Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Временная изменчивость мощности деятельного слоя почвогрунтов Западной Сибири

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Временная изменчивость мощности деятельного слоя почвогрунтов Западной Сибири"

I Ч

inca

Мое , некий ордена Лспнна, орднга Охтибрьсхой революции и ордена Трудового Красного Знамени государственный унннерситет имени М.В. Ломоносова Географический факультет

И а правах рукописи СкорСилии Николай Александрович

Временная изменчивость мощности

деятельного слоя иочвогрунтов Западной Сибири

04.00.07 - í!j;.ícei:epii::4 геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат

диссертации ил соискание ученой степени кандидата геогрзфичесхнх тук

Москпа - 1992

Работа выполнена в Институте проблем освоения Севера Сибирского отделения Российской Академик наук (г. Тгх:ень)

Научные руководители

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор географических наук профессор I И.А.Некрасов[

доктор географических наук профессор В.И.Соломатин

доктор географических наук профессор H.A.Граве

доктор географических наук В.Л.Суходровский

Западно-Сибирский зональный научно-производственный институт по инженерным изысканиям в строительстве (ЗапСибЛНИИИС)

Защита состоится ".1е] "

'р <J аетг

I

1992 г. b часов

на заседании специализированного совета по геоморфологии, эволюционной географии, мерзлотоведению и картографии (Д-053.05.06) при Московском государственном университете им. Ы.В.Ломоносова по адресу: 119899, г. Москва, ГСП-З, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, аудитория Д ¡С*) ■

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ (21 этаж). Автореферат разослан

"Ж."- С\<]А<.:?._ЯС)^ Л992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, д.г.н., профессор

с.ф.кникников

'«-^■V СКДП

■ . ;• .' ;■! Общая харастеристика работы

■ •i... i .л

---Актуальность работы. Решения значительно* чести о.соло-

тических проблем, возникавших при хозяйственном осюепии За.' падкой Сибкри, в той или иной степени сеяззны с самым верхним слоем литосферы, игравгщ:"! б к::ян;: природы и общества важную роль. В данное регионе ок представлен почвогрунташ, подвергаютамиск процессам сезонного прошрзкния я сезонного протайвалия. Эти пропессы происходят в слое почвогрунтов, часто называемом их деятельным слоем (Сумгин, 1937; Попов, 1967; Павлов, 1984; Гргбецхяя, %nrp, 1583) и представляющим собой собирательное понятие для сезонномерзлого (С.МС). и се-зонноталого (СТС) слоев.

Исследования временной изменчивости мощности деятельного слоя почвогрунтов (ДС), то есть ьикскшльной за год глубины сезонного протаиьалия (коапюсть СТС) в области распространения многолетнемерзлых горных пород (ЮШ) или сезонного промерзания (мощность CMC) вне области распространения K33I, весьма аэтуальш в настоящее врегя. В результате действия различных природных и антропогенных факторов в почвегруктах могут происходить весы'л значительнее изменения термического режима почвогрунтов и »гоароота ДС, сопровождаема в некоторых случаях трансформацией геосистем вплоть до их разрушения (например, в результате криогенных: процессов, водной эрозии, дефляпки и т.д.), что грозит необратимыми последствиями для окружающей средн. .

Цель к задачи работы. Цель данной работы - разработка научно—методических принципов взроятностного краткосрочного прогнозирования мощности. ДС почвогрунтов ка 'основе изучения закономерностей ее временной изменчивости в Западной Сибири.

Для достижения этой полк были поставлены а решены еле-? дущие задачи:

- обработаны с поиощыо статистических ют о до в и проанали-зяровгкк материалы наблюдений на кетеостаншях юга Западной Снбири за колебаниями годности CMC за период I960-1990 г.г.

в связи с изменчивость») основных ктпжатичесггас характеристик;

- проведены полевые наблсдекля за пространственно-временной изменчивостью мощности СГС в течение I935-I99I г.г. на опытных площадках, заложенных в различных природных условиях

;;сидедус;..эгс региона;

- кзучеьа харги.-тсрястикл временной изкен--.ост и и^'цнос?к ДС в различных1 географических условиях и выявлена з еэ временных радах циклические и трен до вые составляющие ;

- разработки каучгсо-иатодические пр:иш'.:пы прогнозирования ьос:.*.Олних кодности ДС в блкжайлше десятилетия в связи с прогнозируемо* изменениями клжлатических условий б регионе;

- разработаны и обоснована научно-методические принципы вероятностного краткосрочного прогнозирования модности ДС, учитывающие особенности структуры ее временных рядов с подразделением их на серии лет увеличения, уменьшения и стабильного хода мощности ДС;

- исследованы с поыощш статистических методов результаты инструментальных наблюдений и выявлены достоверные связи колебаний мощности ДС с изменениями характеристик солнечной активности, вулканических извергший, атмосферной циркуляции, температуры воздуха и других природных процессов и явлений с цельл дополнительного использования их в прогностических целях.

Уотодика исследований и фактический материал. Обширность территорий Западной Сибири предопределила неравномерность ее изучения. При исследованиях временной изменчивости мощности СМС на юге региона были использованы данные (главным образом, по керзлотомерам А.И.Данилина) 10 метеостанций:У ват, Тобольск - юг.иая тайга, Тюмень, Ярково, Ялуторовск, Багай, Викулово - подтайга, Иаим, Бердахье, Ильинка - лесостепь. Для их обработки применялись статистические методы, вклэчая компьютерные расчеты.

