Внутригодовая структура климатического склонового стока в условиях Западно-Сибирской равнины в средний год

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 551.58: 556.1 (571.1) О. В. МЕЗЕНЦЕВА

Омский государственный педагогический университет

ВНУТРИГОДОВАЯ СТРУКТУРА КЛИМАТИЧЕСКОГО СКЛОНОВОГО СТОКА В УСЛОВИЯХ

ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ РАВНИНЫ В СРЕДНИЙ ГОД_

В работе приведены результаты исследования внутригодовых и территориальных закономерностей климатического склонового стока для территории Западной Сибири. Территориальные закономерности распределения стока по месяцам и сезонам среднего года представлены в виде электронных карт, выполненных в ГИС МАР1№0.

Одной из основных проблем инженерной гидрологии является проблема точного количественного определения элементов водного баланса речных водосборов: атмосферных осадков, склонового стока воды и суммарного испарения с земной поверхности. Но если первые два элемента поддаются достаточно точному измерению, то измерить невидимые потоки водяного пара с разнородных поверхностей — полей, лесов, болот — всегда было сложнейшей и до сих пор неразрешимой задачей. Вследствие этого в 50-60-е годы прошлого века решалась проблема разработки расчетных воднобалансовых методов для их определения [4].

Методика подобных расчетов, предложенная в свое время В.С.Мезенцевым [1] и откорректированная И.В.Карнацевичем [2,3], была апробирована ими на ограниченном количестве метеостанций Западной Сибири. Приведенные в их работах построенные вручную карты элементов водного и теплового балансов лишь схематично отражают природные закономерности структуры теплового и водного балансов на территории Западной Сибири.

В работе [5] авторами проведен анализ сложившейся в гидрометеорологической науке ситуации с качеством исходной информации для воднобалансовых расчетов, который показал, что наиболее досто-

верными исходными данными являются гидрометеорологические данные о корректированных атмосферных осадках [ 1 ], а также рассчитанных по методу И.В.Карнацевича [2,3] теплоэнергетических ресурсах климата и о теплоэнергетических ресурсах процесса суммарного испарения. В работе [5] авторами выполнена оценка территориальной репрезентативности месторасположения метеорологических станций Западной Сибири. Там же приведены результаты статистического анализа рассчитанного климатического склонового стока на водосборах и измеренного речного стока. Они указывают на то, что точность рассчитанного по используемой методике годового стока находится в пределах признанной гидрометеорологической службой точности его измерений в замыкающем створе водосбора и составляет ±10%. Это свидетельствует о достаточной точности результатов, полученных в ходе воднобалансовых расчетов.

В работах [2,3,4,5] приводится используемая в данных исследованиях методика расчета суммарного климатического стока и описываются подходы к выполнению расчетов тепловоднобалансовых характеристик, а также результаты анализа структуры годовых тепловых и водных балансов для метеостанций. Используемая методика позволяет получить среднегодовые, сезонные и месячные величины климатического стока для метеостанций и построить электронные карты изолиний балансовых величин, существенно уточняя территориальные описания их распределения на севере Западной Сибири, для которого практически отсутствует в достаточном объеме достоверная информация об измеренных величинах

стока. Недостаточная густота гидрологической сети на реках северной части Западной Сибири затрудняет подобные описания с использованием измеренного речного стока, и как следствие возникает потребность определения стока, рассчитанного по климатическим данным воднобалансовым методом.

При исследованиях естественной влагообеспе-ченности территории, кроме средних годовых характеристик, большое значение имеет внутригодовая структура речного (измеренного) и климатического склонового (рассчитанного) стока для среднего года, анализ стоковых характеристик по месяцам, сезонам и за год. Для территории Западной Сибири подобный анализ выполнялся ранее В.С.Мезенцевым и И.В.Кар-нацевичем [1], И.В.Карнацевичем [2,3].

Целью настоящей работы было составление обновленных и существенно уточненных годовых, сезонных и месячных карт изолиний рассчитанного климатического стока Западной Сибирской равнины с использованием геоинформационной системы (ГИС) Марало. Математическая основа, заложенная в программные средства ГИС , позволяет повысить объективность и точность проведения изолиний воднобалансовых элементов. Ранее подобные построения проводились для данной территории вручную [1,2,3]. Актуальность выполненного исследования обусловлена также и тем, что для решения некоторых гидротехнических и инженерных гидрологических проблем бывает важна информация о внутригодовой структуре стока (по сезонам и месяцам) в конкретном пункте или о территориальной структуре стока. С этой целью в данной работе выполнен анализ внутригодовой и территориальной структуры рассчитан-

Условнье обозначения

: ; ; у кх

Рис. 1. Структура водного баланса Западной Сибири в средний год.

