Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Гаврилова М.К. Климат Центральной Якутии

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
4.49 Mб
Скачать

Микроклимат наледной долины

Наледи в Центральной Якутии не имеют столь широкого распро­ странения, однако они представляют чрезвычайный интерес своеобра­

зие?.; создаваемых ими микроклиматических условий.

 

 

Основная особенность микроклимата

наледи — отепляющий эф­

фект в зимнее время года и охлаждающий

эффект в первую

половину

лета до окончательного схода ее.

 

 

 

Б табл. 16 и 17 представлены данные

радиационных,

теплобалап-

совых и метеорологических наблюдений в

наледной долине

Улахан-

Тарын в правобережной части бассейна р. Лены. Наледь

Улахаи-Та-

рын образуется в результате замерзания

вод подземных

источников,

выходящих на поверхность зимой с положительной температурой (око­ ло + 0,1°С). Формирование наледи па различных участках долины на­ чинается в октябре — ноябре. К концу зимы наледь заполняет всю до­ лину. В момент наибольшего развития' протяженность наледи состав­ ляет 3 км, ширина 0,5 км, мощность 2—3 м. Интенсивное таяние нале­ ди начинается во второй половине апреля, но окончательный сход ее отмечается лишь в конце июня.

Особенности р а д и а ц и о н н о г о р е ж и м а наледи связаны с условиями затененности ее склонами в наледной долине и с характером поверхности самой наледи.

В наледной долине поступает примерно 90% тепла солнечной ра­ диации, получаемой на открытых пространствах. Около 10% солнечной радиации за год недополучено в результате затенения склонами.

Отражательная способность наледи отличается большим разнооб­ разием по сравнению с окрестностями. В первой половине зимы, когда наледь еще недостаточно развилась, на поверхности лежит снег (аль­ бедо 75—85%). Со второй половины зимы, т.е. с момента интенсив­ ного развития наледи, альбедо поверхности резко падает (55—60%).

Весной

и в начале лета, когда

наледь тает,

альбедо ее 30—40%. Во

второй

половине лета (после схода

наледи)

отражательная способ­

ность мохового и травяного покрова

в наледной долине (20—24%) ма­

ло отличается от альбедо луга

в долине Лены.

 

Годовая потеря тепла эффективным излучением в наледной долине на 10% выше, чем в долине Лены, что связано, в основном, с большим излучением более теплой (на 4—6°) поверхности наледи в зимнее вре­ мя года. Так, эффективное излучение с наледи во второй половине зи­ мы в два раза больше, чем со снежного покрова.

Радиационный баланс наледной долины составляет около 65% от величины радиационного баланса в долине Лены. Меньшие значения радиационного баланса в наледной долине связаны с меньшим по­

ступлением

тепла солнечной радиации в результате затенеігия

склона­

ми, а также

с большей потерей тепла

излучением.

 

Анализ

данных показывает, что

ощутимое таяние наледи

(более

80

Таблица IG

Месячные суммы составляющих радиационного и теплового балансов наледной долины (ккал/см2)

 

 

 

 

 

I

1 "

1 m

1 , Ѵ

1 Ѵ

1

VI

VII

1

VIII

IX

X

XI

1 хп

 

Год

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Долин.1 Улахан-Тарын,

1964 — 1907

 

 

 

 

 

 

 

 

Суммарная

радиация

0,5

2,4

7,1

11,3

13,5

 

14,8

14,4

 

10,5

6,9

3,0

0,9

0.2

 

85,5

Альбедо (%)

 

 

70

00

56

51

43

 

27

19

 

22

23

49

77

74

 

48

Поглощенная

 

радиация

0,2

0,9

3,2

5,0

7.7

 

10.9

11,7

 

8,2

5,3

1.5

0,2

0.1

 

54.9

Эффективное

 

излучение

—2,0

—2,8

—3,8

—4,1

—3,0

-- 3.0 — 5.3

3,8

—2,8

— 1,9

— 1.4

— 1,6

--35,5

Радиационный

баланс

— 1,8

— 1,9

—0,6

0,9

4,7

 

7,9

6,4

 

4.4

2,5

—0,4

— 1.2

— 1,5

 

19,4

Тепло

испарения

 

0,0

0,0

0,0

0.9

2,6

 

4,8

5,6

 

4,1

1,9

0,0

0,0

0,0

 

19,9

Теплообмен

с

атмосферой

3,3

3,0

4,5

—0,1

—5,3

-- 7,9 — 0,6

0.6

0,5

0,7

- 0,3

—0,1

--

2,9

Тепло

налсдообразования

4,3

5,3

0,6

0,6

—7,2

--10,3

 

 

 

 

 

 

0,7.

