![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
В рамках данного проекта планируется создание алгоритма расчета баланса массы горного оледенения, основанного на физически обоснованных оценках компонент теплового бюджета ледника и пространственного распределения аккумуляции. Алгоритм будет апробирован на горных ледниках России, наиболее полно обеспеченных гляциологическими и метеорологическими данными, что позволит строго оценить результаты. Полученные данные по абляции и аккумуляции, будут суммироваться за каждый год и использоваться для оценок межгодовой динамики длины и площади ледников с помощью минимальной модели Орлеманса за период 1979 – 2019 гг. В силу того, что существуют тесные эмпирические связи между толщиной и длинной ледника, полученные результаты в перспективе можно распространить на соответствующий горно-ледниковый район. Такой подход может стать основой для параметризации горных ледников в моделях земной системы. Кроме того, разработанные алгоритмы могут быть использованы и в других типах моделей горных ледников.
Within the framework of this project, it is planned to create a more complex algorithm for calculating the mass balance based on physically reasonable estimates of the components of the thermal budget of the glacier and the spatial distribution of accumulation. The algorithm will be tested on the mountain glaciers of Russia, which are most fully provided with glaciological and meteorological data, which will make it possible to strictly evaluate the results. The obtained ablation and accumulation data will be summarized for each year and used to estimate interannual dynamics of the length and area of glaciers using the minimum Oerlemans model for the period 1979 – 2019. Due to the fact that there are close empirical relationships between the thickness and the length of the glacier, the results obtained can be extended to the corresponding mountain-glacial region. Such an approach can become the basis for the parameterization of mountain glaciers in the models of the earth system. In addition, the developed algorithms can be used in other types of mountain glacier models.
- оценка ледниковой составляющей стока на Большом Кавказе на основе физически обоснованного алгоритма таяния типичного горного ледника, в перспективе такие оценки можно будет выполнить для любого горно-ледникового района и использовать в моделях речного стока (в том числе, оперативных); - результаты расчетов временной изменчивости компонентов баланса массы типичного горного ледника Кавказа и Алтая с помощью предложенной схемы за последние 40 лет в сравнении с натурными данными, которые могут лечь в основу физического обоснования механизмов современной динамики горного оледенения (2021 год); - результаты расчета динамики длины и площади типичных ледников Кавказа на основе «минимальной модели Орлеманса» с использованием усовершенствованной схемы расчета баланса массы ледника и их валидация натурными данными; данный алгоритм может стать основной параметризации горного оледенения в моделях Земной системы
изучена структура теплового баланса ледника Джанкуат, показано, что радиационный баланс составляет примерно 80% от общих затрат тепла на таяние, турбулентный теплообмен порядка 15%, выделение тепла конденсации не более 5% [Торопов, 2018] - отработана методика оценки основных алгоритмов расчета турбулентного потока тепла на основе сравнения с прямым методов (турбулентных пульсаций), на данный момент показано, что наиболее точным методом расчета потоков является метод аэродинамических формул для ледовой поверхности в формулировке [Takeuchi et al., 1999] - выполнены оценки точности реанализов по Центральному Кавказу, в частности, в [Торопов и др., 2016] показано, что данные реанализа NCEP/NCAR можно использовать с целью оценки изменения температурного режима эльбрусского ледника Гарабаши; в [Toropov et al., 2018] обоснована возможность использования для расчетных задач гляцио-климатологии реанализа ERA-INTERIM - выявлены физические механизмы деградации оледенения Кавказа в последние 40 лет, показано, что основным фактором стало статистически значимое увеличение радиационного баланса в последние 40 лет преимущественно за счет приходящей коротковолновой радиации, которое хорошо согласуется с уменьшением общей облачности. Предполагается, что это происходит за счет увеличение повторяемости антициклонов в регионе [Toropov et al., 2019] - создана база данных, включающая обработанные результаты метеорологических, гидрологических и гляциологических данных по леднику Джанкуат, сформированная в соответствие с общепринятыми стандартами организации геофизических данных, находящаяся в отрытом доступе и опубликованная в [Rets et al., 2018]. Коллектив располагает необходимыми ресурсами и оборудованием, созданными и протестированными алгоритмами расчетов турбулентных потоков методом Монина-Обухова; обработки данных акустического анемометра GILL; обработки и оценки данных реанализа.
