ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЙ ОЛЕДЕНЕНИЯ В БАССЕЙНАХ РЕК АССА И ТАЛАС ПО ДАННЫМ КОСМОСЪЕМКИ 2013 ГОДА

НАУЧНЫЕ СТАТЬИ

Гидрометеорология и экология №4 2014

УДК 551.324.86

Доктор геогр. наук Е.Н. Вилесов *

ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЙ ОЛЕДЕНЕНИЯ В БАССЕЙНАХ РЕК АССА

И ТАЛАС ПО ДАННЫМ КОСМОСЪЕМКИ 2013 ГОДА

ОЛЕДЕНЕНИЕ, БАЛАНС МАССЫ ЛЕДНИКОВ, АБЛЯЦИЯ, ЛЕДНИКОВЫЙ СТОК

Рассматриваются пространственно-временные изменения размеров оледенения в бассейнах рек Асса и Талас за 56 лет (1957.2013 гг.). Основой для суждения о направленности динамики ледников послужило сравнение их морфометрических характеристик, полученных при каталогизации в 1957 и 2013 гг. Установлено, что за 56 лет площадь оледенения сократилась на 54,1 км2 (43,9 %). Объём ледников уменьшился на 1,875 км3 (49,4 %). Среднее значение баланса массы оледенения составило 31 г/см2. Безвозвратная потеря массы со всей площади ледников равна 17,5 м в слое воды. Сокращение размеров оледенения обусловило уменьшение объема ледникового стока за рассматриваемый период на 25 %.

Бассейны рек Асса и Талас расположены на северо-западе Кыргызстана и юго-западе Казахстана. С севера они ограничены Киргизским хребтом, на юге - Таласским Алатау. На востоке хребты сходятся под острым углом, образуя Таласско-Киргизский горный узел, замыкающий бассейн Таласа с востока.

Рельеф. Таласский Алатау (кирг. - Таласский Ала-Тоо) - горный хребет в системе Западного Тянь-Шаня, являющийся водоразделом между бассейнами рек Кёкёмерен, Нарын, Чаткал и Талас. Его большая часть расположена на территории Киргизии, а часть - в южном Казахстане. Этот хребет отделяет Таласскую долину от других хребтов и долин Западного Тянь-Шаня и западной части, так называемого, Внутреннего Тянь-Шаня. Таласский Алатау отделяет реки Талас и Асса от бассейна Чирчика, а его западная оконечность разделяет бассейны Ассы и Арыси. Длина Таласского Алатау около 270 км. Средняя высота его 3700...3800 м, отдельные вершины превышают 4000 м, а высшая точка - пик Манас достигает отметки 4482 м (рис. 1).

* КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы 42

Рис. 1. Гора Манас (4482 м).

Высокогорная зона Таласского Алатау имеет типичный альпийский облик: скалистый рельеф, узкие, зазубренные вершины гребня, покрытые местами льдом и фирном, крутые (до 60...70°) склоны.

Верхняя часть Таласского хребта характеризуется мощными выходами коренных пород, преимущественно метаморфических сланцев и гранитов, отчего здесь распространены обширные осыпи. Выше 3500 м расположены кары со сравнительно пологими стенками и с днищами, заполненными грубообломочным материалом. В этих карах сосредоточена большая часть ледников северного склона Таласского Алатау. В предгреб-невой части хребта хорошо развиты троги. Эта западная часть хребта сухая, изрезана множеством ложбин и саев.

Климат района характеризуется высотной зональностью и определяется как общегеографическим внутриконтинентальным положением Тянь-Шаня, так и его горным рельефом с резкими изменениями высот на относительно небольших горизонтальных расстояниях. В то же время мощная горная система сама формирует климат, так как оказывает существенное влияние на циркуляцию воздушных масс, температурную и влажностную трансформацию воздуха, распределение атмосферных осадков и другие процессы. В средних и верхних слоях атмосферы (2.3 км) над Средней Азией преобладает западный перенос воздуха. Горные системы, имеющие своеобразную линию изгиба, направленную с юго-запада на северо-восток, представляют собой как бы «ловушку» или «мешок» для осадков. Продолжительность теплого и холодного периодов в разных высотных зонах различна. В высокогорной зоне (свыше 3000 м) осадки выпадают преимущественно в твердом виде, в предгорной - число суток с

