Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Объекты экспериментальных исследований и методика работы
I. Краткая физико-географическая характеристика района
2. Содержание исследований и методика проведения наблюдений 22
3. Методика обработки результатов и построение моделей 27
Глава II. Основные факторы снегонакопления 32
I. Рельеф земной поверхности 32
2. Растительный покров 43
3. Полог хвойного леса 59
4. Метеорологические параметры 72
Выводы 86
Глава III Особенности снегонакопления в зимы разной снежности 33
I. Дифференциация поля снегозапасов к началу весеннего таяния 88
2. Структура геосистемных связей в зимних условиях
3. Факторы неоднородности режима снегонакопления 112
Выводы 119
Глава ІV. Возможности прогноза поля снежного покрова посредством статистических моделей 121
1 Определение снегозапасов по данным снегосъемок 121
2 Расчет снегозапасов с использованием уравнений линейной регрессии 128
3. Факторы снегонакопления, рекомендуемые для учета в прогнозах 137
Выводы 142
Заключение 145
Литература
- Содержание исследований и методика проведения наблюдений
- Растительный покров
- Структура геосистемных связей в зимних условиях
- Расчет снегозапасов с использованием уравнений линейной регрессии
Введение к работе
Важность изучения взаимосвязей компонентов» формирующих геосистемы,, общеизвестна» Исследования ведутся на разных таксономических уровнях - от планетарного до внутриландшафт-ных. На современном этапе развития географии многие теоретические и практически важные региональные проблемы разрешимы только при условии, что мы располагаем знаниями о типичных для района геотонах» и эти знания основаны на точных экспериментальных исследованиях (Сочава, 1972; Нееф, 1973). Полевые исследования при изучении того или иного природного объекта должны заранее программироваться на основе физической или математической модели (Котляков, 1974).
Для выявления роли снега в формировании ландшафта необходимо, прежде всего, оценить влияние отдельных природных компонентов (в первую очередь климатических условий, а также рельефа ЇЇ растительности) на режим и свойства снежного покрова (Нефедьева, Рихтер, 1961).
Актуальность исследований снежного покрова в горных районах» где контрастность залегания снега особенно велика, определяется недостаточной изученностью этой проблемы. В масштабе наиболее крупных природно-территориальных комплексов (физико-географических стран, зон, областей и др.) распределение и регшм снежного покрова определяются главным образом климатическими характеристиками региона, а также размером и ориентацией входящих в него горных систем. С уменьшением размеров исследуемой территории возрастает влияние местных факторов - прежде всего морфометрических показателей мезорельефа к особенностей растительного покрова (Кузьмин, I960). Контрастность ряда природных показателей (в том числе и характерне тик снежного покрова) в рамках топологических (внутриландшафт-них) градаций нередко бывает настолько большой, что оказывается вполне сопоставимой с различиями в аналогичных свойствах между крупными регионами, удаленными друг от друга на сотни километров (Сочава и др., 1970),
Народное хозяйство Дальнего Востока в настоящее время интенсивно развивается, прокладываются дороги, трубопроводы, расширяются лесозаготовки. Для планирования весеннего лесосплава представляется важным знать запасы снеговой влаги, во многом определяющие интенсивность весенних паводков; это необходимо учитывать и при проектировании мостов. Поскольку глубина промерзания грунтов тесно связана с параметрами снежного покрова, данные о снеге необходимо учитывать при проектировании трубопроводов и других подземных коммуникаций. Город Владивосток и ряд населенных пунктов тихоокеанского побережья часть воды для городских водопроводов получают из искусственных накопителей атмосферной влаги; важность повышения точности прогноза максимальных снегозапасов здесь очевидна. Некоторые положения, изложенные в работе, представляют интерес для работников сельского хозяйства (прогноз весеннего увлажнения полей) и работников мелиорации.
Основная задача данной работы заключается в следующем: на основании крупномасштабных полевых исследований посредством построения статистических моделей выявить наиболее существенные факторы формирования снежного покрова в различных природ-но-территориальных комплексах (ПТК) Южного Приморья и на фоне пространственно-временной изменчивости факторов снегонакопления оценить степень их влияния на баланс снеговой влаги, а также определить количественные показатели, которые могут найти применение при крупномасштабном картировании и интерполяции поля снегозапасов по данным метеостанций.