Изучение пространственно-временной изменчивости мощности СГС в естественных и нарушенных условиях проводилось в основном на опытных площадках, заложенных на полуострове Якал в районе пос. Харасавзй (арктическая тундра) и на территории Ьованенковского газокснденсатного месторождения (типичная тундра), в окрестностях пос. Ембург (южная тундра), в низовьях р. Оби (лесотундра), в районах Сибирских Увалов, среднего течения р. Харашура и г. Надыма (северная тайга). На каждой площадке в одних и тех Ее точках (географических пунктах),

выбранных в разлкчшлс ландЕафтттг условиях, производились систематические измерения глубина протаиззнкя почвогрунтоп металлическим купон в период 1935-1991 г.г. Этл работы дополнились термометрическими, лсндг^ткнг-гн, "отеорологичесгку;: я другими исследованиям!.

Для решения поставленных задач использоьаллсь та;:г.о данные по солнечной активности, вулканическим ипвсргг'пнгм, атг/о-сферной циркуляции, дендрохрсноклжатологпи :: т.д. Проанализированы многочисленные отечественное частично, зарубегзшэ литературные источники по проблема:,;, рассматривае?,-:?/ в предлагаемой работе.

Данная работа является итого:: провецонтнх автором исследований з составе лаборатории региональной гео-.гриолегяи КПОС СО РАН по планау. научно-исслсдовательсп'лх у. хозяйственно-договорных работ Института б течение 1985-1991 г.г.

Научная новизна работа состоит в тон, что на основа систематического обобщения к анализа материалов исследований, проведенных автором, а тапге литературных источников и данных метеостанций, внпвле:гы закономерности временной изменчивости ложности ДС пзчвогрунтоз Западной Сибчри в естественных и нарушенных условиях. Для конкретных гсогрсфачссгпгс пунктов определена продолжительность пнклоз ео временных рядах ковкости ДС. На основе анализа источников различной инфорти:« дан прогноз еозкок.'плг изменений кецноети ДС в регионе в блг.гаГ-лиз десятилетия в связи с прогнозируема?.::! колебанляуи климатических условий. Разработаны и обоснованы научне-методичеекке приникли вероятностного краткосрочного прогноэ:фог>ания новости ДС, учитывающие особенности структуры сс Брсксгкнг: рядов с подразделением их на с'ерих лет увеличения, уменьшения и стабильного хода кояности ДС. Исследован;.! с погоды» статистических методов результаты инструментальных наблюдений и выявлены достоверные связи колебаний мощности ДС с изменениями характеристик солнечной активности, вулканических извержений, атмосферной цирхуляпии, темперетурн воздуха и других природных пропессов и явлений с геяыо дополнительного использования их в прогностических пелях.

Соискателем выдвигаются следующие осноьь:ьте положения, предста елгяете пункты зачиты:

I. На основе обобщения собственных натурнкх наблюдений,

д-.-'м- i сеуи ¿■с-тгост шц;:.'! и ли-гсрагурных ксточиикоа изучены зслоноцариости ^рэ^^клой ;;с".:с:;т"шостн ыоси-юстп ДС почвогрук-тив Западной Сибири в с:.>я1'ль;:п .л особенности для ряда конк-роти-лс географических районов.

Z. Разработки иау чло-ыетодичссккз принципы ьсроятносг-

пр-'лю-ировсиия KOifiSCTH ДО, в первую очередь ка основе у" i o^Jiw'-'L'x ссобеыюс'лой структуры ее временных радов для кратких гаогрсфпчсских пунктов, а также с учетом сложного л юоднс-знэ'шого сисдсйствия коеылчес.сих, эндогенных, экзо-генних и антропогенных фсдюров изменчивости климатических характеристик.

3. ría ociaos анализа аьтокорреляшожа« функций показано, чю вреиенж-э нодебшьи новости ДС, как и шогие другие лроцессьг, происходят с определен:юй цикличности), использование которой, наряду с анализом и синтезом материалов по. ессоствек и антропогенным изменениям климатических усло-s.iñ в регионе, прогсссаи атмосферной циркуляции, дендрохро-нощшкатологли и другим источникам информации, позволяет уточнить для изучаемой территории вероятностную оценку зоз-колнкх изкеиени! иг/дносхи ДС з блкхайпие десятилетия.

4. Разработка основанная па использовании особенностей структуры временных рядов методическая схома вероятностного краткосрочного прогнозировала МО'д-'ости ДС с определением

ое:.таго шгсг^БСла со зна^сниЛ, использование которой способно cyi-pc¿»оа«о nocucKíb с^.Г.сктигиость рспенкя кюгкх аа-я прикладные задач, в той числе связанных с прогиозл-деплвга: устс;;ч;:гости почвогругггов к тсяногетши

f034üKCv:-íí;>.:<, орг-.:::23й1^£йГ. и прогедепие^

5. Виолена и стгии'лп-.сскн ппдтяерздоиа достоверность ссяаеЛ короста ДО с яазеши&я солнечкоГ» ахтикчостя, вулканических И5вер;:о-.;сП, еткосферной циркуляция, егмяературы воздуха и т.д., учет которых яовылас-т эффективность прогнозирования.

6. Дани примера вероятностям краткосрочных (сроком на один кли дна гсда) прогнозов (в тои ще:з - рйтрсспзктивных) nau£ií¿m& мощности Сл:С и СТС, а та;:г;г средней годовой температуры воздуха для .'.ошфетньк географических пунктов.

