Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Особенности формирования и динамика развития сезонного промерзания почвогрунтов в Южном Приморье

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Особенности формирования и динамика развития сезонного промерзания почвогрунтов в Южном Приморье"

РГ6 од

- 5 ДПР 1393

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОи РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГС С 7ДАРС ТЕЕННЫЯ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В.ЛОМОНОСОВА

Географический факультет

На правах рукописи

ОТЕПАНЕНКО ЛЮДМИЛА АЛЕКСАНДРОВНА

ОСОБЕННОСТИ АРМИРОВАНИЯ И ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ ПОЧЮГРШГОВ В ЮЖНОМ ПРИМОРЬЕ

04.00.07 - инженерная геологш, мерзлотоведение и грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1993

Работа выдолнена на кафедре криолитологии и гляциологии географического факультета Московского государственного университет; им. М.В.Ломоносова.

Научный руководитель -

кандидат географических наук, доцент Н.В.ТУМЕЛЬ

Официальные оппоненты -

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Н.Н.РОШНОВСКИЙ

кандидат географических наук, старший научный сотрудник

в.г.чигар

Ведущая организация -

Институт почвоведения и фотосинтеза

Российской Академии наук

Защита состоится 22 апреля 1993 г. в часов на заседанш Специализированного Совета Д-053.05.06 в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ГСП-З, Ленинские горы, МГУ, Географический факультет, ауд.. 2109.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Географическс го факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан "^^"марта 1993 г.

Ученей секретарь Специализированного Совета, доктор географических наук,

профессор 1 л ^ £ Ю.Ф.КНИЖНИКОВ

Актуальность работы. Сезонное промерзание в Южном Приморье име-' повсеместное распространение и характеризуется длительностью су-¡ствования. Горно-равнинный характер территории исследуемого райо-I, являющегося по ландшафтно-климатическим условиям репрезентатив-м, предопределяет разнообразие условий и динамики развития сезон-iro промерзания и связанных с ним инженерно-геологических процес-ib и явлений. В последнее тридцатилетие данный район находится в iepe интенсивного хозяйственного освоения - сельскохозяйственного, дромелиоративного, строительного, лесозаготовительного и пр. В язи с этим возникает необходимость оценки закономерностей разви-я природных процессов, в том числе сезонного промерзания, для вы-.ботки рекомендаций по оптимальному размещению и функционированию юмытленных систем и объектов, рациональному проведению сельскохо-йственных и гидротехнических мероприятий, а также определения ратегии природоохранных мероприятий и обеспечения экологической зопасности при хозяйственном освоении территории.

Целью работы является изучение закономерностей формирования, .спроетранения и динамики сезонномерзлого слоя (CMC) на примере точного для данного региона горно-равнинного района - бассейна реки маровки - левого притока реки Раздольной (бассейн Японского моря), из города Уссурийска. Расположенная здесь Приморская воднобаланс?-я станция (ПВБС) имеет широкую сеть наблюдательных пунктов, на ко-рых проводятся исследования речного стока, составляющих водного ланса, а также сезонного промерзания почвогрунтов в 26 пунктах, орудованных мерзлогомерами Данилина и расположенных в различных стях водосборов с разнообразными ландшафтными условиями. Комплек-ый и режимный характер наблюдений за сезонным промерзанием, влад-стью почвогрунтов, в том числе и в зимнее время, снежным покровом осадками, термическим режимом воздуха позволяют не только просле-ть динамику формирования и развития слоя сезонного промерзания, и выявить региональные особенности процесса промерзания и фактов, его обуславливающих. Сеть таких воднобалансовых станций на тер-тории России малочисленна и тем более ценным представляется напоенный фактический материал наблюдений не только в вопросах изуче-я речного стока и его составляющих, но и целой серии других при-

родных процессов (юпшатическгх, гидрогеологических, криогенных и др.).

В представленном исследовании обработаны и проанализированы j ды многолетних наблюдений за климатическими характеристиками - тем пературой воздуха за период с I9II по 1985 гг., осадками - с 1940 1985 гг., радиационным режимом, снежным покровом, влажностью и глу биной промерзания почвогрунтов - с 1957 по 1985 гг.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- выявление лаядшафтно-климатических особенностей формирования и существования сезонномерзлого слоя в пределах исследуемого района;

- исследование пространственной и временной изменчивости мои ности-СМС и факторов, его формирующих;

- типизация и районирование CMC в связи с ландшафтно-климати чеокнми особенностями территории;

- выявление многолетних колебаний радиационного, термически и влаяностного (осадков) режимов, мощностей CMC, их связь и взаимс обусловленность;

- возможность прогноза изменений основных клшатообразующих факторов и глубин промерзания до 2 ООО года на основе установлена статистических закономерностей и естественной многолетней динамики

Разнообразие поставленных задач обусловило применение целого рада методов исследований. Для выявления особенностей сезонного nj мерзания почвогрунтов в районах с различными почвенно-растительны-ми, геолого-геоморфологическими и микроклиматическими условиями 6i, применен ландшафтный метод исследований. Для определения глубин промерзания на участках, где непосредственные наблюдени отсутствуют, использовался раоче тный метод. Входящие в расчетную схему количественные значения параметров природной средь назначались в результате анализа их ландшафтно-индикационных свойс и методом интерполяции. При типизации сезонного промер зания и районировании территории исследований по типам промерзания использовался картографический метод исследований Применение статистических методов исследования поз-

олило оценить взаимосвязи отдельных компонентов природной среди, их овокупное влияние на формирование CMC. При прогнозировании будущих зменений отдельных климатообразуювдх факторов и глубин промерзания шш применены трендовнй анализ, при котором оцениваются удущие изменения анализируемых параметров на основе их автокорре-ятивных функций, и циклический (ритмический) метод про-ноза, основанный на анализе естественной изменчивости климатообра-ующих факторов, их циклический характер и гелиообусловленность. По-ледний метод применяется крайне редко и отработанной методики его спользования пока не существует.

