Тема №1 НТС: Статистический метод расчета структуры снежного покрова в московском регионе (краткие выдержки из доклада)

Снежным покровом называют слой снега, лежащий на поверхности земли и образовавшийся при снегопадах.

1.Сроки формирования и схода снежного покрова

Согласно многолетним наблюдениям, устойчивый снежный покров образуется в Москве и области спустя 15 - 20 дней после устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 0?С, в среднем 25 ноября - 1 декабря. Самая ранняя дата появления устойчивого снежного покрова для Москвы и Подмосковья была зарегистрирована 12 октября 1976 года. Тогда выпавший снег растаял лишь весной 1977 года. Самая поздняя дата установления снега 31 января.

Разрушение устойчивого снежного покрова наступает через 4 - 7 дней после перехода температуры воздуха через 0?С весной. В Москве из-за сильной загрязненности сход снега часто происходит в более ранние сроки. Продолжительность со снежным покровом составляет около 140 дней в году.

2.Осадки и снежный покров

Выпадающий снежный покров в октябре, а также в марте и апреле, как правило, быстро стаивает.

Общее количество дней с осадками в Москве в среднем составляет около 170, из них 82 дня составляют осадки в виде снега.

В количественных характеристиках сумма выпадающих в году осадков в Москве и Московской области составляет около 700 мм. Из них на жидкие осадки приходится 62%, на твердые 26% и на смешанные 12%. Климатические изменения последних лет изменили процент жидких и смешанных осадков в сторону повышения, а твердых - понижения.

При анализе количества выпадавших осадков в Москве за два продолжительных периода: 1853-1893 гг и 1961-1990 гг. выявлено, что в 19 веке их наблюдалось меньше, чем в совремменное время (рис.1). Однако, высота снежного покрова в зимние периоды в 19 веке, несмотря на меньшее количество осадков, в том числе и снега, была болшей, чем в современных условиях. Это объясняется меньшим количеством дней с жидкими и смешанными осадками зимой и большей продолжительности зимнего периода в прошлом.

Рис.1. Среднее количество наблюдавшихся осадков в Москве за периоды 1853-1893 гг и 1961-1990 гг.

3.Структура снежного покрова

Структура установившегося снежного покрова зависит от многих факторов, в том числе от состояния почвы, на которую он выпал.

Состав снежного покрова весьма разнообразен и часто имеет слоистое строение, обусловленное целым рядом причин: чередующимися снегопадами и метелями, собственной массой снежинок, возгонкой и сублимацией снежных кристаллов, воздействием атмосферных факторов (солнечной радиации, ветра, других атмосферных осадков и пр.). Слои снега представляют собой:

Наст - твердая поверхностная снежная или ледяная корка.

Снежная корка - уплотненный слой снежного покрова, образовавшийся под действием температурных контрастов и ветра на его поверхности.

Снежная корка внутри снега - погребенная последующим снегоотложением снежная корка.

Снежная корка притертая - уплотненный слой снежного покрова непосредственно на поверхности земли и растениях.

Ледяная корка - слой льда на поверхности земли или снежного покрова, образовавшийся под воздействием оттепелей сменяющихся морозами и жидких осадков.

Ледяная корка внутри снега - погребенная последующим снегоотложением ледяная корка.

Ледяная корка притертая - плотно прилегающий к почве или /и растениям слой льда.

Таким образом, снежный покров не является стабильным; его мощность и все физико-механические свойства непрерывно изменяются.

4.Формирование высоты снежного покрова

На территории Москвы и Московской области средняя высота снежного покрова своего максимального значения достигает в феврале - начале марта (рис.2) и составляет 25 - 35 см на открытых местах и 40 - 45 см - на защищенных. Однако рекорд был зафиксирован 13 марта 1947 года, когда в столице и области лежали 70-75 сантиметровые сугробы.