7. Показано, что спраадывае:.ость прогнозов (при усло-

ига, что фактические значения прогнозируем;« характеристик не выходят за пределы предсказываемого их интервала), в том числе ретроспектигнкх, шполнанных по рассматриваемой в работе методической схеме, в сред;-:ем для анализируемых геогра-фическзос пунктов яревьяеет 65%, что в целом укладывается в пределы необходимых требован!^ к онравднваемости такого рода прогнозов.

Практическое значение. Проведение исследования могут служить исходной основой для разработки перспективного планирования хозяйстветшх, природоохранных мероприятий, прогнозирования изменений природной среды е естественных условиях и при техногенных воздействиях, при организации и проведении керзлотно-климатичзехого мониторинга. Полученные результаты исследований внедрены в практику работ организаций: ВНИПИГаздобыча (г. Саратов), Гипротхжегсгефтегаз (г. Тюмень), ГкНИИГнпрогаз (г. Донецк), Совзгазтсхислогия (г. Москва), Ленаэропроект (г. Санкт-Петербург).

Апробация работы. Основное поло-гения работы докладывались на УП конференции научной лолодеки (Якутск, 1986), научно-практической конференции "Повютние эффективности инженерных изыскания для строительства в нефгегаооносшгх районах Западной Сибири" (Тюмень, 1987), У1 конфзренгии Тюменского • отделения В"0 All СССР "Геология и минерально-сырьевые ресурсы Западно-Сибирской плиты и ее складчатого обрамления" (Тюмень, 1987), I Есесогзной кокферангаи "Экология нефтегазового комплекса" (Надкм, 1988), У научно-практической конференции "Инкенерно-геологические изыскания в области вечной мерзлота" (Магадан, 1939), заседании кафедры криолитологии и гляциологии ЬТУ (Москва,'1990), объединенном семинаре лабораторий региональной геокриологии, экслогиз крносфэры и геофизики сложных структур ШОС СО РАН (Тюмень, 1990).

Публикации. По теш диссертации опубликовано девять работ, в том числе коллективная монография "История геокриологического исследования Западной Сибири". Результаты исследований приведена такке в более чем 10 научно-технических отчетах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка-литературы. Общий объем рукописи составляет 201 страницу. Текстовая часть изло- .

жена на 130 страницах, илластрирована 19 рисушами и 27 таб-липагш. Список использованной литературы насчитывает 259 наименований, в той числе 12 на иностранных языках.

Большая заслуга в постановке и выполнении исследований, послуживших основой данной работы, принадлежит профессору И.А.Некрасову, осуществляжему научное руководство в 19&71989 г.г. Завершение работы в 1990-1992 г.г. проводилось под руководством профессора В.И.Соломатша, которое автор выражает глубокую благодарность. Автор такзе искренне признателен за постоянное внимание, большую помощь, ценные советы и замечания В.Г.Чигиру (МГУ), а такие сотрудникам Ж10С СО РАН и МГУ: В.В.Ану, Б.И.Геададинику, Н.Д.Горбано, Ж.А.Ех-гарзву, А.А.Коновалову, М.А.Коняхину, Л.И.Лельцер, А.И.Попову, Г.Э.Розенбаум, Ж.Н.Соловьевой, Н.В.Тумель, В.Р.Цибульскому, Н.А.Шполянской, Ю.В.Шумилову и другим.

Основное содержание работы

I. Закономерности формирования мощности деятельного слоя почвогрунтов

Промерзание и протаиьание горных пород связано с периодическими колебаниями притока солнечной радиации на поверхность Земли. Энергетическая основа формирования н изменчивости мощности ДС почвогрунтов обусловлена теплообменом между литосферой и атмосферой, соотношениями приходной и расходной статей годовых теплооборотов в почвогрунтах.

Роль основных факторов формирования и пространственной изменчивости мощности ДС достаточно полно рассмотрена в многочисленных исследованиях. В предлагаемой работе внимание, главным образом, уделено важнейшим факторам, обусловливаюцш временную изменчивость мощности ДС. Отмечается, что влияние солнечной активности, вулканических извераений, атмосферной пиркуляши на изменения мощности ДС происходит опосредовано через колебания погодно-климатических условий.

Сложность и многообразие суммарного действия всех факторов на изменчивость мопшости ДС определили подход, используемый б данной работе, при котором закономерности временна изменчивости анализируемой характеристики, научно-ыетодичее кие принципы ее вероятностного прогнозирования рассматрива-

втся, в первую очередь, исходя из изучения особенностей структуры ее временных рядов для конкретных географических пунктов. Для повидения эффективности прогностических исследований привлекаются Данные о статистически подтвержденных связях колебаний ыопности ДС с изменениями солнечной гктив-ности, аткосферной цирку.-ятии, вулканической деятельности и других факторов.

Первые опубликованные данные о мсгдюсти ДС в Западной Сибири относятся к середине ХУШ столетия (Gaelic., 17?2). Большой вклад в изучение временной изменчивости мощности ДС в этом регионе внесли М.И.Сумгин, В.Ф.Туыель, А.И.Попое, В.А.Кудрявцев, П.И.Колосков, А.П.Тьтртаков, П.Ф.Ивецов, Е.А. Бтюрина, А.В.Павлов, Н.А.Шполянская, В.Г.Чигир, В.П.Чернядь-ев, Л.Н.Максимова и другие исследователи.