Предлагаемая работа базируется на данных, полученных автором как одним из ответственных исполнителей темы "Изученность снежного покрова внутренних областей и окраин материков с целью прогнозирования сезонного состояния геосферы" лаборатории геоморфологии Тихоокеанского института географии (ТИТ) ДВНЦ АН СССР. Исследования, проводившиеся по этой теме в течение 1972-1976 гг., являются частью комплексных исследований природных ресурсов Дальнего Востока, выполняемых ТИТ ДВНЦ АН СССР совместно с Комплексной Восточной экспедицией СКВЭ) географического факультета МТУ и Хабаровским комплексным научно-исследовательским институтом (ХабКЕШИ) ДВНЦ АН СССР.
Крупномасштабные снегомерные наблюдения цроводились на Кавалеровском стационаре ТИТ ДШЦ АН СССР в зимние сезоны 1972-1976 хт. и состояли из: I) наблюдений за сезонной динамикой снежного покрова на четырех снегомерных площадках и по трем снегомерным профилям, проложенным в коренных и измененных природно-территориальных комплексах; 2) площадных снего-съемок в период максимального снегонакопления по девяти поперечным профилям и всем площадкам модельных бассейнов pp. Вол-ковской, Змейка и Липовый, располокенным в зоне хвойно-широко-лиственных лесов на абсолютных высотах от 500 до 810 м; 3) снегомерных маршрутов в подгольцевом поясе темнохвойной тайги главного Сихотэ-Алиньского хребта на отметках от 850 до 1100 м; 4) субширотных снегомерных маршрутов, пересекающих Сихотэ-Алинь по 44-й параллели на отметках от 20 до 910 м. Отдельные снегомерные наблюдения, а также геодезическая съемка профилей в модельном бассейне ручья Липовый проведены совместно с сотрудником ТИГ ДШЦ АН СССР А.П.Росманом. На снегомерных площадках автором были организованы и зимой 1972/73 г.
велись метеорологические наблюдения: I) за твердыми осадками; 2) за температурой и влажностью воздуха; 3) за температурой снежной поверхности и толщи снега, і В последующие сезоны ме-теонаблвдения осуществлялись совместно с сотрудниками группы метеорологии КВЭ МГУ и отдела гидрологии ХабКНЙИ ДЕЙЦ АН СССР. В работе использованы некоторые данные метеонаблюдений, проводившихся Н.Н.Выгодской, М.И.Локтионовым, В.Н.Некрасовым (КВЭ МГУ), П.В.Новороцким и С.А.Синяковым (ХабКНИИ). Классификация растительного покрова в исследуемом районе выполнена Ю.Г.Зайцевым (КВЭ МГУ) и Ю.Г.Пузаченко (ТИТ ДШЦ АН СССР).
Методика измерений основывалась на получении информации, достаточной для применения количественных методов анализа при обработке полученных результатов. В основу построения моделей был положен системный подход, который на современном этапе развития географической науки находит все более широкое применение (Герасимов и др., 1980). После первичной обработки данных методами математической статистики (Миллер и Кан, 1965) были исследованы пространственно-временные флуктуации поля снежного покрова и зависимость снегозапаса от каждого из учитываемых факторов снегонакопления. В анализ были включены следувдие факторы: I) абсолютная высота местности, 2) ориентация и угол наклона земной поверхности, 3) мезо- ж микрорельеф горного склона, 4) особенности растительного покрова, 5) видовой состав, возраст и полнота хвойных лесонасаждений, 6) интенсивность суммарной солнечной радиации, 7) ветровой режим, 8) преобладание осенней или весенней циклонической деятельности, 9) количество и распределение по сезону твердых осадков, 10) температура и влажность воздуха, II) температура снежной поверхности и толщи снега.
Методом главных компонент (Харман, 1972) были получены модели множественных взаимосвязей в наиболее характерных для Южного Сихотэ-Алиня геосистемах и выявлены статистически достоверные факторы снегонакопления Методом множественной шаговой регрессии (Дрейпер, Смит, 1973) модели взаимосвязей в зимних геосистемах были переведены в прогнозные, в которых поле максимального снегозапаса можно рассчитывать по данным метеостанций при помощи коэффициентов линейной регрессии, вычисленных для факторов снегонакопления при уровне доверительной вероятности 0,95. Минимально необходимое число измерений для получения результата с заданной предельно допустимой ошибкой определялось методом выборочного исследования (Кокрен, 1976). Статистический анализ реализован на дШ БЭСМ-6 и 3 С L по стандартным и нестандартной программам.
