Испарение с поверхности снежного покрова за период его залегания на Азиатской территории России
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Методы измерения и расчета испарения с поверхности снега 7
1.1 О методике измерения испарения 7
1.2 Методы расчета 11
1.3 Восстановление пропусков в наблюдениях 27
2 Результаты проведенных исследований 30
3 Карты испарения со снега 49
3.1 Карты построенные В.В. Кузнецовым и А.М. Алпатьевым 49
3.2 Карта испарения с поверхности снега на Азиатской территории 51
России за весенний период
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 58
ПРИЛОЖЕНИЕ А
1 Методы измерения и расчета испарения с поверхности снега 7
1.1 О методике измерения испарения 7
1.2 Методы расчета 11
1.3 Восстановление пропусков в наблюдениях 27
2 Результаты проведенных исследований 30
3 Карты испарения со снега 49
3.1 Карты построенные В.В. Кузнецовым и А.М. Алпатьевым 49
3.2 Карта испарения с поверхности снега на Азиатской территории 51
России за весенний период
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 58
ПРИЛОЖЕНИЕ А
В условиях нашей страны, снег, так или иначе, оказывает влияние почти на все отрасли народного хозяйства. Информация об испарении со снега приобретает все большее значение в связи с учетом водных ресурсов, развитием водобалансовых исследований и расчетов, переходом к непрерывному в течение года изучению гидрологического режима речных водосборов и водоемов. С повышением требований к точности гидрологических расчетов и прогнозов, сведения о величине потерь влаги на испарение со снежного покрова, требуются при решении ряда практических задач народного хозяйства. В первую очередь, при проведении снежных мелиораций и расчетов влагообеспеченности на степных территориях южных и восточных районах страны, где снег является одним из основных источников весеннего увлажнения. Испарение со снега необходимо учитывать также при разработке гидрологических прогнозов и при расчетах водного баланса главным образом за весенний период. В настоящее время ощущается настоятельная потребность в картах суммарных величин испарения со снежного покрова; такая карта имела бы общегеографическое и агроклиматическое значение.
Испарение с поверхности льда при низких температурах было замечено давно. О том, что лед способен испаряться, упоминал еще в первом веке нашей эры Плиний Старший в 31-й книге “Естественной истории”. В 1680 г. Роберт Бойль выполнил первые измерения испарения льда. Но испарение снега не было объектом чьих-либо исследований до 15 марта 1815 года, когда русский физик В.В. Петров начал производить опыты над испарением снега и льда, на основе которых пришел к выводу о зависимости скорости испарения от различных природных условий - атмосферного давления, температуры, силы ветра и др.
На важность вопроса изучения испарения с поверхности снежного покрова впервые обратил внимание в 1871 году выдающийся русский климатолог и географ А.И. Воейков, выдвинувший положение о том, что температура поверхности снега в большинстве случаев выше точки росы нижнего слоя воздуха, поэтому испарение в зимнее время должно превалировать над конденсацией. Своими работами А. И. Воейков возбудил большой интерес к изучению испарения со снега у целого ряда ученых того времени, следствием чего явилась дискуссия, что происходит на поверхности снега - испарение или конденсация? Дискуссия в свою очередь явилась стимулом постановки наблюдений для количественной оценки явления и оказала большое влияние на развитие исследований в этой области.
В течение первой половины 20-го в. работы по изучению испарения со снега развивались весьма медленно. Зимою 1918 года наблюдения над испарением снега проводились на метеорологической площадке Лесного института под Ленинградом на небольшой полянке, окруженной невысокими деревьями. Для наблюдений использовались стеклянные плоские чашки площадью около 500 см2 и глубиною 7 см. В целом за март была получена сумма испарения около 3мм. Наиболее длительный ряд наблюдений был получен для станций Еленовка и Залугу в бассейне оз. Севан. В Залугу для наблюдений применялся почвенный испаритель Рыкачева, в сосуд вместо дерна помещался снег, а сам сосуд располагался среди снега. В Еленовке для испарителя были изготовлены сосуды, подобные почвенным испарителям Рыкачева с испаряющей поверхностью 3000 см2. По материалам наблюдений Н. Г. Николаев построил график зависимости испарения от температуры воздуха и рассчитал по нему испарение для 9 береговых станций, расположенных в различных частях озера Севан. Средние годовые величины зимнего испарения по этим станциям были получены в пределах от 40 до 72 мм. Другим примером стационарных наблюдений над испарением снега являются наблюдения Я.И. Тычино в Западном Казахстане на станции оз. Индер, период наблюдений охватывает зимы с 1940 по 1943 гг. Наблюдения дали вполне сравнимые между собой величины испарения со снега и льда.