Если относительно CMC у исследователей существует весь-ка однозначное мнение о том, что его мо-дность в' Западной Сибири изменяется во Брекега в значительных пределах, подчиняясь при этом в осноенсп колебаннта погодно-::ли?латкчесот:х ус-лоекй (Чигир, Губннл, 1975; Шкадова, 1979; Етюрина, Михаль-чеико, 1936; Гилич:шс;п;й, 1933; и др.), то насчет СТС мнения по это;.-у вопросу рас делились. Одни исследователи делают вывод о достаточно большой стабильности новости СТС во времени '(Тыртикоз, I9GI; Бтюрина, 1975; Павлов, I9B4; и др.), другие приводят фзктг ее достаточно больпих по амплитуде временных колебаний (Кондратьева, Труп, 1651; Кудрявцев и др., 1951; Шьечов, Запороотева, 1963; Чернядьев, Неронова, 1674; Полуостров Ямал*.., 1975; Брлопухова и др., 1975; Москаленко, IS37; Дубровин и др., 1937; и др.). В данной работе приводятся и анализируются дополнительные материалу по этому вопросу, свидетельствующие о различных амплитудах временных колебаний модности СТС в регионе в зависимости от слояивпих-ск фпзкко-географических условий.

2. Пространственная и временная изменчивость мощности деятельного слоя почвогрунтов .з Западной Сибири

В целом на территории Западной Сибири выделяются три крупные зонально выдержанные области: северная - сезонного протаигаш'я почвогрунтов на ММП, петая - сезоного промерза-

ния на талых породах, и центральная, где встречаются как сезонное протаивглие, так и сезонное промерзание. Наряду с зональностью, важную роль в пространственной ».¿¡ксичивости мощности ДС играют местные факторы Онтологический состав, вла-vho„ti. почвогрунтов, снедней и растительный покровы и др.), б результате действия которых ее величина может различаться в три-пять раз и более в точках, расположенных в кепосредст-t г *:ной близости друг от друга.

В распределении мощности ДС в торфяниках региона в слабой степеии простегивается зональность с общим увеличением ее величины с севера на юг от 0,1-0,2 до 0,8-1,0 м. В минеральных почвогрунтах мощность СТС распределяется с весьма четко вырааенной зональностью. Ее величина возрастает в песках от 0,4-1,8 м в тундре до 1,3-3,0 м в северной тайге, в супесях соответственно от 0,4-1,3 до 1,2-2,5 м и в суглинках от 0,3-1,2 до 0,8-1,8 к (Геокриология СССР..., 1989), то есть в целом такие увеличивается с севера ка юг. В распределении мощности СПС в этих ке почвогрунтах такой четко выраженной зональности не наблюдается. Ее величина закономерно уменьшается от 1,6-2,5 м в песках, 1,4-2,5 и в супесях и 1,1 -2,3 м в суглинках северной тайги до 1,0-2,2 м в песках, 0,9 -2,0 м в супесях и 0,8-1,9 и в суглинках юккой тайги и под-тайги. Однако ю?зюе, в лесостепной и степной зонах, из-за значительного уменьшения мощности снешого по:фова и влажности почвогрунтов наблюдается азональное увеличение мощности CMC, местами до 3 и даке 4 м (Чигир, 1975).

В основу изучения временной изменчивости модности ДС в данной работе полонены ее вреу.еннке ряды, представляющие собой г.эследовс.телы'.ые числовые значения мощности ДС, характе-ризувдие для конкретных географических пунктов изменения ее состояний во времени.

Исследовег::,; трендовых составляющих временных рядов мощности CMC за последние 40 лет показали, что на юге Западной Сибири в'1950-е и до конца 1960-х годов отмечалась тенденция к росту ее величины, но в дальнейшем вплоть до настоящего времени стала проявляться тенденция к ее уменьшения. Тренд за весь рассматриваемый период I950-IS90 г.г. такке свидетельствует о тенденции к уменьшению мощности CMC. ¿¡алочиелейность и нерепрезентативность временных рядов мощности СТС

для изучаемого региона затрудняет характеристику их трендов, однако данные, полученные автором для районов Ягсла и Нижнего Приобья, дают воэ>'огс:остъ предполагать еыэсд о проявлении там з последние годы тенденции к увеличена мощности СТС.

Имеется множество фактов, СЕИдетельствуюикх о наличии ссмых различное периодически пз^торяззихся природных явлений. Б болыяшетве случаев для ккх характерен циклический ход развития, причем установленная продолжительность циклоп колеблется от cat о к до миллионов лет и белее.

Вывод В.Г.Читира к О.Н.Губкной (1975) и некоторых других автороЕ о наличии цикличности г.с Ерсгзшп'л рядах мо^'.ос-ти CMC в Западной С;;б;ггг. подтвержден на осксг*ним спалила автокорреляционных фуккцмй их рядов, яров?де:з5ого в ходе данной работы. С зачетом всех требований, предъявляемых к этолу анализу, для исследупьззс ыегееекчигай были установлены саедусетп? кероткохтериодгп.-е (то ютсдячес^гям условиям продолжительностью до 20 лет) циклы:

Увет - 4 года, Тобольск - 2, 5, 7, 9, 12, 15 лет,

Ярково - 3, 5, 7 лет, Тсксг.ь - 3, 9, 1?. лет, Ялуторовск - 2 года, Вагай - Ш лет, . Зикулово - 10 лет, Бсрдчтхъс - 4 года, осредненный (для 10 станций) ряд -3,5 лет. Для станций ItaiM и Ильинка достовсрнь*.-; короткопериодных циклов продолетггельнсстгя, кратной целым года1.?, нз установлено.

