Научная статья на тему 'Климатические характеристики промерзания почвы на территории РФ'

Климатические характеристики промерзания почвы на территории РФ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
901
150
Поделиться
Ключевые слова
КЛИМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРРИТОРИИ РФ / ЗИМНИЙ ПЕРИОД ГОДА / ГЛУБИНА ПРОМЕРЗАНИЯ ПОЧВЫ / ВЫРУБКИ ЦЕМЕНТИРОВАННОГО ЛЬДОМ ГРУНТА / CLIMATIC CHARACTERISTICS OF TERRITORY OF THE RUSSIAN FEDERATION / THE WINTER PERIOD OF YEAR / A FROST DEPTH OF SOIL / CUTTING DOWN OF GROUND WITH ICE

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Волкова Н.Г.

Рассмотрена специфика промерзания почвы в зимний период года. Предпочтение отдано результатам исследований, полученным методом вырубки цементированного льдом грунта. Приведена информация по глубине промерзания почвы.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Волкова Н.Г.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

CLIMATIC CHARACTERISTICS OF SOILS PROMERZANIJA IN TERRITORY OF THE RUSSIAN FEDERATION

Specificity promerzanija soils during the winter period of year is considered. The preference is given results of the researches, the received method of cutting down by ground ice. The information on a soil frost depth is resulted.

Текст научной работы на тему «Климатические характеристики промерзания почвы на территории РФ»

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОМЕРЗАНИЯ

ПОЧВЫ НА ТЕРРИТОРИИ РФ

CLIMATIC CHARACTERISTICS OF SOILS PROMERZANIJA IN TERRITORY OF THE RUSSIAN FEDERATION

Н.Г. Волкова

N.G. Volkova

НИИСФ PAACH

Рассмотрена специфика промерзания почвы в зимний период года. Предпочтение отдано результатам исследований, полученным методом вырубки цементированного льдом грунта. Приведена информация по глубине промерзания почвы.

Specificity promerzanija soils during the winter period of year is considered. The preference is given results of the researches, the received method of cutting down by ground ice. The information on a soil frost depth is resulted.

В строительной практике учет влияния климата производится как в стадии планирования, так и в стадии проектирования тех или иных объектов. Глубина сезонного промерзания грунтов является одной из основных климатических характеристик «Строительной климатологии» [1].

Температура почвы зависит от состава и влажности её структуры. Промерзание грунтов характеризуется распространением зимой в почве нулевой и отрицательных температур. ГПП - зависит от процессов, обусловливающих теплоемкость, теплопроводность и влажность почвы, замедляющей процесс, вследствие выделения скрытой теплоты при замерзании воды. Также на ГПП влияет наличие и высота снежного покрова, защищающего почву от сильного выхолаживания, или его отсутствие зимой.

Результаты исследований климатических перемен, в том числе проводимые в НИИСФ, показывают, что изменение климата на территории РФ происходит неравномерно. Температура наружного воздуха, является определяющей характеристикой климата, однако на ГПП температура воздуха влияет в небольшой степени. Опыт метеорологических наблюдений показывает, что колебания температуры почвы из года в год отличаются меньше, чем колебания температуры воздуха. Средние годовые температуры на глубинах, начиная с 0,2—0,4 м от поверхности, уже настолько устойчивы, что скачок в их ходе обусловлен обычно или переносом площадки наблюдений, или изменением состояния поверхности почвы (например, оголение ее летом). В связи с этим при оценке температурного состояния почвы целесообразно использовать данные устойчивого климатического периода.

Известно, что почва замерзает при температуре ниже 0° в связи с переохлаждением воды в почве, а также в связи с наличием в почве минеральных солей. Непо-

ВЕСТНИК 3/2011

средственно определить глубину промерзания почвы весьма сложно. Как правило, устанавливают приблизительную глубину, на которой температура почвы равна 0°. При оценке ГПП предпочтение было отдано данным, полученным посредством вырубки, которые на наш взгляд обладают большей степенью объективности. Этот метод исследований можно считать более точным, так как реальная глубина промерзания идет по границе цементирования льдом грунта.

К обработке были приняты данные Гидрометеорологической службы по глубине промерзания (ГПП), которые ранее не были включены в строительную справочную литературу. Результаты исследований температурного режима почвы в зимний период федеральных округов: Западного. Центрального, Приволжского, Южного, Сибирского и Дальневосточного позволяют достаточно полно отразить ситуацию с промерзанием грунта на просторах РФ [2,3]

В таблице 1 представлены данные о средних, наименьших и максимальных значениях величин глубины промерзания почвы в зимний период Московского региона Центрального федерального округа. ГПП колеблется от 16 до 154 см. Глубина промерзания определялась по цементации почвы и наличию в ней кристаллов льда путем вырубки монолитов для бурения почвы на определенных участках сельскохозяйственных полей. Климатические термического режима почвы получены непосредственным подсчетом ежегодных данных из рядов наблюдений различной длительности, но не менее 10-12 лет.

Таблица 1. Глубина промерзания почвы Московского региона Центрального федерального округа (см).