Натчная новизна "работы. Выявлены основные региональные особен-ости промерзания и факторы, его определяющие. Установлены простра-ственно-временные закономерности формирования и динамики CMC. Впе-вые составлена карта природно-территориальных комплексов района сследованийи на ее основе - карта территориальных типов CMC и ка-та-схема районирования сезонного промерзания. Впервые выявлена мно-олетняя динамика CMC и установлен ритмический характер изменения го мощности, а также климатических факторов во внутривековом цик-е. Представлен прогноз изменений и направленности процесса промер-алия до 2 ООО года на основе анализа многолетних ритмических коле-аний климатообразующих факторов.

Объем и структура "работы. Диссертационная работа состоит из ведения, четырех глав, заключения и списка литературы (¿^?назва-ий); содержит страниц: из них страниц машинописного текс-а, рисунков, 3 карты, ¿^таблиц.

Глава I. ДАНДШАФТНО-КЛИМАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАССЕЙНА р. КОМАРОВЕ®

I.I. Климатическая характеристика

Район исследований входит з Амуро-Уссурийский климатический •айон умеренной зоны, где наиболее резко выражены муссонные черты лимата. Характерно преобладание адвективных процессов над рвдиа-донными. Температурный и влаягпостный режимы территории обуславяи-аются характером атмосферной циркуляции, рельефом местности и осо-'енностями растительного покрова - степенно проективного покрытия

и видовым составом.

Среднегодовые температуры воздуха в пределах исследуемого рай она распределяется следующим образом: самыми "теплыми" является ни жние части склонов, занятые дубовыми лесами (5"С), самыми "холодны ми" - верхние части склонов и высокие водоразделы, занятые широколиственно-хвойными лесами (до 2°С). Количество осадков закономерно увеличивается с повышением абсолютной высоты местности (АШ "Тимирязевский" - 620 мм/год, MC "Приморская" - 762 мм/год). Максгадум осадков приходится на наветренные склоны и вершины водоразделов (д 850 мм/год).

В зимний период устанавливается область повышенного давления, что способствует сильному выхолаживанию земной поверхности, преобладает сухая и холодная погода. Проникновение циклонов в зимнее вр мя сравнительно редко. Период с отрицательными температурами возду ха составляет в районе исследований 5-6 месяцев. Переход среднесуточной температуры воздуха через О'С осенью происходит под пологом леса на 5-15 дней позже, чем на открытых участках. Весной переход среднесуточной температуры воздуха через О'С осуществляется на 5-К раньше на равнинных безлесных участках.

Появление устойчивого снежного покрова приходится, в среднем, на вторую половину ноября в пределах равнинных территорий и на конец октября - начало ноября - в горных. Распределяется снежный покров по территории района неравномерно - минимальная его мощность формируется на открытых ровных поверхностях (в среднем 5-10 см), максимальная - в речных и горных долинах - до 60-70 см в среднем за зиму. Исчезновение снежного покрова на равнинных участках происходит в первой декаде апреля. На склонах южной экспозиции сход снежного покрова наблюдается на 5-10 дней раньше. Под пологом леса исчезновение снега задерживается на 10-20 дней по сравнению с откры-ми участками. Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом в среднем составляет 100-110 дней на равнинных участках и до 150 дней - в залесенных горных.

В целом, зимний период характеризуется неустойчивым термическим режимом и характером залегания снежного покрова, продолжительными и интенсивными оттепелями. В пределах горной части территории за период январь - февраль наблюдается температурная инверсия, ко-

[а склоки горнах долин оказываются теплее, чем их днища. Жесткие !Ловия зимнего периода обуславливают глубокое и длительное промер-шие почвогрунтов практически на всей исследуемой территории.

1.2. Ландшафтная структура территории

Согласно классификации ландшафтов А.Г.Исаченко (1985), в систе-з региональных единиц высокого таксономического ранга по зонально-гаматическим признакам район исследований относится к суббореаль-ш гумидным ландшафтам Дальневосточного (или Притихоокеанского) сего ра. Характерные черты этого типа ландшафта определяются его гео-рафическим положением на окраине континента, муссонннм режимом ув-ажнения, отсутствием влияния четвертичных оледенений, а также пре-Злзданием горного рельефа.

В данном типе ландшафтов го гипсометрическим факторам можно вы-элить классы ландшафтов, соответствующие двум главным высотным уро-кям - равнинному и горному. Классы ландшафтов де-ятся на подклассы, которые более детально отражают ярусную диффе-енциацию ландшафтов и постепенную трансформацию их типичных зона-ьно-секторных признаков с возрастанием абсолютной высоты местнос-и. Применительно к исследуемой территории на равнинах различаются одклассы низменных и возвышенных (в том чис-е предгорных) ландшафтов, а в горных - подкласс яизкогор-ы х ландшафтов. Высотный пояс выделяется как самостоятельная ка-'егория в классификации. Подкласс низкогорных ландшафтов характери-уётся определенным спектром высотных поясов - здесь доминантным ризнаком ландшафта является преобладающий тип растительности : т-гаколиственно-хвойяый, хвойночшроколиетвеяный и шяроколистаенннй. ) подклассе возвышенных (предгорных) равнинных ландшафтов вццеляет-¡я пояс широколиственных лесов.

