WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 15 | 16 || 18 | 19 |   ...   | 45 |

= 0,55 *Х0,60, мм, ± m = 0,940 ± 0,016 (27) Cv = %, ± m = 0,917 ± 0,022 (28) 0,X Формулы (25) … (28) имеют высокую тесноту связи, поэтому они могут быть использованы в качестве расчетных.

Как известно, одним из методов проверки нормальности выборочного распределения является оценка существенности отклонения показателя асимметрии Сs от 0. Оценка связи коэффициента асимметрии с величиной осадков показала почти полное отсутствие корреляции (корреляционные отношения равны 0,12…0,41). При осреднении же всех вычисленных значений Сs получена величина, близкая к 0 (Сs= 3%), а отдельные отклонения от 0 в ту или иную сторону объясняются низкой точностью расчета Сs.. Следовательно, все статистические выборки слоя осадков в лесу можно считать нормальными и определять ординаты теоретической кривой распределения поля осадков в лесу по кривой Гаусса.

Статистическое исследование пространственного распределения осадков в лесу показывает, что поле осадков под пологом неравномерно. Подобно проницаемости полога леса для света, здесь имеются пятна максимумов и минимумов слоя дождя, расположение которых зависит от группировки деревьев. Чем больше величина дождя, тем большей неравномерностью (по абсолютным значениям) обладает поле осадков; однако относительное варьирование с ростом слоя дождя уменьшается до 10…7 % (при осадках 70…мм). Наличие листвы в пологе увеличивает вариацию осадков почти в 2 раза.

С варьированием осадков связана точность измерения их средней величины под пологом, а значит, и вычисления перехвата. Абсолютные ошибки определения среднего количества осадков в лесу увеличиваются с ростом последних (табл. 13).

Таблица 13 - Средние показатели точности измерения осадков в лесу на ЛГС “Аибга” Состояние поло- Средние показатели Интервалы слоя осадков, мм га древостоя точности измерения 0…2 0…20 20…40 40…80 80..Ошибка измерения, мм 0,06 0,25 0,64 1,4 - Без листвы Показатель точности, % 5,9 3,0 2,2 2,0 - Полностью об- Ошибка измерен., мм 0,07 0,53 0,84 1,4 2,лиственное Показат. точности, % 15,8 5,6 3,2 2,6 2,Средний перехват всем древостоем (включая и сток по стволам Vств) определялся как разность между осадками на вырубке и средним арифметическим слоем дождя в лесу (по данным 20 осадкомеров). Величины суммарного перехвата (Rс =R+Vств) связывались затем с количеством осадков на открытом месте.По методу наименьших квадратов были найдены эмпирические зависимости, усредняющие условия, которые влияют на величину перехвата. Для необлиственного полога суммарный перехват связан со слоем дождя следующим уравнением:

Rс = 0,39 *Х0,56, мм (29) оцениваемым корреляционным отношением ± m = 0,784 ± 0,055.

При полном облиствении аналогичная эмпирическая зависимость имеет вид:

Rс = 0,667 *Х0,55, мм ± m = 0,845 ± 0,026 (30) Коэффициент корреляции суммарного перехвата Rс с интенсивностью ливня i мм/мин ( r± mr= 0,604 ± 0,065) указывает на среднюю тесноту уравнения для облиственного полога: Rс = 2,3 + 18,4 *i, мм (31) В зависимостях (29)…(31) суммарный перехват включает сток по стволам деревьев, который для бука не настолько мал, чтобы им можно было пренебречь, особенно при сильных ливнях. Обычно определение стекающих по стволам осадков производится по модельным деревьям с помощью специальных устройств. Однако, как отмечено выше, для разновозрастного букового древостоя подобрать модели, репрезентующие все насаждение, невозможно из-за многообразия расположения ветвей крон, размеров деревьев и других факторов. Поэтому с достаточной степенью точности можно оценить количество стекающей по стволам воды только косвенно.

Расчет перехвата по формулам (29) и (30) характеризует средние условия задержания осадков пологом букового древостоя. В табл.14 приведены данные расчетов по указанным формулам, и для сравнения - осредненные данные отечественных и зарубежных авторов о перехвате лиственными породами с гладкими и овальными листьями.