Станция Из максимальных за зиму Примечание

Средняя Наименьшая Наибольшая

1 2 3 4 5

Клин 73 35 145

Дмитров 63 29 118

Волоколамск 71 23 110

Починки 72 28 77

Немчиновка 76 20 109

Собакино 60 16 120

Ленино-Дачное 59 - 120

Можайск 63 19 98

Михнево 64 26 98

Кашира 76 23 154

В настоящее время обеспокоенность вызывают климатические перемены, наблюдаемые в природе. Показательным является график изменения средней годовой температуры в Москве за период с 1870 по 2009 год (рис. 1).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Для анализа отдельных средних месячных или годовых температур почвы, в особенности на небольших, глубинах, полезно их сопоставление с температурами воздуха, но зимой оно не является решающим, так как большее влияние на температуру почвы оказывает высота снежного покрова. Глубина и характер промерзания почвы, как и глубина проникновения температуры 0°, зависит от многих причин от степени увлажненности почвы, высоты снежного покрова, типа грунта и его состава, рельефа местности, от температуры поверхности глубоких слоев почвы. На высоких участках земли, с выпуклой формой рельефа, ГПП больше, чем на низменной, вогнутой, поверхности. Снег

с высоких мест сдувается в более защищенные низкие места, высота снежного покрова там больше. Влагосодержание в вогнутых формах рельефа также больше.

Рис. 1

Показательным является то, что изменение климата касается как температуры воздуха, так и количества выпадающих осадков. В зимний период - это снег. Средняя

ГПП территории Московской области, данные наблюдательной сети ГУ "Московский ЦГМС-Р" - 67,7 около 70 см, минимальная от 23 до 35 см, максимальная от 77 до 154 см (ссылка дана на справочные данные). Это соответствует диапазону величин периода устойчивой климатической нормы (по результатам исследований). Средняя высота снежного покрова на территории Московской области (МО) на 21.01.2010 года колебалась от 18 до 35 см [4]. Зимой 2010-2011 гг. эта величина была значительно превышена.

Зависимость ГПП от высоты залегания снежного покрова для территории МО приведена на рис.2. Эта климатическая характеристика рассматриваемой территории составляет от 8 до 64 см и зависит от высоты залегания снежного покрова. По данным снегомерных съемок гидрометеорологической сети ГУ "Московский ЦГМС-Р" средняя высота снежного покрова на территории Московской области на 11.02. 2010 г, составила 21-40 см, запасы воды в снеге достигли 45-90 мм, что около или на 30% больше нормы. Долгосрочный прогноз погоды Гидрометцентра РФ для территории ЦФО также свидетельствовал о превышении нормы по количеству осадков, чему мы явились свидетелями в зимний период 2010-2011 гг.

О влиянии увлажнения почвы можно судить на примере Мурманской области. По результатам исследований влажной и сухой почвы видно, что данные показаний полевых замеров для местностей: Апатитов и Хибин, отличаются от величин, полученных в болотистой местности, достигая трехкратного превышения. В таблице помещены глубины промерзания почвы на последний день месяца. Промерзание почвы определялось по цементации и наличию в ней кристаллов льда путем бурения и вырубки монолитов. В связи с частой сменой участков в таблице использовались короткие ряды наблюдений, но не менее 7 лет. Средние глубины промерзания на последний день каждого месяца получены прямым подсчетом.

Связь запаса воды в снеге и глубины промерзания почвы на территории Центрального региона России [5] приведена на рис.3.

70

* 98 я

о 50

С

сс

т -Ю

га

| ш

0

Ш

X

1 10 £

о

) Р- = 0,7512

*

* ^^

... * . ......

... *

15 20 25 Зй 35 40

Высота с н^ жн огю п окре с л, он

Рис. 2

с н да Ы1П а с л веды I с н е и глубины п репера аннд п б чн ы л» 1 ррриторн* |л ч тпягьч от рвгнеч« России

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

А

!

к

и

с ±

I *

I

ИЛ 1Й

ЮГ>

м

03 10 20 (1

------ 1 Н^О.Т" *

• ^

я

'л т ч] тш тля 150 мо 1М НЛНГ №№ в сия и ы и рпшэкг 3< ■ норм)

РИС. 3

>111

Мурманская область

160

140

о 120

с

к

100

ГО

& 80

7

О а 60

с

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

га

40

ю

>

Ь 20

а.

о 0

■ ■

(болото) Пулозеро

(болото) (поле) Хибины, оп. Хибины, оп.

I

(болото)

(поле)

Апатиты КраснощелЬ'

Станции

Рис. 4

Информация ГПП на территории РФ рекомендуется для использования в новой редакции Пособия по строительной климатологии. Данные о ГПП представлены в табличной форме. При оценке температурного режима грунта помимо таблиц использовался метод построения гистограмм.

Интерес представляет сравнение различных методик наблюдений ГПП. В табл. 2 приведены данные наблюдений метеостанций Дальневосточного федерального округа Сахалинской области, полученные как посредством копки ям, так и с использованием мерзлотомера.