Рис.2. Средняя высота снежного покрова по данным многолетних снегосъемок на метеорологических станциях ГУ "Московский ЦГМС-Р"

По материалам снегомерных съемок, в которых сосредоточена обширная информация 12 станций за 20 - летний период, отделом метеорологии ГУ "Московский ЦГМС-Р" выполнены статистические расчеты о повторяемости различных градаций средней максимальной высоты снежного покрова к моменту весеннего снеготаяния, по которым определена обеспеченность распределения определенных высот снега. По данным вероятности и средней высоты снежного покрова построена номограмма для расчета высоты снежного покрова различной обеспеченности по Московской области. Пользуясь данной номограммой, можно определить характеристики распределения снежного покрова по всему московскому региону.

5.Плотность и водные свойства снега.

Все характеристики снега зависят от его плотности, но вместе с тем плотность снега в высшей степени изменчива - от 0,1 до 0,7 г/см3. Обычно рассматривают: плотность различных видов снега, плотность снега на открытой местности, плотность снега в лесу, плотность снега в снежниках, плотность тающего снега.

Плотность снега весьма неоднородна по высоте снежного покрова и зависит от продолжительности и глубины его залегания. Поэтому плотность снежного покрова является величиной осредненной.

По данным наблюдательной сети ГУ "Московский ЦГМС-Р" средняя плотность снежного покрова в Московской области в конце зимы находится в пределах 0,25 - 0, 30 г/см3.

Наличие влаги (воды, водяного пара) существенно увеличивает плотность снега. Плотность тающего снега имеет большое значение для прогноза половодья на реках. Наблюдения показывают, что в большинстве случаев она изменяется в начале таяния от 0,18 до 0,35 г/см3, в разгар таяния от 0,35 до 0,45 г/см3, в конце таяния доходит до 0,6 г/см3.

Плотность снега в лесу меньше, чем на открытой местности, что объясняется уменьшением ветра в лесу и меньшей интенсивностью зимних оттепелей.

На рис.3 представлены данные о запасах воды в снежном покрове, отражающие высоту и плотность снега, на последний день декады.

Рис.3. Средние запасы воды в снежном покрове по данным многолетних снегосъемок на метеорологических станциях ГУ "Московский ЦГМС-Р"

6.Зависимость отлагаемого снега от скорости ветра и расчет прироста снега Снежный покров состоит из отдельных слоев, отложившихся в разных условиях и неодинаковых по структуре и плотности. По данным специальных наблюдений получена зависимость плотности отлагаемого снега при снегопадах и метелях от скорости ветра. Снег, выпавший при штиле, лёгок и плотность его не более 0,1 кг/м3. С усилением ветра этот показатель возрастает до 0,15-0,2 г/см3 и более. На холмах, где ветер дует с большой силой, плотность свежеотложенного снега на 20 % выше, чем в долинах и в лесу.

С учетом вышеизложенной зависимости, при известной плотности отлагаемого снега и количестве выпавших осадков по формуле (Н=Q/10g) без труда вычисляется высота выпавшего снега. При известной высоте выпавшего снега и измеренному количеству осадков определяется его плотность. Таким образом, можно рассчитывать прирост снежного покрова на метеорологической станции или посту без привлечения специальных наблюдательных приборов.

7.Твердость снежного покрова

Твердость снега является очень важной его структурной составляющей. Чем тверже прослойка или толща снега, тем сложнее доступ животных к растениям и почве. Кроме того, значительная твердость снега увеличивает затраты на его уборку в городских условиях. В результате уплотнения автотранспортом и пешеходами образуется так называемый снежный накат или гололедица на дорогах, представляющая собой слой снега плотностью в 0,6 г/см3 и более. По результатам многолетних исследований структурных характеристик снежного покрова установлена зависимость твердости снега от его температуры и плотности. Установлено, что твердость снежного покрова плотностью до 0,4 г/см3 мало зависит от его температуры. Но при плотности более 0,5 г/см3 она резко возрастает. Такой плотностью обладает в основном механически перемешанный и уплотненный снег.

8.Весовые характеристики снежного покрова

В последние годы в связи с климатическими изменениями в зимнее время чаще отмечаются оттепели с жидкими и смешанными осадками, сменяющиеся морозами, в результате чего в толще снежного покрова образуются скопления ледяных и насыщенных водой слоев. Порою большие массы мокрого снега образуются за сравнительно короткие сроки. В таких случаях возникает большая нагрузка на кровли строений, которая может привести к их обрушению. Такие случаи неоднократно наблюдались в нашем регионе.