Создание алгоритма параметризации горного оледенения для моделей Земной системы
ИГ РАН | Соисполнитель |
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 февраля 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Параметризация баланса массы горных ледников для моделей Земной системы |
Результаты этапа: 1. В ходе экспедиций на южном склоне Эльбруса вблизи границы питания ледника Гарабаши (на высоте 3850 м над уровнем моря) 27.01.2020 – 06.02.2020 и 04.07.2020 – 29.08.2020 были развернуты полные автоматизированные метеорологические измерения, в ходе которых получены данные о температуре, влажности, скорости и направлении ветра на 3 уровнях: 0.5, 1 и 2 м (акустический метелемер ISAW, датчик автоматической метеостанции Davis и акустический анемометр Gill, соответственно), в том числе о 3 компонентах скорости ветра с высоким временным разрешением (анемометром Gill) на уровне 2 м; величине метелевого переноса (метелемер ISAW FlowCapt) приповерхностном слое толщиной 1 м; величине аккумуляции снега (посредством ежесуточных измерений на реечном поле), а также температуре снега на уровнях 15 и 30 см и составляющих радиационного баланса (балансомер Hukseflux). 2. Показано, что наибольшей интенсивности процесс сублимации ледяных кристаллов достигал при скорости ветра более 10 м/с, что хорошо согласуется с зарубежными работами, касающиеся главным образом метелевого переноса в Арктике и Антарктике [Pomeroy et al.,2007; Bintanja 2001; Bintanja 1998]. Затраты тепла на сублимацию в терминах плотности потока скрытого тепла достигали значения 70 Вт/м2, что сопоставимо с основными компонентами теплового баланса горного ледника в зимнее время. В то же время при скоростях более 10 м/с выявляются значения менее 10 Вт/м2, что обусловлено существенным влиянием влажности и температуры воздуха. Поэтому высокие значения скорости ветра являются необходимой, но не достаточной причиной значительных потерь тепла на сублимацию кристаллов, что является важным результатом. Кроме того, сублимация кристаллов льда играет заметную роль в суммарном испарении и потерях снежной массы на поверхности горного ледника. 3.Выполнена оценка применимости метода Монина-Обухова с универсальными функциями Буcингера-Дайера [Businger J. A. et al., 1971;1988] и параметризацией коэффициента термической шероховатости [Andreas et al., 2010] для расчетов турбулентных потоков тепла в период абляции на примере ледников Джанукат и Гарабаши, которые являются типичными для Северного Кавказа. 4. Получены предварительные месячные оценки плювиометрического градиента, который в среднем для массива Эльбруса составил 2 мм/100 м (в диапазоне высот 3400 – 4600 метров над уровнем моря) и -0.25мм/100 м выше изогипсы 4600 мм. Показано, что, для западной предвершинной части Эльбруса на высоте 5000 – 5200 ветров над уровнем моря месячный орографический добавок осадков составил около 60 мм. Если добавить к этой сумме ту часть осадков, которая выпада бы из дождевых облаков без влияния рельефа (по данным реанализа), то получим месячную сумму осадков порядка 120 мм осадков за месяц. В течение рассматриваемого периода на Западном плато Эльбруса работала экспедиция института Географии, в частности проводились метеорологические и снегомерные наблюдения. Итак, согласно выполненным измерениям, сумма осадков на Западном плато за этот период составила 145 мм [Торопов и др., 2020], то есть в целом оказалась близкой к расчетным значениям. 