3 работе'приводятся такне фзкты наличия цикличности во Ереке:пптх колебп!Стях мозиосте СТС (например, продолкительно-стьл шесть лет для пункта наб.тодс,;кй, расположенного в бассейне р. Хейгаяхи), что соответствует аналогнчн'-м выводам Л.Н.Максимовой (1970), П.З.Шгецопа и Н.Г.Еобова (1980) и др.

Для рассматриваемых в данной работа вре.гснь-'.гс ■ рядов мощности С"С определены конкретнее прздэлы ее экстремальных значений, выявленных за схвапеижП наблюдения*::! период,, причем в их распределении тлеется определеш^г закономерности, котерче в дпльнсйзс?г использований прогностических целях.

3. 1/этоды вероятностного краткосрочного прогнозирования ?:оп:ости деятельного слоя лочвогрунтсв

Основсй вероятностного краткосрочного прогнозирования ).'о:~5:остк ДС нечзоггуггог служат результаты систег.'лтитеского

изучения особенностей структуры ее гременных рядов с подразделением 1тх на серки лет ее увеличения, уменьшения и стабильного хода, а такзе статистически достоверных связей изменений мощности ДС и характеристик солнечной активности, вулканических извержений, атмосферной циркуляции и других природных явлений и процессов.

Для решения различных задач, связанных с изменчивостью ыо'цности ДС во времени, а также проведения более достоверного ее вероятностного прогнозирования, большой интерес представляет прогнозирование тенденции ее изменений в ближайшие десятилетия.

Признавая ведущую роль колебаний погодно-климатических условий в изменчивости мо>щости ДС, при прогнозировании последней следует учитывать возможные пути их"эволюции в прогноз ируелгуй период. В предлагаемой работе они рассмотрены при анализе позиций сторонников "холодного", "теплого" и "нестабильного" прогнозов изменений климатических условий в регионе (Трофимов, Еасильчук, 1984).

По дендрохроноклиыатологическиы данным, в Северном полушария, в тог,: числе Западной Сибири, следует ожидать в бли-кайкие десятилетия колебания климата в рамках естественных вариаций, причем после понижения температуры воздуха в 19941996 г.г. возмогло ее повыпение з 2005-2013 г.г. (Еерри к др., 1979; Шиятов, 1936; Еерри, 1991).

В соответствии с "холодным"' климатическим прогнозом Н. А. Шло л ян екая (1975, 1976, 1931) предположила, что на территории Западной Сибири, располоденной к северу от б5°с.ш., мощность ДС к 2000-2010 г.г. практически не изменится. На территории между 65 и' 60°с.ш. произойдет некоторое уватиче-ние ее ветчины, что, по мнению данного автора, повлечет са собой в ряде случаев ликвидации так называемой "неслиЕаю'цей-ся" мерзлоты. Д.А.Гшшчмнскнй (1986), основываясь также на "холодном" протаезо изменений климата, считает, что в пределах сезонной крколитозоны Зашдной Сибири до конца текущего столетия сохранится аградацисшгая тенденция современного мерзлотного процесса.

Анализ и синтез многочисленных источников разнообразной информации (данные по естественным и антропогенным изменениям климатических условий в регионе, процессам атмосферной

циркуляции, депдрохронохлиматологии ч т.д.) дозволяют предположить, что в блиг"ййаше 15-20 лет для ога Западной Сибири в цел с,.« следует окядать некоторого увеличения мощности СУС, хотя ее осредьс:тНыз значения за зтот период вряд ли Еыйдут за пределы естественных экстремумов. На этом фоне будут отмечаться кратковременные периоды более значительного увеличения или уменьшения модности Q!C, связанные с проявлениям 2-3-, 4-5-, Ii-летней цикличности. В дальнейшем возмо»но ее существенное уменьшение, обусловленное естественным трендом, а такте последствиями антропогенного потепления климата. Что se касается СТС, то после .периода некоторого уменьшения его мощности, связанного с похолоданием, прогнозиремым на 1950-е годы (Берри, 1991), с начала нового тысячелетия, по Есей вероятности, следует ожидать ее интенсивного роста в северных районах региона по естественным и антропогенны» причинам.

Подобные выводы относительно колебаний мощности СТС в Западной Сибири согласуются с оценками ее предполагаемых изменений, сделанных для других регионов, в частности территории Якутии (Васильев, 1990; Гаврклана, 1990).

По схеме вероятностного краткосрочного прогнозирования мощности ДС, предложенной в данной работе, его качественная стадия заключается в определении в конце каждого года вероятности того, что в будущем году: а) продолжится ранее появившаяся серия лот увеличения или уменьшения мощности ДС, или б) будет стабильный ход ее величины, то есть произойдет перерыв соответствующей серии, или в) появится новая серия, то есть при текущей серии лет уменьшения начнется серия лет увеличения и наоборот. Тагам образом, в будущем году будет отмечаться одно из трех возможных направлений хода процесса.

