Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Распределение и изменчивость характеристик снежного покрова в горах Западного Кавказа

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Распределение и изменчивость характеристик снежного покрова в горах Западного Кавказа"

ТБИЛИССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНIIBEPCIITET имени ИВАНЕ ДЖАВЛХИШВИЛИ

На правах рукописи

ПОГОРЕЛОВ Анатолий Валерьевич

УДК 551.578.4С

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК СНЕЖНОГО ПОКРОВА В ГОРАХ ЗАПАДНОГО КАВКАЗА

(в пределах Краснодарского и Ставропольского

краев)

11.00.09 — метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Тбилиси — 1990

Работа выполнена в Северо-Кавказском территориальном управлении по гидрометеорологии Госкомгидромета СССР.

Научные руководители:

доктор географических наук М. И. Геткер;

кандидат географических наук В. Ш. Цомая.

Официальные оппоненты:

чл.-кор. АН Каз.. ССР, доктор географических наук И. В. Северский;

кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник Л. К. Папинашвили.

Ведущая организация:

Институт географии им. Вахушти АН Груз. ССР Защита состоится «.¿тМ.»................................... 1990 г.

-//Г у

в ................. часов на заседании специализированного совета

К 057.03.13 в Тбилисском государственном университете имени Иване Джавахишвили.

Адрес: 380028, Тбилиси, пр. Чавчавадзе, 1, географо-гео-лотческий факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тбилисского государственного университета.

Автореферат разослан ............ 1990 г.

Ученый секретарь /

специализированного едшгта, / /

К. Т. Н. (\/)

Д. Н. Кереселидзе

Актуальность темы. Исследование снежного покрова горных тер.т :торкЛ имеет два оснорных аспекта: климатологический и гидрологический. Оценка снеяного покрова как блока модели климата и его влияния на климат предполагает обобщение (осреднение) характеристик снезного покрова на региональном уровне. Это увязывается с актуальной проблемой климатического мониторинга. Снего-заласы - одновременно часть водного ресурсного комплекса, активная составлявшая региональных гидрологических процессов.

Зала.ц^'й Кавказ - один из наиболее снежных регионов Советского Солза. Роль снезногс докрова в географической среде здесь особенно велика, а информация о не" все больше приобретает прикладной характер. Усиливавшееся, хозяйственное и рекреационное освоение гор требует детального изучения снекного покрова как. элемента клкма-а и'ландшафта и его влияния на деятельность людей. В условиях , величивазощегося дефици"а воды в степной зоне Краснодарского и Ставропольского краев необходим учет всех видов водных ресурсов. Успешная реализация водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Кубани, Мзымты и других, рациональная эксплуата- _ ция крупных п ¿»технических сооружз: тл типа Краснодарского водохранилища должны опиратьг:я на знание пространственно-временных характеристик снеаного. покрова в гор ..Это имеет и экологическое значение. -

. Уровень изученности снег ого покрова а регионе однако не • соответствует серьезности перечисленных актуальных проблем. На-коплеклая снегомерная информагмя позволяет-сделать необходимые обобщения, '?чающие пепспгжтивы их решения. .

Цель ра^гы - изучение факторов и основных закономерностей пространственно-временного рэ ,:ределения характеристик снежного покрова на различных масптаб1й>£Х уровням на территории Западного Кавказа как научной основы климатологической и гидрологической реализации снегомерной информации, разработка методических рекомендаций по усовершенствованию'снегомерных наблюдений и оперативного использования снегомер.шх данных.

Поставленная цель достигну~а при разработке.следующих защищаемых положений:

- орографическая н климатологическая' обусловленность полей снежного покрова в горах Западного Кавказа;

- географические закономерности распределения характеристик снежного покрова (высоты, запаса воды, плотности) на различных

масштабных уровнях, карты фоновых характеристик снежного покрова;

- закономерности временной изменчивости характеристик снежного покрова, статистические параметры данной измени ¡вости;

- оценка статистической структура шля снежного покрова и пространственной.корреляции его характеристик в микро- " мезо-масптабе;

- методические рекомендации по обоснованию на еыной и авиадистанционной сети, организации регионального мониторинга снежного покрова, оперативной и климатологической оценке снегозаносов и использования снегомерной информации в гидрологических прогнозах.

Предмет защиты - выявленные закономерности пространственно-временного распределения снежного покрова в горах: Западного Кавказа и их учет при рационализации систем снегомерных наблюдений и использован; и информации о снежном покрове для прикладных целей.

Методы и исходная информация, При обработке и получении исходных данных использовал юь статистические методы оценки временных и пространственных рядов, оценки к анализа корреляционных связей, метод экспериментальных авиадесантных л наземных снего-съемок, картографические методы. Применены тахяо оригинальные методики расчета искомых характеристик снегового покрова, разработанные автором.

В качестве исходных данных использована: I) материалы стандартны;« климатологических и гидрологич! -них наблюдение, содержащиеся в выпусках "Справочник по климату СССР", гидрологических и метеорологических ежегодников, метеорологических ежемесячников; 2) материалы стандартных наблюдений над снежным покровом и осадками в горах, проводимых СевКавгидрометом (с т.981 г. при „.частии автора); 3) материалы наземных и авиадесантных экспериментальных снегосъемок, проведенных под руководством и при учас ш автора.