В работе определены значения зимнего шшвиометрического градаента для некоторых высотных поясов восточного макросклона Сихотэ-Алиня, исследованы особенности распределения твердых осадков в зависимости от положения в рельефе и характера растительного покрова. Выделены три фазы в режиме снегонакопления, установлена разнонаправленность процесса дифференциации поля толщины снежного покрова в коренных НТК на склонах разных экспозиций и выявлены характерные особенности режима снегонакопления в зимы разной снежности в коренных и подвергшихся антропогенному воздействию природных комплексах.
Впервые для Приморья выделены типы зим с устойчивым и неустойчивым снежным покровом, определены основные факторы и критерий устойчивости снежного покрова, а также условия, в которых воздействие транзитных факторов приводит к неоднозначной роли фиксированных факторов снегонакопления, таких как абсолютная высота местности, угол наклона земной поверхности, микрорельеф и полог хвойного леса.
Впервые построены многофакторные модели взаимосвязей в геосистемах для зимних условий и на их основе определены достоверность и теснота парных и множественных связей величины максимального снегозапаса с факторами снегонакопления, показана пространственно-временная изменчивость структуры связей в зимнем ландшафте, исследована устойчивость связей. Введено понятие "глятаокомпонента" при многофакторном статистическом моделировании природных объектов.
Полученные результаты могут найти практическое применение при решении вопросов, касающихся влияния снешого покрова на формирование горнотаежных ландшафтов, а также для прогноза весенних паводков и расчета годового водного баланса для рационализации снегомерных наблюдений, в мерзлотоведении, био-геоценологии и в исследованиях по программе мониторинга.
Предлагаемая работа выполнена в отделе гляциологии Института географии АН СССР и является частью более широких плановик исследований, ведущихся по теме "Формирование и режим снешого покрова в районах со сложной орографией". Результаты этих исследований органически входят в Атлас снежно-ледовых ресурсов мира. По теме диссертации опубликовано шесть статей и тезисы одного доклада.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. В главе I по литературным источникам дана краткая физико-географическая характеристика района исследований, изложена методика полевых наблюдений, обработки полученных материалов и построения статистических моделей. В главе П рассмотрено влияние отдельно взятых факторов снегонакопления на формирование снежного покрова. В главе Ш исследована дифференциация поля максимальных снегозапасов в зимы разной снежности, показана роль антропогенного воздействия на зимний гидрологический режим» выделены типы зим с устойчивым и неустойчивым снежным покровом, показана пространственно-временная изменчивость структуры связей в зимнем ландшафте ж охарактеризован режим снегонакопления в различных НТК. В главе ІУ приведены параметры уравнений для прогноза максимального сне-гозапаса по данным онегосъемок и метеостанций, выделены факторы снегонакопления, которые необходимо учитывать при расчете снегозапаса на разных таксономических уровнях в неодинаковых природных комплексах, показаны возможности применения некоторых полученных результатов в других районах страны. Общий объем работы - 166 страниц машинописного текста. Работа иллю-стрирована 29 таблицами, 16 схемами и графиками; список литературы включает 169 наименований.
Автор приносит глубокую благодарность научному руководи-у телю работы член-корреспонденту АН СССР, профессору В.М.Котлякову за постоянное внимание, ценные советы и научную редакцию предлагаемой работы, а также коллективам сотрудников лабораторий геоморфологии и биогеоценологии ТИТ ДВНЦ АН СССР, отдела гидрологии ХабКВИЙ ДЕНЦ АН СССР и группы метеорологии КВЭ МГУ за помощь в сборе полевых материалов.
Содержание исследований и методика проведения наблюдений
Крупномасштабные снегомерные работы выполнены на территории Кавалеровского стационара Тихоокеанского института географии ДШЦ АН СССР в районе пос.Хрустальный. Исследуемая территория; расположена в северной части Южного Сихотэ-Алиня на восточном макросклоне хребта, в бассейне р.Зеркальной, впадающей в Японское море. Снегосъемка проведена по водосборам ключей Левый Липовый, Змейка и Валковский. Площадь водосбора клеевого Липового составляет около 1,5 км2, кл.Змейка - около 1,3км , кл Волновский - 0,6 км2 (см. рис.4).
