной дифференциации снежного покрова, его плотность и влагозапасы, определены коэффициенты вариации толщины.
Ключевые слова: снежный покров; влагозапасы, речной бассейн, Русский Алтай, Майма.
Географические исследования
снежного покрова осуществляются с целью получения информации о его пространственном распределении, динамике накопления, продолжительности залегания, условиях снеготаяния, влаго-содержании и многих других свойствах. Данные наблюдений могут применяться при решении различных задач: изучении климатического и гидрологического режимов территории, составлении агрометеорологических и гидрологических прогнозов, оценке изменений природной среды (в т. ч. климатических колебаний) и др. [1].
Подавляющая часть воды, поступающая в верховья Оби, формируется в горных районах Алтая. При этом основными стокоформирующими поверхностями являются низкогорные и средне-горные бассейны. В бассейне р. Майма, например, за период половодья формируется от 40 до 80 % годового стока [2]. При этом процессы снегонакопления, снеготаяния и стока в горах дифференцированы в зависимости от абсолютной высоты, крутизны и экспозиции склонов, свойств почвогрунтов, характера растительности. Цель исследования -изучение основных характеристик и
пространственной дифференциации снежного покрова в бассейне р. Майма в период максимального снегонакопления 2014/15 г.
Объекты и методы исследования
Преимущественно низкогорный бассейн р. Майма (диапазон высот 2601460 м, площадь 776,5 км2) расположен в пределах Северной Алтайской (69,6 %) и Северо-Восточной Алтайской (30,4 %) физико-географических провинций Алтайской горной области [3-4]. Бассейн относительно неплохо обеспечен гидрометеорологической информацией. Имеется замыкающий створ (гидропост в с. Майма) и одна длительно функционирующая метеостанция - ГМС Кызыл-Озёк, которые расположены в низовьях бассейна. По данным ГМС Кызыл-Озёк среднегодовая температура воздуха составляет +1,0°С, годовая сумма осадков -795 мм. Продолжительность периода со среднесуточной температурой ниже 0°С 170 дней. Устойчивый снежный покров образуется в первую декаду ноября. Сход снежного покрова происходит в третьей декаде марта, реже - в первой декаде апреля. Важно отметить,
что анализ ряда данных по высоте снежного покрова за весь период наблюдений показал, что до 1966 г. максимум снегонакопления приходился на вторую, реже - первую декаду марта. В период с 1966 по 2015 гг. наблюдается смещение периода максимального снегонакопления на первую декаду марта, реже - третью декаду февраля [5].
Особенностью рассматриваемого бассейна является преобладание склонов теневых (северная, северовосточная, северо-западная) экспозиций (40,5 %). Примерно по 30 % занимают склоны световых (южной, юго-западной, юго-восточной) и переходных (восточной и западной) экспозиций. Такое положение объясняется общим наклоном бассейна на северо-северо-запад, близким к этому направлению простиранием магистральной долины и ряда долин притоков.
В целом для бассейна характерны покатые (4-10 о) и пологие (10-20 о) склоны, которые в сумме занимают 87,2 %. Плоские поверхности (0-4 о), представленные как в долинах, так и на водоразделах, занимают 7,7 %. Значительно меньше склонов средней (20-30 о) крутизны (4,9 %), еще меньше (о,2 %) крутых склонов (30-45 о) [6].
Лесами, в т.ч. разреженными, покрыто немногим менее 70 % от общей площади бассейна. Петрофитные варианты степей и остепненных лугов занимают около 4 %. Оставшаяся часть (почти 30 %) - различного рода антропогенные модификации ландшафтов: вторичные луга, луга с разреженным древостоем, пашня, лесопосадки, застроенные участки [7].
Исследования проводились ланд-шафтно-маршрутным методом в период максимального снегонакопления (первая половина марта) 2014/15 гг. Маршруты выбирались таким образом, чтобы охватить основные типологические элементы ландшафтной структуры с учетом абсолютной высоты, крутизны, и экспозиции склонов, характера наземного покрова. На девяти профилях (рис. 1) было вы-
полнено 337 измерений мощности, 149 измерений плотности снежного покрова. Расстояние между точками измерений высоты снежного покрова составляло 20 м. Плотность снежного покрова определялась в каждой пятой точке маршрута, т.е. через каждые 100 м. В камеральных условиях проводился расчёт плотности снега (р, г/см3) и снегозапасов
мм).