Научно-практическое значение работы. Значительно расширены и детализированы прежние представления о закономерностях прост-расственно-временного распределения высоты, запаса воды и плотности снежного покрова на региональном и мезоыасштабном уровнях на территории Западного Кавказа. Описаны мезо- и макромас^табные эффекты в распределении снежного 'покрова, детерминкрованнь.з условиями осадкообразования. Определены фоновые климатические ха-

рактеристики снежного покрова, вошедшие в "Справочник по снежному покрову в горах СССР" и послужившие автору основанием для составления соответствующих карт. Обоснована применимость данных короткорядных снегосъемок для климатологических обобщений в условиях региона. Предложены и реализованы косвенные методики расчета внутригодового хода значений высоты, запаса воды и плотности снежного покрова при недостатке информации.

Произведена оценка особенностей статистической структуры поля снежного покрова в микромасштабе и ее сезонных и межгодовых изменений. В сочетании с исследованием пространственной корреляции характеристик снежного покрова на меэо- и микромасштабном уровнях это позволило разработать и внедрить методические рекомендации по рациональному размещению снегомерной сети в регионе. Предложена методика расчета рабочей высоты дистанционных снегомерных реек. Тем самым заложены научные основы массового перехода от наземных к дистанционным наблюдениям в труднодоступных горных районах.

Разработаны методические рекомендации по оперативной оценке . снегсзапасов и использованию снегомерной информации в целях прогноза стока рек Кубани и Мзымты.

Личный вклад автора. Обобщение, анализ, основная обработка исходной информации к осмысление результатов расчетов, определение проблематики исследования, главные положения методических рекомендаций выполнены и'предложены автором. Организация и проведение экспериментальных снегосъемок в горах осуществлены под руководством и'при участии автора. Хотя некоторые результаты, как правило, тезисы докладов, опубликованы в соавторстве, что отмечено ссылками на литературу, основные защищаемые в диссертации положения разработаны автором.

■ Автор искренне благодарит своих руководителей доктора географических наук М.И.Геткера и кандидата географических наук В.И. Цомая за реальнув помощь и.ценные советы при. написании диссертации; кандидата географических наук В.Д.Панова, поддержкой и содействием которого он пользовался постоянно; а также всех сотрудников гидрографической' партии Краснодарского центра по гидрометеорологии за решайщуп помощь при- выполнении экспедиционных и камеральных работ.

Апробация работы. Основные разделы диссертации обсуждены на заседаниях гидрологического семинара и Ученого.Совета ЗакНИГМИ.

Госкомгидромета (1987,- 1988) , школы-се'-мнара секции гляциологии Междуведомственного геофизического комитета при Президиуме АН СССР (Звенигород,'1987), на научно:": конференции "Природно-ре-сурсный потенциал горных районов Северного Кавказа" (Краснодар, 1987), научно-практической конференции "Актуальные вопросы изучения экосистемы бассейна Кубани" (Краснодар, 1988), научно-практической конференции по охране окружающей природной среды Краснодарского края (Краснодар,'1988), региональной конференции "Природно-ресурсный потенциал горных районов Кавказа" (Грозный-Сочи, 1989).

Результаты работы обобщены в научно-технический отчет Сев-Кавгидромета, реализованы в теме КИР Госкомгидромета 1.10.04 при составлении "Справочника по снежному покрову в горах СССР".

Публикация. По теме диссертации опубликовано 14 работ.

Структура я основное содержание диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Она изложена на 157 страницах машинописного текста и включает : 31 рисунок и 39 таблиц. Список литературы содержит 120 наименований.

В первой главе рассмотрены природные факторы, обуславливаю--щие распределение снежного покрова. Характеристика орографии региона дает представление о положении хребтов-барьеров и влагопро-водящих по отношению к устойчивым воздушным потокам участков, предопределяющих пространственную дифференциацию снежности и струйный характер Ц.Н.Кренке, 1982) влагопереноса. В пределах региона сложность, массивность и абсолютные высоты горной страны увеличиваются с запада на восток. Мегантиклинорий Большого Кавказа имеет, асимметричное строение. Хребты южного макросклона Западного Кавказа не образуют единой горной цепи и в большинстве своем кулисообразны, Северный макросклон намного шире южного и состоит из хребтов, параллельных'Главному.'Выпадение осадков на территории региона в холодное полугодие, связано с западными и юго-западными воздушными потоками (И.В.Бут, Е.Ф.Акулинина, 1973). Южный и северный макросклоны находятся соответственно в положении наветренного и подветренного. Орографическая схема территории способствует, формированию эффектов интенсивного, осадкообразования на южном склоне и в осевой части Главного хребта, создает чрезвычайно "пестрые" условия увлажнения региона..

Средние годовые суммы осадков колеблются от 477 до 3682 мм.

Наибольшие контраста в увлажнении отмечаются в холодное полугодие, поскольку доля осадков холодного периода изменяется от 15 до 59% от годовой суммы и в целом возрастает с увеличением среднего годового количества осадков. Если суммы осадков теплого периода на станциях Аиишхо (бассейн р.Мзымты) и Учкулан (верховья Кубани) разнятся в 4 раза, то в холодный период - в 21 раз при величинах 2159 и 104 мм соответственно. По обобщенным данным 49 суммарных осадкомеров межгодовая изменчивость осадков характеризуется Cv , равным 0,11x0,35, и <=> , равным I83i-664 та. Относительные колебания сезонных (У1-1Х и 1Х-У1) сумм влаги гораздо больше: Су =0,154-0,52, причем большая изменчивость осадков холодного периода наблюдается в малоснежных районах.

