Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Ландшафтный анализ в решении проблем снего- и лавиноведения 10
1.1. Из истории вопроса 10
1.2. Структура и стратиграфия снежной толщи как индикатор динамики зимних природных процессов 11
1.3. Карты структуры снежного покрова 14
Глава II. Характеристика района работ и методы исследования 18
2.1. Особенность географического положения 18
2.2. Климатические характеристики зимнего сезона 22
2.3. Методы исследования 33
Глава III. Ландшафтно-индикационные свойства кристалло-морфологической структуры снежного покрова 36
3.1. Природно-ландшафтное районирование 36
3.2. Структурно-стратиграфические особенности снежного покрова в преобладающих ландшафтах 36
3.3. Выбор комплекса индикаторов структуры и стратиграфии снежного покрова 47
Глава IV. Методические принципы создания ландшафтно-гляциологических карт 57
4.1. Карта структуры снежного покрова как "Карта ландшафтно-стратиграфических комплексов" 57
4.2. Пространственное распределение ландшафтно-стратиграфических комплексов 63
Глава V. Особенности использования карты ландшафтно-стратиграфических комплексов в решении прикладных задач геоэкологии 69
5.1. Лавинная опасностьи лавинный режим 69
5.2. Обзор методик построения карт лавинной опасности 69
5.3. Доминироющая роль процессов метаморфизма снежного покрова в лавинообразовании 76
5.4. Использование карты ландшафтно-стратиграфических комплексов для прогноза неблагоприятных геоэкологических ситуаций 78
Заключение 82
Список литературы 83
Приложение 93
- Карты структуры снежного покрова
- Структурно-стратиграфические особенности снежного покрова в преобладающих ландшафтах
- Карта структуры снежного покрова как "Карта ландшафтно-стратиграфических комплексов"
- Использование карты ландшафтно-стратиграфических комплексов для прогноза неблагоприятных геоэкологических ситуаций
Карты структуры снежного покрова
Каждый кристаллический спектр снежной толщи может быть охарактеризован следующими параметрами: толщиной слоя, сложенного определенным классом форм кристаллов, средним размером кристаллов в слое, коэффициентом перекристаллизации - отношением мощности снежной толщи, сложенной вторично-идиоморфным снегом ко всей снежной толще и коэффициентом вторичного расслоения снежной толщи - отношением мощности нижней части толщи, где больше одной трети вторичных кристаллов достигли скелетной стадии роста или уже прошли ее, ко всей высоте снежного профиля, вовлеченного в конструктивный метаморфизм [62]
Используя коэффициент перекристаллизиции снежной толщи (КП), как комплексный структурный параметр, отображающий основные климатообразующие факторы холодного времени года, Э Г Коломыц первым построил карту степени сублимационного метаморфизма снежного покрова тайги, лесотундры, смешанных, широколиственных и мелколиственных лесов [62]. Фрагмент этой карты представлен на рис. 3, где достаточно схематично изолиниями КП= 0.5, 0.6 и 0.7 территория о. Сахалин разделена на три сектора. В то же время, по описанной ранее типизации мегаструктуры снежного покрова, для Сахалина определены значения КП =0.1 - 0.3. Снежный разрез восточно-океанического типа, куда отнесен Сахалин, имеет вид частого и резкого переслаивания ледяных корок и повторно смерзшегося фирнизированного снега со слабыми признаками сублимационной перекристаллизации [62] .Но далее Э Г Коломыц отмечает, что на теневых участках гор под пологом леса снежная толща почти не содержит корок. Таким образом, детального представления о распространении структуры снежного покрова по ландшафтам острова, не имеется.
Значительную работу выполнила Е.С.Трошкина [102, 106], проведя географический и математический анализ стратиграфических разрезов снежного покрова горных районов и построив карту районирования снежного покрова по структурно-стратиграфическим показателям. При анализе снежного покрова Сахалина, ею был взят КП = 0.1-0.3 и тип лавинного режима определен как умеренный, подтип - тихоокеанский (муссонный) с генетическим типом лавин - снегопадным. Однако, работы авторов [29-34, 54, 58], опубликованные в последнее время и выполненные на более обширном материале показывают, что выводы, сделанные предыдущим автором вполне справедливы только для некоторых ландшафтов южной части острова и для многоснежных зим. В то время как в карте "Природных лавинных комплексов о. Сахалин" [52] и в "Карте снежности о.Сахалин" [31], где также используются значения КП и они варьируют от 0.1 до 1.0.