Долина кл.Левого Липового ориентирована с запада-юго-запада на восток-северо-восток. Она сужена в приустьевой части и расширяется к истокам ключа. Длина русла достигает I км, превышение приводораздельной части над приустьевой равно 250 м. Склоны долины северной экспозиции крутые (угол до 35), к водоразделу выполаживаются (15-25). Наивысшая точка водосбора -г.Хрустальная с абсолютной высотой 810 м, средняя высота бассейна - 600-700 м. Максимальный перепад высот составляет 300 м. Растительный покров территории бассейна представлен ассоциациями, главным образом, смешанных и хвойных лесов. Смешанный лес включает мелколиственно- и широколиственно-кедровые сообщества. В хвойных лесах преобладают кедрово-еловые и елово-пихтовые ассоциации. На крутых склонах северо-восточной ориентации в верховьях ключа коренными насаждениями являются елово-пихтовые леса с березой, разреженно-лещиново-кустарниковые. Вогнутые склоны заняты елово-пихтовым зеленомошным лесом с кедром. На прирусловом террасовидном уступе произрастает елово-пихтовый кустарниково-разнотравный лес с примесью кедра и березы» Склоны северной экспозиции по правому борту долины заняты мелколиственно-кедровым лесом, рододендроно-разнотравно-злаковым, а иго-восточной и восточной экспозиции - широколиственно-кедровыми ассоциациями с развитием лещино-леспидециевого. лещино-чу-бушникового и лещино-рябинолистникового подлеска.
Вторичные насаждения приурочены к водоразделам, а также к верхней и средней частям склонов северной, северо-западной и северо-восточной экспозиции в верховьях ключа. Здесь преобладают порослевые осиново-березовые, часто редкостойные разнотравные злаковые леса. Это участки вырубок и возобновляющихся гарей.
Внутрифациальное распределение снега изучалось на четырех снегомерных площадках, заложенных в различных типах местоположения, охватывающих естественные и измененные природно-территориальные комплексы (см. рис.4).
Площадка "П" размером 50x100 м расположена в зеленомошно-папортниковом пихтовом лесу на склоне северо-восточной (СВ) экспозиции, крутизной 12-20. Абсолютная высота 700-730 м. Площадка разбита на квадраты со стороной 10 м и закреплена на местности вешками. Измерения плотности снега проводились в вершинах квадратов с трехкратной повторностью, кроме того, каждый из десятиметровых квадратов разбит на четыре, в вершинах которых четырехкратно измерялась толщина снежного покрова. Всего получается 66 промерных точек определения снегозапаса (трехкратное измерение в каждой точке) и 233 точки измерения толщины снега.
Площадка "Г" размером в I га расположена в разнотравно-вейниково-березовой редине (участок старой гари) на склоне ССЗ экспозиции крутизной 14-18 (высота 660-690 м), имеет два взаишоперпендикулярных профиля по 100 м длиной каждый. Снего-запас и плотность измерялись здесь в 25, а толщина снега - в 420 промерных точках.
Площадка "К" расположена в широколиственно-кедровом лещи-ново-разнотравном лесу на склоне ШВ экспозиции с крутизной 10-20. Абсолютная высота 600-630 м. Количество промерных точек - 56 для определения снегозапаса и 220 - для измерения толщины снега.
Площадка "Е" заложена вне бассейна кл.Левый Липовый, на расстоянии I км восточнее площадки "К", на склоне северной экс-позигдаи, крутизной 10-18 и с высотой 520-540 м9 в кедрово-ело-вом чубушниково-разнотравном лесу. Снегосъемки на ней велиоь в том же объеме, как и на площадке "П".
На каждой из площадок, кроме площадки "Е", под деревом до-минирукщей хвойной породы (кедра, пихты, ели) установлены 3-4 осадкомера Третьякова в следущем порядке: на расстояниях 0,5 и 1,0 м от ствола дерева, под границей кроны и в центре межкронового пространства ("окно"). На площадке "Гарь", где нет первого яруса древостоев и подроста хвойных деревьев, постоянные снегомерные рейки располагались на ровных, выпуклых и вогнутых формах мезорельефа в центре гари и у кромки леса. Осадкомер здесь стоит в центре площадки.