Территориальное распределение осадков подчинено макромасш-табной закономерности их уменьшения вглубь горной страны, отражающей "эффект Массивности" гор, и увеличения их количества с высотой в пределах региона как минимум до 2500-3200 м. Положительные значения плювиометрических градиентов с общей тенденцией к уменьшению отмечаются до отметок 2,4-3,2 км, охваченных наблюдениями. На режим осадков влияет "асимметричность" в увлажнении северного и южного макросклонов. Показано, что расположение "дождевых теней" на северном склоне находится в соответствии с сезонкой переориентацией преобладающих влагонесущих потоков. Самый глубокий минимум увлажнения теплого периода располагается в районе Учкулана в орографической тени Скалистого хребта; в холодны": период этот минимум перемещается на противоположный склон под залету расположенных южнее хребтов-барьеров.

На южном склоне до высот 800 м средняя температура января практически не опускается кияе 0°. На северном склоне положительные значения средней температуры воздуха в январе прослеживаются до 400-500 м в западной части.региона (бассейны рек Пше-ки и Белой). Восточнее повсюду в.низкогорье средняя температура января отрицательная. К востоку и с высотой термическая устойчивость снежного покрова увеличивается. Вертикальные температурные градиенты в зимнее время минимальны (Н.В.Давидович, A.M.Танеева, 1980). •

Исследовало влияние растительности, на микромасшгабное распределение снежного покрова. Пространственная изменчивость высоты снежного покрова в лесной зоне ниже, чем в альпийской. По ;акным линейных снегосъекок установлено, что Cv высоты снежно-

•. б

го покрова в лесу в течение декабря-марта в'2,4-3,3 раза меньше соответствующего Cv для альпийской зоны.- Выявлено, что связь между сомкнутостью древостоя и высотой снежного покрова слабая. Лесная растительность в результате механического опадения, снега с крон деревьев воздействует не только'на высоту, но и на .плот-кость снежного покрова в микромасштабе.

Во второй главе изложены результаты изучения высоты снежного покрова на территории,Западного Кавказа. Материалом длп изучения послужили данные редкой сети горных станций и постов, а также большой объем.новой информации.наземных и авиадистанционных маршрутных снегомерных съемок и экспериментальных, наблюдений.

Определению массива исходных данных предшествовал неформальный анализ их качества. При выявлении ошибок измерений и репрезентативности пункта наблюдений, восстановлении пропусков и климатологическом осреднении характеристик снежного покрова использовалась методика САНИГМИ.

Длительность.рядов наблюдений на авиа- и наземных снего-маршрутах в горной части-бассейнов Кубань, Шахе и Мзымта составляет от 5 до 25 лет. Методом последовательного анализа в оценке норм (О.М.Аркипова, М.И.Геткер, Б.К.Царев, 1988), исследована надежность средних значений высоты снежного покрова Л при различной продолжительности наблюдений. В качестве опорного для определения нормы взят 52-летний период .(1936-1988 гг.) наблюдений на станциях. Выявлено, что на малоснежных пунктах при пет риодах осреднения 1983-1988 и 1978-1988 гг. преобладающие отклонения от нормы средних величин в разные месяцы составляют 7т13$, а экстремальные достигают 30f85$. На многоснежных станциях за те же периоды наблюдение значения отклонений существенно ниже - 1т135о, а при длине ряда более 20 лет они вообще становятся пренебрежимо малы. В марте-на многоснежных пунктах преобла-кщие погрешности в расчете норм при существующих периодах, наб- . людений не превышают 5т10^. Определены поправочные коэффициенты для приведения Л на снегопунктах к опорному периода1.

Построение - зависимостей средней максимально"; высоты снежного покрова от высоты местности (Н ) показало, что традиционный фактор.й эффективно "действует" в мезомасштабе в интервале площадей водосборов от 2С0 до 1000 ki/y При таких пло-ошугс. .теснота связи ) оценивается корреляционным отно-. щенкем =0,8-5-0,9. Параболический вид кривых свиде-

тельствущий о возрастающих градиентах высоты снежного покрова, Физически обусловлен ростом абсолютных величин твердых осадков и уменьшением потерь на тапние снега по мере увеличения высоты местности. С использованием; мезомасштабных; зависимостей Лтах( 2 ), охватывающих территории региона, построена _карта распределе1гля А^ах • Основной макрозакономерностью поля является на се-

верном макросклоне.уменьшение на-Фиксированных высотах с

запада на восток - вглубь горной системы. Если на высотах 1,5-£_,0 км в западной периферии региона (бассейны рек Пшехи и Белой) =150+27и см, то в верховьях Кубани (Уллукам) < 40 см.