Для оперативного и упрощенного расчета нагрузки на погонный метр площади предложена номограмма зависимости веса снежного покрова от его плотности и высоты.

9.Снежный покров и промерзание почвы

Холодная бесснежная зима настоящее стихийное бедствие для флоры и фауны, так и для человека. Ведь если температура почвы на глубине 3 сантиметров (глубина узла кущения) доходит до минус 30°C, то почти все растения погибают. Но при слое снега всего в 20 сантиметров температура на этой глубине уже не опускается ниже минус 20°. Большинство растений нашей средней полосы свободно переносит такое охлаждение. При высоте снежного покрова в 50 см температура на узле кущения не опустится ниже минус 8°C и все растения благополучно перезимуют. Поэтому наличие снежного покрова всегда является благом для зимнего сезона в нашем регионе.

Средняя глубина промерзания почвы в Московской области достигает 85 см при нормальных условиях температурного режима и высоте снежного покрова (рис.6).

Рис.4. Средняя глубина промерзания почвы по многолетним данным наблюдательной сети ГУ "Московский ЦГМС-Р"

Малая глубина промерзания на метеостанции Москва, ВДНХ объясняется наличием обогревания почвы коммуникациями, проложенными под землей вблизи метеоплощадки и обогревающим воздействием города.

Получена зависимость глубины промерзания почвы от высоты снежного покрова и морозности зимы, на которой при отсутствии снега при определенном температурном режиме зимнего периода может достигать 150-170 см.

Тема №2 НТС: Программа мониторинга качества воды и донных отложений р. Волга и верхневолжских водохранилищ

Несмотря на повышенный интерес к водным ресурсам, одна из главных артерий России р. Волга в своем верхнем течении изучена недостаточно и в основном в рамках проведения наблюдений Росгидрометом. Поэтому подготовлена расширенная программа изучения качества воды и донных отложений р. Волга и верхневолжских водохранилищ.

В настоящей программе предпринята попытка:

1. Объединить несколько направлений, используя данные гидрологических и гидрохимических систематических наблюдений, с целью дать оценку состояния р. Волги и верхневолжских водохранилищ в период летне-осенней межени под влиянием климатических, гидрохимических факторов и гидрологических особенностей формирования стока, а также антропогенного воздействия.

2. Оценить современное состояние качества воды и донных отложений р. Волга от истока до Горьковского водохранилища в районе г. Костромы.

В программе совмещены два направления: принципы организации мониторинга и интересы контроля.

Данная программа базируется на пунктах государственной сети наблюдений. В настоящее время на верхневолжских водохранилищах создана оптимально-минимальная сеть государственного мониторинга, которая насчитывает порядка 25 пунктов наблюдений.

По Тверской области:

- р. Волга, 2 км выше г. Ржев

- р. Волга, 8,7 км ниже г. Ржев

- р. Волга, 10 км выше г. Тверь

- р. Волга, 0,5 км ниже г. Тверь

- р. Волга, д. Безбородово, в черте д. Безбородово

- р. Волга, г. Конаково, 0,5 км ниже впадения р. Донховка

- р. Волга, 0,25 км выше г. Калязин

- Водохранилище Угличское, в черте г. Кимры

По Московской области:

Водохранилище Иваньковское, г. Дубна

По Ярославской области:

- Водохранилище Угличское, 2 км выше г. Углич

- Водохранилище Угличское, 2 км ниже г. Мышкин

- Водохранилище Рыбинское, в черте п. Коприно

- Водохранилище Рыбинское, в черте с. Брейтово

- Водохранилище Рыбинское, Рыбинская ГЭС

- Водохранилище Рыбинское, п. Переборы

- Водохранилище Горьковское, в черте г. Рыбинск

- Водохранилище Горьковское, 1 км ниже г. Рыбинск

- Водохранилище Горьковское, в черте г. Тутаев

- Водохранилище Горьковское, 6,5 км ниже г. Тутаев

- Водохранилище Горьковское, 10 км выше г. Ярославль

- Водохранилище Горьковское, 10 км ниже г. Ярославль

По Костромской области:

- Водохранилище Горьковское, 2 км выше г. Кострома

- Водохранилище Горьковское, 6,7 км ниже г. Кострома

По Ивановской области:

- Водохранилище Горьковское, 4,5 км выше г. Кинешма

- Водохранилище Горьковское, в черте г. Кинешма

- Водохранилище Горьковское, 5,1 км ниже г. Кинешма

В ходе реализации Программы важно оценить влияние отдельных субъектов федерации на изменение качества воды каскада верхневолжских водохранилищ.