 

0,0

Тепло

прогревания

наледи

0,2

1,1

1,5

0,7

0,2

 

0,0

 

 

 

 

 

 

0,2

 

3,9

Тепло

прогревания

грунта

— 1,0

—0,7

0,0

0,0

0,0

 

0,7

1,4

 

0,9

0,1

— 1,1

—0,9

—U,9

--

1,5

1 см в сутки) начинается при средних за сутки интенсивиостях радиа­ ционного баланса в 0,055 кал/см2 мин, пли суточной сумме в 80 кал/см2 , что соответствует количеству тепла, потребного для таяния 1 г льда.

Т е п л о в о й б а л а н с . В начале и в середине зимы испарение с поверхности снега и наледи практически равно пулю. С апреля до

схода

наледи в июне с поверхности

наледи испаряется от

15 до 70 мм

воды

в месяц. За сезон с наледи теряется

испарением

от 100 до 200 мм

воды,

па что затрачивается около

30%

приходной

статьи

теплового

баланса.

В первую половину зимы, до образования наледи, воздух отдает тепло земной поверхности, с образованием же наледи появляется мощ­ ный источник тепла. Наледиые воды с температурой близкой нулю градусов на фоне окружающего воздуха с температурой —30, —40° отдают большое количество тепла.

Тепло, выделяющееся при формировании наледи, т. е. при замер­ зании воды, является основным источником поступления тепла в наледной долине зимой. Этот приход тепла составляет за сезон 17— 20 ккал/см2 . 70—80% этого тепла идет на прогревание воздуха, а ос­ тальное—-на прогревание нижележащих слоев наледи и почво-г'рунтов

(10—15%) и на

излучение с поверхности

наледи.

 

 

 

В весеннее время большое количество

тепла

идет на таяние

на­

леди (17—20 ккал/см2 ). Недостаток тепла

радиации в это время

года

компенсируется

притоком тепла из атмосферы

(40—55%)-

Сколько

тепла наледь зимой выделяет в процессе замерзания, столько

же

теп­

ла она расходует

весной на таяние.

 

 

 

 

Со сходом наледи основной расходной статьей теплового баланса земной поверхности является испарение (60—80%). 15—25% тепла идет на прогревание почво-грунтов.

М е т е о р о л о г и ч е с к и й р е ж и м наледной долины отличен от такового в обширной долине Лены или на водораздельных участках. Особенности формирования микроклимата здесь связаны как с релье­ фом (узкая, относительно глубоко врезанная долина), так и с наличи­ ем самой наледи.

В наледной долине в зимние месяцы постоянно теплее по сравне­ нию с окрестными пространствами долины Лены примерно на 0,5—1°. В теплое же время года и в начале зимы (когда наледь еще не сфор­ мировалась окончательно)— постоянно холоднее также на 0,5—1°. Уз­ кая долина способствует зимой застою холодного воздуха, и лишь по­ явление наледных потоков с относительно высокой температурой соз­ дает благоприятные условия для прогревания воздуха. В теплый же период года прохладнее здесь потому, что наледь сохраняется длитель­ ное время (до конца нюня), а после схода наледи большое количество тепла идет на испарение с сырых участков.

Абсолютное влагосодержанпе воздуха на высоте 2 м в наледной долине в целом мало отличается от режима влажности в долине Ле-

82

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 17

 

 

 

Средние

значения метеорологических

элементов

в наледной долине

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ш

IV

 

VI

VII

VIII

IX

 

XI

XII

Год

 

 

 

 

 

 

Долина Улахан-Тарыи, 1964—1967

 

 

 

 

 

 

Температура

воздуха (°С)

 

—40,6

—36,8

—22,1

—6,0

5,7

14,8

16,6

14,0

5,4

—7,4 —30,1

—42,0 — 10,7

Абсолютная

влажность (мб)

0,1

0,2

0,8

2,2

6,4

12,1

13,7

12,5

7,2

2,5

0,5

0,1

4,9

Относительная

влажность

(%)

76

75

74

56

69

70

71

78

80

79

78

77

74

Недостаток

насыщения (мб)