Зимой 1972/73 г. наблюдения за динамикой снегонакопления велиоь как на площадках, так и по трем профилям (К,XIII, IX) примерно один раз в месяц. Кроме того, измерялась толщина снега по постоянным рейкам. Рейки (в общем количестве 43) были установлены как под кронами хвойных деревьев различных пород и неодинакового возраста, так и на участках между кронами древостоев.
Растительный покров
В последней декаде ноября за два обильных снегопада выпало 128 мм осадков, т.е. лишь немногим меньше многолетней нормы (см. табл.3). В последующие месяцы снега выпало гораздо меньше, чем в среднем за много лет. Ливневым снегопадом в конце ноября 1972 г. согнуло стволы подроста лиственных пород (березы, клена, ивы высотой 3-7 м), придав им аркообразную форму. Аналогичное явление наблюдал И.М.Осокин (1969) на Аргалейском хребте в южном Забайкалье. К началу весеннего снеготаяния распределение снега в целом по бассейну отличалось значительной неравномерностью. Средние величины снежных параметров оказались равными S = 150 мм, Н = 60 см, d = 0,25 г/см3. По данным табл.4 следует, что наибольший снегозапас (185 мм) отмечен в елово-пшстовом зеленомошном лесу, расположенном на склонах ССВ экспозиции, в средних и верхних частях горных склонов. Здесь же наблюдается и максимальная толщина снега - 71 см. Несколько меньшие значения снегозапаса и толщина снега (174 мм, 67 см) свойственны кленово-лещиново-кедровому лесу, который расположен в приводораздельной части склонов южной и юго-восточной (ШВ) экспозиции.
Как первый, так и второй из рассмотренных типов лесов лежат в приводораздельной части склонов. Наибольший по сравнению с другими участками бассейна снегозапас в этом случае объясняется максимальной абсолютной высотой и значительным влиянием ветрового переноса, особенно вблизи водораздела.
О влиянии на распределение снега сомкнутости крон хвойных деревьев можно судить по данным табл.9. В каждой точке снего-съемки, если сомкнутость крон была выше 0,2, измерения снегозапаса проводились как под деревьями, так и в межкроновом пространстве. Затем определялось, насколько снегозапас в промежуточном пространстве выше, чем под древостоем (колонка Kj). По формуле, предложенной Г.Ф.Хильми (1957) для расчета летних осадков под пологом леса и уже применявшейся в гляциологической практике (Соседов, 1967; Малюгин, Росман, 1975), средние значения параметров снега для кандого типа леса находятся по способу вычисления средневзвешенной величины: (Hd 5)= Hr d ,5 ) + ъ (Hg. j .5j t где: Н , d » J - средние значения толщины плотности и снегозапаса в природном комплексе, yj - площадь, занятая кронами хвойных деревьев (.общая сомкнутость); П\ , Щ , Ьі - значения параметров снега под кронами древостоев; Уо - площадь межкроновых пространств; Н2 , cU , 52 - значения параметров снега в межкроновых пространствах; Г - суммарная площадь природного для отдельных деревьев, Kg - для типа леса комплекса. Вычисленное таким способом уменьшение снегозапаса в зависимости от типа леса показано в колонке Kg. и К началу весеннего таяния набольшая разница снегозапасов под деревьями и в "окнах" между ниш наблюдается в кедровниках (до 25). В то же время при учете общей сомкнутости крон С0,2-0,4) кедровники оказывают по сравнению с другими хвойными лесами наименьшее влияние на уменьшение снежной массы (до 10). В лесах с преобладанием пихты разница в снегонакоплении под кронами и в "окнах" между ними меньше, чем в кедровниках, но благодаря большой сомкнутости крон (0,9) пихтарники задерживают наибольшее количество снега (до 16$).
На территориях измененных природных комплексов (А) дифференциация параметров снежного покрова выражена гораздо более резко, чем на естественных (Б), что видно, например, при сопоставлении данных по снегозапасу:
Мелколиственная редина-гарь расположена на склонах северной и северо-западной экспозиций, в средних и приводораздель-ных частях наветренных склонов. На территории гари участки травянистой растительности чередуются с участками возобновления березы и ивы.