Прогнозировать это направление можно, исходя на знания условной вероятности продолжения или непродолгения текущих серий лет увеличения, уменьшения или стабильного хода мощности ДС различной продолжительности. Условная вероятность порядка 75-20? и пыле достаточно спредатенно позволяет прогнозировать начало новой серии, если это оценка кепродоляения те--кущей серия, или продолжение текущей серки, если это ее оценка (Дружинин, 1937).

Для повышения: эффективности стадии качественного прогно--за необходимо привлечение дополнительней информация. Часть

возмоеных ее кстсчнизсое рассмотрена 2 данной работе на примере вероятностного прогнозирования мощности CMC сроком на один год для 10 метеостанций юга Западней СиСира. К числу oí юг источников относятся следуаш*"-:

1. Наленкя уменьшения моенооти CMC в годы солнечных ре-пероЕ (годы бэльикх и максимальных по абсолютно?: величине пркрааений солнечной активности) вообще у. в годы отрицательных солнечных релеров (годы резкого уменьшения солнечной активности) в частности к ее увеличения в годы, слсдугщке за ними. Эти явления имеют высокие оценки условной вероятности для некоторых метеостанций (ь данной работе статистически достоверно для Тобольска к осредненяого ряда по 10 стенцяяк). Использование этого источника информации требует соответствующих надегнь-х прогнозов солнечных реперов.

2. £влон;1л уменьшения мощности СЫС дчя некоторых метеостанций (статистически достоверно для Тобольска, Т'ишшки, йр-i:oeo к осредненшго ряда) в гедм влияния крупных вулканических изЕсркенкй к ее увегкчепия в года сведукчие за галл:. Этот псточ:и:-: информации irser оказаться•одрим из самы:-: надежных

и удобмнт, ущ:г£1.ал эффект заяЕздыЕсгда» на 0,5-2 года влияния продуктов вулканические кзоер-еккй ¡ri изменения мощности CMC.

3. Do данным нескольких стагамий (Вгл-улого, Уват, Вагай, Vsobí, осредненный ряд) статистически подтверждена нему чай-кость преъыпекЕй нор£гы мощности CMC на следующий год после того., как в октябре предыдущего года более полокгны его дней в Сибирском секторе Нормировались элементарные циркуляционные механизмы-(ЭЦУ) трех групп долготной атмосферной циркуляции. Эта сакономеркостъ, несомненно, не являющаяся сдтствсшай во взаююотноиекшк sp ежиных колебаний мощности СНС к процессов атшеферной цтакуллцкп s обусловлена значением псгсд^чо-климатических условий октябрл каг. БкпнсЯпего косяпг начального периода формирования С?С.

4. Характеристкгк группировок однолетию: и длительна серий лет увел1;чы:ия, у?геяыг,енкя к стабильного хода мощности □1С, ех состава кевду сериям:' разно* прэдользгтельноста, которые в отдельные годы i'or-т оказаться полезные дня псимения аффективностк прогнозов.

5. Неопределенное?:;- прогно^т^т-елта; могу? умеш.гигь оценки территорией* согл<.соб;:чност;т (нссог-таслг^т-еос-

ти) появления; лет увеличения и уменьшения мощности CMC в разных географических пактах исследуемой' территории.

3 некоторых случаях при вероятностном прогнозировании мощности С!.!С могут такие оказаться полезными сведения о текущем вековом или крупных внутривековых циклах ее колебаний, характеристики серий экстремумов временных колебаний мощности CMC, сведения о редких явлениях (очень больших или очень малых величинах по сравнении с ранее наблюдавшимися) мощности CMC и некоторые другие источники дополнительной информации.

Количественная оценка прогнозируемых величин в работе с определением снедаемого интервала их значений осуществляется путем построения их автокорреляционных полей с использованием свойств внутрирядных связей и учетом их возможного расслоения (Дружинин, IS37).

4. Практическое применение методов вероятностного краткосрочного прогнозирования мощности деятельного слоя почвогрунтов

Используя методические принципы вероятностного прогнозирования для рассматриваемых в данном исследовании 10 метеостанций юга Западной Сибири и их осредненного ряда,составлены прогнозы сроком на один год изменений мощности CMC на какдый из I953-I99I г.г. (на 1953-1983 г.г. - ретроспективные прогнозы). Для повышения эффективности прогнозирования привлечены указанные выше источники дополнительной информации. Из. этих прогнозов, как показала произведенная оценка, в средни« оправдалось бы около 2/3 их общего числа, в том числе в 1989 г.-6455, в 1990 г. - 73$, в 1991 г. - 675?.

В связи с отсутствием репрезентативных временных рядов мощности СТСв регионе, в качестве объектов вероятностного прогнозирования используются гидрометеоэлементы (в первую очередь, температура воздуха), обладающие, в своп очередь, репрезентативными рядами наблюдений и статистически подтвержденными связями с мощностью СТС. По данным метеостанций, расположенных в исследуемом районе, производится вероятностное прогнозирование этих выбранных гидрометеоэлементов сроком на один год по используемой в предлагаемой работе методической схеме. Затем, используя статистические связи, а также эмпирические расчеты,

проводится прогнозная оценка мощности СТС сроком на один или два года (в зависимости от особенностей связи ее с рассматриваемыми гидрометеоэлементами).

