Лекция 2. Цели лекции:Исследование режима залегания снежного покрова

Тема: Снежный покров

Цели лекции: Исследование режима залегания снежного покрова. Распределение по территории Казахстана и СНГ.

Рассматриваемые вопросы: Гидрологическая роль. Характеристики режима залегания. Виды снега в равнинных местностях. Исследование снежного покрова. Влияние снежного покрова. Фазы таяния снега.

Гидрологическая роль. Снежный покров – источник питания рек. Талые воды образуют весеннее половодье. В период снеготаяния происходит пополнение запасов подземных вод. Снежный покров – отличный термоизолятор, он снижает степень промерзаемости грунтов.

Характеристики залегания снежного покрова. Характеристики: высота, плотность, запас воды в снежной толще (особенно важны снегозапасы перед началом снеготаяния), продолжительность залегания, характер залегания, даты появления снега, образования устойчивого снежного покрова, разрушения устойчивого снежного покрова, полного схода снега.

Виды снега на равнине. Пушистый снег – образуется из кристаллических снежинок в тихую морозную погоду, его плотность 0,08-0,14. Метелевый снег образуется при снегопадах во время ветра, метелевом переносе, уплотнении пушистого снега; его плотность – до 0,25. Зернистый снег образуется при перекристаллизации пушистого и метелевого снега, в частности, при оттепелях. Его плотность выше 0,25. Различают снег: мелкозернистый (до 0,5 мм в диаметре), среднезерниятый (до 2-3 мм), крупнозернистый (до 10 мм). Главный физический инструмент перекристаллизации – сублимация.

Влияние подстилающей поверхности. Огромное влияние оказывает растительность. Снег скапливается в лесу, особенно на опушках, и кустарниках. При оттепелях в лесу лучше сохранность снега. В Северном Казахстане на крупных лесных массивах снега на 30-49% больше, чем на пашне и целине. На открытой безлесной местности залегание снега неравномерное. В частности, в руслах скапливается снега в 2-3 раза больше, чем на прилегающей местности.

Огромное влияние на режим снежного покрова оказывают горы: с высотой увеличивается продолжительность залегания покрова, увеличивается и его мощность.

Снеготаяние. Выделяют фазы: сплошного снежного покрова (проталины занимают до 2,5% поверхности), «пестрого ландшафта» (проталины занимают 2,5-50% поверхности), схода отдельных пятен снега. Наиболее продолжительна вторая фаза – 60-80% всей длительности снеготаяния.

Методы расчета снеготаяния. На основе теплового баланса:

Sсн = Sср + Sиа – Sив ± Sта ±Sик

где Sсн – итоговый приход тепла к снегу; Sср – тепло солнечной радиации; Sиа – излучение атмосферы; Sив – излучение снега; Sта – турбулентный теплообмен с атмосферой; Sик – теплообмен с атмосферой при испарении и конденсации.

Метод эмпирических формул типа:

h = aS(+t), мм

здесь S(+t) – сумма положительных среднесуточных температур в периоде, a - коэффициент пропорциональности, или коэффициент стаивания. Это – слой талой воды (мм), приходящийся на 1^о положительной среднесуточной температуры воздуха.

Значения коэффициента стаивания варьируют. Обычно для снега он составляет 5-5,5 мм/град, а для льда 6-7 мм/град.

Водоотдача из снежного покрова – процесс поступления на поверхность почвы гравитационной талой или дождевой влаги.

Таким образом, при снеготаянии следует выделять три неодинаковых характеристики: слой стаявшего снега (в переводе на воду), слой водоотдачи и слой стока.

На первой фазе снеготаяния водоотдачи нет – пока снег не насытится водой. Зато на последующей стадии водоотдача больше слоя стаявшего снега, поскольку на почву поступает и слой стаявшего за интервал времени снега и та вода, которая до этого скопилась в снеге.

