5.5. Оттаивание торфяной залежи

Оттаивание болот начинается практически одновременно с перехо­дом среднесуточных температур воздуха через 0°С. В этот период оно происходит как снизу за счет притока тепла из более глубоких слоев тор­фяной залежи, так и сверху за счет притока тепла с талыми снеговыми водами. Процесс таяния мерзлого слоя сверху несколько запаздывает по отношению к началу оттаивания мерзлоты снизу, что обусловлено отсут­ствием водоотдачи из снега в первые дни его таяния. По данным С. А. Чечкина [203], средняя интенсивность оттаивания болот при нали­чии снежного покрова составляет 0,53 см/сутки. Наиболее же быстрое оттаивание деятельного слоя залежи наблюдается после схода снежного покрова. В этот период, по данным того же автора, средняя интенсив­ность оттаивания верхнего слоя торфа равна 0,76 см/сутки. Однако сле­дует иметь в виду, что приведенные цифры лишь весьма приближенно ха­рактеризуют соотношение интенсивности процесса оттаивания болот в эти два периода, так как величина их оттаивания, особенно в начальный период, обладает большой изменчивостью, которая существующей в на­стоящее время методикой наблюдений практически не учитывается.

Поскольку высота снежного покрова на пониженных элементах мик­рорельефа обычно больше, чем на повышенных, кочки и гряды на боло­

Н см

196

тах начинают оттаивать несколько раньше, чем западины и мочажины. Вместе с тем полное оттаивание мочажин (западин) завершается рань­ше, чем гряд (кочек), что объясняется в основном значительно большей теплопроводностью деятельного слоя сильно обводненных мочажин по сравнению с теплопроводностью рыхлого верхнего слоя гряд.

Полное оттаивание болот в центральной части Западно-Сибирской равнины обычно наблюдается в первой декаде июля, в южной ее части — в третьей декаде мая. Причем оттаивание мочажин происходит раньше оттаивания гряд на олиготрофных болотах в среднем на 20—25 дней, на евтрофных — на 5—10 дней.

В некоторые годы мерзлый слой, по наблюдениям на массивах зоны выпуклых олиготрофных болот в микроландшафтах с хорошо развитым микрорельефом (Л_к>60 см), сохраняется до конца июля, а под отдель­ными сфагновыми подушками и до конца теплого сезона.

Касаясь вопроса расчета оттаивания болот, следует отметить, что для этого пока еще не разработаны теоретически обоснованные методы. Со­здание таких методов связано с необходимостью решения системы урав­нений теплопроводности, описывающих распределение тепла в 4-слойной среде (снежный покров, верхний талый слой, мерзлый слой, нижний та­лый слой) с граничными условиями на подвижных границах, что явля­ется весьма сложной задачей. Последнее затрудняется и отсутствием данных о пространственно-временных изменениях тепловых констант

Таблица 5.24

Зависимость Нот — а V 2 (() с для различных болотных микроландшафтов

Микроландшафт

Элемент микрорельефа

Вид зависимости

Зона выпуклых олиготрофных (сфагновых) болот

Сфагново-к у снарничково-сосновый

Грядово-мочажшшын

Грядово-озерковый

Повышение Нот -

Понижение Нот -

Гряда Нот =

Мочажина Нот =

Гр яда Нот =

Зона плоских евтрофных и мезотрофных (осоково-гипновых и лесных) болот

Осоковый (кочкарник) Осоково-гипновый Грядово-мочажинный Мозанчный г игшово-о соковый

Кочка

Понижение

Повышение

Понижение

Гряда

Мочажина

Нот =

Нот -

Нот - Нот - Нот Нот Н от

1,5/2?— 1 1,2 ^2* : 1,4 /2Г—2 = 1,7/17 = 1,4/2*"

:3/27 2,1 /ЦТ— 4 • 2,9/2? = 2,2/2* — 8 = 2,2 /2*—Ю = 2,3/2*"—10 = 2,2/2*"—8

197

деятельного слоя болот. Поэтому в практике определения глубины отта­ивания торфяной залежи болот применяются лишь косвенные способы. Метод расчета оттаивания болот, предложенный С. А. Чечкиным [203] основан на использовании некоторых статистических параметров, полу­чаемых по фактическим многолетним данным. По сибирским болотам таких материалов наблюдений за оттаиванием нет, поэтому указанный метод в данном случае неприемлем.

