Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Пространственно-временная изменчивость и расчет баланса массы ледников заилийского Алатау

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная изменчивость и расчет баланса массы ледников заилийского Алатау"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР П П С Т П Т У Т ГЕОГРАФИИ

На правах рукописи УДК 551.324 УВАРОВ Владимир Николаевич

ПРОСТТАПСТЕЕ1Ш0-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ И РАСЧЕТ БАЛАНСА МАССЫ ЛЕДНИКОВ ЗАИЛИЙСК0Г0 АЛАТАУ

И.00.07 — гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Мосииа 1990

Работа заложена на кафедре фаз:гческо2 гзограонл географического факультета Казахского ордена Трудового Красного знамени государственного университета- ш.С..'Л,Кирова

Научный руководитель кандидат географических наук

Л.Б.Дюргероз

Научный консультант - кандвдат географических наук,

доцент Е.Д.Зйлвссз

Официальные оппоненты:

Доктор географичесхсдх наук • В»ГДодакоз

Кандидат географических/наук, доцент Л.Н,Шантшсоза

' Ведущая организация: ■

кафедра криодатолоиш г гляхщологиз географического -.. .факультета Московского государственного университета -

Защита состоится " " ¿ре^/яжА 13Э/г.: а. час, на заседании Специализированного Совета Д.ООЗ.ХЗ.ОЗ'при 'Институте географий АН СССР, 103017, Москза* Старомопзткый пер., д.23.

С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке ¿¿¡статута географии АН СССР. •

' Автореферат разослан " кГ/С*

Ученый секретарь Совета, кандидат географяческж наук . .! ! ГЛ.Нг.колаэаа

." Г'7

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Баланс массы как показатель виовиего массообмепа ледников представляет собой результат всех гляциологических щюдессов, ароисходядах на яоверхиссти ледника иод влшшиои клаиаточоскях факторов. Как отаочает В.Ц.Котляков /1^86/, "в XX столетии гляциология под'овша к пониманию баланса массы ледников как основы их режима и колебаний". Данные по балансу массы используются при анализе и прогнозе колебаний ледников, и расчётам ледникового стока, служат общим показателем ранима крупных ледншсовщ: систем. Яш суждений об общем характере эволюции оледенения особое значение имеют длинные и непрерывные ряды наблюдений на немногочисленных опорных ледниках, Горно-ледниковый бассейн Туюксу имеет сашй длинный в СССР ряд прямых измерений баланса массы. При этом ещэ это-самый продолжительный ряд непрерывных наблюдений за режимом оледенения в условиях континентального климата /МчсЬшкоп д£ ¿'/дан.!, ж?-/ш/. В связи с этим, данные по оледенению бассейна Туюксу дозволяют всесторонне изучить причинно-следственные связи медду оледенением, климатом и рельефом. Они служат исходной информацией для исследования пространственной и временной изменчивости характеристик внешнего массообмена, что составляет основу расчёта и прогноза баланса массы и сгона воды с ледника и целых ледниковых систем ввутриконтшюнтальша районов.

Цель и задачи работц. Основная цель настоящей работы заключается в установлении закономерностей пространственной и временной изменчивости баланса массы и его составляющих опорного ледника Туюксу, оледенения его бассейна, и распространения полученных связей и закономерностей для расчёта баланса массы и ледникового стока всей площади оледенения северного склона Заилийского Алатау.

Предмет защиты состоит в решении задачи расчета баланса массы и ледникового стока оледенения северного силона, хребта Зашшйский Алатау с использованием данных натурных наблюдений за состашшщамк баланса массы ледника Туюксу, дополненных реконструкций ио метеорологической информации.

Научная новизна состоит а пространственной а «ремоштй экстраяоляцни дам «¡я, палучеиацх по одному леднику, »а круя-

ный географический объект, ледниковую систему северного склона Заилийского Алатау.

Фактический материал и методы исследования. Фактическим материалом для выполнения работы послужили данные более чем ЗО-летних гляциологических, метеорологических и гидрологических исследований в горно-ледниковом бассейне Тухжсу, выполненных Зашшйской ледниковой экспедицией Института географии АН КаэССР, в работе которой в теченив ряда лет ( с 1983 г.) автор принимал участие.

Основным методом исследования является сравнительный географический анализ с использованием матэматико-статистических методов обработки и обобщения данных (корреляционный, автокорреляционный, регрессионный и дисперсионный анализы). Широко использовался картографический метод. В процессе вычислений применялась электронно-вычислительная техника, все расчёты были выполнены автором на микро ЭВМ "Электроника ДЗ-28" (ВШС) и персональном компьютере " асшги-вве " по пакетам прикладных программ;

В процессе работы использован практически весь объем литературных источников и фондовых материалов по горно-ледниковому бассейну Туюксу /Лальгоа,1958; Оледенение Заилийского Алатау,1Э6Э| Ледники Туюксу,1984;,Материалы наблюдений на горно-ледниковых бассейнах, 1980,1987; Макаревич,1964,1985, 1989; Макаревич и др.,1971,1979,1982,1985,1989; Вилесов,19?7; Вилесов и др.,1973,1980,1981,1983,1986,1987,1988; Денисова, 1977; Денисова и др.,1986,1988; Судаков,1965,1966; Судаков и др.,1969,1989;.Токмагамбетов.Ерасов,1979,1985 и др./.