На опушке елово-шхтового зеленомошного леса, вследствие барьерной роли деревьев, лежит зона аккумуляции снега шириной 10-20 м. Здесь образуются сугробы с высотой до НО см, что почти вдвое больше, чем в среднем по бассейну. В понижениях мезорельефа, также образуются зоны с большой толщиной снега (до 100 см) и значительным снегозапасом (до 300 мм). Снег в этих зонах имеет и повышенную плотность - около 0,30 г/см3. С выпуклых и ровных форм мезорельефа он сметается (на некоторых точках толщина не превышает 7 см), плотность его здесь пониженная V 0,19-0,22 г/см3), осредненные значения снегозапасов, толщины и плотности снега на гари составляют соответственно 141 мм, 59 см и 0,24 г/см3. Эти параметры близки к таковым по всему бассейну в среднем. Отметим, что в пихтовом лесу, находящемся по соседству с гарью, оказались следующие параметры снегонакопления: 185 мм, 71 см и 0,26 г/см3. Снег в пихтарнике на 8% плотнее, чем на гари, а снегозапас в 1,3 раза больше. В приводораздель-ной части гари наблюдается резкое уменьшение снегозапаса, толщины и плотности снега (соответственно до 40-70 мм, 23-36 см и 0,19-0,22 г/см3). Очевидно, большая часть снежной массы переметается за водораздел и частично испаряется во время метеле-вого переноса, на что указывают лабораторные эксперименты и наблюдения в других районах (Дюнин, 1961; Гришин, 1976). Восточные гари приводораздельной части склона той же экспозиции и крутизны покрыты березово-кедровым лесом. Здесь снегозапас в 2,5-3 раза выше, чем в приводораздельных участках гари. Как видно, снегозащитная роль леса на наветренных склонах значительно возрастает по мере приближения к водоразделу. Присутствие в реддне-гари лещины и подроста березы повышает величину снегозапаса в среднем на Ь%. Приведенные материалы подтверждают положение Г.Д.Рихтера (1948) о большой снегоемкости кустарников и древесного подроста.
Структура геосистемных связей в зимних условиях
Во все сезоны на ветвях деревьев» произрастающих на южных склонах, во второй половине зимы отмечалась трансформация снега в ледяные наросты, которые затем испарялись. Образование их при отрицательных температурах мы также связываем с направлением дневного гидротермического потока.
Зимой 1973/74 г. в распадке Волковский, лишенном растительного покрова, только на северном склоне снег сохранялся с ноября по апрель, толщина его в начале сезона равна 9 см, а в конце зимы 18-20 см. На склонах южной и западной экспозиций, как и в зиму 1974/75 г.,постоянного снежного покрова не было. Сравнение результатов снегосъемок, проведенных 21 марта 1974 г. непосредственно после снегопада, и 28 марта, показало, что при среднесуточных температурах порядка -3, -6 абляция на южных и юго-западных склонах составила 8,6 мм, причем 28/Ш-74 г. степень покрытия снегом не превышала ЗС$« Следовательно, в марте со склонов солярных экспозиций интенсивность испарения достигает 1,1-1,2 мм/сутки. Потеря вещества на северном склоне за тот ке период составила около I мм. Результаты снегосъемок на северном склоне отличаются один от другого с уровнем значимости Р = 0,01 (для южных склонов Р = 0,001). Записи по анеморумбо-метру дают незначительные отличия в ветровом режиме противоположных бортов долины, ориентированной с востока на запад. Следовательно, разницу в абляции северного и южного склонов можно отнести за счет различий в поступлении суммарной радиации. Оп ределение величины испарения теплобалансовш методом, выполненное в то же время ЇЇ.В.Новороцким (1979), дало сходные результаты.
Таким образом, солнечная радиация является одним из главных факторов в расходной части баланса снеговой влаги на склонах южных ориентации в горнотаежных районах Приморья. Воздействие ее - одна из основных причин неустойчивости снежного покрова на обезлесенных южных склонах в малоснежную и среднеснежную зимы.
Выводы
1. В горнотаежных районах Южного Приморья в масштабе макросклона на абсолютных высотах от 700 до 1100 м величина вертикального градиента онегозапаса равна 9 мм/ЮО м. В масштабе горного склона модельного бассейна на высотах от 500 до 800 м его значение меняется от 4 до 21 мм/100 м в разные гидрологические сезоны, увеличиваясь с приближением к водоразделу.