0,0

0,0

0,2

1,7

3,2

5,8

6,1

3,9

1,6

0,9

0,0

0,0

2,0

Скорость ветра

(м/сек)

 

0,2

0,3

0,7

0,8

0,8

0,9

0,4

0,5

0,4

0,2

0,2

0,1

0,5

Сумма

осадков

(мм)

 

10

5

8

6

32

15

101

50

45

23

14

6

315

Высота

снежного покрова

(см)

10

0

0

0

0

 

 

 

 

8

20

26

Высота

наледи

(см)

 

47

128

202

209

185

32

 

 

 

 

 

6

Температура

поверхности

(°С)

—42,2

—3G.0

—22,0

—5,0

1,7

10,2

17,8

15,0

6,1

—7,0 —29,9 —40,8 — 11,0

22

иы, лишь летом она повышена

иа

1 —1,5 мб.

То же относится и к от­

носительной

влажности

(летом

она

повышена

-примерно на

10%).

Скорость

ветра в

наледнои долине резко

ослабевает

(примерно

на 1,5 м/сек в среднем годовом выводе).

 

 

 

Количество выпадающих осадков здесь несколько больше, чем в

открытой долине Лены

(примерно

на 20%),

что может

быть связано

с большей шероховатостью окружающего района (склоны

п лес).

Снежный покров в наледнои долине устанавливается

в то же самое

время, что и

в долине

Лены

(в 1-ой — 2-ой декаде октября). Однако

снег иа месте образования паледп имеется лишь в начале зимы, когда

наледь еще не

формируется

интенсивно. В это время

высота снежного

покрова в долине Улахап-Тарына

примерно на 3 см

выше, чем в до-

липе

Лены. В

последующем

снег

«съедается» разливающимися по

до­

лине

водами

источников.

 

 

 

 

 

Данные микроклиматической

съемки показывают, что имеется

об­

щая тенденция повышения температуры воздуха к середине наледи.

Температура воздуха

па высоте 2 м над наледью оказывается

пример­

но

на

0,5° выше,

чем

на этой же высоте на бортах долины, а

на

высо­

те

0,5

м — почти

на

1° выше.

 

 

г,

Четкие закономерности в распределении влажности заметны

лишь

послеполуденные часы, т. е. когда появляются талые воды

ночи

происходит подмерзание). Над самой наледью в нижнем слое (0,5 м) влажность в это время несколько повышена по сравнению с 2 м (на 0,3—0,5 мб). К окраине паледп различия несколько сглаживаются, и над сухой поверхностью снега на бортах долины влажность на высоте

оказывается больше (на 0,6 мб), чем

над холодной поверхностью

снега.

 

В ветровом режиме прослеживается

тенденция повышения скорос­

ти ветра на бортах долины.

 

В распределении метеорологических элементов вдоль наледнои до­ лины (по середине наледи) существенных закономерностей не обнару­ жено. Только заметно, что температура поверхности (снега) в долине Лены постоянно ниже, чем иа поверхности наледи на 2—5°. Небольшие микроклиматические различия по наледнои долине Улахан-Тарын свя­ заны с малыми ее размерами, т. е. быстрым выравниванием темпера­ турных и прочих условии с окружающими склонами и водоразделами,

и с

относительной

однородностью характера поверхности по всей на­

леди

от истоков до

устья.

Начало формирования наледи, как и последующее ее нарастание, зависит от интенсивности выхода вод источников (при отрицательной температуре воздуха). Но имеется и некоторая температурная зависи­ мость. Как установлено, активное развитие наледи Улахан-Тарын обыч­ но идет при температурах выше —45°. При этом наиболее интенсивный

рост наледи

идет при температурах в пределах от —36° до —25°

(5—

5,5 см/сут.).

При дальнейшем повышении температуры нарастание

на-

Р и с. 29. Ра 'прсдс.ичшс температуры п наледи и подналедпых грунтах п "С. Долина Улахан-Тарып.

1 октября 1964 г.