Большое значение для понимания баланса массы ледников как основы их режима и колебаний имели работы /Аяьман,1962; Тронов,1966; Котляков,1968; Ходаков,1978; Коновалов,1979; Кренке,1982; Патерсон,1984; Глаэырин,1985; Дюргаров,1Э87 и ДР./.' . .. ■

Практическое значение работы. Полученные результаты позволяют установить общие закономерности динамики оледенения как отдельных ледников, так и вмещающих их систем во внутри-континентальных районах. Разработанные приёмы предназначены для совершенствования гляциогвдрометеорологических расчётов, реконструкций и прогноза баланса массы горных ледников и вмещающих их систем при водохозяйственном и рекреационном ис-

пользовании высокогорной зош Заилийского Алатау. Полученные п работе методы и зависимости внедрены в учебную программу спецкурсов "Общая гляциология" я "Основные проблемы гляциологии", читаегдда на географическом факультете Казахского гос-уийаерситпга им.С.М.Кирова.

Апробация работ». Основные выводы и положения диссертации -обсуждались на конференциях: молодих ученых КазГУ (19861989 гг.), Всесоюзном рабочем совещании Секции гляциологии Межведомственного геофизического комитета (Звенигород,1987), научно-практической конференции "Ледники и климат'Сибири" (Тонок,198?), 11 Межвузовской конференции молодых ученик (Ленинград, 1988), научно-практической конференции "Снежно-ледовые ресурсы и гвдроклтаатический режим внутриконтинентальнцх районов" (Алма-Ата, 198Э)'»

Публикации. До тема диссертации опубликовано 7 работ» отражающих её основное содержание.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Она изложена на /¿О страницах, включает 22 таблиц» 22 рисунков и список литературы из наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глааа I. ПРОСТРАНСТВЫШО-ВРИЛЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ БАЛАНСА МАССЫ ЛЕДНИКА ТУЮКСУ И ЕГО РАСЧЁТ Ш СТА11ДАРТ-НОЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ШФ0Н.!АЩЕ1

Измерения баланса массы и его составляющих на ледника Туюксу проводятся с 1956 г. За 30 лат наблюдений средний слой годовой абляции снега и льда на леднике составил соответственно 74 г/см^ и 61 г/ск^ (в сумме 135 г/си2). Отклонения величин абляции снега относительно средней невелики и колеблются з пределах от -13 до +24 г/см2 (С* =0,12), тогда как абляции льда от -46 до +95 г/см2 (С,=0,57): Отклонения от средней величин годовой абляции составляют от -64 до +93 г/см", а ей коэффициент вариации равен 0,26. Таким образом, изменчивость годовой абляции определяется в основном изменчивостью абляции льда.

Годовая аккумуляция вещества как сушариая величина зимнего баланса и летних осадков в сродном за 30 лет составила 101 г/см2. Установлено, что 75-80?, годовой суши осадков вы-

падает в весенне-летний период (март-август). Изменчивость годовой аккумуляции во времени (С\=0,17) заметно ниже чем у годовой абляции. Это говорит о большей устойчивости донного процесса во времени, что характерно для ледников внутрикон-тинвнтальннх районов.

Годовой баланс массы как алгебраическая сумма годовых величин аккумуляция и абляции в среднем за период наблюдений (1956/57-Х385/86 гг.) достиг значения -34 г/см2, что привело к значительной потере массы ледника - на 15% к 1966 г. Отклонения баланса массы от среднего многолетнего значения к отрицательным значениям были наибольшими в 1978 г." (-IÍ4 г/см^), а к положительным в 1964 г. (+86 г/см2).

По данным измерений в 120 точках были, построены поля средних многолетних значений годовых аккумуляции, абляции и баланса массы, а также поля средних квадратических отклонений d этих параметров. Для поля абляции d увеличиваются с конца языка с высотой и достигают максимальных значений при переходе от языка ледника к цирку, а затем с высотой уменьшаются. Среднее значение й для поля абляции составляет =46,2 г/см^. Для поля аккумуляции б распределены более равномерно и максимальных значений достигают при переходе от цирка ледника к крутым склонама окайщщвщим его; Среднее значение d для поля аккумуляция составляет ±21,0 г/съ?*

Оценка временной устойчивости подай составляющих баланса массы была сделана по методике А.Н.Кренке путем расчёта безразмерных показателей "пормирсвапаой аккуьгуляцяи" и "нормированной абляции" - отношению аккумуляции ют абляг.ри в ' точке к соответствующей средней величине для всего ледника /Крзикв ,Меншутш, 1984/. Значения нормированной аблящш меняются последовательно с высотой от .3,0 на конце языка до 0,5 в верхних частях задней стены цирка ледника. Поле so кормя-' роваиной аккумуляции очень однородно и значения нормарованой аккуцуля'цш на бошюВ площади ледника колеблется около 1,0.: Для «аяачовтБэикой сценки изменчивости палей нормированных авкуыушрш и абляции рассчитывались коэффициенты вариации в яйздой точке. Анализ показал, что поле воржоованной a.íKjcíy^nipiii, кок п по~е йокмировашюй гбйяцшх, значительно меняемся се года в rcay на па;*бслге крута,; участках