При выделении более мелких классификационных единиц определя-яцими становятся структурные особенности твердого фундамента ланд-¡афта, форш рельефа, литологический состав поверхностных отложе-гий, почвенно-растительные комплексы, характер увлажнения и т.д.

При среднемасштабном картографировании одним из основных клас-;ификационных признаков являются роды (группы) ландшафтов, характеризующиеся сходством в морфологии, генезисе, возрасте и литологиче-

ском составе приповерхностных пород. Например, глинисто-суглинисты поверхности складчато-глыбовых низкогорий.

Наряду с геолого-геоморфологическим фактором характерным приз наком ландшафта является почвенный и растительный покровы. Сочетание родов ландшафта, выделенных по геолого-геоморфологическим приз накам, и определенных почвенно-растительных ассоциаций, а также ра зличной степени увлажнения определяет целый спектр видового разноо> разия ландшафтов - природно-территориальные комплексы (ПТК). Вид ПТК рассматривается как основная классификационная единица.

На основе установленных диагностических признаков ландшафта (вида ПТК) построена графическая легенда (табл. I), по которой легко определяется положение каждого вида ПТК в зональной сист( ме ландшафтов, а также генезис и состав слагающих пород. Полная характеристика вида ПТК получается из информации в вертикальной колонке и горизонтальном столбце. Например, полная характеристика ПТК № I выглядит следующим образом: пологие склоны низкогорий с чехлом глинисто-суглинистых элювиальных отложений, занятые широколиственш кедрово-еловыми лесами на горно-лесных бурых почвах.

Карта природно-территориальных комплексов масштаба 1:200 (рис. I) составлена в прикладных целях для выявления особенностей с рмирования сезонномерзлых пород и составления на ее основе карты т< риториальных типов сезонного промерзания. Каждый из конкретных ПТК обозначен на карте отдельным контуром и порядковым номером. Всего I пределах исследуемой территории выделен 21 вид ПТК.

Глава П. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МОЯ СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ

Анализ особенностей сезонного промерзания основывается на фактическом материале многолетних наблюдений за собственно сезонным криогенным процессом и характеристиками природного комплекса, которые его обуславливают. На Приморской воднобалансовой станции компле ксные наблюдения организованы в типичных ПТК района, поэтому выводь по.результатам исследования являются репрезентативными.

IPIPOJID-tlPPIIOPIAAHil СОПИЛКЕСН ВАССПНА P IС1 ХОНАТОВЕК

TaSim 1

\ ХАРАН1Р1СТПА РШ|А \ Геияо, мзраст \i лвтодошесмв níoctu ривго \ чин ВОЧВШО-РАСТИТЕЛЬШ \ ИМ,шеи \ Г1Ш1 шшш JOAIIIII

ШИГО Ш Иаб.:100-800в) В03ВЙГ1 laí.UOOl ншш (Sai. до 100а) КАШ РЕ

Вериввш «oiepnoc-т| С с i о i в Колот водпви СХЛ0101 1 дедшаль-те чек« 10л1и-thi ¡лосин озерт Шоп. : 2-6, до B-1Í е) Иологовод- iicthí озерио-ia-л11шш1 (Вотв. : 10-20 ■) Sicom BUJOi-ШШ террас Нот«. : 30 t) 1вз<ч ндшвепш террас i nú» depi-илемнш юн леве I

Полоти (до15'| Ерцтие (более 15")

edti. : 101 1отв. : 2-6 в

Н2.4 * «3-4 е4р (,_< 1 <¡v2 1а 5 2 "з "л '«4

Гш»1 peie езг- лш1 с прословвв ■ лввзавв дресв»! kvces 1 глаб Глш, с]гл1ш| сзвеп с kjs1e.1i' «ч «ре- ciui №í- •1 ■ глиб Сзшш с боливв «атест-bdb обло-вочвого ватервала (от чебвв до гдыБ) Сзтчя с вклпе- ввввв дресва, чебвв Шиентке cjtbbbxb 1 ГЛ1В1) с проел0B1I 1 лввзавв №бва,дре-св», глиб tllDi реве езглввхв Гшвдем сзгиш 1 сзвесв i лввзавв i прослсввв исков с rpaBiei i гашов i-ai без m лвпв|СЗ- teci с лввзаи >ло| 1 песков Сзтлвт с врословвя в лввзавв глвв, ПВС-(ов в cj- leceiiPeie ■ raautoi CSMCI, езглввп вловатие в <tr«Bt, jecíB раэ-юзернс-Ш|Галвч-1П1

1 2 3 Í 5 6 7 8 ? 10 И

liFniiminitiviii-iHlii транш «es ia вдгамесш бзрн ниш □ □

Кедрсю-ирошютени с iwnei штк «рзмотравте леса ва горво-леевю бзрш ioi>ai □ □ ш

Березова-мкровм леса s¿ торяа-igcmtr бзри почвах FI □

Дзбево-грабовиз травано-кдетартовме совввзтуе леса и горво-лесш бзри шва!