Результаты и обсуждение
Сумма осадков в первые месяцы зимы 2014/15 г. значительно ниже сред-немноголетних величин. В январе и особенно в феврале и марте, отмечается превышение среднемноголетних значений. В результате исследуемый год характеризуется превышением зимних осадков над среднемноголетними почти на 8 %. Зима 2014/15 г. была теплая. За исключением декабря, средняя температура за зимние месяцы выше средне-многолетней на 0,2-2,3 0С.
Рис. 1. Расположение снегомерных маршрутов в бассейне р. Майма
В целом за зимний период температура выше среднемноголетней на 0,5 0С (табл. 1).
Снегонакопление в бассейне р. Майма происходит постепенно, достигая максимума в конце февраля -начале марта. Из графика на рисунке 2 видно, что максимальная высота снежного покрова в 2014/15 г. (график 2015) в начале марта существенно превосходит среднемноголетние величины. В связи с этим 2014/15 г. относится к многоснежным. В то же время предыдущая зима 2013/14 г. (график 2014) являлась малоснежной. Известно, что именно в весенне-летний период 2014 г. на Верхней Оби, в т.ч. и в долине р. Майма, наблюдались экстремально высокие уровни воды. Достигнутый максимум
высоты снежного покрова 103 см наблюдался на ГМС Кызыл-Озек в марте 1960 г. Зимой 2014/15 г. максимум составил 61 см.
В таблице 2 приведены данные, полученные на снегомерных профилях. Максимальные снегозапасы в бассейне р. Майма характерны для теневых склонов в верховьях рек, расположенных в черневом поясе. При этом в сомкнутых пихтовых лесах и высота снега, и снегозапасы были меньше, чем в разреженных, а также на участках с сочетанием лесов и внутрилесных полян. На световых склонах (на всех высотных уровнях) высота снежного покрова и снегозапасы минимальны, однако здесь несколько выше плотность снежной толщи.
Таблица 1
Количество осадков и среднемесячные температуры в холодный период,
ГМС Кызыл-Озек [5]
Зимний период Ноябрь Декабрь Январь Февраль Март Среднее
Количество осадков, мм
2014/2015 33,6 17,0 25,3 45,3 34,6 155,8
Среднемноголетнее 1985/2015 45,8 33,7 22,0 23,7 28,4 153,6
Среднемесячные температуры, °C
2014/2015 -5,9 -11,9 -11,8 -10,0 -4,3 -8,8
Среднемноголетнее 1985/2015 -6,1 -8,9 -14,0 -12,3 -5,3 -9,3
3
и «
м о а. и о в о
ь-О
и «
н о
и
3 м
65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
—
—м
х\\
VI
V
— Ъ' 1
¿Г
V и
октябрь ноябрь декабрь январь февраль март апрель
2014 •2015
многолетнее среднее значение высоты снежного покрова(1940-2014 гг.) многолетнее среднее значение высоты снежного покрова(1970-2000 гг.)
Рис. 2. Высота снежного покрова по ГМС Кызыл-Озек, см [5]
Ниже приводятся результаты изучения снежного покрова на первом и втором снегомерных профилях (рис. 1), расположенных в верховьях р. Майма. Профили закладывались на склонах близкой крутизны восточной - юго-восточной (профиль 1) и северовосточной - восточной (профиль 2) экспозиций. Первый профиль располагается в диапазоне абсолютных высот от 720 до 810, второй - от 800 до 1080 м. Перепад относительных высот около 100 и 400 м, соответственно (рис. 3).
Характеристика геосистем вдоль снегомерных профилей дана на основе авторской ландшафтной карты. Первые пять точек профиля 1 пересекают крутой склон юго-юго-западной экспозиции с покровом делювиальных и коллювиально-делювиальных сугли-нисто-щебнистых, щебнисто-глыбовых отложений, где в растительном покрове господствуют разреженные березово-лиственничные леса на маломощных горно-лесных черноземовидных, дерновых и дерново-карбонатных почвах. Значительная часть профиля характеризует склон средней крутизны восточной и юго-восточной экспозиций с делювиальным щебнисто-суглини-стым покровом, занятый разнотравно-злаковыми и бобово-разнотравно-злаковыми лугами на черноземах выщелоченных. Профиль 2 состоит из трех относительно равных по протяжённости частей. Верхняя часть проходит по склону средней крутизны северо-восточной экспозиции с маломощным покровом делювиальных
Основные характеристики снежного
защебненных суглинков, занятому вторичными высокотравными лугами на луговых почвах. Второй участок характеризует более крутой склон этой же экспозиции, с поверхности сложенный маломощным покровом делювиальных и колювиально-делювиальных древесно-суглинисто-щебнистых отложений, местами с выходами скальных пород, с разреженными пихтовыми кислично-папоротниковыми лесами на горнолесных серых почвах. Третий (нижний) участок вновь характеризует склон средней крутизны. Его занимают пихтовые с примесью березы и кедра высокотравно-папоротниковые, спирей-но-вейниково-зеленомошные леса на горно-лесных светло-серых и серых почвах.