5. Впервые на основе данных реанализа ERA-Interim и метеорологических наблюдений в сочетании с данными гидрологических постов и результатами анализ космических снимков выполнены оценки деградации горного оледенения Алтая а также анализ физических механизмов этого процесса. В течение отчетного года показано, что за последние 50 лет площадь оледенения горного Алтая уменьшилась на 25 %, при этом в 2008 – 2017 гг. скорость деградации ледников увеличилась в 2 раза. Эта тенденция хорошо согласуются с наблюдаемым увеличением расхода воды в р. Катунь на 9% в 2008-2017 по сравнению с 1940-1968 (при неизменной сумме осадков). Анализ трендов метеорологических величин на основе станционных данных и результатов реанализа ERA-Interim показал, что статистически значимое потепление в регионе происходит только в теплое полугодие и не превышает 0.5°С/10 лет. За счет этого турбулентный теплообмен атмосферы с ледниками за последние 40 лет увеличился на 8 Вт/м2, что вызвало рост слоя стаивания на 170 мм.в.э в год. Однако основной причиной сокращения ледников Алтая является рост приходящей коротковолновой радиации, который составил 5 Вт/м2 за 10 лет, и увеличил слой стаивания на 320 мм в. э. в год. Положительный тренд радиационного баланса хорошо согласуется с уменьшением балла общей облачности, что связано с ростом дивергенции влаги, геопотенциала, и ослаблением зональной циркуляции в средней тропосфере. | ||
2 | 1 февраля 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Параметризация баланса массы горных ледников для моделей Земной системы |
Результаты этапа: На основе данных измерений на леднике Гарабаши в январе-феврале 2021 основных метеорологических величин, компонент радиационного баланса, а также пульсационных данных о турбулентных потоков тепла, импульса и водяного пара, выполнены оценки сублимации ледяных кристаллов и вклада этого процесса в общий поток испарения. Показано, что величина сублимации кристаллов составляет порядка 10% от общего потока влаги. В периоды ветренной и солнечной погоды вклад сублимации ледяных кристаллов в общий поток влаги может достигать 50%. В высокогорной зоне Эльбруса, в зоне аккумуляции (4700 метров над уровнем моря) организован стационарный автономный метеорологический комплекс, с помощью которого измеряются основные метеорологические величины, компоненты радиационного баланса, а также турбулентные потоки тепла и влаги. Предполагается, что данный комплекс будет функционировать в высокогорной части южного склона Эльбруса в течение нескольких лет. Данные этого метеорологического комплекса использовались для количественной оценки погодных условий во время трагедии 23-24 сентября 2021 г. Выполнены предварительные расчеты компонент баланса массы ледников Джанкуат и Гарабаши на основе схем Монина-Обухова и данных о радиационных потоках ERA5, пересчитанные на ледовые склоны. Создана параметризация орографического добавка осадков, основанная на расчете скорости конденсации водяного пара в воздухе, вынужденно поднимающегося на наветренном склоне. Данная схема основана на гибриде уравнения Клаузиуса-Клапейрона и простого расчета вертикальной компоненты скорости из уравнения неразрывности, также принято предположение о затухании вертикальной скорости с высотой в зависимости от атмосферной стратификации. Схема апробирована на 2018 гг., хорошо обеспеченным данными измерений на Центральном Кавказе и на Западном плато Эльбруса. Схема в целом правильно воспроизводит сезонный ход осадков и синоптическую изменчивость. Ошибка годовой суммы осадков на Западном плато Эльбруса не превышает 10%. | ||
3 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Параметризация баланса массы горных ледников для моделей Земной системы |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".
№ | Имя | Описание | Имя файла | Размер | Добавлен |
---|---|---|---|---|---|
1. | текст статьи | toropov-altaj-MiG-2020.pdf | 4,4 МБ | 17 декабря 2020 [tormet] | |
2. | текст статьи | toropov-altai-2020.pdf | 1011,9 КБ | 17 декабря 2020 [tormet] |