Ка фоне , макромасштабного-уменьпения ^^д. с запада на восток на северном склоне обнаружены азональные' мезомасштабные эффекты поля снежного покрова. Причина их образования кроется в орографической ситуации на южном макросклоне - влиянии хребтов-барьеров - и связанны?.! с ней. проникновением осадков к,верховьем бассейнов рек. Влияние орографии южного склона сказывается как на повышении (горные, бассейны Дакхурц, Теберда, Учкулан), так и на понижении (бассейны рек Аксаут; Маруха) снегонакопления на противоположном склоне. Так, перехват, осадков барьерами Бзыбско-го и. Чхалтинского хребтов приводит к тому, что в бассейнах рек Маруха и Аксаут на высотах 1,24-2,4 км в 1,5-2,0 раза мень-

ше, чем в смежном бассейне'р.Теберды. Частным случаем'климатического проявления."массивности" гор является эффект экранирующего воздействия Главного хребта и хребтов низшего порядка на северном склоне. Действие подобного э&фекта прослеживается в долинах, удаленных от осевой части Главного хребта (Цица, Курд-зсипс, Архыз, Уллухурзук),

Установлено, что зона повыиенного снегонакопления, примы-кашая к осевой части Главного хребта (З.Д.Панов, 1968), характеризуется неодинаковой шириной от 5-7 км (верховья рек Белой, Бол.Лабы, Учкулан) до 10 'га.:, (долины Дамхурца, Макеры). Граница распространений "клейма" высокой аккумуляции снега в бассейнах рек Да.\курц, Бол.Лаба, Маруха, Теберда, Учкулан находится соответственно на отметках 1,2-1,3, .1,6-1,7, 2,0-2,1, 1,6-1,7 и 1,7-1,8 км. Ширина "плей7;а" связана с возможностями переноса орографически усиленных осадков вгл^ь территории горных бассейнов. -Зависимость/Спал.( 2 ) в зоне повышенного снегонакопления имеет вид параболы с горизонтальной осью - вертикальные градиенты ^-тох. в этой зоне уменьшаются с высотой.

На южном наветренном макросклоне увеличение градиентов вблизи оси Главного хребта происходит непрерывно практически до гребня. Здесь образуются мезо- и микромасштабные аспекты увеличения снегонакопления у гребне? частных хребтов или отдельных массивов (гора Ачгагсо), выдвинутых к югу. По результатам линейных снегосъемок в 1984 и 1936 гг. в раРоне метеостанции Ачишхо -самс? снежной станции в стране было выявлено, что точечные наблюдения на ее метеоплощадке характеризуют и ее окрестности в целом. Подобная высокая снежноеть 1*5 м) подтверждается сне-госъемками, проведенными в бассейнах рек Шахе, Сочи, Мзымта. Выраженная продольная структурно-геоморфологическая зональность Западного Кавказа в сочетании с устойчивыми влагонесущими потоками способствует образованию на южном склоне I,хребты Аибга, Гаг-ринский, БзыбскиГ:, массивы Фишт, Ачишхо, Ах-Аг, Арабика) пояса повышенно!-1 снежности, расположенного в высотном интервале 1,7-2,5 км на некотором удалении к югу от оси Главного хребта,

«¡еягодовая изменчивость высоты снежного покрова отражает колебания снежности. Испытание на тренд многолетних {1936-1988 гг.) колебаний максимальных за зиму высот снежного покрова ^Ьшис. показало, что изменениям снежности присуци отрицательные тенденции. Интенсивность изменения ^ за исследуемый период невелика к колеблется на станциях от 0,05 (Ачишхо) до 0,29 см/год (Архыз). Временная изменчивость сезонного количества осадков (ХП-1У) за' тот же период имеет разнонаправленные слабовыраженные тенденции. Ü результате изучения структуры многолетних колебаний Птах, методом разностных интегральных кривых II-летняя цикличность обнаружена лишь на станции Гузерипль. На графике многолетней динамики сезонной увлажненности прослеживаются циклы с периодичностью IIIS лет с отклонениями в 1-2 года в ту или иную сторону. Изменения сутлл осадков, как правило,„ синфазные; многолетние колебания снежности внутри региона согласно разностным интегральным кривым более независимы»

По данным 72 станций и снегопунхтов рассчитаны характеристики временной изменчивости 4u« : ¿> колеблется г. пределах 6* 127 см, О/ - в пределах 0,27+1,30. Наибольших значений Cv достигает при малых высотах снежного покрова и интенсивном ветровом резотме (Мархотский Перевал), Изучение пространственной структуры поля й/ в марте показало .тенденцию уменьшения См с ростом высоты местности и увеличением Я . Впервые для региона с испольэова-

кием метода нормализации и выравнивания корреляционных связей (Г, А.Алексеев, 1971) установлена двухФакторная' зависимость (V ,Н ) со сводным коэффициентом корреляции 0,80 и сред-

ней квадратической ошибкой уравнения, 0,05. В частных горных бассейнах связь (л/ (2 ) гораздо более отчетлива. Снижение величин См с ростом высоты местности вызвано.обшим увеличением сне-гозапасов, на фоне которого наблюдается уменьшение их относительной изменчивости, а также повышением-термической устойчивости снега, с подъемом а.горы (М.И.Геткер, И.Д.Шенцис, 1982).

Енутригодовые колебания А- в разные стадии (декады) зале--гания снежного покрова характеризуются сезонным ходом См . Как оказалось, для внутригодового хода (V выделяются фазы: I) повышенной осенней изменчивости, 2) относительной зимней стабильности минимально в эту фазу) и 3) повышенной весенней изменчивости. Динамика стандартного отклонения <э имеет зеркальны" ход по отношении к внутригодозому распределению О/ .

Достижение максимума высоты снежного покрова приходится ка разные даты - от конца января до конца марта. С помощью нормированного значения /Сд-среднедекадная, Ат^х. -максимальная за гиму среднедекадная высота снежного покрова)-дифференцированы внутрирегиональные особенности хода А. . Сезонный ход/в рай_онах, близких по снежности, оказался подоб-нш. Нормирование ггл средней высотой снежного покрова в марте Атц позволило построить в виде номограммы зависимость/?^ = £ где Л - дата залегания снежного покрова. Оказалось, что значение п^ косвенно характеризует осредненный сезонный ход Я . Причем ход ?г„ /различен для таного и северного макросклонов вследствие неодинаковых режимов температуры воздуха и осадков. Метод позволил восстановить внутригодовое распределение высоты снежного покрова по величине .