43

твердыми осадками уменьшается, а в нижней части долины Таласа они выпадают только зимой. По данным М Талас, средняя годовая температура составляет 7,5 °С, на высотах более 3500 м она уменьшается до 6...10 °С. Выпадение осадков в теплый период года определяется местными факторами и холодными вторжениями, приносящими влагу. В этот период, особенно в апреле - июне, повсеместно заметно увеличение осадков во всех высотных зонах. Вследствие общих природных условий (высотного простирания и положения относительно направления влагоносных воздушных потоков) наиболее увлажненной частью района являются склоны Таласского Алатау, получающие более 1000.. .1200 мм осадков. Относительная влажность колеблется в пределах 60.80 %. Распределение снежного покрова в бассейнах рек неравномерное, а толщина его в конце зимы в высотной зоне 3200.3500 м достигает 130. 150 см. В этой зоне общая облачность составляет 5.7 баллов.

Технологические подходы и методы картографирования гля-циальных объектов. В первом Каталоге ледников обоих бассейнов, составленном сотрудниками Гидрометслужбы Киргизской ССР [4], морфо-метрические показатели оледенения были получены путем картометриче-ского анализа топоосновы М 1:100000 с привлечением аэрофотоснимков (АФС) залетов 1957 и 1961 гг., согласно рекомендациям «Руководства по составлению Каталога ледников» [7]. По данным [4], в 1957 г. в обоих бассейнах был учтен 281 ледник с площадью 119,8 км2 (без морен).

Позднее, в 70-е гг., при детальном дешифрировании тех же АФС нам пришлось несколько уточнить размеры оледенения района. Оказалось, что здесь в 1957 г. имелось 290 ледников с площадью чистого льда в 123,1 км2.

Для изучения оледенения рассматриваемой территории в 2013 г. использовались космические снимки LANDSAT с разрешением 15 м, бесплатно распространяемые в сети Интернет National Aeronautics and Space Administration (NASA). Использование этих снимков обеспечивает полный охват всего бассейна рек Талас и Асса. Следует отметить, что для получения истинных контуров и размеров ледников очень важен сезон космо-съемки. Понятно, что наиболее эффективна космическая фотосъемка, проведенная на исходе лета, в конце августа - начале сентября, так как именно в это время весь сезонный снежный покров практически стаивает, открывая собственно тело ледника.

Космоснимок после предварительной геокоррекции был векторизован (оцифрован) при помощи ГИС-программ ArcGIS и MapInfo. Как вспо-

44

могательная программа для визуализации 3D данных был использован Global Mapper. Векторизацию можно кратко охарактеризовать как процесс преобразования растровых данных (в данном случае изображения интересующих нас объектов на космоснимке) в векторную форму. В итоге мы получаем векторные слои, имеющие не только географически привязанные графические контуры составляющих их объектов, но и расширенную атрибутивную информацию. Информация о ледниках представлена в виде базы данных, содержащей морфометрическую характеристику. Для каждого ледника зафиксированы такие показатели как площадь, длина, высота высшей и низшей точек, экспозиция. Указанные характеристики определяются в автоматическом или полуавтоматическом режиме с требуемой точностью. Затем следуют параметры, полученные путем расчетов по методикам, которые мы считаем наиболее подходящими и дающими результаты, сопоставимые с данными расширенных исследований на отдельных ледниках. К таковым относятся объем и толщина ледника. Все прочие вспомогательные объекты также были векторизованы. К таким объектам относятся реки, озера, линии водоразделов хребтов. Далее рассмотрим изменения основных характеристик ледников района за 56 лет (1957.2013 гг.).

Изменение количества ледников в условиях деградации оледенения произошло в результате двух процессов - за счет полного стаивания малых ледников (меньше 0,1 км2) и распада крупных ледников на более мелкие. В зависимости от местных условий орографии и рельефа, особенностей абляции и снегонакопления в разных частных бассейнах преобладал тот или иной процесс. Так, в киргизской части бассейна Ассы и в верховьях Каракола на востоке района превалировал процесс распада оледенения, в результате чего количество ледников в каждом из этих бассейнов увеличилось на 12 единиц. Такая же участь постигла и самый крупный ледник района - «Вокруг Света» (№ 125 по Каталогу) в истоках р. Ар-Мурал (рис. 2), от основного тела которого отделилось с десяток мелких ледников. Напротив, в бассейнах рек Кумыш, Урмарал и других в центральной пониженной (менее 3900 м) части северного склона Таласского Алатау, где оледенение представлено мелкими каровыми и висячими ледниками (0,1.0,3 км2) шло их интенсивное стаивание, и их количество сократилось на 15 единиц. Таким образом, за прошедший период стаива-ние ледников вполне компенсировалось появлением новых ледников в процессе распада, и общее их количество в районе увеличилось на одну единицу (табл. 1).