Единственным путем определения рассматриваемой характеристики для болот Западной Сибири в настоящее время является использование эмпирических зависимостей между глубиной оттаивания торфяной зале­жи и суммой среднесуточных температур воздуха. Поскольку построение расчетных зависимостей вида Я_от=/(^) может быть выполнено по данным кратковременных наблюдений за оттаиванием болот, этот путь определения глубины оттаивания по метеоданным весьма заманчив. Од­нако слабой стороной его является недостаточно высокая точность рас­чета (коэффициент корреляции связи #_от =[(|/"2^)составляет 0,84—0,90).

По материалам наблюдений за оттаиванием болотных массивов За­падной Сибири построены зависимости типа Я_0т = а [/^Т+с (^гД^{е а и с} — эмпирические коэффициенты, зависящие от высоты и плотности снежного покрова и теплофизич.еских свойств промерзшего слоя), которые можно использовать для расчета оттаивания торфяной залежи в зонах выпук­лых олиготрофных, а также евтрофных и мезотрофных осоково-гипновых болот (табл. 5.24). Ввиду малого различия сроков полного оттаивания торфяной залежи одинаковых элементов микрорельефа в разных болот­ных микроландшафтах с помощью приведенных зависимостей (табл. 5.24) можно получить характеристику оттаивания всего болотного массива.

6

Тепловой баланс болот

6.1. Радиационный баланс болот

Как показали исследования В. В. Романова [171], Л. Г. Бавиной[11] и некоторых других авторов, радиационный баланс болот отличается от радиационного баланса суходольных территорий. По данным В. В. Рома­нова [171], величина радиационного баланса болот в среднем на 10% больше, чем суходолов. Т. А. Голубова [51] пришла к выводу, что в днев­ные часы радиационный баланс на осушенном болоте с мощно развитым травостоем на 10—12% больше, чем на суходоле, а в ночные часы су­щественных различий нет. В период после покоса, а также при слабо раз­витом травостое различия в радиационном балансе на суходоле и осу­шенном болоте сглаживаются. Экспериментальные исследования, проведенные в 1971 г. на верховом неосушенном болоте Ламмин-Суо (Ле­нинградская область) и прилегающем суходоле (посадки сосны на пес­ке), показали, что соотношение величин радиационного баланса на бо­лоте и суходоле не остается постоянным. Так, например, в июле в пер­вой серии наблюдений радиационный баланс на болоте был на 14%) меньше, чем на суходоле; в августе в четвертой и пятой сериях наблюде­ний радиационный баланс на болоте на 10—13%, а в июле во второй се­рии на 34% был больше, чем на суходоле. В то же время в июле в треть­ей серии наблюдений радиационный баланс па болоте и суходоле совпа­дал.

Различие в величинах радиационного баланса для разных типов бо­лотных микроландшафтов может достигать 20%- В связи с этим пользо­ваться общими картами элементов радиационного баланса [9, 16], по­строенными по данным наблюдений на суходолах, для характеристики радиационного баланса болот и заболоченных территорий можно только при приближенных оценках.

Для более точной характеристики радиационного баланса болот и особенно для использования его значений в расчетах испарения с бо­лот, оттаивания болот необходимо иметь специальные карты элементов радиационного баланса болот. Такие карты из-за отсутствия системати­ческих актинометрических наблюдений на болотах до сего времени не были составлены. Наблюдения за радиационным балансом болот и его составляющими на Европейской территории Союза эпизодически про­водились и проводятся на болотных станциях Тоома, Зеленогорск, Вильи Горы, Барышевка. На территории Западной Сибири такие наблюдения с 1958 г. проводятся в районах работ экспедиций ГГИ (Тюмень, Бара- бинск, Урай, Нижневартовск, Тазовское, Пангода), и так как они прово­дятся не систематически, то для построения карт месячных величин ра­диационного баланса болот Западной Сибири за теплый период года

199

(апрель — октябрь) был использован расчетный метод с учетом экспе­диционных наблюдений. Ввиду того, что поверхность болот в зимний пе­риод покрыта снегом, заметных различий в величинах радиационного баланса болот и суходолов в этот период не может быть. Поэтому для холодного периода (ноябрь — март) значения радиационного баланса для болот могут быть приняты по картам М. И. Будыко [9].