а

1 2 3 1 5 ь / s 7 jy j j

i'j;c»ve леса ва горво-лесви 5зри почвах ы

Остепвеввне редкостоввие дзбнякв с лес-педеиел с лешвов >а бзро-шзолвсш зочш (по шввеввм - н rissuto- -тцыаяа пои::) □

ЧерноЗерезовз-дзбови редшестн i еоче-таш с риюргио-зшоии лзгап i «зстащюшв заросшв да 6зро-»о«зз-лсш мин □

Сельскохозаястяеные аеяла ва весте «в-риолвспезаи i сочетави с dco-шо-развотравво-злавовивв лзгавв ва бд-ра-щзмкти ggiiu И И ы

Сыьшзпп la весте остепевто rooii «Сови редшквв ■ ¿зстаршови заро-слев 1 ссчеташ с ccckcbq-isisikcswii ijran па Êïfoio-ÊïFii свдзолев.гачш □ □

аврошвствею-пвгшо-кедошв с ipi-ieui en лес и мгто-штшт ¡ma

17

Ильвово-асеиеви» лес ва лг?ново-алл*-звальш слс1стк1 почвах --1 18 |

Лдга вевшовье) осоково-вевввкозуе в ра-зяотравзз-шшие в кошексе с ввзввви-вв бслставл) зарослввв и, селиоззгсдв-!» ва лзгово-гллшални (веставв 6о-лотво-ашшлш!) почш Е

Йгрсцевозв в сочетаввв с развстравво-оиивз-вевнвшив лзгавв :: лзгаз-бзри юна: F I I

Лзга злаково-осоково-развотраввые с взввкавв ва лзго:н ашпишх зглетмх почвах Б

Изучение условий формирования 2 динамики CMC проведено на т участках. Участок № I расположен в пределах озерной равнины (НТК № 15), на метеошгощадке "Тимирязевский". Растительность представ, на луговым разнотравьем, почвы - лутово-бурые, оподзоленнне, гли: стые. Участок № Z расположен на границе холмистой возвышенной и i рной равнин (ПТК X 13), на склоне южной экспозиции, поросшем луп растительностью на буро-подзолистых тяжелосуглинистых и глинисты: почвах. Участок К 3 расположен в низкогорной части района исслед! ваний, на пологом склоне южной экспозиции, покрытом смешанным ле< на бурых лесных почвах (ПТК № 4). Схема расположения участков на< людений показана на рис. I.

На каждом из участков проводятся наблюдения за глубиной про* зания по мерзлотомерам Данилина, влажностью почвы, в том числе и зимнее время, снежным покровом у мерзлогомеров. Ход основных мете элементов в период промерзания заимствован из материалов наблюде! на метеоплощадках "Тимирязевский" - для равнинных участков (й I i и "Приморская" - для низкогорного (I 3). Период наблюдений за кая дым рассматриваемым параметром составляет 32 года - с 1957 по 19£ В таблице 2 представлены характеристики средних и экстремальных з ловий промерзания на опытных участках за этот период.

Анализ данных наблюдений на опытных участках показал следует

I. Промерзание почвогрунтов в исследуемом районе происходи! разное время. Наиболее ранние сроки промерзания отмечаются на pai нинных безлесных участках, наиболее поздние - на пологих залесенн склонах. Различия в сроках начала промерзания обусловлены ландша! но-климатическими особенностями территории. Промерзание на открыт участках начинаетсяхдо установления снежного покрова, в занесении после. Снежный покров устанавливается в более ранние сроки на рав нинных территориях. Позднее установление снежного покрова на зале сенных поверхностях связано, во-первых, с незначительным количест вом твердых осадков в начале периода промерзания, а, во-вторых, с тем, что большая часть этих осадков перехватывается кронами хвойн деревьев. Остальная часть твердых осадков либо испаряется, либо т ет и инфильтрируется в еще талые почвогрунты. Понижение средней с: точной температуры воздуха под пологом леса происходит медленее,

СРЕДНИЕ МНОГОЛЕТНИЕ И ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСЛОВИЙ ПРОМЕРЗАНИЯ

НА УЧАСТКАХ № I, 2, 3

Таблица 2

Харак- ж- Мощ-ть t возд., Wo, Н он.. Даты Длительность,сут.

теристика участка CMC, см • °с части Н В см Начало промер рзания Ус танов, сн.пок*-рова Достиж. маке.мо-щ-ти CMC Начало оттаивания Полное оттаивание Период активн. пром-я Существ-я CMC

5 § ч от о 1. 2. 3. 141 117 103 -13,2 -13,2 -13,3 1,0 0,8 1.0 7 7 15 15.XI 12.XI 19. Л 18. XI 20.XI 16. XI 10. Ш -4.Ш 8.Ш 19 .Ш 25.Ш 8.17 13.У 1.У 4.У 116 115 109 179 170 166

Мяним-я (ранняя) 1. 2. 3. 98 93 65 -17,0 --17,8 -16,8 0,7 0,4 0,85 I I 4 21.X 20.X I.XI 22.Х 24.Х 25.Х 28 .П 18 .П 28 .П 5.Ш 10.Ш 30.1 25.1У 16.1У 20.17 94 94 80 154 137 138

Максим-я (поздняя) 1. 2. 3. 178 147 145 -10,6 -10,6 -11,3 1.4 1,2 1Д 26 24 28 6.ХП 6.ХП 20. ХП. 5.1 6.1 5J0I 23 .Ш 15.Ш 20.Ш 4.1У 5.17 19.17 27.У 10:7 14.7 133 139 126 204 194 182

Примечание: ta«A. - средняя за период активного промерзания температура воздуха, Wo - влажность пород CMC перед началом промерзания, Лсн - средняя за период активного промерзания мощность снежного покрова.

на открытия безлесных участках. Устойчивые отрицательные темпера ры воздуха в лесных ландшафтах Фиксируется на 5-15 дней позже, 4i в равнинных.