Рассчитанные для буковых насаждений средние величины перехвата довольно близки по осредненным значениям для таких пород, как осина, ольха, вяз, липа - в густых лесах с полнотой около 1. В девственном буковом древостое наиболее интенсивно перехват возрастает при осадках до 10 мм. При этом для необлиственного полога он почти в раза меньше, чем при наличии листвы, т.е. перехват скелетной частью крон деревьев почти равен перехвату листовой поверхностью.

Таблица 14 - Средний перехват и стекание по стволам осадков в буковом древостое при различных дождях Характери- С у м м а о с а д к о в з а д о ж д ь, мм стика осадков 1 5 10 20 30 40 60 80 100 Средняя для лиственных 0,50 1,20 1,85 2,40 3,15 - - - - - пород, мм Rс, мм 0,67 1,61 2,37 3,47 4,33 5,07 6,32 7,45 8,40 9,Vств, мм 0,04 0,20 0,41 0,82 1,23 1,64 2,46 3,28 4,10 4,R=Rс- Vств 0,63 1,41 1,96 2,65 3,10 3,43 3,86 4,17 4,30 4,R, % 63,0 28,2 19,6 13,2 10,3 8,7 6,4 5,2 4,3 3,П р и м е ч а н и е : Для ЛГС “Аибга” Rс и Vств определены по формулам (29) и (30).

Полная емкость перехвата близка к 2,0 мм, и насыщается она дождями со слоем до 10 мм. Дальнейший рост перехвата (до 5 мм) происходит за счет образования капель дождя на листьях и ветках. Величина перехвата за сезон и за отдельные месяцы зависит от режима осадков - от их слоя и частоты выпадения.

В среднем за вегетационный период перехват пологом нетронутого рубкой лесом составляет 138,7 мм (14,2 %), из них около 40 мм (4,1 %) относятся к стекающим по стволам осадкам. Наименьший процент перехвата наблюдается при наименьшей сумме осадков, а максимальный перехват - отмечается в самые засушливые годы. Сезонный перехват осадков пологом букового древостоя за 25-летний ряд наблюдений составил:



среднее ряда 118,0 мм; макс. - 170,5 мм; мин.- 77,7 мм; дисперсия - 25,2 мм (рис. 8). Сезонные суммы стекающих по стволам осадков в буковых насаждениях определены: ср.

ряда 44,3±2,3 мм, максимум - 74,8 мм; минимум - 25,3 мм; =11,5 мм; Cv=132 %.

y = 0,2424x1,R = 0,0 5 10 15 20 25 30 Рис. 3. Зависимость между перехватом осадков пологом букового древостоя (X) и стекающими по стволам осадками (Y) Помимо определения общей величины перехвата осадков, с гидрологической точки зрения важно знать влияние лесного полога на график дождя, т.е. распределение его интенсивности во времени. С целью определения трансформации ливней пологом древостоя производились параллельные записи плювиографами на вырубках и в лесу. Плювиограф в лесу располагался под серединой кроны. За период наблюдений для анализа взяты наиболее характерных ливней.

В результате анализа установлено, что трансформация каждого ливня пологом древостоя зависит от формы графика дождя. Наибольшей трансформации подвергаются ливни со сложными графиками (с максимальной интенсивностью 0,4…1,0 мм/мин и продолжительностью 1,5…12 час.), а наименьшей - короткие, но очень интенсивные ливни (максимум выше 1,0 мм/мин), причем влияние полога различно в разные фазы дождя - начало дождя в лесу наступает позже, чем на открытом месте - в зависимости от интенсивности, от нескольких минут (при i> 0,5 мм/мин) до 2,5 часов (при i < 0,мм/мин).

Результатом трансформации ливней пологом бывает иногда значительное увеличение мгновенной интенсивности под кронами деревьев. За счет шлейфа дождя увеличивается его продолжительность под пологом Тлес. и уменьшается средняя интенсивность iср.лес.:

Тлес = 1,31* То, r± mr= 0,846 ± 0,051 (32) iср.лес= 0,45* iср.о + 0,01 мм/мин, r± mr= 0,791 ± 0,057 (33) В зависимостях (32) и (33) : Тлес и iср.лес - продолжительность и интенсивность дождя в лесу, а То и iср.о - на открытом месте.

Указанные зависимости характеризуют трансформацию ливней под серединой крон деревьев. Весь древостой в целом, по-видимому, несколько сглаживает различия в графиках дождей в лесу и на вырубке.