2. Дифференциация снега вблизи водоразделов, ориентированных перпендикулярно направлению устойчивых зимних ветров, возрастает с увеличением снежности зимы, увеличивается и коэффициент вариации максимальных снегозапасов. В мезорельефе склона наибольший снегозапас отмечается в верхней части вогнутой формы рельефа, наименьший - в верхней части выпуклой.
3. Влияние ориентации и углов наклона земной поверхности проявляется главным образом в поступлении прямой солнечной радиации. Потери снега за счет возгонки на южных склонах на порядок больше, чем на северных. Весеннее таяние в коренных ЇЇТК южных склонов начинается на две недели раньше, чем на северных.
Хвойные деревья разных пород и неодинакового возраста располагаются в порядке уменьшения снегозадерживающей способности следующим образом: а) на уровне подроста - пихта-ель-кедр; б) на уровне взрослых деревьев - кедр-пихта-ель. В масштабе типов леса больше снега задерживается пихтарниками, меньше - кедровниками.
5. С крон хвойных деревьев испаряется от 14 до 23# выпавшего за зиму снега в зависимости от типа леса и распределения осадков по сезону. Чем большее количество осадков (особенно в конце сезона) выпадает частыми маломощными снегопадами, тем больше снега задерживается кронами хвойных деревьев. Коэффициент сохранения осадков возрастает с увеличением снежности зимы в кедровниках на южном склоне от 35 до 61%, а в пихтарниках северных склонов - от 56 до 61% 6. На полянах в хвойных лесах величина снегозапаса нелинейно возрастает с увеличением размеров полян, причем к началу таяния эта зависимость ослабевает Диаметр поляны, соответствующий среднему значению величины снегозапаса на снегомерной площадке ("естественный осадкомер"), равен 8-Ю м независимо от породы древостоев. На фациальном уровне процессы снегонакопления в кедровниках и пихтарниках идут разнонаправленно: в кедровниках к іхоящ зимы дифференциация снежного покрова возрастает, в пихтарниках - уменьшается.
7. По действием прямой солнечной радиации на южных склонах снег прогревается до глубин 10-20 см. Днем здесь в толще снега образуются "ядра холода", вследствие чего происходит разрыв общего цикла тепло- и влагооборота почва-снег-воздух на два автономных цикла: почва-снег и снег-воздух. На солярных склонах выделяются три типа поглощения солнечной энергии: I) при толщине снега больше 20 см, 2) меньше 20 см и 3) при наличии инсоляцион-ной корки. В последнем случае происходит неоднократное отражение солнечной радиации, потери снега возрастают с уменьшением толщи-снежного покрова.
Расчет снегозапасов с использованием уравнений линейной регрессии
При изучении геосферы в последнее время все более широко применяются методы системного анализа. Поскольку применение их связано с инструментальными измерениями значительного объема, наибольший эффект достигается при стационарных исследованиях на таксономических уровнях низшего ранга (Преображенский, 1964)» Вслед за Г.Д.Рихтером (1975) мы полагаем, что "...каждый при-родно-территориальный комплекс (ПТК) представляет развивающуюся во времени трехмерную природную систему (геосистему), отличающуюся от других ПТК своей структурой".
Расстлотрим зимнюю фазу развития земноледовых (термин по Г.Д.Рихтеру, 1975) ландшафтов. Предикторами системы выберем компоненты геосферы, связи которых с режимом снегонакопления можно считать в настоящее время установленными.
В соответствии с высказанным ранее (Крауклис, 1974) более общим положением, система существует и развивается в результате взаимодействия двух основных материально-энергетических частей: транзитной (потоки энергии и вещества) и фиксированной (природные образования - подстилающая поверхность, растительность).
В гляциологии и гидрологии предикторы системы обычно рассматриваются односторонне - как факторы снегонакопления, которые можно разделить на три основные группы: А. Климатические 1) количество и распределение осадков по сезону, 2) ветровой режим, 3) баланс испарение-конденсация; Б. Орографические (к ним отнесем также элементы рельефа) 1) абсолютная высота местности, 2) ориентация, 3) угол наклона земной поверхности, 4) удаленность от водораздела, 5) мезо- и микрорельеф; В. Биотические 1) тип леса (или его отсутствие), 2) сомкнутость крон или полнота древостоев.