Перелом наступил в шестидесятых годах. В этот период, особенно в семидесятые годы, появились работы, посвященные различным аспектам изучения испарения со снега: конструированию различных типов испарителей и разработке методики наблюдений, постановке кратковременных наблюдений за испарением со снега в различных климатических зонах страны на равнине и в горах, построению различных схем расчета испарения, оценке испарения с поверхности снега и почвы в период снеготаяния, развитию теоретического представления о процессе испарения и лабораторным исследованиям. Изучение зимнего испарения производилось на большом числе пунктов с различными целями, на стоковых станциях с целью учета элементов водного баланса, на станциях лесогидрометеорологических - с целью изучения влияния лесных полос.
Стоит отметить, как видно из изложенного, исследования были разрозненными, проводились различными методами, с помощью различных типов испарителей, в результате были получены не вполне сравнимые между собой данные. Поэтому попытки их обобщения не могли привести к согласованным результатам. Так, например, из двух карт изолиний испарения, построенных А.М. Алпатьевым и В.И. Кузнецовым, первая оказалась с завышенными, а вторая - с заниженными данными по испарению со снега.
Началом наблюдений за испарением со снега на сети гидрометстанций является 1963 г. К этому времени в ГГИ была закончена разработка унифицированной методики наблюдений за испарением со снега на сетевых станциях и издано Руководство по производству наблюдений. Первые стационарные наблюдения по этой методике стали производиться с зимы 1963 - 1964 гг. на отдельных гидрометстанциях. В настоящее время они производятся по единой программе, с применением стандартных приборов и методов наблюдений, на выборочной сети гидрометстанций, расположенных в различных природных зонах России.
В задачи данной работы входило исследование распределения испарения с поверхности снежного покрова на азиатской части России, как по ее территории, так и во времени внутри периода залегания снежного покрова. Предпринята попытка построения карты испарения с поверхности снежного покрова за весенний период, с исследуемой территории, на основе материалов по данным о суточном испарении, карта построена с использованием формулы П.П. Кузьмина.
Испарение с поверхности льда при низких температурах было замечено давно. О том, что лед способен испаряться, упоминал еще в первом веке нашей эры Плиний Старший в 31-й книге “Естественной истории”. В 1680 г. Роберт Бойль выполнил первые измерения испарения льда. Но испарение снега не было объектом чьих-либо исследований до 15 марта 1815 года, когда русский физик В.В. Петров начал производить опыты над испарением снега и льда, на основе которых пришел к выводу о зависимости скорости испарения от различных природных условий - атмосферного давления, температуры, силы ветра и др.
На важность вопроса изучения испарения с поверхности снежного покрова впервые обратил внимание в 1871 году выдающийся русский климатолог и географ А.И. Воейков, выдвинувший положение о том, что температура поверхности снега в большинстве случаев выше точки росы нижнего слоя воздуха, поэтому испарение в зимнее время должно превалировать над конденсацией. Своими работами А. И. Воейков возбудил большой интерес к изучению испарения со снега у целого ряда ученых того времени, следствием чего явилась дискуссия, что происходит на поверхности снега - испарение или конденсация? Дискуссия в свою очередь явилась стимулом постановки наблюдений для количественной оценки явления и оказала большое влияние на развитие исследований в этой области.
В течение первой половины 20-го в. работы по изучению испарения со снега развивались весьма медленно. Зимою 1918 года наблюдения над испарением снега проводились на метеорологической площадке Лесного института под Ленинградом на небольшой полянке, окруженной невысокими деревьями. Для наблюдений использовались стеклянные плоские чашки площадью около 500 см2 и глубиною 7 см. В целом за март была получена сумма испарения около 3мм. Наиболее длительный ряд наблюдений был получен для станций Еленовка и Залугу в бассейне оз. Севан. В Залугу для наблюдений применялся почвенный испаритель Рыкачева, в сосуд вместо дерна помещался снег, а сам сосуд располагался среди снега. В Еленовке для испарителя были изготовлены сосуды, подобные почвенным испарителям Рыкачева с испаряющей поверхностью 3000 см2. По материалам наблюдений Н. Г. Николаев построил график зависимости испарения от температуры воздуха и рассчитал по нему испарение для 9 береговых станций, расположенных в различных частях озера Севан. Средние годовые величины зимнего испарения по этим станциям были получены в пределах от 40 до 72 мм. Другим примером стационарных наблюдений над испарением снега являются наблюдения Я.И. Тычино в Западном Казахстане на станции оз. Индер, период наблюдений охватывает зимы с 1940 по 1943 гг. Наблюдения дали вполне сравнимые между собой величины испарения со снега и льда.