Таким образом, проблема анализа формирования структурно-стратиграфических особенностей снежного покрова в ландшафтах о.Сахалин и тем более, создания более детальной карты структуры снежного покрова является очень актуальной. Эта задача приобретает особое значение, если учесть, что Сахалин отнесен к районам значительной лавинной опасности [3, 6, 20, 27, 28, 59, 72, 82], а, по мнению [106 с. 85 ], «структурно-стратиграфические параметры и физико-механические характеристики снежного покрова представляют собой индикационный показатель лавинного режима горного района», что подтверждено в работах [9, 10, 12, 16, 17,22, 23, 28].
Структурно-стратиграфические особенности снежного покрова в преобладающих ландшафтах
Рассмотрим структурно - стратиграфические особенности снежного покрова по преобладающим видам ландшафтов в пределах каждой подзоны, уделив особое внимание наличию или отсутствии горизонтов, сложенных кристаллами скелетного класса форм и имеющих волокнистую текстуру, так как наличие именно таких горизонтов является индикатором лавинной опасности территории [7, 8, 13, 33, 52,94, 98, 108, 110].
Подзона средней светлохвойной тайги включает округ п-ва Шмидта и Центральный округ. Преобладающие виды ландшафтов: выположенные вершины гор с каменноберезовыми лесами на горно-лесных кислых почвах, крутосклоновое низкогорье с еловыми-зеленомошными лесами на горноподзолистых почвах и пологосклоновое низкогорье с лиственичными лишайниковыми и еловыми зеленомошными лесами. Толщина снежного покрова изменяется от 40 до 140 см, увеличиваясь на подветренных участках склонов до 300 см и более. Развитие структуры снежного покрова определяется высокой степенью увлажнения подстилающей поверхности, низкими температурами воздуха и большой продолжительностью зимнего периода, что создает условия для интенсивной перекристаллизации снежной толщи и прохождения снежными горизонтами полного цикла структурных преобразований. Стратиграфические разрезы показали высокую степень перекристаллизации снежной толщи (рис. 11 А-1,2,3 ), преобладание плоских кристаллов скелетного класса форм, размер которых достигал 9 мм. Текстура снежной толщи определяется такими факторами, как оседание при увеличении толщины снега более 100 - 150 см, или ветровое воздействие. Влияние первого фактора имеет место в горных ландшафтах, в то время как ветровое воздействие на снежный покров происходит не только в приводораздельных участках гор, но и на морских побережьях.В обоих случаях происходит уплотнение снега и формирование горизонтов монолитной текстуры (рис. 11 А-1,3), но в любом случае в стратиграфическом разрезе наблюдается и горизонт, имеющий волокнистую текстуру, толщина и местоположение которого по снежному профилю может быть различна. Снежный покров равнинных ландшафтов округа, как менее подверженный ветровому воздействию и имеющий среднюю высоту снега до 100 см, обладает максимальной степенью перекристаллизации при волокнистой текстуре, когда вся снежная толща является, практически, горизонтом разрыхления [30].
Подзона средней темнохвойной тайги занимает центральную часть острова и характеризуется резко расчлененным горным рельефом со средними
Условные обозначения к рис. 11
Типы ландшафтов. А - подзона средней светлохвойной тайги: 1 -выположенные вершины гор с каменноберезовыми лесами на горно-лесных кислых почвах, 2 - крутосклоновое низкогорье с еловыми зеленомошаными лесами на горно-подзолистых почвах, 3 - пологосклоновое низкогорье с лиственичными лишайниковыми и еловыми зеленомошными лесами на горноподзолистых почвах. Б - подзона средней темнохвойной тайги: 1 - среднегорье с каменноберезовыми лесами на горно-лесных кислых почвах, 2 - грядовое низкогорье и среднегорье с темнохвойными зеленомошными и травяными лесами, 3,4 - скалистые вершины гор с кедровым стлаником. В - подзона южной темнохвойной тайги: 1 - среднегорье с каменноберезовыми лесами на горно-лесных почвах, 2 - пологосклоновое грядовое низкогорье с широколиственно-хвойными лесами, 3,4 - морские террасы с елово-пихтовыми травяными лесами на буро-таежных почвах. Размер кристаллов: м - мелкий -до 1 мм, с - средний - до 3 мм, к - крупный - более 3 мм. Справа у колонок показана высота снега от почвы, см. Условные обозначения элементов структуры и стратиграфии снега см. на стр. 52 высотами до 1500 м. Складчатые и глыбовоскладчатые горы, испытавшие недавние резкие поднятия, нередко сохраняют на своих вершинах остатка поверхностей выравнивания. В субмеридиональном направлении вдоль хребтов тянутся тектонические разломы глубокого заложения, выраженные в рельефе прямолинейными и обрывистыми склонами. Западная часть подзоны находится под влиянием затухающего в Татарском проливе теплого Цусимского течения, а восточная - под действием холодного Восточно-Сахалинского течения, что ощутимо сказывается на их климате. Если в средней части подзоны на восточном побережье средняя годовая температура воздуха -1,9 град., то на западном она повсюду имеет положительные значения от 0,2 до 2,3 град. Горный рельеф еще больше способствует разнице ландшафтов побережий. Эти особенности позволяют подразделить зону на несколько самостоятельных округов: Западно-Сахалинские горы, Поронай-Поясковый, Тымь-Поронайская низменность и Восточно-Сахалинские горы.