45

Рис. 2. Верховья ледника «Вокруг Света».

Таблица 1

Изменение количества ледников района за 1957.2013 гг.

Бассейн 1957 г. 2013 г. 1957.2013 гг.

Асса в Казахстане 29 22 -7

Асса в Кыргызстане 59 71 +12

Талас 202 198 -4

Всего 290 291 +1

Изменение площади оледенения. Сокращение площади оледенения служит важнейшим показателем его деградации. Величина этого сокращения зависит от ряда особенностей конкретного ледника - его размеров, морфологического типа, экспозиции, условий питания, высоты горного обрамления и пр. Сопоставление данных первого каталога ледников [7] с космоснимками 2013 г. показало существенное сокращение площади оледенения района (имеется в виду чистая площадь ледников, без морен стадии фернау и современных) (табл. 2).

Таблица 2

Изменение площади оледенения района за 1957.2013 гг., км2

Бассейн 1957 г. 2013 г. 1957.2013 гг.

Асса в Казахстане 5,4 2,653 -2,747

Асса в Кыргызстане 30.3 19,819 -10,481

Талас 87,4 46,571 -40,829

Всего 123,1 69,043 -54,057

Наибольшие потери площади понесло оледенение бассейна Таласа. В бассейнах его притоков Чон-Чичкан, Бешташ и Колба, где оледенение носит дисперсный, рассредоточенный характер и в 1957 г. было представлено мелкими ледниками со средней площадью 0,25 км2, эти потери площади составили, соответственно, 70, 72 и 80 %. Наиболее устойчивыми в

46

плане сокращения площади оказались ледники на восточном фланге хребта, в бассейнах рек Чон-Кошой и Каракол, где их площадь уменьшилась лишь на 23 %.

В 1957 г. в бассейне Таласа самыми крупными по размерам были котловинные ледники, лежащие в верховьях р. Ал-Мурал, № 125 - «Вокруг Света» с площадью 6,7 км2 и № 122 - СГП - 6,4 км2. В 2013 г. первенство по площади перешло к леднику СГП - 5,325 км2 против 3,931 км2 у ледника «Вокруг Света».

Средняя скорость сокращения площади оледенения района за 1957.2013 гг. составила 0,96 км2/год. В целом за 56 лет площадь ледников здесь уменьшилась на 43,9 %, или по 0,8 %/год. Аналогичные темпы дегляциации присущи и другим ледниковым районам Юго-Восточного Казахстана, в частности, Илейскому и Джунгарскому Алатау [1, 2].

В связи с деградацией оледенения средняя площадь ледника в районе за эти годы сократилась почти вдвое - с 0,42 км2 до 0,23 км2. Из ныне еще существующих ледников более половины, а именно 158, имеют площади менее 0,1 км2 и являются «кандидатами» на скорое стаивание.

Изменение объема ледников и оценка баланса их массы. Сокращение численности и площади ледников, сопровождавшееся понижением уровня поверхности льда, естественно, привело к уменьшению их толщины и объема содержащегося в них льда.

Объем ледников V (км3) в рассматриваемых бассейнах рассчитывался по формуле Н.В. Ерасова [3]:

V = 0,027л/^ ,

где Р - площадь ледника, км2.

Величины изменения объема льда ледников, рассчитанные по формуле (1), представлены в табл. 3.

Таблица 3

Изменение объема ледников района за 1957.2013 гг, км3

Бассейн 1957 г. 2013 г. 1957.2013 гг.

Асса в Казахстане 0,0902 0,0311 -0,0591

Асса в Кыргызстане 0,9608 0,5806 -0,3802

Талас 2,7397 1,3043 -1,4354

Всего 3,7907 1,9160 -1,8747

За 56 лет относительное уменьшение объема отдельных ледников по частным бассейнам варьирует в довольно широких пределах - от 40 до 80 %, составляя в целом по ледниковой системе 49,4 %. Средняя скорость

47

сокращения объема льда за период составила 0,033 км3/год, соответствуя скорости относительного сокращения объема льда по 0,88 %/год.