русло

fr У.-Ш

тн9

—Y

;.77

/5л •20-

npupycjfoiam часть

тн8

тн 7

тнб

- - « »

1,91 2.0Q-. • 1 Э 9

 

 

 

 

ВСВ

1

10*

2 5 12.5-

 

 

 

 

 

 

присидоновап

часть

опушка\

лесная

елоіыіі

лес

 

леса

 

поляна

 

 

 

тн5

 

тнЗ

j t X

t •

 

 

 

 

 

 

« « « *—у T. t

 

 

 

^ FJ3 яеслѵ

Ättfa

EH! трабянои

покров [£J] кустарник

Е Е ель

tSTJ Л7с//а-

ГТП точка

наблюдения

 

 

'

l ^ ^ l граница

сезонного

нротігиЗания

'"

 

Р и с . 30. Максимальная

глубина сезонного протаннапня

и различных местоположениях

в м. Долина

Улахан-Тарыи

леди

сокращается, так как в дневное время вода успевает частично-

уйти

на сток. При значениях температуры от —5 до 0° образовавшая­

ся наледь находится по-существу в стабильном состоянии. При перехо­ де суточной температуры воздуха через 0° начинается таяние наледи. Интенсивность таяния наледи пропорциональна значениям температуры,

она примерно соответствует 0,5 см на повышение

температуры на 1°С.

Окончательный

сход наледи

зависит от мощности ее, а также

и от

поступления

общего

количества

тепла.

 

 

 

Наледи оказывают большое влияние иа формирование температур­

ного режима

подналедных грунтов. Так, в первую

половину зимы,

ког­

да наледь

еще не образовалась,

температура в снежном

покрове

и в

верхнем слое почво-грунта почти

такая же, как и в окрестностях. С по­

явлением

наледи температура

в почво-грунтах

резко

повышается

(рис. 29). По мере развития наледи и установления термического режима

ее температура

 

в верхнем

слое

почво-грунта

опять несколько сни­

жается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В результате подналедные грунты зимой оказываются слабо про­

мороженными. Например,

на глубине

1 м температура в долине Ула-

хан-Тарына в момент минимальных значений ее (март)

оказывается

—5,4°,

а в долине Лены —10, —18°. С глубины

3 м идут

грунты поч­

ти с постоянной

температурой от —0,1 до —0,3°. В отдельные, наибо­

лее благоприятные годы, под наледью могут образоваться

надмерзлот-

пые талики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После схода

наледи начинается

быстрое

повышение

температуры,

в почво-грунтах

 

и их протапванпе. К началу

июля, т. е. к середине ле­

та, в месте бывшего нахождения наледи протаивает лишь

40—50 см

грунта

(песок), тогда

как в долине

Лены к этому

времени уже протаи­

вает около 120 см. Но в дальнейшем

протаивание

идет быстрыми тем­

пами. К концу сезона здесь успевает

протаять 180—195 см грунта, т. е.

столько же, сколько и в долине Лены.

 

 

 

 

 

 

На

примере

наледной

долины

Улахан-Тарын

можно

проследить,,

насколько разнятся глубины протаивания в одной

и той же

местности

в зависимости от разнообразия физико-географической

обстановки. Как

можно

заметить

из рис. 30, наименьшее протаивание

имеет

место под

густым

еловым

лесом. Наибольшее — на хорошо

прогреваемом склоне.

Относительно

малое

протаивание — под водотоком,

а

относительно

большое — на обнаженном

песке в прирусловой

части.

 

 

 

Детальнее о микроклиматическом режиме в наледной долинеЦентральной Якутии см. в статьях автора (1969в, 1970а, 1972а, 19726).

Микроклимат орошаемого поля

Относительно короткое, но жаркое лето в Центральной Якутии способствует, как уже говорилось, развитию земледелия в этих рай­ онах. Однако неблагоприятным моментом в возделывании здесь раз-

87

личных культур является, наряду с частыми заморозками, засушли­ вость территории. Последнее заставляет прибегать к искусственному увлажнению. В последние годы для получения высоких урожаев в Центральной Якутии все более широкое распространение получают раз­

личные

гидромелиоративные работы: на огородных полях — дождеваль­

ное орошение, на лугах — лиманное орошение и т. д.

В

табл. 18 и 19 представлен пример микроклиматического эффек­

та орошения на капустном поле совхоза «Хатасскпп» в пригородной зо­ не г. Якутска. Дождевальный полив производился здесь раз в десяти­ дневку по норме 350 м3 /га.

Наибольшее

различие

в р а д и а ц и о н н о м

р е ж и м е

 

орошен­

ного и неорошенного участков выражается в потере

тепла

излучением.

Поливные

участки

имеют

более

низкую

температуру

поверхности

(в среднем

на 3—4°),

в

результате

 

они теряют

излучением

па 1 —

2 ккал/см2

мес. тепла меньше, чем неполивные участки. Приход

же сол­

нечной

радиации

одинаков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица

18

 

 

 

 

 

Суточные

суммы

составляющих

радиационного

 

 

 

 

 

 

и

теплового балансов накануне и после

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

орошения

(кал/см2 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I 21 VII I

22 VI!

 

 

 

 

 

 

 

Капустное

поле.