Таким образом, благодаря явлению перехвата в лесу наблюдается поле осадков, в котором их слои подчиняются закону нормального статистического распределения, характеризуемому среднеквадратическим отклонением. При этом величина последнего определяется слоем осадков: чем больше осадки, тем больше среднеквадратическое отклонение и тем меньше коэффициент вариации.

Общий перехват всем насаждением увеличивается с ростом осадков за дождь.

Емкость перехвата играет роль частичного аккумулятора дождя, благодаря ему усложняются графики ливней в лесу, удлиняется их продолжительность и средняя интенсивность.

В связи с тем что в горных условиях количество осадков зависит от высоты и ориентации склонов, для расчета средних сумм осадков по каждому элементарному водосбору должны вноситься поправочные коэффициенты, учитывающие плювиометрические градиенты (увеличение осадков с высотой для холодного времени года в среднем равно 5,0 % на 100 м подъема, а для теплого сезона - 4,1 %). С учетом гипсографических кривых бассейнов полученные поправочные коэффициенты на увеличение осадков с высотой учтены при балансовых расчетах.

- С н е ж н ы й п о к р о в В водном режиме покрытых лесом территорий снежный покров имеет большое значение. Так, помимо прямого воздействия на микроклимат и климат почвы (из-за небольшой теплопроводности и значительных величин альбедо), аккумулированная в снежном покрове влага оказывает большое влияние на сток рек. Основными факторами, влияющими на динамику снегонакопления, являются: орография местности и растительный покров. Поэтому и методически изучение снежного покрова должно ставиться целенаправленно - для выявления особенностей снеготаяния в связи с орографией и влиянием леса.

В горных условиях динамика снегонакопления значительно изменяется в зависимости от высоты над уровнем моря, экспозиции склона, а также от типа и состояния растительности. Так, исследования, проведенные на Сахалине [83], показали, что высота снежного покрова в отдельные годы достигает 250 см, а плотность снега - 0,42 г/см3. Величина вертикального градиента максимальных снегозапасов на Сахалине определена в 60 мм/100 м.

Для Северо-Восточного Алтая (Собанский, Селегей,1975) установлены колебания высоты снежного покрова до 150-280 см, а плотность снега - 0,1-0,30 г/см3.

В горных районах Армении средняя из наибольших за зиму высот снежного покрова достигает 110-160 см, а плотность снега - от 0,15 до 0,20 г/см3 (в начале зимы) возрастает до 0,42-0,45 г/см3 к началу снеготаяния. Максимальные запасы воды в снежном покрове отмечаются в высокогорьях - до 780 мм, а в верховьях крупных рек и на плато - до 180 мм и более.

В горах Тянь-Шаня (Сыпалова,1975) максимум снегозапасов приурочен к ельникам: здесь аккумулируется твердых осадков на 10% больше, чем на безлесных участках.

Наблюдениями за снежным покровом на территории Украинских Карпат [208] установлено, что на лесных полянах высота снежного покрова на 88% больше, чем под пологом елового насаждения, и на 58% больше, чем в букняке. Запасы воды в снежном покрове соответственно на 97 и 70% на поляне выше, чем в еловом и буковом насаждениях. Отмечается также меньшая интенсивность снеготаяния в лесу в сравнении с поляной.

В качестве общего вывода из анализа литературных данных можно отметить, что горные области являются значительными аккумуляторами влагозапасов в зимнее время.





При этом тип и состояние растительного покрова оказывает существенное влияние на снегонакопление. Характер этого влияния может быть различным для разных регионов, как по интенсивности, так и по направлению воздействия. В связи с этим, анализ распределения снежного покрова для Большого Кавказа - горной страны, находящейся на границе умеренного и субтропического климатического поясов в условиях сложных природных взаимодействий – является весьма актуальной задачей как с теоретической, так и с практической точки зрения. Хотя влияние орографии на снегонакопление выше по степени воздействия, чем роль лесной растительности, однако облесенность горных склонов несомненно сказывается на формировании склонового и речного стока. Поэтому эти два фактора должны рассматриваться в комплексе.