Радиационный баланс болот вычислялся по общеизвестной формуле:

Я-= (?(1-Л)-/, (6.1)

где ^ — радиационный баланс болота; (2 — суммарная солнечная радиа­ция, приходящая на единицу горизонтальной поверхности; А — альбедо болота, или отражательная способность поверхности болота для коротко­волновой радиации; I — эффективное излучение болота, равное разнос­ти собственного излучения поверхности болота и противоизлучения ат­мосферы.

Величины (3 и / рассчитывались по формулам, которые приведены ниже. В результате сопоставления расчетных величин с данными наблю­дений была получена необходимая поправка к расчетным величинам. Значения альбедо принимались по данным измерений, выполненных экспедициями ГГИ на различных типах болотных микроландшафтов За­падной Сибири.

6.1.1. Суммарная солнечная радиация. Поскольку суммарная солнеч­ная радиация не определяется свойствами подстилающей поверхности, при расчете радиационного баланса болот можно воспользоваться дан­ными наблюдений за суммарной радиацией, получаемыми на сети акти- нометрических станций. На территории Западной Сибири и сопредельных с ней районов актинометрические наблюдения ведутся на станциях Сале­хард, Туруханск, Октябрьское, Сытомино, Александровское, Высокая Дубрава, Тобольск, Огурцово, Омск. Число этих станций недостаточно для характеристики изменений суммарной радиации на столь обширной территории. Поэтому для увеличения информации об этой характеристи­ке были произведены расчеты суммарной солнечной радиации по наблю­дениям на метеорологических станциях¹. При этом средние многолетние месячные значения суммарной солнечной радиации определялись по формуле

<2 - <2₀(1 —ап—Ьп*), (6.2)

где (2о — суммарная радиация при условии безоблачного неба; п- сред­немесячное значение общей облачности в долях единицы; а и Ъ — число­вые коэффициенты.

Средние широтные значения суммарной радиации при безоблачном небе (2о и значения коэффициента а были взяты из работы [9]. Коэффи­циент Ъ для различных широт, меняющийся в узких пределах, был при­нят постоянным, равным 0,38. Расчеты суммарной солнечной радиации выполнены по 131 метеостанции.

Проведенная в работе [9] проверка точности расчета суммарной ра­диации показала, что погрешность вычисления ее среднемесячных зна­

¹ Карты месячных величин суммарной радиации, составленные коллективом авто­ров под руководством М. И. Будыко [9] для всей территории СССР и других стран, являются схематичными (изолинии проведены через 2 ккал/см²' месяц) и поэтому мало­пригодны для использования в расчетах для относительно небольших по площади участков.

200

чений составляет 8—10%, годовых — 3—4%. Для оценки величины и знака поправки для территории Западной Сибири был построен гра­фик связи между измеренной и рассчитанной суммарной радиацией для всех упомянутых выше актинометрических станций Западной Сибири (рис. 6. 1). Для построения графика использованы среднемесячные зна­чения суммарной солнечной радиации, измеренные на актинометриче­ских станциях за 11 лет и исправленные по рекомендациям 3. И. Пивова- ровой [157], учитывающим неточность обработки часовых значений сум­марной радиации. Расчет суммарной солнечной радиации по формуле (6.2) приведен за этот же период. Из рис. 6.1 следует, что рассчитанная

йрккалдсм* месяц,)

ф			и *
		V /Р	^
	/X		о 1 V 2 о 3 ■ 4 X 5 V 6 т 7

О 4 8 12 16

б)			>
		+ Ж	У •
	У
У / /	г		• 8 Д 9 + 10