Результаты внутригодовых расчетов климатического склонового стока У для некоторых метеостанций Западной Сибири

Таблица I

№ Станции 04 05 06 07 08 09 10 год

4 Тамбей 22 116 74 21 233

21 Салехард 27 131 105 39 15 317

31 Тарко-Сале 25 134 111 44 20 334

49 Сургут 35 113 54 20 10 232

82 Ягыл-Яг 14 61 67 38 20 И 4 215

99 Томск 13 64 54 26 12 6 1 176

123 Тюмень 6 31 19 9 4 2 1 72

155 Омск 2 16 10 5 2 1 0 36

174 Барнаул 8 65 34 12 4 2 1 126

198 Кустанай 2 9 4 3 1 0 0 19

216 Павлодар 2 8 3 2 1 0 0 16

ного климатического стока. Совместный анализ измеренного на гидрологической сети речного стока и рассчитанного по вышеуказанным моделям климатического склонового стока актуален с научной и практической точки зрения. Территориально обобщенные результаты подобных исследований могут быть востребованы при освоении пока еще слабо используемых возобновляемых природных ресурсов Западной Сибири.

Расчеты за внутригодовые интервалы времени (по месяцам и сезонам) по указанной методике [1,2,3] выполнялись с помощью компьютерной программы в среде VBA EXCEL. Внутригодовые расчеты выполнены для 238 станций Западной Сибири при следующих исходных параметрах. Повсеместно в расчетах были условно приняты средние водно-физические и механические характеристики почв (соответствующие средним суглинкам и супесям) : наименьшая вла-гоемкость Whb = 300мм и расчетный параметр г = 1,5. Параметр п, отражающий гидравлические условия формирования поверхностного климатического стока, принимался равным :

для станций зоны тундры п = 2, для станций лесоболотной и лесной зон п =2,5 и для станций лесостепной и степной зон п =3. При расчетах элементов теплового и водного балансов за внутригодовые интервалы среднего года получены данные о следующих воднобалансовых характеристиках:

КХ (сумма атмосферных осадков с учетом стандартных исправлений, мм/год),

Z (суммарное испарение, мм/год) и Y (суммарный климатический склоновый сток, мм/год).

Выполненное впервые при помощи ГИС Maplnfo электронное картографирование полученных результатов позволяет анализировать территориальную и внутригодовую структуру климатического стока, рассчитанного для метеостанций на водосборах Западной Сибири с учетом пространственных закономерностей. Территориальные закономерности

структуры водного баланса южной части Западной Сибири (рис.1) указывают на уменьшение с севера на юг доли стока и увеличение доли испарения от величины атмосферного увлажнения соразмерно с уменьшением атмосферного увлажнения и ростом теплоэнергетических ресурсов климата. В это же время на севере Западной Сибири при общем снижении ресурсов атмосферного увлажнения и теплоэнергетических ресурсов климата отмечается обратная ситуация, то есть доля стока в структуре затрат водных ресурсов атмосферного увлажнения в средний год увеличивается. Это соответствует географическим зональным закономерностям увлажнения и теплообеспеченности.

В таблице 1 показаны величины месячных и годовых норм стока для некоторых станций Западной Сибири, характеризующие внутригодовую структуру склонового стока на метеостанциях в средний год. Территориальные закономерности внутригодового климатического стока в виде рассчитанных гидрографов стока приведены на рис.2 и показывает смещение пика половодья внутри года согласно природным зонам . Карты месячных норм климатического стока представлены на рис.3-11 и отражают закономерное территориальное смещение весеннее-летнего максимума стока (половодья).

В результате анализа полученных карт и таблицы выявлены следующие территориальные и структурные внутригодовые закономерности климатического суммарного стока.

В северной части Западной Сибири при общем снижении по сравнению с южной частью водных и теплоэнергетических ресурсов, в структуре затрат водных ресурсов атмосферного увлажнения в средний год КХ отмечается увеличение доли стока У с севера на юг (от тундры к таежной зоне) и уменьшение доли испарения X.

В южной части Западной Сибири территориальные закономерности структуры водного баланса указывают на уменьшение с севера на юг (от тайги до степной зоны) доли стока У и увеличение доли испарения 2

Рис. 2. Внутригодовое распределение климатического стока для некоторых станций Западной Сибири.