В нашей стране наибольшим запасом воды в снежном покрове отличается Западный Кавказ, где на южных склонах Главного Кавказского хребта запасы воды в снежном покрове превышают 2000 мм (Погорелов, 2000, 2001). Здесь снежный покров играет исключительно важную роль в эволюции Большого Кавказа, как горной системы, поскольку определяет формирование и режим речного стока, динамику оледенения и снежных лавин, и тем самым оказывает воздействие на климат и рельеф. В качестве фактора среды обитания при освоении гор человеком снежный покров заметно влияет на хозяйственную деятельность. На основании анализа данных специализированных многолетних маршрутных наблюдений за толщиной, плотностью и запасами воды в снежном покрове, проведенных Северо-Кавказским, Грузинским и Азербайджанским управлениями по гидрометеорологии на территории Большого Кавказа, а также по собственным материалам наземных и авиадесантных экспериментальных снегомерных съемок А.В.Погореловым дана оценка статистической структуры и пространственной корреляции температуры воздуха и осадков холодного полугодия, определены параметры временной изменчивости снежного покрова и рассчитаны режимные характеристики снежного покрова для Большого Кавказа по стандартной климатологической информации. Создана электронная база данных по снежному покрову Большого Кавказа, включающая практически все материалы маршрутных снегомерных измерений, стандартные метеорологические наблюдения и унифицированные (переработанные) данные. Посредством построенных цифровых моделей рельефа Большого Кавказа и отдельных горных бассейнов разработана и реализована методика геоинформационного картографирования гляциологических и климатических характеристик, позволяющая рассчитать объемы снегонакопления на Большом Кавказе и его частях, описать высотно-территориальную структуру и подобие полей снегозапасов в горных бассейнах.

Как показали исследования А.В.Погорелова [2001], снежный покров на Кавказе образует самостоятельную подсистему в природных процессах, к которой применим структурный метод изучения полей снежного покрова. Созданная в Кубанском ГУ электронная база данных обеспечивает использование ГИС-технологий при картографировании характеристик снежного покрова.

Объем средних максимальных снегозапасов на Большом Кавказе равен 25,2 км3, что приближается к величине объема снегового стока, определяемого гидрологическими методами. При этом 59% снегозапасов аккумулируется в высокогорье (на отметках более 2000 м), площадь которого составляет 25% от общей площади горной страны. На низкогорную зону (высота до 1000 м) при ее площади 42% приходится 9% объема средних максимальных снегозапасов. Под влиянием субширотно-поясной зональности средний слой максимальных снегозапасов на южном макросклоне почти в 2 раза больше слоя снегозапасов на северном склоне при близких абсолютных объемах снегонакопления на обоих склонах. Долготно-секторная зональность в распределении снежного покрова приводит к тому, что на Восточном Кавказе средний слой снегозапасов приблизительно в 3 раза меньше, чем на Западном и Центральном Кавказе.

Особенности формирования снежного покрова в горных лесах Северо-Западного Кавказа рассматриваются на примере буковых лесов. Основные экспериментальные данные получены на лесогидрологическом стационаре (ЛГС) “Аибга”, располагающемся на склоне юго-западной экспозиции на высоте 480-1150 м. над ур. моря [182] в бассейне реки Мзымты. Подробная характеристика района исследований, а также ЛГС «Аибга» приведены в монографии «Экологические функции горных лесов Северного Кавказа (Коваль, Битюков, 2001).

Изучение динамики снегонакопления на лесогидрологическом стационаре “Аибга” входило в комплексную программу исследований элементов среды в лесу. Наблюдения за снежным покровом состояли в ежедневном измерении высоты снега на открытой метеоплощадке и периодических снегомерных маршрутных съемках на площадях рубок и под пологом леса. Периодичность снегосъемок - через 5 дней, методика - общепринятая в Роскомгидромете. Общая длина маршрута зависела от варьирования высоты и плотности снега, т.е. от равномерности залегания снежного покрова, однако минимальный маршрут имел протяженность не менее 500 м. При выполнении снегосъемок и их первичной обработке пользовались указаниями Наставлений [231…233].

При расположении экспериментальных водосборов на горных склонах с перепадом высот более 200 м маршрутные снегосъемки производили по двум взаимно перпендикулярным профилям, один из которых располагался вдоль, а другой - поперек склона, что исключало влияние орографии на точность определения средней величины влагозапасов для всего бассейна.

Pages:     | 1 |   ...   | 15 | 16 || 18 | 19 |   ...   | 45 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.