Исходя из изложенных выше результатов изменения основных гляциологических показателей, можно оценить величину и знак баланса массы, как отдельных ледников, так и ледниковой системы в целом за период между измерениями в «реперные» годы по формуле:

В = ^ -^'^-105, (2),

Т¥

где В - баланс массы ледника, г/см2/год; V - - изменение объема ледника за расчетный интервал времени, км3; Т - расчетный интервал времени, число лет; Р - средняя площадь оледенения за расчетный интервал времени, км2; р - плотность льда, принятая равной 0,9 г/см3.

Рассчитанный по формуле (2) средний годовой удельный баланс массы ледниковой системы за 1957.2013 гг. оказался существенно отрицательным и равным -31 г/см2. Иными словами, за 5 лет со всей своей площади ледники потеряли 17,5 м в слое воды. В 2013 г. средняя толщина ледников здесь составила около 30 м.

Оценка величины абляции и ледникового стока. Талас - река, протекающая по территории Киргизии и Казахстана (рис. 3). Длина реки 661 км, площадь её водосборного бассейна в створе ГП Кировское - 7940 км2. Образуется от слияния рек Каракол и Уч-Кошой, берущих своё начало в ледниках Таласского хребта в Киргизии. На своём пути Талас принимает много притоков, из которых наиболее полноводные Урмарал, Кара-Буура, Кумуш-так, Калба, Бешташ. В нижнем течении река теряется в песках Мойынкум. Площадь водосбора р. Асса около жд. ст. Маймак - 2710 км2

На левом берегу р. Талас расположен административный центр Таласской области Кыргызстана - Талас, а ниже по течению - административный центр Жамбылской области Казахстана - г. Тараз (350 тыс. жителей). На реке находятся гидроузлы Таласский, Темирбекский, Жеимбет-ский и Уюкский. В Таласском бассейне проживает около 0,5 млн. человек.

Водные ресурсы бассейна р. Талас - 1,74 км3. Площадь орошаемых земель - 162,7 тыс. га, в том числе в Республике Казахстан - 60,0 тыс. га (37 %), в Кыргызской республике - 102,7 тыс. га (63 %). В 1980 г. здесь было 24 гидропоста, к 2010 г. их осталось 10. В верховьях Таласа средний годовой расход равен 15,3 м3/с, а в створе Кировского водохранилища (его емкость - 550 млн. м3) - 33 м3/с. Далее воды Таласа разбираются на орошение и теряются в песках. 48

Рис. 3. Река Талас в среднем течении.

Для определения среднего многолетнего значения ледникового стока по суммарной абляции А (мм) мы использовали тесную связь последней со средней летней (июнь - август) температурой воздуха 1п (°С) на высоте границы питания (фирновой линии), установленную А.Н. Кренке [5]:

А = 1,33

В качестве базовой взята метеостанция (М) Талас, расположенная в долине р. Талас на высоте 1218 м. Величина вертикального температурного градиента, согласно рекомендациям А.Н. Кренке [5], принята равной 6,5 °С/км. Средняя высота фирновой линии на ледниках района равна 3700 м. Средняя летняя температура воздуха на этой высоте, с учетом скачка температуры при переходе с неледниковой поверхности на ледники, равного -1 °С, составила 1,4 °С. Таким образом, среднее годовое значение суммарной абляции, рассчитанное по формуле (3), оказалось равным 1250 мм. Средняя за 56 лет площадь ледников равна 30 км2 в бассейне Ассы, 67 км2 - в бассейне Таласа и 97 км2 - в сумме.

Результаты расчетов нормы общего речного и ледникового стока в замыкающих створах обоих бассейнов, с учетом приведенных выше показателей температуры воздуха и площади льда, представлены в табл. 4.

Как следует из данных табл. 4, средний многолетний ледниковый сток в обоих бассейнах составил 121,3 млн. м3 и 9,6 % от общего речного стока. В период абляции доля ледникового стока в замыкающих створах увеличивается до 20 %. Слой ледникового стока, как и его модуль, в 2,8 раза превышает слой стока с неледниковой части бассейнов. Доля ледникового стока, образующаяся за счет таяния сезонного снега, может быть определена из разности слоя суммарной абляции и «чистого» баланса мас-

49

сы льда, т.е. Нл — В = 1067 - 310 = 757 мм. Таким образом, ледниковый

сток на 70 % обусловлен таянием снега (85 млн. м3) и лишь на 30 % - таянием глетчерного льда (36 млн. м3). Практически аналогичное соотношение составляющих суммарной абляции было получено при натурных измерениях таяния снега и льда на ледниках Илейского (Заилийского) и Джунгарского Алатау [1, 2]. Эти данные подтверждают существующие представления о ведущей роли сезонных осадков в ледниковом стоке в горах юго-восточного Казахстана.

