Тема: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АККУМУЛЯЦИИ И ТАЯНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА НА РЕКАХ КАМЧАТСКОГО КРАЯ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА

Аккумуляция и таяние снежного покрова являются одними из основных процессов формирования стока в северных регионах. Моделирование талого стока является важным в целях прогнозирования и предотвращения опасных гидрологических явлений, например, наводнений, а также для оценки водных ресурсов. Результаты моделирования во многом определяются выбранной методикой расчета снеготаяния и наличием необходимой гидрометеорологической информации.
В настоящее время в гидрологии используются два метода расчета снеготаяния. Более простой метод температурных коэффициентов основан на использовании температуры воздуха как главной переменной. Однако точность моделирования в данном случае зависит от температурных коэффициентов стаивания, варьирующих в пределах водосбора и в течение периода снеготаяния. Физически-обоснованный метод энергетического баланса более точно описывает многофакторный процесс таяния снежного покрова. В то же время метод требует большое количество исходной информации о различных источниках поступления тепла к снегу.
Модель Snowmelt Runoff (SRM) основана на методе температурных коэффициентов. Переменными в модели являются количество осадков, температура воздуха и площадь снежного покрова суточного разрешения. Для получения информации о степени заснеженности территории в работе использовались данные дистанционного зондирования. Отдельным направлением исследований в таком случае является сравнение продуктов спутниковой информации и выбор наиболее репрезентативной базы данных по распределению снежного покрова для исследуемого бассейна.
Данные дистанционного зондирования MODIS считаются наиболее перспективными для использования в целях гидрологического моделирования. Они находятся в свободном доступе и обладают достаточно высоким пространственным разрешением (максимальное разрешение - 500 метров). Данные содержат информацию о распределении заснеженной территории за разные интервалы времени: суточные, восьмидневные и месячные. Необходимо отметить, что основные трудности в процессе работы со снимками высокого временного разрешения вызывает облачность.
Целью выпускной квалификационной работы является интеграция данных дистанционного зондирования в моделирование снеготаяния в бассейне реки Камчатки с помощью Snowmelt Runoff Model (SRM). Актуальность темы исследования обусловлена нарастающим спросом на внедрение данных дистанционного зондирования в различные направления гидрометеорологии. При этом использование спутниковой информации при моделировании речного стока в литературных источниках освещено слабо.
Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:
• проанализировать существующие в свободном доступе данные дистанционного зондирования по распределению снежного покрова и выбрать наиболее подходящие для выполнения работы;
• разработать методику сравнения данных дистанционного зондирования площади снежного покрова;
• осуществить сравнительный анализ данных дистанционного зондирования по снегу и выбрать базу, наиболее подходящую в целях моделирования;
• создать базу данных распределения снежного покрова для бассейна реки Камчатки;
• разработать методику подготовки исходных данных для модели SRM;
• оценить заснеженность бассейна реки Камчатки на основе наблюденных и рассчитанных характеристик снежного покрова;
• интегрировать данные по снежному покрову в анализ климатических изменений в бассейне реки Камчатки;
• получить расчетный гидрограф с помощью модели SRM.
Объектом исследования является бассейн реки Камчатки, для которого характерна высокая степень заснеженности в течение года. Предметом исследования выступают процессы аккумуляции и таяния снежного покрова, являющиеся одними из основных процессов формирования стока реки Камчатки.
Купить

Выпускная квалификационная работа посвящена моделированию процессов аккумуляции и таяния снежного покрова в бассейне реки Камчатки с помощью Snowmelt Runoff Model (SRM). Исходной информацией по снежному покрову в работе служат данные дистанционного зондирования. В процессе исследования были проанализированы несколько наиболее востребованных источников спутниковой информации по распределению снежного покрова, находящихся в свободном доступе. На основе проведенного анализа, а также результатов моделирования был сделан вывод о наиболее подходящей в целях моделирования базе данных по снегу. Подчеркнута невозможность использования суточных данных MODIS в целях моделирования из-за значительного влияния облачности.
Модель SRM основана на простом методе температурных коэффициентов. Переменными в модели служат суточные данные температуры воздуха, осадков и площади снежного покрова. Отдельным важным этапом исследования является подготовка исходных данных для моделирования. В работе представлена собственная методика расчета запасов воды в снежном покрове при отсутствии данных маршрутных снегомерных съемок непосредственно в бассейне.
Длительный ряд наблюдений площади снежного покрова данных дистанционного зондирования Northern Hemisphere Weekly Snow Cover (NSIDC-0046) позволил проанализировать изменения заснеженности совместно с изменениями температуры воздуха. В климатическом анализе использовались данные наблюдений трех метеостанций в бассейне и климатического архива Climate Research Unit (CRU TS v. 4.01).
В результате выполнения выпускной квалификационной работы были получены следующие выводы:
1. Создана база данных распределения снежного покрова для бассейна реки Камчатки на основе трех источников спутниковой информации: восьмидневные данные MODIS 500 м и 5 км пространственного разрешения, 25 км данные Northern Hemisphere Weekly Snow Cover.
2. Проведен сравнительный анализ данных дистанционного зондирования. Анализ показал, что восьмидневные данные MODIS более высокого пространственного разрешения предпочтительнее использовать в целях моделирования.
3. Осуществлена подготовка исходных данных для моделирования по разработанной методике, рассчитаны запасы воды в снежном покрове за моделируемый период.
4. Произведен анализ климатических изменений в бассейне реки Камчатки совместно с оценкой заснеженности изучаемой территории.
5. Получены расчетные гидрографы на основе трех источников ДДЗ.
Камчатка отличается высоким процентом заснеженности в течение года, формирующим пик половодья в весенне-летний период. Среднее значение запасов воды в снежном покрове за зимний период в долине реки Камчатки составляет 212 мм. Максимальные значения запасов воды в снеге наблюдаются в марте.
Начало накопления снежного покрова в долине реки наблюдается в октябре. Установившийся снежный покров продолжается с ноября до начала апреля. Процесс снеготаяния для всей территории бассейна заканчивается в конце мая - начале июня.
Наибольшие аномалии температуры воздуха в бассейне реки Камчатки отмечаются в переходные сезоны. При этом весной площадь снежного покрова после 1986 года увеличилась на 2 %, а осенью - уменьшилась на 5 %.
Дальнейшее усовершенствование моделирования процессов аккумуляции и таяния снежного покрова заключается в адаптации Snowmelt Runoff Model к подземному притоку воды, который составляет значительную долю питания в бассейне реки Камчатки.
Купить