ойласги пятая ¡¡я, £ цело;.: пеле "с}.:глоойннио^ ?.;э-

uso изменчиво, чт поле нормированной абляции. Сроднее по полю нормированной аккут,гулящи значение коэффициента ьлршнщи С» ранио 0,15, а по полы нормированной абляции 0,22;

Нообмтно тсоглш степень однородности поля аккумуляции c-лужиг гланноП причиной практически одновременного освободив-нал болшей части площади ледника от сезонного снега. Поэтому ««личина баланса масои шявт очень быстро достигать значения, бдпзкого к "конечному" (годовому), а в дальнейшей, при иооле.ауггиш подъеме вверх снегоиоА линии прпрацеиие баланса масс« закершнАвгся. Установленный факт однородности ноля аккумуляции в пространстве и времени, крайне вакен во всех последующих. начётах и реконструкциях?

Цпд-ле!я;;ю ряды. характеризующие природные процессы, к которым относятся ряди годовой аккумуляции и годовой абляции, в большинстве своем нестационарны. Их можно представить в виде математического ожидания {функции, описивавдей тренд) и центрированной случайной функции.

Для выяснения существования тенденций во временник радах годовой аккумуляции и годовой абляции, а .-также двух климатических характеристик, наилучгапм образом отранаюцих годовою абляцию, а через неё_и баланс массы ледника - срелной летней тешоратури воздуха ts и суши летних осадков Xs на ближайшей метеостанции Шшашши, была применена методика, описанная П.П,Денисовым /1У75/. В результате анализа гт&лвнних рядов вышеперечисленных гляциоклиштических показателей било установлено существование тенденций разной направленности.1 Так, зретипив ряды годовой абляции &t и средаэй летной температуры воздуха ls имеют тенденцию к возрастании за период с 1957 яо I98S гг. и величина значимости трендов соответственно равна 0,37 И 0,49. Временные ряды годовой шкумуляции С« и суммы летних осадков Xs имеют тенденцию к убиванию и величина значимости трендов соответственно равна -0,32 и -0,19.' Доверительные вероятности наличия трендов во всех временных рядах достаточно велики « составляют 99,8;?! для Lit, 99,42 для Cí , 99,9¡í для tí( и только для Xs составляй? 55,0;%т.в. '.сa cmt удовлетвори»? 5:&-нсму уровню значимости.

Разлй'ка.'е ио направленны jeiweniom в нзглонешш Ot и и iaicfopoH, ялкгдодос из них - t¡, и Xs»могут иривпдигь :с «и:*«.

блеяию ш усилению корреляции. Поэтому при определении степени связи между ними требуется предварительно расчленить исходные ряды на тренд и случайные отклонения, а затем определить показатели связи между трендами и между случайными отклонениями. Коэффициенты корреляции меаду трендами о,ж и с одной стороны, и трендами и и Х5 с другой стороны, или остались как у исходных рядов, или увеличились по сравнению с исходными рядами на 0,12-0,27. Значительно увеличился коэффициент корреляции между трендами 15 и Х5 (от -0,49 до -0,76), т,к. увеличение летних осадков приводит к пониженному термическому режиму в летнее время.'

Коэффициент корреляции между отклонениями С1( и оказался ниже на 0,22, чем у исходных рядов, а коэффициент корреляции между отклонениями Х5 оказался практически без изменения;

Таким образом, хотя направленный на возрастание ход годовой абляции в последние 30 лет определяется разнонаправленными тенденциями в многолетнем ходе и Х4 , но изменения летних осадков определяют в большей степени отклонения от этого общего хода, чем изменения средней летней температуры воздуха. Транд аккумуляции определяется как изменением количества летних осадков, так и увеличением в них доли осадков в жидком вида "за счёт повышения летней температуры воздуха. Об этом свидетельствует большая значимость тренда у аккумуляции по сравнению с сушой летних осадков. Устойчивые за последние полтора десятилетия отрицательные значения баланса массы ледника Туюксу объясняются направленны:/, на возрастание трендом годовой абляции к направленным на убывание трендом годовой аккумуляции, .

Исходные и центрированные случайные ряды были исследованы на временную связность при помода автокорреляционной функции (рис.1). У исходных радоа 0.т, С, к г, наблтаается чётко выраженный тренд» У исходного рада X, тренд выражен олабо. На коррелограммах годовой абляции, годовоГ. аккумуляции и сушы летних осадков хорошо выражен 6-лотний цикл, на корре-лограчме средней летней температуры эоздуха - 7-летний цикл.

Более чётко выделяются циклы на поррелогра-.ыах центрированных случайных рядов иеследуегаа характеристик. У годовой абляции выделяются 6,9,12-летние циклы, у годовой акху-

иуляции и у летних осадков - 6-летний цикл. У , и Х£ ц-дбладаотся всплеск в области, частот 3-%яетнего цикла, но он ноиэлик и лишь немного поднимается над вулешш уровнем.

г(Ь)

Рис.1. Корралограммы исходны! рядов (а) и центрированных случайных рядов (б) гляциоклиматичес-дих показателей ледника Туюксу. I - годовая абляция, 2 - годовая аккумуляция, 3 и 4 - соответственно летние осадки и средняя летняя температура воздуха яа и/о Мынжилки,

Совпадение пиков годовой абляции в годовой аккумуляции и последней с пиками летних осадков, их схоррелнроваяяость -суть особенностей климатических условий региона: летние условия, их изменчивость определяют изменения баланса массы, стока, колебаний ледников. Изменчивость количества летних осадков определяет изменчивость годовых осадков и, абляции и годового баланса массы.