Таблица 2. Глубина промерзания почвы Сахалинской области

Станция Из максимальных за зиму Примечание

Средняя Наименьшая Наибольшая

2 3 4 5 6

Виахту 94 75 118 Копка ям

Адо-Тымово 63 35 112 Мерзлотомер

Адо-Тымово 49 19 82 Копка ям

Александровск 122 65 159 Мерзлотомер

Александровск 78 50 119 Копка ям

Кировское 106 46 152 Мерзлотомер

Продолжение таблицы 2

Поронайск 82 40 125 »

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Углегорск 33 10 55 »

Углегорск 53 15 75 Копка ям

Красногорск 86 44 138 »

Ильинский 88 50 128 Мерзлотомер

Чехов 57 18 118 »

Долинск 31 8 50 »

Холмск 40 23 76 Копка ям

Ново-Александровск 57 30 101 Мерзлотомер

Невельск 25 10 63 Копка ям

Наглядное представление о сложности выбора метода наблюдений дают гистограммы двух городов Сахалинской области: Александровска и Углегорска. Из рисунков 5 и 6 видно, что ни одна из методик, определения ГП почвы не может быть признана абсолютно достоверной. Сравнение данных, полученных двумя способами: свидетельствует, что показания наблюдений посредством вырубок и мерзлотомера значительно отличаются. Так использование мерзлотомера не позволяет учитывать присутствие солей в почве, оказывающих влияние на замерзание грунта [6].

О разбросах в величинах ГПП можно судить на примере Томской области (рис. 7). Так в поселке Александровское ГПП почти в 7 раз превосходит среднюю величину по области.

Территория Республики Саха (Якутия), Чукотского национального округа и Магаданской области почти целиком расположена в зоне вечной мерзлоты, лишь на юге вечная мерзлота имеет островное расположение. Наличие вечной мерзлоты обусловливает отрицательная среднегодовая температура почвы на всех глубинах. Оттаивание грунта в летние месяцы происходит на незначительную глубину.

т

Рис. 5

Томская область

900 800 ' 700 600 500 ' 400 ' 300 200 100 0

3

Станции

Рис. 6

□ Александровское

□ Старица

□ Пудино

- 60

50

40

4

5

Рис. 7

Выводы:

1. Промерзание почвы характеризуется распространением зимой в почве нулевой и отрицательных температур. Глубина промерзания почвы зависит от состава почвы, обусловливающего её теплоемкость и теплопроводность: от влажности почвы, замедляющей процесс, вследствие выделения скрытой теплоты при замерзании воды: от толщины снежного покрова и наличия растительности, защищающей почву от сильного выхолаживания.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. При проведении исследований была использована информация устойчивого климатического периода, т.к. средние годовые температуры на глубинах, начиная с 0,2-0,4 м. обладают большой устойчивостью. Климатические характеристики о глубине промерзания почвы на территории РФ получены из справочных материалов Гидрометеорологической службы.

3. При проведении исследований глубины промерзания почвы предпочтение было отдано данным, полученным посредством вырубки, которые на наш взгляд обладают большей степенью объективности. Определение глубины промерзания посредством вырубок можно считать более точным, так как реальная глубина промерзания идет по границе цементирования льдом грунта.

Список литературы

1. Заварина М.В. Строительная климатология, Л. Гидрометеоиздат, 1976 г.

2. Атлас России справочный. М. «Аст Пресс Школа», 2006 г.

3. Справочники по климату СССР. Ч. II. Температура воздуха и почвы. ( Выпуски 1,2,3,6,8,9,12,13,17,20,21,22,24,25,26,28,29,33,34 ) Гидрометеоиздат. Л. ■ 1965 г.

4. Информация наблюдательной сети ГУ "Московский ЦГМС-Р". www.msyp.ru/ са^Котрату.

5. Информация Росгидромета - ru.wikipedia.org /тК/Росгидромет/

6. С.П. Хромов, Л.И. Мамонтова Метеорологический словарь, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1974 г.

Reference

1. Zavarina M.V. «Building climatology», L.Gidrometeoizdat, 1976

2.The atlas of Russia the help. M «Act the Press School», 2006

3. Directories on a climate of the USSR. ^ II. Air and soil temperature. (Exhausts 1,2,3,6,8,9,12,13,17,20,21,22,24,25,26,28,29,33,34) rnflpoMeTeonsflaT R ■ 1965

4. The information of observant network ry "Moscow CGMS-R". www.msyp.ru/cat/Kompaniy <http://www.msyp .ru/cat/Kompaniy>.

5. Federal Hydrometereology and Environmental Monitoring Service information -ru.wikipedia.org/wiki/Rosgidromet/

6. S.P.Khromov, L.I.Mamontova the Meteorological dictionary, rnflpoMeTeoH3flaT, Leningrad,

1974

Ключевые слова: климатические характеристики территории РФ, зимний период года, глубина промерзания почвы, вырубки цементированного льдом грунта

Keywords: climatic characteristics of territory of the Russian Federation, the winter period of year, a frost depth of soil, cutting down of ground with ice

E-mail автора: vngeo08@mail.ru.