Дискретные наблюдения на снегопунктах (авиаснегопунктах) не отражает мнкромасштабной структуры поля снежного покрова. Для ее исследования потребовалось проведение экспериментальных линейных снегосъемок, В горных бассейнах Пшехи, Белой и Сочи было проложено 14 маршрутов обшей протяженностью 27 км, сделано около 5000 измерений высоты снеяного покроЕа. На одном из маршрутов длиной около 2 нм проводились регулярные измерения в течение трех зим. Результаты статистической обработки выборок высоты снекного покрова указывал? на необходимость дифференцированного

подхода к иценке снегозапасов в горном бассейне в пределах одной высотной зоны. Так, в марте в бассейне р.Белой.на маршрутах, проложенных на сопоставимых высотах на разных морфологических типах поверхности Л колебалась от 151 до 387 см при Cv =0,37*1,15. В большинстве выборок отмечалась положительная асимметрия (Cs ), особенно заметная в начальный период залегания снега.

Методы построения структурных и автокорреляционных функций по данным линейных сиегосъемок,~ впервые примененные при. исследовании снежного покрова региона, показали, что статистические характеристики изучаемого поля подвержены не только значительным пространственным, но.и сезонным флуктуациям. Независимый (некоррелируемый ) интервал между измерениями Л , находимый по "насыщающему" значению структурной функции, увеличивается от декабря к апрелю в некоторые зимы от 30 до 170 м. Это вызвано фильтрацией микронеоднородкостей рельефа и усилением воздействия радиационной компоненты на формирование поля снежного покрова с приближением к периоду таяния. Сезонные изменения автокорреляционных функций сводятся к уменьшению скорости затухания первой волны корреляции и увеличению сглаженности автокоррелограмм от декабря к апрелю.

Впервые для региона исследована и пространственная корреляция характеристик снежного покрова в мезомасштабе. В качестве аргумента корреляционных функций высоты снежного покрова использован высстныл интервал ДИ . Функция аппроксимируется экспонен-той вида .. . ;■

гд2 = е, (D

где об -параметр функции. По данным 8 горных бассейнов установлено, что величина об , изменяющаяся от 0,25 (бассейн р.Мзымты) до . 1,38 (бассейн р.Ардон) связана с показателями снежности горного бассейна,. Поэтому возможности вертикальной интерполяции (экстраполяции) характеристик снежного покрова неодинаковы в различных частях региона в .силу неидентичности корреляционных функций и должны выступать критерием размещения снегомерной сети.

Третья глава посвящена исследованию плотности J1 и запаса воды W в снежном покрове. Сглаженное (осредненное) Енутригодо-вое изменение плотности снежного покрова сводится к общему, уплотнению снежной толщи от значений,'близких-к плотности свежевыпав-

о

¡пего снега, до плотности в период снеготаяния (0,40 г/см и бо- -лее). Сезонный ход плотности в отдельные зимы' Может существенно -

отличаться от осредненных значений. Основные сезонные флуктуации ,/ вызваны снегопадами. Межгодовая изменчивость плотности по данным наземных снегомаршрут.ов характеризуется стандартным отклонением. <6 =0,03*0,09 г/см^. При этом Ь возрастает в течение зимы. Это объясняется увеличением значений Л5 от декабря к апрелю и, как следствие, ростом ее абсолютных колебаний. Направленное изменение относительных колебаний (¿V) этой характеристики снега в течение зимы не прослеживается. Коэффициенты вариации (во времени) плотности снежного покрова колеблются в пределах 0,07+0,26. В большинстве горных бассейнов отмечается в марте уменьшение многолетней изменчивости ( Су и <4 ) плотности с увеличением высоты местности. -,-

Разработка косвенной методики расчета внутригодового хода плотности снежного покрова /я обусловлена недостатком информации о плотности в ряде-горных бассейнов. Многофакторный анализ с использованием.метода Г.А.Алексеева (1971) позволил внцелить эффективные аргументы искомой характеристики - среднюю высоту.снеи-ного покрова в марте ) и текущую дату (декаду) его залегания СО ). На территории региона были.выделены четыре однородных для связи = £ (£ ) района. Доля вкладов предикторов з уравнения нормализованной регрессии составила 26-42% для и 58-74% для!) , сводные коэффициенты корреляции уравнений' =0,85* 0,94. С использованием предложенной методики был рассчитан ос-редненный сезонный ход в горных бассейнах региона, где наблюдения ведутся по дистанционным рейкам или ренимные наземные наблюдения ограничены.

Определение связи плотности с высотой снежного покрова (М.И. Геткер, 1984) представляет практический интерес для расчета сне-гозапасов. Полученная нами регионально однородная эмпирическая зависимость, позволяющая определять максимальные снегозапасы, имеет вид -ч'а .

(2)

о

ъ Ч =0,91 и средней квадратической ошибкой . 0,028 г/см . Здесь плотность (г/см"), й^^-средняя максимальная высота снежного покрова (см).