Судя по результатам корреляционного и автокорреляционного анализов, для расчёта и реконструкции баланса массы важно учитывать, помимо летней температуры, количество летних осадков, доля которых в годовой сумме составляет в среднем 45$.

Сила и достоверность этих двух факторов была также оценена при помощи дисперсионного анализа однофакторнш. дисперсионных комплексов, обработка .которых была проведена по схеме Н.А.Плохинского /1980/.

Анализ показал,что влияние и Х;, на величину практически одинаково (у Х5 чуть выше), и в высшей степени достоверно. Влияние Х5, как и , может составить при Ъ%-ном уровне значимости не менее 42/1 и не более 88$ от общего влияния всей суммы факторов.

В свою очередь, влияние <2г на величину годового баланса массы при 5#-ном уровне значимости составляет от 7ЭД до Эо%, а влияние Сг составляет от 48^ до 89;?.

Таким образом, годовая абляция йг рассчитывалась нами по средней летней температуре воздуха £$ и суше летних осадков на м/с Мынжилки:

¿?«= 2? г5- 0,24 Х5 - 37,9 при К = 0,66,0,= * 0,05

Средняя квадратическая ошибка данного уравнения регрессии ¿аг= ±17,9 г/см2. Точность расчётов оценивалась по сравнению с измеренными величинами и характеризуется относительной ошибкой 10,6;? и средней абсолютной ошибкой 14,3 г/см2, что соизмеримо с погрешностью измерений в полевых условиях.

Баланс массы За рассчитывался двумя способами - по его связи с годовой абляцией , и как алгебраическая сумма годовых аккумуляции и абляции. Относительная ошибка в расчете баланса массы по сравнению с измеренными величинами составила 18,65?, а абсолютная ошибка 21,5 г/см2.

Учитывая, что данные по £ и Х£ по метеостанции Мынжилки тлеются с 1937 года, баланс массы ледника Туюксу был реконструирован за 20 лет - с 1937 по 1956 гг.

В ходе межгодовой изменчивости за 50 лет (20 лет- реконструированных и 30 лет - непосредственных наблвдеяий) выделя*» ются три периода (рис.2). Первый из них (1937-1951 гг.) характеризуется неблагоприятными условиями для существования ледника, но с тенденцией в сторону уменьиения потери массы. Второй период (1952-1972 гг.) характеризуется колебаниями значений баланса массы около нуля. Третий период, начавшийоя в 1Э72 г. и продолжающийся в настоящее время, отличался на начальном этапе прогрессирующей деградацией ледника. Она сох-

у

раняется до настоящего времени при величинах отрицательного баланса массы в сводном -50-;-60 г/см^.

Д„г/сма

Рис.2. Годовой ход удельного баланса массы ледника

Туюксу 1а)(1-измеренный, 2-расочитанный,3 и 4-сглаженный по пятилетиям соответственно по измеренным и реконструированным данным) а связь измеренного баланса кассы с рассчитанным (б).

В реконструкциях баланс:«, массы ледника ТУюксу средняя многолетняя величина его имеет положительное значение 5,8 г/см" за 1879-1972 гг. в работе /Ерасов.Токмагамбетов, 1979/ и 0,5 г/см2 за 1879-1984 гг. в работе /Вилесов,Гужа-вина, 1388/, слабоотрицатедьноэ значение -2 г/сьР а работе Д1акаревич,1985/. Однако эти оценки противоречат данным о сокращении площади и объема ледника за этот период.

На наш взгляд, несоответствие меаду сокращением ледника и средними многолетними положительными или слабоотрицатвлъ-ннми значениями а вышеуказанных реконструкциях заключается в недооценке летних осадков, такого яо "мощного", как и летняя температура воздуха, фактора изменчивости баланса массы в условиях континентального, климата". Тая, например, среднее значение баланса масс» за 1937-1956 гг. в ■реконструкции /Ера-с о ц, То к/ и1Г :шб е то в, 197.)/ составило -16 г/см*", « реконструкции /ВклисопД^улвина, 19С8/ составило т/сь^, », ¿.■о.шнотрукцт:

/а&каревич,1985/ составило -8 г/см , т.е. все они оказались значительно выше среднего значения, полученного в настоящей работе С—30 г/см2).

Нагл представляется, что в расчетах и реконструкциях баланса массы ледника континентального типа (или абляции как ведущего фактора изменчивости баланса массы) с весенне-летним максимумом осадков следует обязательно учитывать летние осадки.

Анализ зависимостей, полученных выше, показал, что связи могут быть построены по данным температуры и осадков лишь за два месяца - июнь и июль. При этом сужение временного интервала обобщения лишь немного ухудшило тесноту связей. Это позволяет получать значения годового баланса массы, а также других гляциоклиматических характеристик, с заблаговременностьв 1-2 месяца. На этом основан способ краткосрочного детерминированного прогноза баланса массы. Но он диктует в настоящее время повышенные требования к данным метеорологических измерений, поскольку использует в качестве входных параметров величины температуры воздуха и атмосферных осадков.