2. Наибольшей степень® увлажнения перед началом устойчивое промерзания характеризуются породы CMC в пределах равнинных безда ных участков, наименьией - залесенные крутые склоны. В общем слу; влажность почвогрунтов уменьшается по мере увеличения уклонов по: рхлоста. На залесенных склонах дополнительное поступление влаги ] почвогрунты осуществляется за счет "капельного увлажнения" (Tapai ков, 1974). с крон деревьев, задерживающих часть твердых и жидких осадков. К началу оттаивания влажность пород CMC, как правило, yi личивается - как за счет миграции влаги при промерзании, так и зг счет инфильтрации талых снеговых вод во время интенсивных зимних оттепелей. Наибольшие изменения влагозапасов в почвогрунтах в прс цессе промерзания происходят при значениях предзимней влажности, близких к величине полной влагоамкости, наименьшие - при значения предзимней влажности, не превышающих величину наименьшей влагоем* cm для данного типа почв. Уменьшение влажности пород CMC к начал оттаивания по сравнении с предзимней наблюдается в условиях интен сивного охлаждения поверхности и маломощного снекного покрова, яр морозном иссушении почвогрунтов.

3. Более мощный CMC формируется в пределах открытых равнинн пространств, наименьший - на пологих залесенных южных склонах, чт обусловлено различиями в радиационном режиме поверхности и характ ре распределения снежного покрова (его теплоизолирующего влияния промерзающие почвогрунты). Минимальное промерзание за рассматрива мый период наблюдалось при раннем установлении снежного покрова, начала устойчивого промерзания, его большой мощности на протяжени всего зимнего периода. Отепляющее влияние снежного покрова оказалось столь значительным, что ни экстремально низкие температуры В' здуха в период промерзания, ни относительно малая влажность пород CMC в предзимний период не повлияла сколько-нибудь существенно на увеличение глубины промерзания. Максимальное промерзакпэ почвогрунтов реализовалось в условиях поздно установившегося и маломощноп

снежного покрова (или неустойчивого характера его залегания) и низких температурах воздуха в период активного промерзания. Сочетание факторов промерзания при фор!яировании глубин CMC, близких к средне-многолетним, может быть любым и отличаться от среднемноголетнего.

При отсутствии режимных наблюдений за глубиной промерзания могут, быть применены расчетный и экстраполяционннй методы определения этой величины. Расчет мощности CMC производится по методике Г.М.Фельдмана (1977), с введением в расчетную схему орзднемноголетних значений факторов промерзания. Метод экстраполяции позволяет определить максимальную глубину промерзания в любом природном комплексе при наличии разовых определений мощности формирующегося СЖ (бурение, шурфование) с точностью до 10 % по графикам относительного хода промерзания в типичных ПТК исследуемого района.

4. Оттаивание СЖ начинается раньше на открытых равнинных участках ж безлесных южных склоках, позже - на залесенных склонах низ-когорий, причиной чего является более медленнее повышение среднесуточных температур воздуха и стаивание снежного покрова под пологом леса по сравнению с открытыми участками. Полнее оттаивание CMC завершается раньше на безлесных южных склонах, в залесенных низкогорьях этот процесс растягивается еще на 20-30 дней.

5. Результаты регрессионного анализа показывают, что наибольшее значение при формирования мощности CMC в пределах всего района имеет снежный покров. По мере увеличешм уклонов поверхности и степени залесенности возрастает удельный вес фактора предзимней влажности пород CMC. При уменьшении абсолютных показателей этого фактора теплопроводность пород CWD увеличивается, что способствует более глубокому их охлаждению. Эмпирические формулы, полученные в результате множественного регрессионного анализа данных многолетних наблюдений на опытных участках, могут быть использованы при расчетах мощности CMC на других участках со сходными ландгаафтно-климатическими условиями.

Глава Ш. ТЕГРИТОВТАЖШЕ ТИПЫ СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ

Под территориальным типом понимается сезонное промерзание, формирующееся в определенных ландшафтяо-климатичес-

ких условиях и характеризующееся определенным диапазоном изменения его мощности и температурного режима (Тумель, 1984).

Объединение различных ПТК в один территориальный тип проводилось на основе одинаковой мощности CMC с учетом природного фона ее формирования - результата направленного действия определенных факторов природной среды - литологического состава, термического и вла-жностного режимов пород CMC, динамики и мощности снежного покрова, характера напочвенного покрова и т.д.

Мощности CMC в каждом конкретном ПТК были получены различными методами: назначены по материалам фактических наблюдений за глуби- _ ной промерзания на пунктах ПББС; результатам исследований ряда авторов, проводившихся в данном и сопредельных районах со сходными ландшафтно-климатическими условиями (Стоценко, 1952, 1956; Таран-ков, 1974; Втюрииа, 1976, 1984; Быкова, 1978 и др.)'; а также получены расчетными методами для тех ПТК района, в которых информация о мощности CMC отсутствует.

Количество территориальных типов меньше, чем число ПТК, ввделе-нных на ландшафтной карте,' т.к. сочетания природных факторов в различных ПТК может привести (и приводит) к формированию CMC равной мощности. Бесь спектр территориальных типов систематизирован в соответствии с нарастанием мощности CMC. Всего в районе исследований выделено 10 территориальных типов СМЗ, диапазон изменения мощности в которых составляет 0,2 + 2,2 м. В таблице 3 приведены основные характеристики территориальных типов CMC, а на рис. 2 показано их пространственное распределение.

Изменение CMC по площади связано с региональными условиями, в первую очередь,-с ландшафтными и климатическими. Мощность CMC закономерно изменяется с увеличением абсолютной высоты местности и сменой видового состава растительности. Б лиственных лесах мощность СМС меньшая, чем в поясе смешанных лесов.