186

Рис. 3. Средний многолетний элементарный климатический сток с поверхности водосборов Западной Сибири. Апрель.

Рис. 5. Средний многолетний элементарный климатический сток с поверхности водосборов Западной Сибири. Июнь.

Рис. 9. Средний многолетний элементарный климатический сток с поверхности водосборов Западной Сибири. Октябрь.

Рис. 10. Средний многолетний элементарный климатический сток с поверхности водосборов Западной Сибири

за вегетационный период. Май-август.

190

Рис. 11. Норма годового климатического склонового стока У, мм/год.

от величины атмосферного увлажнения КХ соразмерно с уменьшением атмосферного увлажнения и ростом теплоэнергетических ресурсов климата.

Анализ территориального распределения рассчитанных месячных норм климатического стока Y (рис. 3-11) показал, что максимальные месячные нормы стока наблюдаются в северной части на полуострове Ямал в июле-августе, в таежной зоне - в июне-июле, а в южной части Западной Сибири — в мае-июне среднего года. То есть область максимальных месячных значений стока смещается в летние месяцы к северу. Эта же закономерность прослеживается и на рис.2.

Представленные электронные карты позволяют наглядно отобразить выявленные территориальные и временные закономерности стока и дают территориально согласованную информацию для решения различных инженерных гидрологических задач.

Библиографический список

1. Мезенцев B.C., Карнацевич И В. Увлажненность ЗападноСибирской равнины. — Л.:Гидрометеоиздат, 1969. — 168с.

2. Карнацевич И.В. Расчеты тепловых и водных ресурсов малых речных водосборов на территории Сибири. 4.1. Теплоэнергетические ресурсы климата и климатических процессов. - Омск, Иэд-во ОмСХИ, 1989. -76с.

3. Карнацевич И.В. Расчеты тепловых и водных ресурсов малых речных водосборов на территории Сибири.4.2.-Омск: ОмСХИ,1991.-82с.

4. Мезенцева О.В., Аблова И.М., Балошенко В.И. Вклад сибирских исследователей в изучение тепловлагообмена на поверхности суши.//Омский научный вестник - 2004 - №1(26). - С. 179-182.

5. АбловаИ.М., Балошенко В.И., Игенбаева Н.О., Карнацевич И.В., Мезенцева О.В. Ресурсы и закономерности географического распределения естественного увлажнения водосборов ЗападноСибирской равнины.// Омский научный вестник. — 2004,— №1(26). - С.183-187.

6. Мезенцева О.В., Игенбаева Н.О. Структуры тепловых и вод-ныхбалансов на территории Западной Сибири в средний год.// Омский научный вестник. — 2004. — №4 (29).

7. Мезенцева О.В. Криоклиматическая характеристика территории Западной Сибири.// Омский научный вестник. — 2004. -№4 (29).

8. МезенцеваО.В. Количественная оценка адвекциитепла на территории Западной Сибири.// Омский научный вестник. — 2004.- №1(26). - С. 188-189.

МЕЗЕНЦЕВА Ольга Варфоломеевна, кандидат географических наук, доцент, заведующая кафедрой физической географии.

УДК 551.58:556 1 Д. Ц. ГРИГОРЬЕВ

А. В. ДМИТРИЕВ Н. О. ИГЕНБАЕВА И. В. КАРНАЦЕВИЧ О. В. МЕЗЕНЦЕВА

Омский государственный педагогический университет

ОПЫТ

КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ГИДРОЛОГО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ИНДИКАЦИИ ГРАНИЦ АРЕАЛОВ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

В работе предложена индикация северных и южных границ природных зон и ареалов отдельных видов растений на территории Западной Сибири при помощи максимально возможного испарения 2т=1г/1. и коэффициента увлажнения 1н за вегетационный период года.

Еще географы древности отмечали, что теплолюбивые растения не могут существовать в холодных странах. В XIX и XX веках географы и геоботаники составили подробные карты почвенно-растительных зон, карты ареалов растений [ 1 ]. Со временем естествоиспытатели поняли, что для разных растений необходимо определенное сочетание тепла и влаги. В середине-конце XIX века географы, почвоведы, климато-

логи использовали для количественной характеристики тепловлагообеспеченности территории показатель увлажнения

Кувл = Х/2в,

гдеХ — годовая сумма атмосферных осадков, Тв — испарение с водной поверхности или испаряемость — мера тепловых ресурсов данной территории.