Средняя оправдываемостъ ретроспективнт: вероятностных прогнозов анализируемой в работе средней годовой температуры воздуха, сделанных дчя девяти метеостанций региона не прошедшие 10 лет, на качественной стадии составила больше 70%. Применяя е дальнейших расчетах ожидаемые значения этого показателя, были составлены соответствующие прогнозы сроком на один год изменений мощности СТС. Как и прогнозировалось, ее мощность б 1989 и 1990 г.г. увеличилась повсеместно на Ямале и в Никнем Приобье. Однако в 1991 г. прогнозируемое уменьшение мощности СТС в целом наблюдалось лишь в районах Ямала, в то время как е Никнем Приобье она опять возросла. Объяснением последнему может служить тот факт, что средняя годовая температура воздуха, несмотря на се понижение в 1990 г., тем не менее была выше ее средней многолетней велкчига.

По колебаниям мощности ДС моемо судить об изменениях устойчивости почвогрунтов к проявлениям деструктивных крио-- генных геологических процессов. Бр;: увеличении мощности ДС криогеннообусловленная механическая устойчивость понкгастся, при уменьшении - возрастает. Чем меньше амплитуда временных колебаний мощности ДС, тем больше энергетическая устойчивость почвогрунтоь, и наоборот - чем больше амплитуда, тем она меньше. Вероятностное краткосрочное прогнозирование моорюсти ДС позволяет давать опенку состояния устойчивости почвогрунтов на один-два года вперед, что в этом случае способно повысить эффективность методов хозяйствования.

Повышение эффективности предлагаемой методики прогнозирования, б тем числе уменьшение пределов прогнозируемого интервала, может быть осуществлено за счет увеличения числа привлекаемых для этого параметров природной среды,.для которых статистически подтверждена достоверность их связей с мощностью ДС, а также при увеличении длительности рассматриваемых временных рядов к усовершенствовании методов их статистической обработки. Кроме используемых в работе параметров, наиболее перспективными представляется данные по летним и зимним атмосферным осадкам, дендрохронологичзским рядам, характеристикам активности Луны, шанет Солнечной систем.' к т.д.

Разработка методики вероятностного краткосрочного прогнозирования мощности ДС почвогрунтоз позволяет, но существу, переч/П! к ее прогнозам по типу синоптичс-ск:гх на конкретные сроки - один и два года. Это не касается других прогнозируемых характеристик. Сроки прогнозов могут бить в дальнейшем увеличены до пяти лет и белее, но естественно с понижением их достоверности.

Предлагаемая методика прогнозирования мощности ДС поч-вогрунтов и других параметров природной среды может быть составной частью мерзлотно-климатического мониторинга, являющегося, в свою очередь, одним из блоков геосистемного мониторинга. Необходимость в организации а проведении мерзлотне-клиыатического мониторинга возникает прежде всего в северных районах в связи с их активным промышленным освоением, приведшим к возникновению здесь неблагополучной экологической обстановки.

Заключение

В предлагаемой работе обобщены фактические материалы по полевым исследованиям, данным метеостанций и литературным источникам и сделаны следующие вывода по закономерностям временной изменчивости мощцости ДС почвогрунтов Западной Сибири: ' I. Временные колебания мощности ДС характеризуют изменчивость теплообмена менду литосферой и атмосферой, а также соотношения приходной и расходной статей годовых теплооборо-тоз в почвогрунтах, то есть могут служить интегральным информативным показателем временной изменчивости термодинамического состояния верхних слоев литосферы.

2. Учитывая сложность, 1д;огсобразие и неоднозначность а оценках действия космических, эндогенных, экзогенных и антропогенных факторов на временную изменчивость мощности ДС, в данной работе используются научно-методические приняты зе-роятностного прогнозирования мопргости ДС, в первуз очередь исходя из изучения особенностей структуры ее временных рядов для конкретных географических пунктов.

3. Наряду с географической, зональностью, ваануэ роль в пространственной изменчивости мощности ДС играют местные факторы (литологический состав, влажность почвогрунтов, снея-

ный и растительный покровы и др.), в результате действия которых ее величина может различаться в три-пять раз и более в точках, расположенных в непосредственной близости друг от друга.

4. Проведенные исследования показали, что мощность CMC в рассматриваемых районах стой тайги, подтойги и лесостепи является гораздо более изменчивой во времени характеристикой (средний коэффициент вариации в исследованных точках - 27$), чем мощность СТС в арктической и типичной тундрах (средний коэффициент вариации - 8-105?). Промежуточное место по этому показателю занимает мощность СТС в лесотундре (средний коэффициент вариации - 1755). Однако в отдельных точках коэффициент вариации колеблется в интервале 21-35Й, мощности СТС -2-36$.

5. Амплитуда временных колебаний мощности СТС в исследуемом регионе значительно меньше при осреднении даннкх по определенному району, чем в отдельно взятых географических пунктах, что ваяно учитывать в практических целях. Этим ока отличается от мощности CMC, для которой указанные показатели имеют в целом один порядок величин.

6. Все виды техногенных нарушений поверхности почвогру-нтов приводят, как правила, к увеличению мощности ДС, иногда в два-три раза и более по сравнению с естественными условиями. Следовательно техногенные воздействия увеличивают в значительной степени вероятность и расширяют территорию, где возможны взагааопереходы CMC и СТС. Особенно это опасно в годы

с природной тенденцией к увеличению мощности CMC и СТС.