Факторы природной среды, обуславливающие формированиз CMC определенной мощности, подразделяются по степени их проявления и значимости в процессе промерзания почвогрунтов на: I) факторы, способствующие увеличению мощности CMC при прочих равных условиях и 2) факторы, препятствующие глубокому охлаждению пород CMC при прочих ра-

Itfim 3

Харахтервстака ftppatopiajbatrx mot егэоввого в?овемавв|

UN тер-Итон* иного тш СПС !u PíJiítJ PiCtlttáVBOCU, вони Weptja. часта IB t IPO!., час Ceeinii яокро! 1 a T к ta- 1 in и am iifTioi MPTf

Ii 1 J i rrtl limo ■roatps. iom OTTuiai SES:

1 2 3 4 5 « 7 1 J 1С 11 12 13 14

1- Дошив Забоаочевпе jjra с чаросдяи к аа ijtqio-■ {oidnO-iiiflNAlia noun 1.М.4 -1I--12 26 40-2760 0.3-0,6 0.2-C.22 4.5-5.0 0.2-0.4 10-15.XI 23-30.1» 1(1-170 It

2. Jloilliyi Лка раэвотрани i) iirciO'iiiiiMAm . воиах í.2-1.3 -¡¡--и 27(0-2960 0.2-0.3 0-18-0.2 5-3.5 0.4-0.6 10-13.11 20 25.1» 135-165 21

M

3. JOJIIIHÍ liUOlí'ICNUW 0 M' poca JicTieiio* витою* штш lee« и mío- 1.0-1.2 -I0--U 261О-И0О 0.5-0.7 0.17-í.H 4-5 0.3-3.6 5-10.II 10-25.» 180-200 17,18

(. !взкагорш (oojorie CX40 H 1 II 804-I0»«|] l;6o»ue i iïSoio-rpiSo-me ieci к 6îpw гор* BO-jecua iciiî; O.M.I -1--1I 2280-2880 0.2-0.1 0.2-0.22 6-7 0-8-1.0 3-15-Xl 20I»-S.t 160-180 8,9

Hütt

чип

5- Imoropnñ Гводегсе crio пи; ЮД-IOIIU Xl QilO-KlpnKOilCTieiDK te et и горю-десжю: Sjpicc вочт 1.0-1.2 ■e-f ЛИ-27И а.а-9.5 0.1M.I? 4-5-5-5 1-0-l.i 10-15.11 2S1V-20V 115-190 I.Í

■ill

6. Iingropra ■JOCIOlip- . nn>: Cuuine ieci а* гор-* Bo-jtcm (mx ючш 1.1-1.2 •12—14 32W-3ÍOO 0,4-0,t 0,17-0,18 2-4 1-M.6 3-iO.XI 20.V-5»! 180-213 1,3,6

Hill

шли Imoropncx [iPJTW CfiO- и] Свеч»«вд i«ci il rtsp-lo-jeciux 6ïpin ионах 0.6-0.8 -8--J 2S40-2880 0.2-0.3 0.13-0.17 3-4 1.6-2.2 10-13.XI 20.»-5VI 170-HO 2,5

е. m XoiiicTvi palatini Iï6oio-48pio6epiioiu« i «6oiue píno'tcki i сочетааа с раэвотрапо-здаковмвв дтгава ва 6j-po-aoi90iBCfux во« ix O-M.i "12—13 2640-2760 0.2-0.4 0.18-0.2 6-6.5 1.0-1.2 10-13.XI 10-13-» 180-190 10,11

». -XDiiicnä »кит; •Квзвеввт озерючш- lllAIVii' •lonimi (вноохах в/и терме! Агроямоэм 1 сопши с ijroiwa ruiorptnn ва J9Toie-(9Puz i íjpo-ООДЭОЛСТНХ EC1IÏI 0.1-1.0 -Hí-H ¡(10-2880 0.05-0-08 0.11-0.2 6-(-5 1.3-1.7 10-I5.il 10-20.» 180-1» "II'1'

ü

10. ЬЗВвВШ оэерпп Агрогеаози в гачетаавв С PÍ3I0TP1IIW1I lirill N ÍJTOKJ-ÍÍPIÍI 1 б JPG* оодэоавст вочаах O.M.1 -13-11 2320-2760 0-03-0.0! 0.H-0.Î 5.5-6 1.5-1.8 10-15.XI 3-15.Ï 173-183 13,13

и

ных условиях. Каждый территориальный тип CMC характеризуется опре-еленным набором таких факторов, совокупное воздействие которых при-одит к формированию определенных глубин промерзания. В соответствии этим территориальные типы CMC объединяются в группы -типы про-'ерзания. Всего в районо исследований выделено три типа сезонного ромерзаяия - мелкое, среднее, глубокое. Мелкое сезонное про-'ерзание характеризуется преобладающим воздействием факторов, препя-ствующих глубокому промерзанию почвогрунтов - это, прежде всего, начительная мощность снежного покрова и высокая степень предзимне-о увлажнения пород CMC. Выделяется в пределах низкогорий (4 терри-ориальннй тип СНС) и долинного кошиекса рек CI территориальный тип МС). На равнинах не выделяется. Среднее сезонное промерзание «ализуется в условиях динамического равновесия способствующих и пре-ятствующих промерзанию факторов. Например, высокие значения тешго-роводности аллювиальных отложений (2 территориальный тип CMC), их евысокие среднегодовые температуры способствуют увеличению мощнос-и CMC, однако высокая стпень обводнения этих отложений и значитель-ая мощность снежного покрова препятствуют их глубокому охлаждению, даный тип сезонного промерзания развит, повсеместно и имеет наиболь-iee распространение. Объединяет 2, 3, 5, 6, 8 территориальные типы МС. Глубокое сезонное промерзание характеризуется преобладающи влиянием факторов, способствующих увеличению мощности CMC -■то, в первую очередь, высокая теплопроводность пород CMC, невысокая цепень предзимнего увлажнения и относительно низкие их среднегодо-ше температуры. Развит повсеместно. Объединяет 7, 9, 10 территориа-сьные типы CMC. Для всей территории исследуемого района практически [евозможно' выделить общие интервалы изменения мощности CMC в каждой ;онкретной группе в соответствии с общими закономерностями ее форми-гавания. Для каждого типа рельефа - горного, равнинного, долинного -наделяются типы сезонного промерзания, систематизированные в поряд-;е нарастания их мощности. Характеристика типов промерзания приво-[ится в таблице 4.