По этой схеме факторы группы А - транзитные; Б (1,2,3,4) -фиксированные, Б (5) и В (1,2) могут меняться от сезона к сезону как естественным путем (развитие оврагов, мерзлотные проявления и т.д., "естественные" пожары, сукцессионные циклы), так и под антропогенным воздействием. Взаимосвязь какого-либо параметра снега (снегозапас, плотность или толщина снега)с одним из факторов снегонакопления образует простую зимнюю геосистему, с друмя или более - сложную.
Методы математической статистики позволяют с определенной степенью вероятности установить достоверность и тесноту парных и множественных связей, а, следовательно, и отбор существенных факторов снегонакопления. Используется обычно один из следующих методов статистического анализа: корреляционный и регрессионный, однофакторный дисперсионный, компонентный, В последнем посредством факторизации корреляционной матрицы ( Харман, 1972) с последующим ее вращением строятся модели факторного отображения связей, имеющих место в системе. Числа, характеризующие независимые главные компоненты (в случае решения методом главных компонент) - это коэффициенты корреляции их с предикторами системы.
Слово "фактор" здесь употребляется в соответствии с терминологией, принятой Г.Харманом (1972); в дальнейшем, чтобы избегать терминологических неясностей, оно будет браться в кавычки, в отличие от фактора снегонакопления. Связи снежных параметров с факторами снегонакопления при решении методом главных компонент выявляются в неразрывном единстве со всеми взаимосвязями, существующими в системе. Главную компоненту, коэффициент корреляпии которой с параметром снега статистически значим при заданном уровне доверительной вероятности, назовем глядиокоглпо-нентой зимней геосистемы.
В каждой из 160 точек, закрепленных на местности вешками, измерены или определены величины, относящиеся к факторам снегонакопления групп Б и В. Поскольку Б (5) и В (1,2) за время наблюдений существенно не изменились, полагаем все факторы групп Б и В фиксированными. Транзитные факторы А измерять в каждой точке на протяжении зимнего сезона практически невозможно, поэтому они вводятся в анализ опосредствованно и учитываются в системе следующим образом: А (I) и А (2) входят в типы зим, А (3) полагаем функцией напряженности суммарной радиации и испарения за счет трубулентной диффузии. В.Н.Некрасовым (Дунцева и др., 1977) рассчитана средняя многолетняя величина суммарной радиации 0 к верхней границе леса для различных точек модельного бассейна. Сумма ее за 5 зимних месяцев колеблется от 2 до 70 ккад/см2 в зависимости от экспозиции.
Фиксированные факторы, зависящие от рельефа земной поверхности, заданы следующим образом: Б (I) - в метрах над уровнем моря-(520 м Набс. 810 м); Б (3) - в градусах (0 і 36); Б (5) коэффициент изрезанности микрорельефа Кмк - в процентах площади, занимаемой отчетливо выраженными формами рельефа; Б (6) степень выпуклости или выгнутости мезорельефа Кмз в долях единицы как функция тангенса угла наклона, скользящего по трем; в численном виде характеристика мезорельефа в точке просїиля і равна -Щ±& Щ\ И-Ь— ; если эта величи на больше I, склон вогнутый, меньше I - выпуклый, равна I ровный; значение коэффициента варьирует от 0,64 до 1,49; Б (2) и Б (4) в численном виде в анализ не вводились, их влияние на величину максимального снегозапаса, как и фактора В (I), оценивается при районировании бассейна на более дробные НТК. В (2) - измерялась сомкнутость крон К хвойных древостоев в долях единицы. В анализе используется величина (1-Ю во избежание деления на нуль, так как на участках гари К = 0. Для удобства дальнейшей записи пронумеруем постоянные предикторы, вошедшие в систему: 1 - Н абс, абсолютная высота, 2 - І-К, разреженность хвойной растительности, 3-0, суммарная радиация, 4 - йлк, коэффициент неравномерности микрорельефа, 5 - L , угол наклона земной поверхности, 6 - Кмз, степень отклонения мезорельефа от ровного. 5- величина снегозапаса - меняется от сезона к сезону.