Перелом наступил в шестидесятых годах. В этот период, особенно в семидесятые годы, появились работы, посвященные различным аспектам изучения испарения со снега: конструированию различных типов испарителей и разработке методики наблюдений, постановке кратковременных наблюдений за испарением со снега в различных климатических зонах страны на равнине и в горах, построению различных схем расчета испарения, оценке испарения с поверхности снега и почвы в период снеготаяния, развитию теоретического представления о процессе испарения и лабораторным исследованиям. Изучение зимнего испарения производилось на большом числе пунктов с различными целями, на стоковых станциях с целью учета элементов водного баланса, на станциях лесогидрометеорологических - с целью изучения влияния лесных полос.
Стоит отметить, как видно из изложенного, исследования были разрозненными, проводились различными методами, с помощью различных типов испарителей, в результате были получены не вполне сравнимые между собой данные. Поэтому попытки их обобщения не могли привести к согласованным результатам. Так, например, из двух карт изолиний испарения, построенных А.М. Алпатьевым и В.И. Кузнецовым, первая оказалась с завышенными, а вторая - с заниженными данными по испарению со снега.
Началом наблюдений за испарением со снега на сети гидрометстанций является 1963 г. К этому времени в ГГИ была закончена разработка унифицированной методики наблюдений за испарением со снега на сетевых станциях и издано Руководство по производству наблюдений. Первые стационарные наблюдения по этой методике стали производиться с зимы 1963 - 1964 гг. на отдельных гидрометстанциях. В настоящее время они производятся по единой программе, с применением стандартных приборов и методов наблюдений, на выборочной сети гидрометстанций, расположенных в различных природных зонах России.
В задачи данной работы входило исследование распределения испарения с поверхности снежного покрова на азиатской части России, как по ее территории, так и во времени внутри периода залегания снежного покрова. Предпринята попытка построения карты испарения с поверхности снежного покрова за весенний период, с исследуемой территории, на основе материалов по данным о суточном испарении, карта построена с использованием формулы П.П. Кузьмина.
В работе проведены расчеты испарения с поверхности снежного покрова для Азиатской части России отдельно за осенний, зимний, весенний периоды и также за весь период залегания снежного покрова в целом. Для расчета использовалась формула П.П. Кузьмина (3.19) которую рекомендуется применять для расчета испарения за промежутки времени продолжительностью месяц и более. По оценкам Кузьмина формула (3.19) дает погрешность около 30% при расчете за конкретные месяца и по-видимому, можно считать, что при расчете испарения за указанные периоды погрешность будет несколько меньше. Расчеты проводились по 143 станциям более или менее равномерно расположенных по территории. Результаты расчетов приведены в Приложении А.
Полученные данные по испарению, затем обрабатывались нами, а именно, по каждой станции подсчитывалось суммарное испарение за осенний, весенний, зимний и весь период залегания снежного покрова в целом. Названые периоды состояли соответственно из осенних, зимних и весенних календарных месяцев. Результаты расчетов представлены в таблице № 5. В данной таблице так же представлены данные о продолжительности залегания снежного покрова по периодам.
Была определена также средняя продолжительность осеннего, зимнего и весеннего периодов для каждой административной единицы для рассматриваемой территории. Наибольшей продолжительностью, в среднем, обладает зимний период - 89 суток, а наименьшей осенний - 39 суток.
Были определенны коэффициенты вариации для названных периодов, которые составили: 0.39 за осенний; 0.05 за зимний; 0.37 за весенний и 0.21 за весь период. За весенний период, в среднем, продолжительность залегания снежного покрова равна 63 суткам. За весь период, в среднем, снежный покров залегает 190 суток, продолжительность залегания сильно изменяется по территории от 63 суток в Приморском крае до 255 на севере Красноярского края. Результаты представлены в таблице № 6.