Таблица 4

Легенда к карте-схеме районирования сезонноиерзлого слоя бассейна р.Коиаровки

Сезонное промерзание Тип рельефа < NN территориального типа СНС) Мощность СПС, и Предзикн. влажность пород CMC части НВ Среднегодовая t пород CMC, °С Средняя высота онежн -покрова к Латы Длительность оу-«еотвова-ния СПС, су т.

Начало пронерэ - Окончание протаивая•

МЕЛКОЕ Ш* Низкогорный ■____■ Долинный СИП (1) 0.8-1.0 0.2-0.4 0-9-1-1 1.3-1.4 6-7 4.5-5 0.2-0.4 0.5-0-6 5-15.XI 10-15-XI 20.IV-5.V 25-30.IV 160-100 160-170

СРЕДНЕЕ 1 д II. Ниэкогорный □Ш <5,6) ■ Равнинный ЕЭ < В) R—л Лолишшн ЕЗ (2,3) 1.0-1.6 1-0-1.2 0.4-0.6 1-0-1-2 0.9-1-1 1.0-1.3 2-5 6-6-5 4-5.5 0-4-0.6 0.2-0.4 0.2-0.7 5-15.XI 10-15.XI 5-15-XI 25.IV-5.VI 10-15-V 20.IV-2S.V 160-215 180-190 155-200

ГЛУБОКОЕ гтт Ниэкогорный ЩИ (7) ■——I Равнинный Ь=3 <9,Ю> Е53 Долияный 1.6-2.2 1-3-1.8 1-3-1.7 0.6-0-8 0-9-1-1 0.9-1.0 3-4 5.5-6.5 6-6.5 0-2-0-3 0.050.08 0.050-08 10-15-XI 10-15.XI 10-15.XI 20-V-5-VI 5-20. V. 10-20.V 170-190 175-190 180-190

Глава И. МНОГОЛЕТНЯЯ ДИНАМИКА СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ

Закономерности формирования.и развития CMC определяются особен-зстями теплообмена атмосферы с верхними слоями литосферы и компле-;ом геолого-географических условий. Составляющие природного компле-;а подвержены естественной динамике, которая влияет на изменение ;ловии и факторов промерзания в многолетнем плане. Одними из важне-шх характеристик состояния атмосферы являются суммарная солнечная адиация, термический режим и осадки. Именно эти параметры использу-гся как индикаторы современного климата и его составляющих. Процес-i в атмосфере рассматриваются как солнечно- (гелио-) обусловленные, ^скольку колебания солнечной активности носят циклический характер, з естественно искать цикличность и в атмосферных процессах.

Изменения характеристик климатической системы рассматриваются в «¡штабе времени 30 лет (климатическая изменчивость) и более (клима-гческие изменения). Исходный фактический материал позволяет более зтально рассматривать климатическую изменчивость (период 1958-1985 г.) как в пределах равнинных участков, так и в низкогорьях. Парал-зльно с этим рассматривается изменчивость мощности CMC. Обработка анализ рядов наблюдений проводился с помощью ЭВМ. Для выявления зриодических (циклических) изменений исследуемых параметров и общей элравленности эаих изменений бшш применены метод механического глажявания и трендовый анализ. Результаты этих исследований следу-яе.

- В многолетнем ходе температуры воздуха, осадков и мощностей 1С обнаруживаются периодические изменения количественных показате-зй продолжительностью 2-3, 5-6, II-12, 15-16 и 20-22 года с амлли-¡гдой 5-50 %. Проявляется устойчивая тенденция к уменьшению годовых начений суммарной солнечной радиации, суш осадков в целом за год увеличению значений среднегодовых температур воздуха в предела! сего района. В сезонном ходе данных параметров прослеживаются про-ивоположные тенденции их изменений в равнинных и горных ландшафтах, ля равнинных безлесных территорий повышение среднегодовой температу-н воздуха обусловлено в большей степени устойчивым повышением сре-незимних ее значений. Уменьшение годовых сумм осадков происходит а счет четко выраженного уменьшения сумм осадков в теплый (апрель-

октябрь) период на фоне некоторого увеличения сумм осадков в холодней (ноябрь-март) период. Б залесенных низкогорьях повышение среди« годовых температур воздуха происходит за счет возрастания тзмператз воздуха в теплый сезон. В многолетнем ходе суш осадков заметно зн; чительное увеличение их в теплый период и некоторое уменьшение в х< холодный. Различия в сезонном ходе основных климатообразующих факт< ров приводят к различиям в тенденциях развития CMC - увеличению ег< мощности в равнинных безлесных ландшафтах и незначительному уменыш нита в залесенных низкогорных (рис. 3 и 4).

- Прогноз изменений основных климатообразующих факторов и moi ностей CMC, сделанный на основании результатов трендового и циклич! ского анализов на период до 2 ООО года, позволяет предположить, чт< выявленные тенденции в многолетнем ходе этих параметров сохранятся Сохранится и характер изменения мощностей CMC на прогнозируемый период в соответствии с установленными пространственными закономерно' стями. В целом по району следует ожидать формирование СИЛ максимал: ной мощности в зимний период 1992/93 гг. с амплитудой колебаний абсолютных значений до 40 %. Формирование CMC минимальной мощности в< зможно в зимний сезон 1998/99 гг. с амплитудой колебаний до 20-30 I

Подводя итоги проведенного исследования можно сделать следующ выводы.