Глава II. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГЛЯЦШЖТЕ0Р0-ЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В ЛЕДОКОВО/! ЗОНЕ . СЕВЕРНОГО СКЛОНА ЗАИЯИЙСК0Г0 АЯАТАУ

Критерии репрезентативности опорных ледников по отношению к внешнему массообмену, климату и ледниковому стоку приобретают важное значение при переносе результатов, полученных на опорном леднике, на группу ледников, называемую системой;Стратегия исследования баланса массы ледниковых систем состоит в том, чтобы использовать наблюдения на опорном леднике для определения внешнего массообмена оледенения отдельного бассейна (например, бассейна Туюксу), а затем внешнего массообмена ледниковой системы более высокого порядка (например, северного склона Зашшйского Алатау),

В главе I была показана возможность расчёта баланса массы ледника Туюксу по стандартной метеорологической информации!' Для большого количества ледников, входящих в систему оледенения северного склона Заилийского Алатау, задача расчёта режима и ледникового стока более сложна и актуальна. До недавнего времени господствовало убеждение, что только косвенные метода расчёта по метеорологическим параметрам позволяют ре-

тать такие задачи. В связи о этим ми должны определить, насколько климатические показатели, измеренные на одном леднике, репрезентативны для всей гляциально-нивальной зоны северного склона Заилийского Алатау;

С целью оценки репрезентативности гляциогидрометеоролотеческих измерений на 7 ледниках различных бассейнов северного склона Заилийского Алатау в летние сезоны 1975-1979 гг.» работал специальный отряд ИГ АН КазССР. Наблюдениями была охвачена почти 100-километровая зона наибольшего распространения ледников северного склона хребта /Вилесоя и др,,1087/.

В результате проведенных исследований было установлено единое для Гляциалыгого пояса северного склона Заилийского Алатау поле характеристик термического режима в летнее время," (температура воздуха, продолжительность солнечного сияния, общая облачность, относительная влажность воздуха), что связано с общностью климата территории, определенного глубоким внутриконтинентальным положением и развивающегося в летний период под воздействием ядбр повышенного давления азорского максимума. Это позволяет считать температуру воздуха и другие вышеперечисленные климатические характеристики, измеренные в каком-либо горно-ледниковом бассейне, репрезентативными по отношению к аналогичным характеристикам для всего северного склона Заилийского Алатау. Поэтому при расчётах абляции ледников северного склона хребта можно использовать эмпирические зависимости между последней и температурой воздухаi,1 Более динамические характеристики, связанные с местными особенностями циркуляции атмосферы, такие как осадки и скорость ветра, имеют очень слабую корреляцию по территории,rieï неоднородны, и не могут считаться репрезентативными при переходе от одного бассейна к другому и к северному склону Заилийского Алатау в целом;7

Измеренную абляцию на опорном леднике Туюксу можно считать репрезентативной для ледников с северной или близкой к ней ориентацией (площадь таких ледников на северном склоне Заилийского Алатау составляет 83$).

Учитывая, что поле осадков плохо скоррелировано по территории, надо констатировать, что расчёт баланса массы по метеорологической информации для всей системы оледенения может быть выполнен весьма приближенно по одному фактору - средней

летней температуре воздуха.

Проведенные зкспаремснтаяыше исследования-репрезентативности гляциометеорологических параметров приводят к выводу о возможности расчета абляции и леднакового стока по метеорологическим данным, но неприменимости для расчёта баланса массы всего оледенения северного склона Заялийского Алатау;

Глава III. ИЗМЕНЧИВОСТЬ БАЛАНСА МАССЫ ЛЕДШКОВЫХ систем здллийсяссато АЛАТАУ

Баланс массы оледенения небольшого бассейна, расположенного в континентальных условиях, ыокно рассчитать с достаточно высокой точностью по двум факторам - средней летней температуре воздуха и сумме летних осадков. Необходимое условие расчёта состоит в'том, чтобы ледники бассейна попадали в радиус изотропности поля летних осадков, изшренных на ближайшей метеостанции. Для северного склона Заялийского Алатау этот радиус равен 20 км /Вотлицкая,1384/.

Средняя абсолютная опшбка расчёта баланса массы оледенения бассейна Туюксу по двум метеорологическим параметрам составила 19,0 г/см2, а относительная 15,2% по сравнению с измеренными величинами баланса массы за 1964/65-1980/81 балансовые ГОДЫ'.-

Однако, расчет баланса кассы оледенения северного склона Заилайского Алатау ыокет быть выполнен приближенно (с неподдающейся оценкой точности) только по одному фактору - средней летней температуре воздуха. Это обстоятельство всегда служило главным препятствием для расчёта баланса массы неоднородных по климатическим условиям ледниковых систем. Автор также пришёл к убеждению в необходимости другого метода решения задачи расчёта баланса .массы северного склона Заялийского Алатау.

Идея и разработка метода, основанного на переходе от данных, полученных на отдельно взятом леднике к их группе или системе при помощи связи колебаний баланса массы $.., с границей питания 2» и распределения площади оледенения но высоте, принадлежит М.Е.Дюргероъу /ХЭШ, 1986/.