Форма связи £ (Н ) зависит от преобладающего в тот или иной момент на определенной Еысоте местности фактора уплотнения. Вертикальные градиенты £ в отдельные месяцы на разных высотных отрезках колеблются, принимая положительные и отрицательные значе-

ния. Если рассматривать плотность при максимальной высоте снежного покрова (В.М.Котляков, 1966), исключив низкие гипсометрические уровни, отчетливо проявляются закономерность уплотнения снега с абсолютной высотой и доминирующее влияние на плотность гравитационного фактора. .Поскольку зависимость /L (¿ ) в условиях региона разнообразна и подвержена сезонным изменениям, постольку и вертикальное распределение плотности снежного покрова находится в соответствии с этой зависимостью. Для сеяэи высоты снежного покрова на период (дату) ее максимума с его плотностью получена формула 0,12

f^O.BG&max (3) ,

с корреляционным отношением 0,83 и средней квадратической ошибкой уравнения 0,026 г/см°. С помощью выражения (3) построена карта распределения плотности на период (дату) максимальной высоты снежного покрова в регионе. Повсеместно в мезомасштабе плотность подчинена закономерности вертикального изменения и увеличивается с высотой местности. Величина вертикального градиента плотности в основном превышает 0,012 г/см0 на 100 м, достигая максимума в том диапазоне, где происходит интенсивный, рост снегозаласов. Плотность при на одной и той же абсолютной

высоте уменьшается с запада на восток. Зональное распределение плотности'снежного покрова нарушается мезоорографическими азональными эффектами в снегонакоплении.

Запас воды в снеаном покрове относится к важнейшим параметра}.! снежного покрова. Сезонная динамика запаса вода в снежном покрове неоднородна внутри региона к в первую очередь определяется местной снежностью. Средний декадный максимум снегоза-пасов по данным станций фиксируется вс временном интервале от 3-й декады января (Гузерипль) до 1-й. декады апреля (Ачиико). Дата (период) максимального запаса воды в снежном покроЕе в конкретные годы колеблется. Разность между самым ранним и самым поздних: сроком наступления Щ^х составляет на Ачишхо 35 дней, б Архызе - 83 дня. Внутригодовой ход запаса воды в сненном покрове является отражением изменений его высоты и плотности. Рост \л/, как правило, продолжается и после наступления максимума его высоты. По данным станций разница между датами наступления Р^пах-и Щгив некоторые зимы составляет 28-40 дней, а в средне;.! -1-2 декады..По материалам маршрутных ежемесячных снегоеьемок в 50-80/? случаях пики запасов воды и высоты снежного покрова не-

синхронны.

Фактические колебания ме~годовой изменчивости М в марте по данным снегопунктов характеризуют пределы. 6 =794-526 мм и Ом =С,27т1,29. Во всех частных горных бассейнах отмечается четкая закономерность уменьшения (V и увеличения <6 снагоэапасов с ростом абсолютной высоты.

Средние максимальные запасы-вода в сметном покрове на снегомерных маршрутах определялись двумя способами: I) путем осреднения наблюдений на снегопунхтах и 2) с использованием зависимостей п^иц. (3 )' и рассчитанной. по (2) плотности. Оба способа показали близкие результаты.-Ведущей мезозакономэрностьо фонового распределения Щпхх является рост снегозапасоа с высотой с непрерывно увеличивающимися градиентами. Как следствие изменения снежности з меридиональном направлении! отмечается и общее уменьшение' вертикальных градиентов КЦх на одних и тех яе высотах с запада на восток, нарушаемое азональными мезомэ-птабными эффектами. Частные кривые 4^(2 ) имеют елд парабол. Мезонасш-табные зависимости легли в основу построения карты

распределения средних максимальных запасов воды в снежном покрове в регионе. ¿Лакромасштабный (региональный) трэнд поля выражается в их убывании на одних и тех не высотах с з-апада на вссток от периферии региона вглубь_горной страны. Региональный горизонтальны? градиент убывания ^тах. на северном макросклоне в районе Главного хребта равен 3 мм/1 км. В целом пространственное распределение снегозапасов подчиняется;тем же закономерностям, что и поле высоты снежного покрова. Макромасштабными признаками внутрирегиональной снежности являются: I) удаленность от западной, наиболее увлажненной периферии региона; 2) макроэкспозиция склона; 3) удаленность от осевой зоны Главного хребта.

Результаты,изложенные во второй и третьей главах, служат географическим и статистическим обоснованием для практического усовершенствования снегомерных наблюдений, осуществления регионального мониторинга снежного покрова на Западном Кавказе. В четвертой главе на основе выявленных закономерностей распределения и изменчивости снежного покрова рассматриваются прикладные • аспекты его исследований.

Часть главы посвящена вопросам-обоснования системы наземно-авиационных наблюдений над снежным покровом в регионе. Из задач совершенствования снегомерных наблюдений рассмотрены проблема

рационального размещения сети снегопунктов (авиаснегопунктов) и задача расчета рабочей высоты дистанционных реек. Первая проблема вследствие значительной вертикальной неоднородности поля снежного покрова (градиенты изменения достигают 25-40 см на 100 м) связана с размещением снегопунктов по "вертикали". Снего-пункг, расположенный в середине высотного интервала л2 , должен давать возможность определить с требуемой точностью значение высоты снежного покрова на концах интервала. Определение оптимальной величины л£ между снегопунктами в горном бассейне при заданной точности осреднения *£ производилось с применением теоретических разработок Л.С.Гандина и Р.Л. Кагана (1976) для линейной интерполяции и эмпирических корреляционных функций поля Л , описываемых экспонентой (I). Для лН получено выражение