I. Горно-равнинный характер территории опредляет сложную дифЗ ренциацию ландшаф'±но-климатических условий района исследований. Осс бенностями периода активного промерзания являются: жесткий термичес кий режим приземного слоя воз,духа; малая мощность снежного покрова неустойчивый характер его залегания з пределах безлесных равнинных пространств и, напротив, значительная высота и длительное залегание в лесных сообществах; развитие в период январь-февраль температурнс инверсии, когда склоны горных долин оказываются теплее, чем их днив В ландшафтной структуре выделяются ландшафты низкогорий (с выделена еысотнси поясности)-, равнин (возвышенных и низменных), речных доли! Основной таксономической единицей ландшафта является природно-терр! ториальный комплекс.

Кито (Мгазе о! 5 Теге

10 29 3»

ик н*1ех

(Нит! Зепи шЦ) 1Я.2И.0.«К45»Т

Пищ Аглгаде Л 5 Тегк

18 15 20 Нве шкх

а-19М Йг|« ш№ рсгески 570.475-1.£5таг*Т

утвЕ^

т

« <70 570 470 в 370

ЛЯ1П9 (Ыеп9е й 5 Тегк

5 10 15 29 25 30 Ь'к Ыст

Эемв иШ Рсгео^ Р4.5т-0.28ВЯ*Г

Рис. 3 Результаты циклического и трендового анализа многолетнего хода: 1 - глубины промерзания, в -.сумм осадков теплого периода, а - ерям осадков холодного периода на участке #1

Having Avenge of 5 Tert

3 S3

Original Serie with Forecasts 187.Í44-8.482534«

128

5 68

8 -

18 28 38 tiie index

Owing iMri ge of 5 Jeras

(X 108)

18 15 28 tiie index

(X 188)

12 F

I 8

ft-igiml Suries uith Firaists 421.786«. 751232Я

18 28 38 48 tiie index

Having Average rf 5 Tens

5 18 15 28 tiie index

218 P

158

129

3 " li

Original Series uith Forecasts 138.341-6.745341*7

18 • 28 38 48 tiie index

Рис. 4 Результаты циклического и трвндового анализа многол хода: 1 - глубины промерзания, в - суш осадков тег периода, а - суш осадков холодного, периода на учас

2. Разннобразие лавдшафтно-климатаческих условий обуславливает ецифику проявления сезонного мерзлотного процесса в равнинных и ни-огорных, безлесных и залесенных ландшафтах, а именно: различия в >оках начала промерзания:, начала и окончания оттаивания, интенсивно-и начального охлаждения пород CMC, их термическом и влажностном ремах, а также в значимости факторов природной среды при формировании динамике CMC. Результаты регрессионного анализа показывают, что на-¡олее значимым фактором при формировании CMC в целом для исследуемо-| района является снежный покров - его мощность, дата установления, фактер залегания. Другими значимыми факторами промерзания являются: ся равнинных ландшафтов - средняя за период активного промерзания те-lepaiypa воздуха, для залесенных - степень предзимнего увлажнения до-Ш CMC. Специфической особенностью сезонного промерзания почвогрун-

)в в Южном Приморье является увеличение влажности верхних горизонтов JC не только за счет мигрирующей влаги, но и за счэт инфильтрации та-а снеговых вод во время продолжительных и интенсивных оттепелей.

3. Формирование CMC, близкого по мощности к среднемноголетней, роисходит в условиях, отличающихся от среднешоголетних. Минимальное ромерзание Армируется в условиях раннего установления снежного пок-эва и значительной его мощности на протяжении всего периода активно-з промерзания, при любом термическом режиме приземного слоя воздуха, аксимальное промерзание реализуется в условиях маломощного снежного экрова (или его полного отсутствия), позднего установления и неусто-чивого характера залегания, жестких термических условий на пове-хносга, часто относительно малой степени предзимнего увлажнения яо-од CMC.

4- При отсутствии режимных наблюдений за промерзанием возможно рименение расчетного метода определения его мощности по методике .М.Фельдмана (1977) с включением в расчетную схему среднемноголетних арактеристик условий промерзания. Если необходимая информация о па-аметрах, используемых в расчетной схеме, отсутствует или недостаточ-а, то используются метод экстраполяции или эмпирические формулы.

5. Различное сочетание климатических и ландшафтных условий соз-,ают разнообразие территориальных типов CMC, объединенных в соответствии с общими тенденциями и направленностью воздействия природных факторов в типы промерзания. Выделены мелкий, средний и глубокий типы

промерзания, дифференцированные по типам рельефа.

6. Анализ многолетних колебаний основных климатообразующгос фа торов - термического режима и осадков - показал, что эти колебания сят ритмический характер и различаются интенсивностью проявления. Т денции изменений сезонных показателей этих параметров различны в ра нинных и низкогорных ландшафтах, в связи с чем различаются и тевден цш развития сезонного промерзания - увеличение мощности CMC на рав нинах и уменьшение ее в низкогорьях. Выявленные тецденции сохранята в исследуемом районе вплоть до 2 ООО года. Применение трендового и : клического анализов позволяет прогнозировать будущие изменения мощ» стей CMC в соответствии с природным фоном ее формирования и естества ным ходом развития.

По теме диссертации опубликована одна работа:

Степаненко I.A. "Сезонное промерзание на юге Приморья и его ос< бенности" - Тезисы науч.-практ. конф. "Инжене] но-геокриологические проблемы Забайкалья". Члг. 1990.

М/П ,Агро-Прикт*

Заказ

Тираж JOO