1ля задачи парохода от измерений на одной леднике к систем« М.Б.Дырпч^лдм дано новое обоснование понятия рапрааонта-тйвлостл лед»иш|, вдшчиицего олодуедаа характеристики:

- максимальный диапазон высот, занимаемый опорпым ледником в продолах ледниковой системы (или бассейна); -

- |{юрма гипсографической кривой ледника и вмещающей его системы должны быть подобны;

- совпадение экспозиции опорного ледника и большей часта оледенения системы;

- максимальный диапазон изменчивости высоты границы питания опорного ледника;

- стационарный динамический режим опорного ледника.

Ледник Туюксу отвечает практически всем вышеперечисленным

критериям репрезентативности. Его вертикальный диапазон практически совпадает с таковым для оледенения бассейна Туюксу. Что касается оледенения северного склона Заилийского Алатау, то в вертикальных диапазонах, которые выходят за рамки вертикально- . го диапазона ледника Туюксу, находится всего 1% площади ледников.

Ледник Туюксу симметрично располояен в центре замыкающего долину цирка и тянется с юга яа север. Распределение же площадей ледников на северном склоне Заилийского Алатау следующее: 82,4^ площади ледников приходится на долины и склоны северной, северо-западной и северо-восточной экспозиций; на 'западных и восточных склонах сосредоточено 15,на южных склонах - 2,3$ площади оледенения /Залесов, 1977/.

Гипсографические кривые ледника' Туюксу, оледенения бассейна Туюксу и северного склона Заилийского Алатау, построенные по данным каталога ледников /ВклесовДоняя,1967; Вплесов,1968/, практически подобны и только смещены относительно друг друга по высоте, т.к. средневзвешенная высота ледника Туюксу была равна 3780 м, оледенения бассейна Туюксу - 3750 м, оледенения северного склона Заилийского Алатау - 3880 м.

Средний уровень высоты снеговой линии на ледника Туюксу составил 3810 м. При этом колебания её высоты происходили в широком диапазоне - от 3600 м до 4210 м;

Впервые диапазон колебаний баланса массы и ледникового стока северного склона Заилийского Алатау яри всех возможных положениях снеговой линии по данным каталога ледников и 24-х летнего ряда наблюдений был рассчитан М.Б.Дюргеровым /1988/'.' Число лет наблюдений на леднике Туюксу в настоящее время превысил 30 лет, произошло изменение площади ледника и вмещающих

его систем. Поэтому автором предпринята работа ло проверке данного метода и уточнению результатов с использование последних сведений.

Несмотря на сокращение площади оледенения соьорного «слона хребта! гипсографические,§равнэ.сохранила. подобие Срис.З), Н.2.М

4800» —- 1

--- г

----з

4000 3600 3200|

-i¿o '-8b '-4b ' d ' 4o ' '

ó o,'2 q'a ' о,ё 3% y

Ö 2Ó 46 б'о 80 ТЬо„ ,г 200 160 120 80 40

Рис.3. Определенна баланса массы и ледникового стока по гипсографическим кривым оледенения северного склона Заилийсвого Алатау - I, оледенения бассейна Ту-шсу - 3, ледника Туюксу - 2 с помощью связи высоты гравады питания % с коэффициентом AAR и балансом массы - 4. Масштаб колебаиий баланса массы задавался уравнением линейной связи между балансом иасси и коэффициентом области пнта-

Ш ШУ Sa = 271 Ш - 149 при 1 = 0,93, * 0,02

В 1978 г, аа леднике было намерено такое значение годового баланса массы, когда снеговая линия "утла" в тропосферу и весь ледник был зоной абляции (AAB-Q). Это экстремальное значение годового баланса кассы, равное -148 г/см2, крайне важно для контроля, т.к. практически не отличается от значения , полученного из уравнения регрессии (-149 г/скГ).

Диапазон колебаний годовых значений баланса массы получился несколько смещенным по отношению к таковым, полученным.

У.Б.Дюргвровым. Соответственно несколько изменилась связь с-высотой границы питания^

Точность расчёта баланса массы ледника Туюксу и оледенения бассейна Туюксу оценивалась по сравнению с измеренными величинами а оказалась вше, чем расчёт по двум метеорологическим параметрам. Так, например, относительная ошибка в расчёте баланса массы оледенения бассейна Туюксу составила 14,4$, а абсолютная 18,0 г/см2.

Контроль расчётов баланса массы и ледникового стока может быть также осуществлён гидрологическим я геодезическим методами. Что касается надежной регистрации ледникового стока, то для горяоледяикового бассейна Туюксу он невозможен, т.к. почти весь сток в непосредственной близости от ледников проходит через рыхлые отложения морен и не может быть учтён наблюдениями. Поэтому вопрос о гидрологическом контроле для горно-ледникового бассейна Туюксу, по всей видимости, надо ставить наоборот - полученные данные по предлагаемому методу'расчёта могут служить эталоном для определения доли ледникового стока из бассейна;

Картограф-геодезический метод использует результаты разновременных съемок большой территории, что деёт возможность определить изменение площади я объема ледников целых горных систем /¡Дакаревич и др. ,1989}. Кузьмнчёнок,1989/i До подсчётам Е.В.Вилесова /1989/, за 25 лет (с 1955 по 1980 ггГ) площадь оледенения северного склона Заилийского Алатау сократилась с 272,8 км2 до 228,3 км2. Объем ледников, подсчитанный по формуле Мазо-Глазырина /1988/ показал, что оледенение сократилось на 1,574 км3 (или на 14,6$).