Преобладающие виды горных ландшафтов: скалистые вершины гор с кедровым стлаником, среднегорье с каменноберезовыми лесами на горнолесных кислых и слабооподзоленных почвах, грядовое низкогорье и среднегорье с темнохвойными зеленомошными и травяными лесами на горных и буро-таежных слабооподзоленных почвах и низкогорье с лиственичными лишайниково-моховыми лесами на горно-подзолистых почвах. Для Западно-Сахалинских гор характерно господство еловых и пихтовых лесов с гарями и вырубками, по которым растет бамбук. В Восточно-Сахалинских горах хорошо выражен пояс каменноберезовых лесов, сменяющийся выше поясом кедрового стланика. Наиболее высокие вершины заняты горными тундрами. Хорошо выражены морские террасы, занятые лугами и частично лиственичными лесами.
Снежной покров на скалистых вершинах гор с кедровым стлаником наиболее подвержен ветровому воздействию. Толщина снежного покрова на наветренных участках склонов практически определяется высотой растительности, задерживающей снег. У поверхности почвы формируется горизонт, сложенный кристаллами скелетного класса форм плоского варианта развития, подтверждающих высокую интенсивность процессов перекристаллизации при воздействии ветра на снежный покров [35, 36, 68, 84], выше которого находится снежная доска высокой прочности. Текстура снежной толщи, в том числе и припочвенного слоя снега при его толщине 20 - 30 см, практически монолитная (рис. 11 Б-3). На подветренных склонах образуются мощные надувы и карнизы, в целом имеющие монолитную текстуру. Процесс перекристаллизации снега в условиях сильного уплотнения снежной толщи ветром отсутствует. Однако возможно появление прослойки разрыхления, когда на поверхности снежного покрова образуется иней при высокой влажности воздуха: такие прослойки могут привести к сходу лавины.
Карта структуры снежного покрова как "Карта ландшафтно-стратиграфических комплексов"
Исходной предпосылкой для создания карты ландшафтно-стратиграфических комплексов (ЛСК) является положение Э.Г. Коломыца [62] о том, что свойства сезонной ритмики природного комплекса можно выявить через изменения параметров состояния структуры снежной толщи в нем. Поскольку ландшафтная структура территории является продуктом природно-климатических условий, то мы считаем, что анализ возможного состояния структуры и стратиграфии снежного покрова необходимо начинать с определения ряда высотной поясности.
На этом уровне выделяется первая таксономическая категория - КЛАСС ЛСК, дополняемая такими среднегодовыми элементами климата, как баланс солнечной радиации, температура воздуха, количество осадков и продолжительность морозного периода (табл. 11, прил. стр. 99 )
В соответствии с климатическим и физико-географическим районированием (рис. 10), а также с ландшафтным строением территории [21, 75, 76], нами выделено 3 класса ЛСК- 1-светлохвойная тайга с болотами на равнинах и темнохвойная тайга на низкогорных останцах; И-темнохвойная тайга в горах, болота и мари на равнинах; Ш-темнохвойная тайга с лугами и бамбуковыми зарослями на гарях и вырубках, по долинам рек встречаются смешанные леса (рис. 13,прил. стр.98--ки). На уровне класса ЛСК необходима информация о балансе тепла и влаги на данной территории, определяющем продолжительность морозного периода.
Следующий таксономический уровень - ПОДКЛАСС ЛСК выделяется по особенностям рельефа территории на уровне морфоструктур с указанием интервала абсолютных высот склонов. Эти характеристики рельефа, как известно [43, 90, 109], определяют распределение ландшафтов на уровне вида, а также особенности формирования толщины снежного покрова в пространстве [2, 50, 65, 73, 74], поэтому в каждом классе ЛСК мы выделили по 3 подкласса -А - горы, Б - равнины и В - террасы, распространение которых по морским побережьям значительно. С позиций теории ландшафтно-индикационного снеговедения, на этом уровне важно знать состояние подстилающей поверхности, а именно, типы почв и характер их увлажнения, определяемый через индекс гидроморфности [70]. Снежный покров в подклассе ЛСК характеризуется средними за сезон датами установления и разрушения снежного покрова и продолжительностью его залегания. Такой комплекс показателей позволяет предположить возможную интенсивность процессов перекристаллизации в снежной толще, зависящую от гидроморфности подстилающей поверхности, и от возможности прохождения снежным покровом всего цикла структурных преобразований (рис. 2), определяемую прежде всего через продолжительность залегания снежного покрова [62].