7. Полученные на основе анализа автокорреляционных функций данные подтвергздапт, что временные колебания мощности ДС, как и многие другие процессы, происходят с определенной цикличностью вслед за цикличностью климатических характеристик. Для исследованных пунктов юга Западной Сибири определены все достоверные короткопериодные циклы во временных рядах мощности CMC. Среди таких циклов чаще других отмечаются 3-, 5- и 12-летние (каждый в 16$ всех случаев). Среди сгруппированных циклов 2-5-летние имеют частоту повторяемости -2-4- и 3-&-летние - по 395?, 9-12-летние - 335?, 2-3- и 3-4-летние - по 28$, 4-5- и 5-7-летннс - по 22$, 5-6-летние - 11$.

8. Анализ и синтез многочисленных источников различной

иифог.>»аг---и (долите по естественным и сштропо! (мяпо* ииггснени-гч .ч..и;.!ат:г::с:глх условий в регионе, процессам атмосферной цирку-:'-.гл, деидрохронока;гиатологиа и т.д.? позволяют предположить, что в ближаГщие 15-£0 лет з целок для юга Зепадчоч Сибири следует скидать некоторого увеличен.'.л мощности СМС, хотя, ее осредиенные значения за этот период вряд ли выйдут за пределы естестьеших экстрзмуиоь. На этом фоне будут отмечаться кратковременные периоды более значительного увеличения или ¿^сньсеггия мощности С1ЛС, связанные с проявлениями 2-3-, 4—5-, I1-летней цикличности. В дальнейшем возможно ее существенное уменьшение, обусловленное естественным трендом, а такке последствиями антропогенного потепления климата. Что Ее касается СТС, то после периода некоторого уменьшения его мощности, связанного с похолоданием, прогнозируемым на 1990-годы (Еерри, 1991), с начата нового тысячелетия, по всей зи-димости, слезет ожидать се интенсивного роста в северных районах региона по естественным л антропогенным причинам.

9. Предложенная в работе методическая схема вероятностного краткосрочного прогнозирования мощности ДС с определе- . нием ожидаемого интервала ее значений основана на использовании ляль особенностей структуры ее временных рядов. Однако и в таком виде Бнедрсние ье з практику способно существенно повысить качество регентш уног:гх научных и прикладных задач, з том тщеяо свясснтшх с грогнго!фогением изменений устойчивости почБсгр^нтой к техноггуп-ым зоедейстимч, а также организацией я проводником :1с£зло,шо~к.':;п.'атичесхого мониторинга.

10. 0про.здывие.'.:ссть ь'регнезоз (при условии,' что фактические значения прогг.оаару'-.м:-« /¡?$сктсрисгик не выходят за пределы лредска.'З'лчяемого ¡ее штершла), к той -желе ретро-спе:-ггяг«!х» дыг.сл::ешшх по рассгатридесиоЗ в работа кегоди-чеено"; ехсме, а "среднем для анализируем:« гелграфлшсстк пунктов превышает С.что в целом уклддкза. тел в пределы необходимых тр^сьаниЛ к оправдываемое?!« такого рода прогнозов.

11. .Выполненные для 10 метеостанций юга Западней Сибири вероятностные краткосрочные (сроком на один год) прогнозы зозыогных изменений новости С.МС в 1959 г. оправдались в среднем на 64%, в 1590 г. - на 73%, в 1991 г. - ка 672. Аналогичные прогнозы изменений средней годовой температуры воздуха для зосьми метеостанций региона з 1938 г. а среднем оп-

раздались на 8S5- Как и прогнозировалось, в ISS9 и 1990 г.г. мощность СТО увеличились повсеместно на Ямале и е Нкп-:ем Приобье. Однако в 1991 г. прогнозируемое уменьшение мощности СТО б целом наблюдалось лиаь в районах Ям*ла. в то время naît в Нижнем Приобье она опять гсзросла. Объяснением последнему кожет служить тот факт, что. средняя годовая температура воздуха, несмотря на ее понижение в 1990 г,, тем не менее била выше ее средней многолетней величины.

12. С целью повышения эффективности прогнозирования кокет быть привлечена дополнительная информация по анализу временных рядоЕ как самой мощности ДС, так и других природных процессов и явлений (солнечной активности, вулканических изверкенкй, атмосферной циркуляции, температуры воздуха и т.д.), для которых выявлена и статистически подтверпдрнз достоверность их связей с мощностью ДС.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Сезсннокриогекнно горные породы Сибирских Увалов // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Западно-Сибирской плиты и ее складчатого обрамления: Тез. докл. конф. - Тимонь, 1987. - С. 280-281 (Соавтор Данилое А.О.).

2. ¡Изменчивость мощности сезонноталого елок на .Сибирских Увалах Ц Повышение эффективности инженерных изысканий для строительства в нефтегазоносны:! районах Западной Сибири: Тез.докл.науч.-практ.конф. - Тюмень, I9S7. - С. 17-18.

3. Закономерности сезонного промерзания грунтов юга Западней Сибири // География и природные ресурсы. - 1987. -

» 2. - С. 177-178 (Соавтор Некрасов H.A.).

4. Изучение промерзания-оттаивания грунтов по даннум метеостанций Западной Сибири // Методика и техника геоэкологических исследований. - Новосибирск: Наук?., 1983..-

С. 122-134.

5. Временная изменчивость толщины сезонноталого слоя грунтов е естественны!: условиях и при строительстве трубопроводов // Экология нефтегазового комплекса: Тез. докл.

I Всесоюз. конф. - M., 1988. - С. 37-39.

6. Об учете временной изменчивости толщины сезошюталого слоя при. геокриологических исследованиях в Запасной Сибири //