Используя изложенную выше модель перехода от баланса массы опорного ледника к вмещающей его системе, был определён баланс массы оледенения северного склона Заилийского Алатау за каждый год и изменение объема ледников за этот же период(рис?4)Г Если взять среднее значение площади оледенения мевду этими двумя сроками, т.е. 250 км2, то объем льда, потерянный за эти годы с этой площади составит 1,478 км3, т;е.* невязка по сравнению с результатом, полученным картографо-геодезическим методом, составляет всего Преимущество предложенного метода расчёта заключается в возможности расчёта баланса массы за каждый год в отдельности, в то время как результат повторных аэрофотосъемок при большом интервале между ними на позволяет еле-

дать о а процессом изменения массы ледников'?

ковый сток (2) оледенения северного склона Заилийского Алатау

Таким образом, баланс массы не только ледника и бассейна Туюксу, но и северного склона Заилийского Алатау за 30 лет резко отрицательный (-31 г/см^). Его можно интерпретировать как добавку к речному стоку за счёт деградации оледенения. Однако, при этом происходит и сокращение площади оледенения. Поэтому рост удельной величины "ледниковой добавки" через некоторое количество лег приведёт к уменьшению объема ледникового стока. Это положение очевидно и продемонстрировано на примере ледника Джанкуат /Дюргеров,Поповнин,1980/. В данном же случае, полученный результат по оледенению северного склона Заилийского Алатау показал, что любые дополнительные воздействия на ледники этого района для увеличения стока приведут к катастрофе -необратимому процессу разрушения оледенения, а значит снижению объема речного стока, особенно в вегетационный период. Таким образом, более актуальна задача изучения путей сохранения оледенения этого района, а не активного воздействия на лодик-ки душ увеличения стока воды".

Для того, чтобы решить задачу долгосрочного прогноза эволюции как ледника, так и оледенения северного склона Заилийского Алатау, как следует из вышеизложенного, необходимо спрогнозировать положение снеговой линии, В высотном.положении снеговой линии достаточно чётко отражаются то же основные метеорологические факторы, играющие первостепенную роль в .удшро-вании баланса мисси - средняя летняя «¡.•••.»«.•ря! ура жедух* я Л'.П'нич осадки. лс> Лтицлснт лшолвств^шкж г•■гчу- 'н.плл л у X

я tse X? равен 0,7Э. Таким образом, чтобы спрогнозировать эволюцию оледенения нам необходимо знать прогнозируемые величины летней температуры воздуха и летних осадков, т.е. нужна субъективная концепция, положенная в основу построений. Большинство климатологов предсказывает л в будущем происходящее сейчас глобальное потепление климата, определяемое прогрессирующим поступлением в атмосферу углекислого газа^удако я др. ,1978; Будако,1980; Btoec£e-*,/â?5 ; Rend,ГШ И Др.Л

Наибольший интерес представляет работа М.И.Будыко с соавторами /1378/. В отличие от других работ в ней приведены подробные сведения об изменении температуры воздуха а количества осадков на 1990 г. я 2025 г;, отраженные в виде прогностических карт а количественных соотношений вышеперечисленных метеорологических параметров". На основе концепция М.И.Будыко сделали в последнее время прогнозы для оледенения Кавказа /Поповиая, 1989; Бакалов я др. ,1930/ з ледниковых систем Средней Азш/Пар-пукова,1988; Глазнрзн л др.*, 1990А"

Но М.И.Будыко дал прогноз повышения температуры воздуха я повышения количества осадков в области формирования стока в Средней Азшт. Измерения на лздгшез Гуюксу показали, что за период с 1957 по IS86 гг. на фоне повшеняя температуры воздуха и абляция дронеходд? уненгшеяшз количества осадков {как лет-jisx, так а годовых) н акяумуляцнп еяега, Нейтральный или насколько небяагодрачтшй для состсяяш? оявдеввнвя кллиагэтвекзй' прогноз сказался, в итого, гораздо более неблагоприятным; Судя по это;.!;/ ©акту, яесовераевсгво кллмакгтеского прогноза se даёт пока оснований строить схому детерминированного гляциологического прогноза для этого района,как бы этого вэ хотелось?

Поэтому белее реально разрабатывать схещ:а)корсткопвря-одного (краткосрочного) прогноза, яапрямер? как это сдеааяо з работа /Йопсваяов,198?/? б)текущего прогноза (мояятсрияг), основанного на еяезеяшх за дтшв'якой снеговой лзнзп гли граница патэяяя, если известна её связь с бачадсом кассы иля ледяяко-вт стоком, т.е. гляциологический мониторинг. Именпо этот вид прогноза наиболее реально осуществим, учитывая перспективы t развитая аэрокосмяческязс метсдсз яссявдсваяай Дотляяов,1387;

msh

... ЗАКЛЮЧЕНИЕ ,

Автором диссертации впервые в.полном объеме ..решала задача использования длинного радапрямых измерений баланса массы . и его составляющих по леднику континентального типа Туюксу для расчёта суммарного за 30 лет и а отдельности за каждый.год баланса массы, а также ледникового стока с системы оледенения северного салона хребта Заилийского Алатау.