Также было определенно испарение с поверхности снежного покрова за эти периоды для каждой административной единицы территории. Результаты представлены в таблице № 7. Видно, что в среднем, испарение за периоды составляет 7.7 мм за осенний, 9.1 мм за зимний и 27 мм за весенний период. В целом, за весь период испарение составляет 43.9 мм. Для оценки изменчивости были определены коэффициенты вариации, которые так же приводятся в таблице №7,где видно, что наибольшей изменчивостью обладает испарение за зиму. Результаты представлены в таблице №7.
Кроме этого была определена суточная интенсивность испарения за каждый период (таблица №8). Средние ее значения по всей территории составили для осеннего периода 0.21 мм/сут, для зимнего 0.10 мм/сут, для весеннего 0.45 мм/сут, а в целом за весь период 0.24 мм/сут. Здесь же указаны соответствующие коэффициенты вариации, они показывают, что наибольшей изменчивостью по территории обладает испарение за зимние месяца.
В таблице 9 приводятся данные о структуре испарения внутри периода залегания снежного покрова. Данные таблицы №9 показывают, что в среднем по Азиатской территории России испарение за осенний период составляет 18 % , за зимний 22 %, за весенний период 60 % от общего испарения за весь период залегания снежного покрова. Наибольшая изменчивость для этих соотношений характерна для зимнего периода, где коэффициент вариации составляет - 0.74.
По полученным данным была построена карта испарения с поверхности снежного покрова за весенний период, за который испарение больше, чем за другие периоды. Данные карты показывают, что наибольших величин испарение достигает в средней части бассейна Енисея, где составляет 50мм, а наименьших на крайнем юге территории - 10мм, невелико также испарение вдоль побережья Северного Ледовитого океана, где оно составляет - 20 мм.
Полученные данные по испарению, затем обрабатывались нами, а именно, по каждой станции подсчитывалось суммарное испарение за осенний, весенний, зимний и весь период залегания снежного покрова в целом. Названые периоды состояли соответственно из осенних, зимних и весенних календарных месяцев. Результаты расчетов представлены в таблице № 5. В данной таблице так же представлены данные о продолжительности залегания снежного покрова по периодам.
Была определена также средняя продолжительность осеннего, зимнего и весеннего периодов для каждой административной единицы для рассматриваемой территории. Наибольшей продолжительностью, в среднем, обладает зимний период - 89 суток, а наименьшей осенний - 39 суток.
Были определенны коэффициенты вариации для названных периодов, которые составили: 0.39 за осенний; 0.05 за зимний; 0.37 за весенний и 0.21 за весь период. За весенний период, в среднем, продолжительность залегания снежного покрова равна 63 суткам. За весь период, в среднем, снежный покров залегает 190 суток, продолжительность залегания сильно изменяется по территории от 63 суток в Приморском крае до 255 на севере Красноярского края. Результаты представлены в таблице № 6.
Также было определенно испарение с поверхности снежного покрова за эти периоды для каждой административной единицы территории. Результаты представлены в таблице № 7. Видно, что в среднем, испарение за периоды составляет 7.7 мм за осенний, 9.1 мм за зимний и 27 мм за весенний период. В целом, за весь период испарение составляет 43.9 мм. Для оценки изменчивости были определены коэффициенты вариации, которые так же приводятся в таблице №7,где видно, что наибольшей изменчивостью обладает испарение за зиму. Результаты представлены в таблице №7.
Кроме этого была определена суточная интенсивность испарения за каждый период (таблица №8). Средние ее значения по всей территории составили для осеннего периода 0.21 мм/сут, для зимнего 0.10 мм/сут, для весеннего 0.45 мм/сут, а в целом за весь период 0.24 мм/сут. Здесь же указаны соответствующие коэффициенты вариации, они показывают, что наибольшей изменчивостью по территории обладает испарение за зимние месяца.
В таблице 9 приводятся данные о структуре испарения внутри периода залегания снежного покрова. Данные таблицы №9 показывают, что в среднем по Азиатской территории России испарение за осенний период составляет 18 % , за зимний 22 %, за весенний период 60 % от общего испарения за весь период залегания снежного покрова. Наибольшая изменчивость для этих соотношений характерна для зимнего периода, где коэффициент вариации составляет - 0.74.
По полученным данным была построена карта испарения с поверхности снежного покрова за весенний период, за который испарение больше, чем за другие периоды. Данные карты показывают, что наибольших величин испарение достигает в средней части бассейна Енисея, где составляет 50мм, а наименьших на крайнем юге территории - 10мм, невелико также испарение вдоль побережья Северного Ледовитого океана, где оно составляет - 20 мм.