Таблица 4

Средний многолетний сток бассейнов рек Асса и Талас

Река Общий сток Ледниковый сток

¥ Q Ж Н Qл Жл Н л Жя/Ж

Асса 2710 7,5 237 88 30 1,19 37,5 1250 15,8

Талас 7940 32,7 1031 130 67 2,66 83,8 1250 8,1

Всего 10650 40,2 1268 120 97 3,85 121,3 1250 9,6

Примечание: здесь Р и ¥л - общая площадь водосбора и площадь ледников, км2; Q и Qл - расход общего и ледникового стока, м3/с; Ж и Жл - объем общего и ледникового стока, 106 м3; Н и Нл - слой общего и ледникового стока, мм; Жл/Ж - доля ледникового стока в общем стоке, %.

В последние десятилетия температура воздуха в горах юго-востока страны, как и всюду в Казахстане, заметно повысилась. В соответствии с этим величина суммарной абляции, рассчитываемая по формуле (3), также увеличилась. Тем не менее, в связи с уменьшением площади оледенения, ледниковый сток постепенно сокращается. В начале второго десятилетия 21 в. его величина оценивается в 88.90 млн. м3 при площади оледенения уже менее 70 км2. За 56 лет в реки Асса и Талас за счет ледникового стока поступило около 6,8 км3 воды.

Судя по выявленным трендам сокращения ледниковой площади, оледенение в бассейне Таласа может исчезнуть к 2080 г., а в бассейне Ас-сы еще раньше - к 2065 г. Тем не менее, объем речного стока может сохраниться на современном уровне при условии увеличения атмосферных осадков на 10.15 % при потеплении климата.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вилесов Е.Н., Морозова В.И., Северский И.В. Оледенение Джунгарского (Жетысу) Алатау: прошлое, настоящее, будущее. - Алматы: 2012. - 244 с.

50

2. Вилесов Е.Н., Уваров В.Н. Эволюция современного оледенения Заи-лийского Алатау в ХХ веке. - Алматы: КазГУ, 2001.- 252 с.

3. Ерасов Н.В. Метод определения объема горных ледников // МГИ. -1968. - Вып. 14. - C. 307-308.

4. Каталог ледников СССР. Т. 14. Вып. 2. Часть 1. Бассейны рек Асса, Талас. - Л.: Гидрометеоиздат, 1968. - 68 с.

5. Кренке А.Н. Масообмен в ледниковых системах на территории СССР. -Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 288 с.

6. Морозова В.И. Современные технологические подходы в изучении динамики ледниковых систем // Актуальные проблемы геосистем аридных территорий: Матер. междунар. научно-практ. конф. «Вторые Жандаевские чтения», Алматы, Казахстан, 2003. - Алматы, 2003. С. 186-190.

7. Руководство по составлению Каталога ледников СССР. - Л.: Гидроме-теоиздат, 1966. - 154 с.

Поступила 31.10.2014 Геогр. гылымд. докторы Е.Н. Вилесов

2013 ЖЫЛДЬЩ КОСМОСТЬЩ TYCIPLHIl^EP МЭЛ1МЕТТЕР1

БОЙЫНША АССА ЖЭНЕ ТАЛАС 0ЗЕНДЕР1 АЛАПТАРЫНДАГЫ М¥ЗДАУ 0ЗГЕР1СТЕРШ БАГАЛАУ

Ассы жэне Талас взендер1 бассеймнде соцгы 56 жылда (1957...2013) муздану елшемдертщ кецжтттт-уащыттыщ взгер1стер1 щарастырылады. Муздыщтар сертттц багытталуы туралы тюрге оларды 1957 жэне 2013 ж. араылгындагы ж1ктеу барысында алынган морфометриялыщ сипаттары нег1з болды. 60 жыл ¡шгнде олардыц аумагы 54,1 км2 (43,9 %) щысщарганы аныщталды. Муздыщтар квлем1 1,875 км3 (49,4 %) щысщарган. Муз басу салмагы балансыныц орташа мэм - 31 г/см2. Муздыщтардыц букт аумагындагы щайта щалпына келмейтгн салмащтыц жогалуы су щабатында 17,5 м щурайды. Муздану ауданыныц щысщаруы щарастырылып отырган кезецде муздыщ агын келемтщ 25 %-га азаюымен тустд1ршед1.

51