Снежный покров распределяется по площади речных бассейнов неравномерно; она тем заметнее, чем сложнее рельеф местности, больше его расчлененность. Часть снега сносится ветром с открытой равнинной местности в овраги, пониженные части бассейна; накапливается на опушках леса, в кустарниках, где он тает медленнее, чем на равнине. Снеготаяние в лесу продолжается дольше, чем на полях. Высота снежного покрова зависит от количества выпадающих осадков и продолжительности зимы. Запасы воды в снеге определяются высотой покрова hс и плотностью снега ρ_с, которая равняется отношению массы снега к его объему, измеряется в г/см3.

Для определения h_N на площади речного водосброса делается ландшафтно-маршрутная снегомерная съемка, которая заключается в измерении высоты и плотности снежного покрова через определенные расстояния вдоль заранее намеченных маршрутов. На равнинных территориях различают снег трех типов. Пушистый снег образуется после снегопада в тихую морозную погоду. Снег обладает малой относительной плотностью: ρ_c/ρ_b изменяется от 0,03 до 0,12; снежинки – ледяные кристаллы разной формы в виде шестиугольных пластинок и шестилучевых звездочек – имеют диаметр
5-6 мм. Под влиянием ветров, силы тяжести, оттепелей пушистый снег быстро уплотняется и переходит в следующий вид снега – метелевый. Этот снег состоит из обломков снежинок и представлен частицами размером 1-2 мм. Относительная плотность его равна 0,15-0,20. Если пушистый снег начинает перемещаться при скорости ветра 3-4 м/с, то для перемещения метелевого снега скорость ветра должна быть 8-10 м/с. Из-за этих перемещений происходит приращение снежного покрова на опушках леса, в оврагах, на участках равнинной местности, покрытой кустарником, вследствие сдувания снега с открытых пространств. При зимних оттепелях и весной метелевый снег переходит в зернистый. Зерна этого снега имеют разнообразную форму и размеры 3-4 мм.

Относительная плотность зернистого снега превышает 0,25. После оттепелей с наступлением морозов на поверхности снега образуется ледяная корка – тепловой наст. Плотность снега увеличивается каждый месяц на 10-12%, так что к концу зимы снег обладает относительной плотностью порядка 0,35-0,45 и более (максимально – 0,7 для мокрого, а затем замерзшего снега).

Как показывают исследования, часто при подсчете суммарного количества снега, определяемого по снегомерным съемкам и осадкомерам, первая цифра оказывается больше второй, что объясняется выдуванием снега из осадкомеров. Отсюда считается, что снегомерные съемки перед началом весеннего снеготаяния являются наиболее надежным методом определения объема воды, который будет участвовать в весеннем половодье. Начало таяния и полное освобождение речных бассейнов от снега происходит не одновременно из-за различия климатических условий, в первую очередь, в бассейнах, простирающихся в направлении север-юг. Область снеготаяния ограничена фронтом и тылом. Фронтом снеготаяния называют линию, ограничивающую площадь, на которой идет снеготаяние, от площади, где этот процесс еще не наступил. Тыл снеготаяния – линия, отделяющая площадь снеготаяния от территорий, где оно уже закончилось.

Скорость продвижения тыла снеготаяния в среднем составляет 50-60 км в сутки (минимум 30, максимум до 200 км в сутки). В настоящее время существует немало методов, в которых ставится задача определить продолжительность снеготаяния. Как правило, основу этих методов составляют уравнения теплового баланса и турбулентного обмена.

Есть некоторые особенности использования метода теплового баланса в решении задачи снеготаяния. Прежде всего, при переходе от тепловых единиц к слою воды, образовавшейся из снега, необходимо учитывать не только удельную теплоту парообразования при 0^оС (597 кал/г), но и теплоту плавления льда, равную 79,9 кал/г; в сумме получается ~ 677 кал/г. Так же, как уже было отмечено ранее, в случае расчета снеготаяния по методу турбулентной диффузии и теплового баланса требуются данные довольно точных измерений большого числа параметров, притом через малые промежутки времени. В практических расчетах чаще всего находят применение менее строгие решения, основанные на использовании доступной метеорологической информации, дающие результаты, которые вполне устраивают практику.

Дата добавления: 2014-01-11