Данные наблюдений показывают, что наиболее снежными в верховьях р. Майма являются теневые (северные и северо-восточные) склоны средней крутизны безлесные, либо с разреженным древостоем. Для таких поверхностей средние значения высоты снежного покрова за рассматриваемый период составили немногим более 80 см, при максимальной 100 см и минимальной - 60 см (табл. 3).
Наименьшие величины высоты снежного покрова приходятся на крутые склоновые поверхности световых экспозиций, где в растительном покрове преобладают разреженные березово-лиственничные леса и вторичные луга.
Таблица 2 рова вдоль снегомерных профилей
Номер профиля ^ см gср, г/см3 мм
средняя мш max
1 38 13 60 0,22 80
2 82 69 100 0,19 156
3 53 10 80 0,13 69
4 56 15 69 0,16 90
5 39 7 96 0,22 86
6 77 40 100 0,17 131
7 68 50 91 0,13 88
8 89 72 107 0,20 178
9 66 40 85 0,24 158
При этом средние значения мощности снежного покрова колеблется от 35 до 40 см, соответственно, при максимальной 68 и минимальной 13 см. Связано это с активными процессами сду-вания снега и интенсивным его таянием и испарением (табл. 3).
Минимальные вариации значений высоты снежного покрова наблюдаются в пихтовых с примесью березы и кедра лесах. Варьирование значительно больше в геосистемах с разреженным древостоем, где распределение снежного покрова зависит, в первую очередь, от расстояния между отдельно стоящими деревьями, их видового состава и возраста (рис. 3).
Плотность снежного покрова в период максимального снегонакопления 2014/15 гг. варьирует от 0,179 до
Характеристики снежного по
0,290 г/см3. Максимальные значения плотности характерны для крутых участков световых экспозиций с разреженными березово-лиственнич-ными лесами (0,290 г/см3). Плотность на безлесном участке средней крутизны световой экспозиции выше (0,200 г/см3), чем на участке с такими же характеристиками теневой экспозиции (0,192 г/см3). Минимальная плотность снега характерна для поверхностей средней крутизны северной и северовосточной экспозиций с пихтовыми с примесью березы и кедра лесами. Средние значения плотности снежного покрова (0,197 г/см3) свойственны для крутых участков северной и северовосточной экспозиций с разреженными пихтовыми лесами.
Таблица 3
в верхнем течении р. Майма
Геосистема h ср, см g ср, г/см3 W, мм
Склон юго-восточной экспозиции
Склоны крутые световых (южной, юго-западной) экспозиций с
маломощным покровом делювиальных и коллювиально-
делювиальных суглинисто-щебнистых, щебнисто-глыбовых от-
ложений, местами с выходами скальных пород с разреженными 40±17 0,290 116
березово-лиственничными злаково-разнотравными лесами на
маломощных горно-лесных черноземовидных, дерновых и дерно-
во-карбонатных почвах
Склоны средней крутизны восточной, юго-восточной экспозиций
с маломощным покровом делювиальных защебненных суглинков,
расчлененный неглубокими логами с разнотравно-злаковыми и 35±14 0,200 70
бобово-разнотравно-злаковыми лугами на черноземах выщело-
ченных, осиново-березовыми с участием сосны перелесками по
ложбинообразным понижениям
Склон северо-восточной экспозиции
Склоны средней крутизны теневых (северной, северо-восточной)
экспозиций с маломощным покровом делювиальных защебнен- 82±9 0,192 157
ных суглинков с вторичными высокотравными лугами на луго-
вых защебненных почвах
Склоны крутые теневых (северной, северо-восточной) экспозиций
с маломощным покровом делювиальных и колювиально-
делювиальных древесно-суглинисто-щебнистых отложений ме- 81±10 0,197 160
стами с выходами скальных пород с разреженными пихтовыми
кислично-папоротниковыми лесами на горно-лесных серых почвах
Склоны средней крутизны теневых (северной, северо-восточной)
экспозиций с маломощным (менее 1 метра) покровом делювиаль-
ных защебненных суглинков с пихтовыми с примесью березы и 82±8 0,179 147
кедра высокотравно-папоротниковыми, спирейно-вейниково-
зеленомошными лесами на горно-лесных светло-серых и серых
почвах
■Гипсометрический профиль -Мощность снежного покрова
^пихта ^кедр Ф береза -{-лиственница "луг
Рис. 3. Особенности распределения снежного покрова в верхнем течении р. Майма:
а - на склоне восточной и юго-восточной экспозиции (профиль 1); б - на склоне северо-восточной и восточной экспозиции (профиль 2).