Благодаря решению этой задачи доказано:

1. Незаменимость данных непрерывных многолетних натурных измерений баланса массы на опорных ледниках для экстраполяции полученной информация ва неизученные районы с целью расчёта, реконструкции, а такте краткосрочного прогноза баланса массы

и ледникового стока с достаточно крупных горно-ледниковых бассейнов, литаащих многочисленные'горные реки и прилегающие засушливые районы. Другие способы расчёта, в частности наиболее употребительный с использованием метеорологической информации, дают худшие результаты. '

2. Необходимость применения двухпараметрических формул (уравненай регрессии),т.е. учёта не только но и Х4 для расчёта баланса массы отдельного ледника в условиях летнего пика осадков. Этот же факт служит пока непреодолимым препятствием для расчета баланса массы (но не абляции) крупной ледниковой системы яо метеорологической информации, поскольку поле осадков слабо скоррелмровано по территории в условиях сложного высокогорного рельефа;

3.При малой абсолютной величине зшней аккумуляции, в условиях смещения пака осадков на летние месяцы, нрзмзыная изменчивость/баланса массы как одного ледника, ччак а ледниковой системы, зависит преимущественно от временной изменчивости аб-ляцяк, или летнего баланса массы, которые ыаяо изменяются в пределах северного склона хребта Заилийский Алатау;

4. Установлено существование противоположных тенденций во времвшшх рядах гляциоклиматических показателей ледника Туюкс£ Годовая абляция и средняя летняя температура воздуха амоют тенденцию к возрастанию, годовая'аккумуляция и летние осадки имеет тенденцию к убиванию. Таким образом, роальнио климатические изменения еф более неблагоприятны для режима ооареиек-пого оледайвния, чей прогноз М.И.Будыко на эту терраторию. Ото делает несостоятельным долгосрочный деторииширокатшй прогноа

баланса массы э условиях Заилийского Алатау; В то же время автором разработана схема краткосрочного, 1-2 месячной заблаго-временностя, прогноза баланса массы;

5. Баланс массы не только ледника Туюксу, но я всего оледенения северного склона Заилийского Алатау за период с 1Э56 по 1986 гг. оказался резко отрицательным (соответственно -34 'г/см2 и -31 г/см^). Это привело к сокращению площади оледенения северного склона хребта на 16,3% и уменьшению здесь объема ледников■на 1,48 км3. Сопоставление этого, полученного оригинальным гляциологическим методом результата с данными изменения площади (и объема) оледенения, полученными картографическим ме- . годом, показали расхождение в В связи с этим, примененный

а работе метод расчёта баланса массы ледника, при условии его репрезентативности, позволяет наиболее точно определять средне-многолетний и суммарный за период баланс массы и ледниковый сток для оледенения склона.хребта, '

6. Впервые выполнен расчёт величин баланса массы для оледенения северного склона Заилийского Алатау за каждый год с 1955 но 1986 гг. В целом хронологический график баланса массы сдвинут в сторону более положительных значений по отношению к леднику Туюксу, что несомненно отражает не только большую устойчивость всего оледенения в целом в сравнении с отдельным ледником, но также отражает особенности методики расчёта.'

По-теме диссертации опубликоваш следующие работы, отражающие ее основное содержание:

I. Аккумуляция, абляция и баланс массы ледника Туюксу за последние 25 лет,- Тез.докл. научно-теорет. конф, посвящ. 50-летию КазГУ им.С,М.Кирова. Алма-Ата, из д. КазГУ, 1985,. с.133-134 (соавторы Е.Н.Зилесов, К.Г.Макаревич),

2; Репрезентативность метеорологических данных в условиях гляциалъно-нивальной зоны,-В кн.:Ледники и климат Сибири.Томск, изд.ЗГУ, 1987, с. 12-14 (соавторы Е.Н.Валесоз, Ю.А.Шевел§в).'

3. Пространственно-временной анализ баланса массы ледника Туюксу,-Тез;'докл. научнолракт. конф."Снежно-ледовые ресурсы и гидроклиматический режим внутриконтинентальнюс районов"; Алма-Ата, 1989, с.15-16 (соавторы К.Г.Макаревич, А.П.Волошина);

4. Оценка тенденций во временных рядах гляциоклиматичес-ких показателей ледника Туюксу. Там яе, с,43-44?

5; Некоторые свойства временных рядов составляющих балан-

са массы ледника,- Материалы гляциологических исследований, ы;,вып,67, 1989, с,206-210,

6, Формирование вертикальной структуры баланса массы ледника Туюксу,- В кн.: Экологические проблемы Казахстана. Тез. докл; 3-го съезда географ." общества КазООР. Алма-Ата, изд. "Наука" , 1990, с.33-34 (соавтор К.Г.Макареоич).

7. Расчёт и прогноз баланса массы ледника по минимальной информация. Труды САНИШИ.1 М. ДХдроыетеоиздот, 1990, выл.'136, (217), с.109-113 (соавтор Е.Н.Вшгесов).

УВАРОВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

^¿остуаиственно-временная изменчивость и расчет баланса массы ледников Заилийского Алатау

11.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Подписано к печати 18.10.90. Формат бумаги 60x84 1/16. Объем 1,0 и.л. Заказ 14Н.Тирад 100

УОП Казгидроиата, г.Алма-Ата, пр.Абвя, 32