_ 2&г[г - Л^г _ и)

-об

? р

где £ -средний квадрат ошибки интерполяции, & -дисперсия изменения во времени высоты снежного.покрова в точке, в которую выполняется интерполяция,./¿^-мера ошибок измерений, сС -параметр в (I). При заданной точности осреднения•'и известных . значениях об для горных бассейнов рассчитаны величины вертикальных интервалов между снегопунктами. Эти'величины при ¿икси-рованных значениях точности осреднения А существенно различны в горных.'бассейнах, .что обуславливает необходимость дийхеренитрованного подхода к размещению снегопунктов в конкретных частях региона. Рассчитанные значения лЪ служат основанием для проектирования и анализа состояния снегомерной сети. Сокращение наземных снегомерных маршрутов, обеспечивающих известную точность наблюдений, необходимо компенсировать развитием сети авиаснегопунктов с учетом требуемой точности осреднения А- в горных бассейнах. ■■'■'.'

Для расчёта рабочей высоты дистанционных реек получена формула _ . - огг&

где -средняя высота снежного покрова в марте (месяце про-

ведения авианаблюдений) на абсолютной высоте Н ,& -квантиль, соответствующий 5^-ой обеспеченности и равный 1,72. Высоту снежного покрова определяем по известным зависимостям ).

Мониторинг.снежного покрова, являясь частью информационной

системы климатического мониторинга, должен играть свою роль в выполнении наблюдений, оценки и прогноза состояния природной среды. Региональный уровень соответствует конкретному осуществлению мониторинга снежного покрова с учетом гляциоклиматических закономерностей регионального масштаба и возможностей оптимальной организации снегомерных наблюдений. Сформулированы задачи регионального мониторинга снежного покрова: I) оперативно-режимные наблюдения за состоянием снежного покрова, включающие изменения , / и ч/ снежного покрова, слежение за динамикой сезонной снеговой линии; 2) выявление пространственно-временной структуры характеристик снежного покрова (£,/,«/) на различных масштабных уровнях, определение факторов формирования'снежного покрова и его роли в природных процессах, ресурсная оценка снежного покрова; '3) оценка изменений снежного покрова в регионе с учетом глобальных эколого-климатических тенденций; 4) прогноз возможных экологических изменений в окружающей среде.в результате изменений снежного покрова. Выполнение первых двух пунктов служит базой для выполнения двух последующих. Для осуществления идеи мониторинга даны практические рекомендации. Расширение дистанционных методов должно дополняться наземными оперативно-режимными наблюдениями. Постоянно выполняемые (с месячной периодичностью) наземные снегосъемки,по ограниченному количеству маршрутов (в бассейнах рек Белая, Теберда, Учкулан и Мзымта) обеспв7 чивают непрерывность наблюдений на репрезентативных маршрутах, а также проверку и дешифрирования информации, полученной дистанционными методами. В качестве альтернативы наземным измерениям обоснован и.предложен метод авиадистанционных снегосъемок.

Важный прикладной аспект наблюдений за снежным покровом -использование снегомерных данных в долгосрочных прогнозах стока горных рек. Прогностические возможности снегомерной информации изучены на примере многоснежного бассейна р.Мзымты. Источником-метеорологических сведений послужили данные станции Ачишхо (1880 м). Предикторами стока р.Мзымты были выбраны осредненные за различные периоды снегонакопления высоты снежного покрова, максимальная за год высота снежного покрова Лта^. » суммы осад- ■ ков за периоды ХП-Ш и ХП-1У, средняя температура воздуха за период ХП-Ш. Предикторами служили показатели стока-за 1У-У1, 1У-УП и 1У-УШ. Рассмотрение корреляционной матрицы, способствующей генетическому обоснованию метода прогноза стока, показало, что

наиболее высока корреляция стока за апрель-июнь с максимальной высотой снежного покрова (^ =0,858). С уменьшением роли снегового питания к июлю-августу она понижается. Связь стока с показателями снегонакопления ниже (Л =0,56*0,73) и закономерно повышается с увеличением периода снегонакопления. Теснота связи сумы осадков со стоком изменяется незначительно (Л=0,75*0,78). Статистически несостоятельна как предиктор температура воздуха. Полученные результаты дают основание полагать, что материалы маршрутных снегосъемок при соответствующей длине рядов могут использоваться в прогностических целях.

При разработке методики оперативной оценки снегозапасов ставились условия адаптации снегомерных данных для потребителя, нахождения достаточного информационного оптимума при адекватной замене наземных наблюдений дистанционными. Итогом предложенного способа оперативного обобщения снегомерной информации является таблица, в которой осреднение характеристик снежного покрова в горных бассейнах производится по высотным зона).; с интервалам 0,4 км. При этом фактические сведения дополняются сравнительными (относительно средних многолетних значений) данными. Задача оперативной оценки снегозапасов по данным о высоте снежного покрова решена следующим образом. Вертикальные флуктуации поля / в марте относительно некоторого уровня Нс для однородной группы ■горных бассейнов незначительны. При отклонении от 50 на -0,6 км средняя многолетняя погрешность в определении плотности (д/ ) по этому уровню составляет, как правило, 0,02*0,04 г/сы^. В никних частях горных бассейнов, где снегозаласы невелики,увеличивается, но влияние погрешности при экстраполяции ¿> от уровня 20 пропорционально вкладу снегозапасов на тех или иных высотах в средневзвешенные по площади снегозаласы. Обоснованием метода служит связь средневзвешенных снегозапасов, рассчитанных по данным дистанционных реек и значению на уровне 20 , со стоком р.Белой (Г =0,81). Величина погрешности метода расчета снегозапасов пропорциональна № на соответствующей зысоте и изменяется в пределах 19*5% при V/ =100*1000 мм. -