Минимальные запасы влаги в снеге характерны для участков световых (южной, юго-западной и юго-восточной) экспозиций и изменяются от 70 (безлесной участок) до 116 мм (разреженный березово-лиственный лес). Максимальные значения влаго-запасов снежного покрова присущи участкам, расположенным на склонах теневых (северной и северо-восточной) экспозиций с вторичными лугами (157 мм) и разреженными пихтовыми лесами (160 мм). Промежуточные значения свойственны участкам средней крутизны северной и северо-восточной экспозиций с пихтовыми лесами -147 мм.
Выводы
1. Сравнение данных снегомерных наблюдений в бассейне р. Майма со среднемноголетними значениями показывает, что зима 2014/15 г. характеризуется как многоснежная.
2. Дифференциация основных характеристик снежного покрова во многом зависит от экспозиционных различий. Наибольшие высота снежного покрова и снегозапасы характерны для склонов теневых (северной и северо-восточной) экспозиций. Для световых склонов, при меньшей высоте и снегозапасах, характерна большая плотность снега.
а
б
3. Особенности наземного покрова также играют роль в дифференциации снегозапасов. На световых, преимущественно, безлесных склонах, под разреженными мелколиственными лесами
снегозапасы возрастают. На теневых склонах под сомкнутыми хвойными лесами снегозапасы несколько меньше, чем на открытых участках.
Список литературы
1. Рихтер Г.Д. Роль снежного покрова в физико-географическом процессе // Тр. института географии. Вып. 40. - М.-Л., 1948. - 171 с.
2. Галахов В.П., Сюбаев А.А. Расчет объема стока первой волны половодья Оби у Барнаула. - Барнаул, 2016. - 122 с.
3. Атлас Алтайского края [Карта]. Т. 1. - М.-Барнаул, 1978. - 226 с.
4. Черных Д.В., Самойлова Г.С. Ландшафты Алтая (Алтайский край и Республика Алтай) [Карта]. - Новосибирск, 2011.
5. Всероссийский НИИ гидрометеорологической информации / Официальный сайт Всерос. НИИ гидрометеорологической информации [Электронный ресурс]. -URL: http://www.meteo.ru.
6. Золотов Д.В., Лубенец Л.Ф., Черных Д.В. Ландшафтные факторы формирования стока в бассейне реки Майма (Северный и Северо-Восточный Алтай) // Мир науки, культуры и образования. - 2012. - № 2 (33). - С. 360-369.
7. Лубенец Л.Ф., Черных Д.В. Роль Антропогенных модификаций в ландшафтно-гидрологической организации бассейна р. Майма // Вестн. Волгогр. гос. ун-та. Сер. 11. Естеств. науки. - 2015. - № 1 (11). - С. 61-67.
STUDY OF MAIN CHARACTERISTICS OF SNOW COVER LANDSCAPE-HYDROLOGICAL COMPLEXES OF THE BASIN OF THE RIVER MAIMA
IN WINTER 2014/15
L.F. Lubenets1, D.V. Chernykh1-2, O.P. Nikolaeva1
institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul E-mail: lilia_lubenets@ mail.ru, [email protected] 2Altai State University, Barnaul, E-mail: [email protected]
The analysis of some basic snow cover characteristics of landscape-hydrological complexes in Maima river is carried out. The peculiarities of spatial-temporal differentiation of snow cover, its density and moisture reserves are studied, and the coefficients of thickness variation are estimated.
Key words: snow cover; moisture reserves, river basin, Russian Altai, Maima.
