Cнежный покров и весенний сток: новые материалы, и концепции

Главные проблемы:
Методы измерений снегозапасов
Дистанционная индикация снежного покрова
Распределения и структуры в поле снегозапасов
Климатические аспекты снежного покрова
Гидрологические аспекты исследований
Предложения к программе исследований

Наземные измерения снегозапасов
Запас воды в снеге (мм): Н = 10 d h, где d – плотность (г/см3), h – высота снега (см) на маршруте снегосъемки

Техника измерений: гамма-съемка
Наземная гамма-съемка существенно завышает запас воды в мощном слое сухого снега (1) и занижает его в период таяния (2)

Суммы твердых осадков по данным радара (R) и запасы воды в снеге (SWE), темные точки – данные наблюдений в бассейне р. Полометь, интерполированные с учетом высоты
Проблема калибровки радара

Снегозапасы на Валдае
Эта трехмерная диаграмма построена по данным многолетних наблюдений стандартной метеорологической сети (19 станций)

Влияние рельефа на снегозапасы
Справа - карты снегозапасов (SWE, мм) по данным стандартной сети станций (a) и специальной сети (b) в бассейне Поломети

Высотные зависимости снегозапасов
1 – бассейн р. Москвы, 2 – Валдайская возв., 3 – Няндомская возв. (север ЕТР), 4 – Новогрудокская возв. (Белоруссия)

Кригинг: суть процедуры
Кригинг – разновидность интерполяции данных наблюдений в произвольно расположенных пунктах в узлы регулярной сетки. Существующие программы типа SURFER или иные основаны на решении следующей системы уравнений:
Σ Λj Vij(L) + μ = Vj0(L)
Σ Λj = 1
где i - индекс узла, а j – индекс станции, Vj0(L) – вариограмма (структурная функция), Vij(L) то же для каждой из пар “узел – станция”, μ – множитель Лагранжа, делающий данную систему уравнений совместной.

Структурная функция (СФ)
СФ применяется в оптимальной интерполяции снегозапасов, измеренных на станциях, например в бассейне р. Москвы (справа), в узлы регулярной сетки

Отношение снегозапасов «лес – поле»
1 – бассейн р. Медвенки, 2 – лога Полевой и Лесной (Подмосковная ВБС), 3 – лога Усадьевский и Таежный (Валдай)
Нл = 1.08Нп
Нл = 0.85Нп

Снег на лесном водосборе
Степень покрытия (SC, %) в зависимости от снегозапасов применяется для расчетов интенсивности снеготаяния

Снег в различных ландшафтах
Снегозапасы на водосборе определяются как средневзвешенное значение с учетом ландшафтной структуры (диаграмма справа)

Трансформация распределений
Перехват осадков сосняком (1) и ельником (2), аккумуляция в лиственном лесу (3) и снегоснос на пашне (4) и на льду озера (5)

Данные снегосъемок 2003-2005 гг.
Поле (пашня) Лес лиственный
Январь 2005: Хтв= 52.9 мм Хж= 24.2 мм ΣT+= 17.4o Tср= -3.2о

Данные съемки 4.01.2010 г.
Поле (пашня): Нср = 61 мм
Колеи трактора

Кривые обеспеченности
Зима 2004/2005: Рост вариации снегозапасов в поле и изменение асимметрии распределений в течение зимы

Коэффициент вариации
Коэффициент вариации снегозапасов (Сv) по материалам специальных снегосъемок 2003-05, 2006-07 и 2010 гг.

Структура полей снегозапасов
Устойчивые структуры полей снегозапасов наблюдаются из года в год. Это связано со стабильностью направлений ветров в зимний период, а также влиянием рельефа на распределение снега. Возникает проблема моделирования этих структур.

ИНФОКАРТ: суть методики
Исходя из представления информации по Шеннону и теоремы полной вероятности, было установлено, что индекс локального снегонакопления (LSAC) на отдельной ячейке поверхности пропорционален двоичному логарифму среднего ранга признаков M. По данным наблюдений получены следующие эмпирические уравнения:
LSAC = 0,375 Log (M) + 0,50
LSAC = 0,235 Log (M) + 0,65
Первое уравнение относится к полевому (открытому) водосбору, второе – к условиям преимущественно хвойного (елового) леса. Коэффициенты корреляции для них составляют 0,82-0,84.

Эмпирическая основа ИНФОКАРТ
Зависимость локального коэффициента снегозапаса (LSAC) от среднего ранга (М) индексов ландшафта для лесного водосбора

К объяснению ИНФОКАРТ

Климатология снегозапасов
169

Интенсивность снеготаяния (ТКС)
Наблюдается: а) снижение интенсивности таяния (ТКС), б) рост межгодовой изменчивости ТКС

Климатические параметры снеготаяния
Числитель – средние значения, знаменатель – среднеквадратическое отклонение

Снеготаяние и сток в поле и в лесу
Связи стока (R) и слоя водоотдачи из снега (Y) на водосборах логов Усадьевского (1) и Таежного (2):
R = 0.52Y + 82 (1)
R = 0.49Y + 11 (2)
Коэффициент корреляции 0.77 ÷ 0.82

Накопление влаги (ΔW) в почве
при снеготаянии
Слева – на полевом, справа – на лесном водосборах