Заключение. При выполнении работы мы попытались осуществить комплексный подход к изучению снеяного покрова Западного Кавказа, а не ограничиваться одним или двумя', пусть интенсивно разработанными, направлениями. Обобщены и проанализированы материалы снегомерных наблюдений на сети станций (постов), а также новые

данные маршрутных, авиационных и экспериментальных снагосгьемок и суммарных осадкомзров. Основной результат работы состоит в детальном описании пространственного распределения, внутригодового хода непременной изменчивости высоты, плотности и запаса воды в снежном покрове на территории Западного Кавказа. Особое внимание уделено при этом определению фоновых характеристик снежного покрова на территории региона,' включая малоисследованные горные бассейны и высокогорную зону. Осреднение характеристик снеаного покрова на региональном уровне позволяет не только построить соответствующие фоновые карты, что само по себе является прикладным результатом, но и в дальнейшем оценить снекный .покров региона с позиции блока модели климата. Описаны азональные мезо-иаситабные эффекты поля снежного покрова, вызванные условиями . взаимодействия орограйии и влагонесуп^х потоков. Выявленные особенности статистической структуры и пространственной корреляции полей характеристик снежного покрова дали возможность разработать методические рекомендации по совершенствовании системы снегомерных наблюдений, которые внедрены в практику гидрографических подразделений СевКавгидромета. Данные оперативной оценки снегозапасов в горах, производимой с применением новой методики, используются в долгосрочных гидрологических прогнозах Краснодарским краевым управлением мелиорации и водного хозяйства и управлением эксплуатации Краснодарского водохранилища. Практическое применение нашли и предложенные методики расчета внутригодового режима характеристик снежного покрова.

В условиях растущего дефицита водных ресурсов в Краснодарском, и Ставропольском краях, необходимости хозяйственного и рекреационного освоения горной территории полученные результаты представляются весьма своевременны»™ и отвечают возросшим потребностям климатологического и, гидрологического обеспечения.

. Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. 0 пространственной изменчивости толщины снежного покрова на

- Западном Кавказе (на примере бассейна р.Белой). - Депонент ■ ВИНИТИ Й3098-В86 от 28.03.86 г. - 17 с.

2. Гора Ачишхо - "полюс снежности" Большого Кавказа? - В сб.

"Человек и стихия* 87". Л.: Гидрометеоиздат, 1986, с.81-82.

3. Некоторые особенности распределения снежного покрова в бассей-

не р.Белой. - В сб.работ гидрометеорологического центра Се-

веро-Кавказского ЭТКС, 1987, вып.2(20), с.86-94.

4. Временная изменчивость высоты снежного покрова на Западном

Кавказе. - В сб.работ гидрометеорологического центра Северо-Кавказского УГКС, 1987, вып.2(20), с.95-107.

5. Снежные ресурсы Западного Кавказа: исследования, оценка. - В

кн.: Природно-ресурсный потенциал горных районов Северного Кавказа. Тезисы докладов к научной конференции. Краснодар: 1987, с.87-89 (совм. с Измайловым Г.Г.).

6. Исследование снежного покрова в районе Лагонакского нагорья. -

В кн.: Проблемы Лагонакского нагорья. Сборник тезисов. Краснодар, 1987, с.24-27 (совм. с Лозовым С.П., Измайловым Г.Г.).

7. Плотность снежного покрова на Западном Кавказе. - Изв. Севе-

ро-Кавказского научного центра высшей школы. Естеств. науки,

1987, №4, с. 100-104.

8. О "полюсе снежности" Большого Кавказа. - Труды САНИИ Госком-

гидроыета, 1988, вып.129(210), с.25-30.

9. Снегозапасы как стокообразуюций фактор половодья горных рек

Западного Кавказа. - В кн.: Актуальные вопросы изучения экосистемы бассейна Кубани. Сборник тезисов, чЛ. Краснодар:

1988, с.28-30.

10. Снегомерные наблюдения в верховьях Кубани. - В кн.: Акту-

альные вопросы изучения экосистемы бассейна Кубани. Сборник тезисов, ч.1. Краснодар: 1988, с.41-42. (совм. с Измайловым Г.Г., Ефремовой С.И.).

11. Исследование поля атмосферных осадков в труднодоступных райо-

нах Западного Кавказа» - В кн.: Природно-ресурсный потенциал горных районов Кавказа. Тезисы докладов региональной конференции. Грозный-Сочи: 1989, с.62. (совм. с Измайловым Г.Г., Самариным В.М.).

12. Закономерности распределения и пространственная корреляция

характеристик снежного покрова Há Западном Кавказе. - Труды САНИГМИ, 1989, вып.132(213), с.20-31. - ' . ■

13. Проблема регионального мониторинга .снежного покрова горных

территорий (на примере Западного Кавказа). - География и природные ресурсы, 1990, с.61-66, .

14. Статистическая структура поля'снежного покрова и рационализа-

ция снегомерных работ в горах Северного Кавказа. - Труды ЗакНИГЖ, 1990, вып.92(99) (находится в печати).