ТИП ЛСК, как следующий шаг анализа структурно-стратиграфических особенностей преобразований снежного покрова, по нашему мнению, должен способствовать детализации природных условий на уровне ландшафта. Поскольку каждый вид ландшафта, в своем определении содержит и характеристику рельефа, мы дополняем ее значениями относительной высоты и крутизны склонов, считая их определяющими геоморфологическими факторами в формировании толщины снежного покрова на региональном уровне [2, 61, 62, 93]. Следующий шаг анализа условий развития структуры снежного покрова включает такие метеорологические характеристики, как сумма температуры воздуха ниже -5.0 град., средняя температура января и средний минимум температуры воздуха за январь, которые приняты и другими исследователями снега [20, 61, 62, 106]. Непосредственная характеристика снежного покрова для каждого типа ЛСК представлена средней высотой снега для каждого преобладающего ландшафта и комплексом структурно-стратиграфических показателей - КП, КВР и КС, которые, как мы показали выше, являются индикаторами состояния снежной толщи. Тип ЛСК выделяется нами на основе детализации условий развития снежного покрова в пределах ландшафта или близких видов ландшафтов. Как известно (Ревякин B.C., Варганова М.С., 1973), наиболее полное представление о распространении структуры снежного покрова на обширной территории можно получить на уровне ландшафта.
Таким образом, используя принцип анализа от общего к частному, мы построили карту структурно-стратиграфических комплексов снежного покрова о. Сахалин М : 1 :1000 000, выделив на его территории 3 класса, 9 подклассов и 38 типов ЛСК (рис. 13; стр. 95).
На рис. 14 представлен фрагмент карты для III класса ЛСК, полностью карта и легенда к ней находятся в Приложении на стр. 9Б-Ю1.
Использование карты ландшафтно-стратиграфических комплексов для прогноза неблагоприятных геоэкологических ситуаций
Проблема защиты населения от снежных лавин возникла на Сахалине тогда, когда были нарушены естественные ландшафты. Наиболее интенсивное их разрушение произошло в годы японского присутствия, когда ими были построены заводы по производству бумаги и был организован интенсивный вывоз древесины. После освобождения острова шло выжигание лесов, проводимое в качестве диверсий. Все это привело к замещению лесных ландшафтов на гари и вырубки, особенно на юге острова.
До середины 90-х годов степень антропогенного воздействия на ландшафты до определенной степени регулировалась на государственном и региональном уровне, что выразилось в сокращении вдвое площади лесозаготовок и проведении лесопосадок на лесосеках. В настоящее время лесовосстановительные работы сведены к минимуму, вновь увеличились площади лесозаготовок. Участились лесные пожары, выгорают огромные массивы леса на горных склонах.
Сведение лесов приводит к изменению режима снегонакопления, когда создаются условия для образования в снежном покрове горизонта разрыхления, перекрытого сверху метелевой доской. Как мы показали выше, такое строение снежной толщи способствует лавинной деятельности. Поскольку в легенде карты ЛСК приведены значения КС и КП, то можно получить представление о строении снежной толщи и степени лавинной опасности. Данную карту можно рассматривать, как дополнительную информацию к карте "Природных лавинных комплексов о.Сахалин" масштаба 1 : 500 000, в создании которой автор принимала непосредственное участие (рис. 18, табл. 14).
Поскольку одним из основных принципов, положенных в основу работы по созданию этой карты, также является зависимость характера и скорости метаморфизма снежной толщи от вмещающего ландшафта, постольку территориально типы ЛСК и подтипы ПЛК достаточно близки (рис. 14, 18). Отличие состоит в том, что в карте ПЛК характеристики снега даны для зоны линии отрыва лавин, то есть для верхней части склонов.
В табл. 15 показан ожидаемый характер воздействия лавины на объекты и сооружения в различных ландшафтно-стратиграфических комплексах, при средних значениях характеристики снежного покрова.
Таким образом, карта ландшафтно-стратиграфических комплексов достаточно подробно представляет распределение горизонта разрыхления в снежном покрове и позволяет оценить степень лавинной опасности территории.
Восстановление естественных ландшафтов может изменить характер снегонакопления, сделав его более равномерным, без образования надувов, карнизов, снежных досок, то есть более устойчивым на склонах гор. В этом состоит важнейшая задача предупреждении неблагоприятных геоэкологических ситуаций.