По Тверской области:

- Водохранилище Верхневолжское, с. Коковкино, в черте села

- Водохранилище Верхневолжское, 1 км ниже п. Пено

- р. Волга, ниже п. Селижарово, 2 км ниже устья р. Селижаровка

- р. Волга, ниже г. Зубцов, 2 км ниже устья р. Вазуза

- р. Волга, выше г. Старица, 3 км выше р. Старчонка

- р. Волга, ниже г. Старица

- р. Волга, ниже г. Дубна, д. Пекуново (влияние г. Дубна)

- Водохранилище Угличское, в р-не д. Брыкино и д. Харлово, ниже впадения р. Нерль (поступление загрязняющих вод с территории Ярославской и Московской областей)

- Водохранилище Угличское, выше г. Калязин (поступление загрязняющих вод по р. Кашинка)

- Водохранилище Угличское, ниже г. Калязин

- Водохранилище Угличское, д. Селище, в черте д. Прилуки (влияние Тверской области)

По Московской области необходимо детально изучить влияние г. Дубна:

- р. Волга, выше г. Дубна

- р. Волга, ниже г. Дубна

- р. Волга, выше р. Дубна

По Ярославской области:

- Водохранилище Угличское, ниже г. Углич

- Водохранилище Угличское, выше г. Мышкин

- Водохранилище Горьковское, 4,5 км выше г. Тутаева

- Водохранилище Горьковское, пос. Красный Профинтерн (влияние крахмало-паточного завода)

По Костромской области:

- Водохранилище Горьковское, 1 км ниже п. Лунево (влияние сточных вод санатория, детского лагеря)

- Водохранилище Горьковское, выше впадения р. Кешка (до Костромской ГРЭС, дома отдыха, детские лагеря)

- Водохранилище Горьковское, 2 км выше впадения р. Шача (2 км ниже Костромской ГРЭС)

- Водохранилище Горьковское, 2 км ниже пос. Красное-на-Волга

По Ивановской области:

- Водохранилище Горьковское, д. Миловка

- Водохранилище Горьковское, выше г. Плес

- Водохранилище Горьковское, ниже г. Плес

- Водохранилище Горьковское, выше п. Каменка

- Водохранилище Горьковское, ниже п. Каменка

- Водохранилище Горьковское, выше г. Наволоки

- Водохранилище Горьковское, ниже г. Наволоки

- Водохранилище Горьковское, ниже г. Решма

- Водохранилище Горьковское, выше р. Елнать

- Водохранилище Горьковское, ниже р. Елнать

- Водохранилище Горьковское, выше г. Юрьевец

- Водохранилище Горьковское, ниже г. Юрьевец

- Водохранилище Горьковское, Немдовский рукав водохранилища

- Водохранилище Горьковское, Унжинский рукав водохранилища

- Водохранилище Горьковское, в черте г. Пучеж

- Водохранилище Горьковское, ниже впадения р. Ячменка

В каждом створе в зависимости от ширины водоема планируется назначать от одной до трех вертикалей. А на каждой вертикали, в зависимости от глубины реки, от одной до трех точек. В каждой отобранной пробе воды определяется порядка 34 показателей.

К сожалению, не найдено материалов о донных отложениях. В Центральном УГМС не проводятся наблюдения в государственной системе наблюдений. Поэтому во всех створах гидрохимического наблюдения будет проводиться мониторинг за донными отложениями.

Мониторинг предлагается проводить в течение трех лет, в период открытого русла с мая по октябрь с отбором проб в весенний (май), летний (июль), осенний (октябрь) периоды.

Начало