 

Xaraccu, 19G4

 

 

 

 

 

 

 

Суммарная

радиация

 

878

835

 

 

 

 

 

 

Альбедо

(%)

 

 

 

 

18

16

 

 

 

 

 

Поглощенная

 

радиация

 

 

720

702

 

 

 

 

 

Эффективное

 

излучение

 

 

421

307

 

 

 

 

 

Радиационный

баланс

 

299

395

 

 

 

 

 

 

Тепло

испарения

 

 

 

161

344

 

 

 

 

 

Теплообмен

с

атмосферой

104

—7

 

 

 

 

 

Тепловой

поток в

почвѵ

 

34

58

 

 

 

В конечном итоге радиационный баланс орошенного поля

оказы­

вается

на

20—25%

выше,

чем остепненного луга.

Особенно

большие

контрасты в радиационном балансе сравниваемых

участков

характер­

ны в ясные дни, когда

наблюдается

 

наибольшее

различие

в

температу­

ре поверхности. В отдельные дни эти различия достигают 40%. В ноч­

ные часы

и при

пасмурной

погоде контрасты радиационного

баланса

капустного

поля

и луга сглаживаются.

 

 

Т е п л о в о й

б а л а н с .

Испарение с поверхности

почвы

на оро­

шенном участке

в среднем на 25% выше, чем на лугу.

В середине ле­

та испарение с луга составляет примерно 55% от испаряемости, а на

орошенном участке 75—80%.

Если

на суходольном участке имеет

место недостаток увлажнения,

то

на орошенных участках создается

88

Таблица 19

Микроклиматическая разность орошенный участок —

—луг накануне и после орошения

 

 

 

 

 

 

21 V I I

22 V I I

Капустное

поле.

Хатассы,

1964

 

Температура

воздуха

на

2,0

м

(°С)

3,5

1,0

»

»

»

0,5

м

(°С)

0,2

• 2,7

 

»

»

0,2

м

(°С)

—1,7

• 3,6

Температура

поверхности

почвы

(°С)

—5,2

14,8

Абсолютная

влажность

на

2,0

м

(мб)

5,0

3,4

»

»

»

0,5

м

(мб)

—•

2,8

»

»

»

0,2

м

(мб)

5,7

2,9

избыточное увлажнение. Влажность

почвы

на лугу

в середине лета

уменьшается по сравнению с началом лета примерно на 55 мм в метро­ вом слое, а иа орошенном участке возрастает за это же время на 20 мм.

Затрата тепла на турбулентный теплообмен над орошенным полем резко ослабевает. Так, в середине лета на этот процесс на лугу затра­ чивается 35% величины радиационного баланса, а на орошенном участ­ ке—25%. Непосредственно после дождевания затрата тепла на тур­ булентный теплообмен с атмосферой принимает отрицательный знак, т. е. охлажденная поверхность забирает тепло из прилежащего воз­ духа.

Тепловой поток в почву при орошении возрастает. На лугу он со­ ставляет 7—9% от общего прихода тепла, а на увлажненных участках 10—11%. По абсолютному значению тепловой поток в почву на оро­

шенном поле возрастает в 1,5—2

раза.

Наибольшие различия

в

м е т е о р о л о г и ч е с к о м р е ж и м е

орошенного и неорошенного

площадей выражены в середине лета

(июль), т. е. в наиболее засушливый период. К концу лета, с увеличе­ нием повторяемости дождей, контрасты несколько сглаживаются.

Дождевание сказывается на всех метеорологических элементах, но больше всего на влажности воздуха, температуре поверхности и влаж-

иостно-температурном режиме

в верхнем полуметровом

слое почвы.

По мере удаления от земной поверхности эффект орошения

ослабевает.

Так, температура поверхности

непосредственно после полива отличает­

ся от температуры поверхности луга на 17°, а температура воздуха на высоте 2 м — только на 3—4°.

Микроклиматическое воздействие орошения больше выражено в дневные часы, особенно при ясной погоде. К ночи все контрасты сгла­ живаются. Например, поверхность почвы в дневные часы на огород­ ном участке холоднее в среднем выводе на 6—9°, а в ночные часы —

89