Термический режим снежного покрова зимой в высокогорной части Эльбруса по натурным данным и результатам моделирования

На основе данных наблюдений на леднике Гарабаши на юго-восточном склоне Эльбруса в феврале 2021/22 г. проведена верификация LSM SPONSOR для условий периода аккумуляции. Показано, что при значении коэффициента серости 0.98 ошибка моделирования радиационной температуры снежной поверхности не превышает 1°С. Кроме того, модель адекватно воспроизводит термический режим глубоких слоев снежного покрова. Показано, что методическая проблема измерений термического режима в нарушенном снежном покрове может приводить к существенным ошибкам измерения температуры снега. Сравнение результатов моделирования с прямыми измерениями потоков явного тепла по методу eddy covariance показало их хорошее соответствие (коэффициент корреляции более 0.9), хотя для случаев температурной инверсии в приземном слое отмечается систематическое завышение моделью абсолютных значений потоков. На основе данных измерений выявлен факт достаточно высокой повторяемости высоких значений турбулентных потоков в условиях интенсивного радиационного прогрева в сочетании с высокими скоростями ветра, что по всей видимости оказывается типичным для высокогорных районов в зимнее время.

горное оледенение, данные наблюдений, численное моделирование, SPONSOR, Эльбрус, ледник Гарабаши,

1. Волошина А.П. Метеорология горных ледников //МГИ. 2001. Т. 92. С. 3–148.

2. Гандин Л.С., Каган Р.Л. Статистические методы интерпретации метеорологических данных. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 360 с.

3. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я., Айзель Г.В. Моделирование формирования стока рек и снежного покрова на севере Западной Сибири // Водные ресурсы. 2015. Т. 42. № 4. С. 387–395.

4. Дроздов Е.Д., Торопов П.А., Турков Д.В., Шестакова А.А., Андросова Е.Е. Оценка эффекта сублимации ледяных кристаллов при метелях над поверхностью горного ледника на основе натурных данных и численного моделирования // Современные тенденции и перспективы развития гидрометеорологии в России: Материалы IV Всеросс. науч.-практич. конф., приуроч. к Году науки и технологий. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2021. С. 397–404.

5. Дюнин А.К. Механика метелей // Новосибирск: Сибирское отделение АН СССР, 1963. 378 с.

6. Каталог ледников России // Электронный ресурс. https://www.glacrus.ru Дата обращения: 04.06.2022.

7. Ледники и климат Эльбруса / Ред. В.Н. Михаленко. М., СПб.: Нестор–История, 2020. 372 с.

8. Оледенение Эльбруса / Ред. Г.К. Тушинский. М.: Издво МГУ, 1968. 345 с.

9. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Коэффициент теплопроводности снега и его изменчивость // Криосфера Земли. 2017. Т. XXI. № 3. С. 60–68. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2017-3(60-68)

10. Павлов А.В. Теплофизика ландшафтов. Новосибирск:Наука, 1979. 286 с.

11. Репина И.А., Степаненко В.М., Барсков К.В., Пашкин А.Д., Артамонов А.Ю. Взаимодействие атмосферы с неоднородной подстилающей поверхностью // Динамика и взаимодействие геосфер земли: Материалы Всеросс. конф. с междунар. участием, посвящ. 100-летию подготовки в Томском гос. ун-те специалистов в области наук о Земле. Томск: Томский центр науч.-технич. информации, 2021. С. 187–190.

12. Торопов П.А., Михаленко В.Н., Кутузов С.С., Морозова П.А., Шестакова А.А. Температурный и радиационный режим ледников на склонах Эльбруса в период абляции за последние 65 лет // Лёд и Снег. 2016. Т. 56. № 1. С. 5–19. https://doi.org/10.15356/2076–6734–2016–1–5–19

13. Торопов П.А., Шестакова А.А., Смирнов А.М., Поповнин В.В. Оценка компонентов теплового баланса ледника Джанкуат (Центральный Кавказ) в период абляции в 2007–2015 годах // Криосфера Земли. 2018. Т. XXII. № 4. С. 42–54. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2018-4(42-54)

14. Турков Д.В., Сократов В.С. Расчёт характеристик снежного покрова равнинных территорий с использованием модели локального тепловлагообмена SPONSOR и данных реанализа на примере Московской области // Лёд и Снег. 2016. Т. 56. № 3. С. 369–380. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2016-3-369-380

15. Шмакин А.Б., Рубинштейн К.Г. Валидация динамикостатистического метода детализации метеорологических параметров // Тр. Гидрометцентра России. 2006. Вып. 341. С. 186–208.

16. Шмакин А.Б., Турков Д.В., Михайлов А.Ю. Модель снежного покрова с учетом слоистой структуры и её сезонной эволюции // Криосфера Земли. 2009. Т. XIII. № 4. С. 69–79.

17. Bintanja R., Van Den Broeke M.R. The Surface Energy Balance of Antarctic Snow and Blue Ice // Journ. of Applied Meteorology. 1995. 34. P. 902–926.

18. Boone A., Etchevers P. An Intercomparison of Three Snow Schemes of Varying Complexity Coupled to the Same Land Surface Model: Local-Scale Evaluation at an Alpine Site // Bull. Amer. Meteorol. Society. 2001. 2 (4). P. 374–394. https://doi.org/10.1175/1525-7541(2001)0022.0.CO;2

19. Essery R., Semenov V., Turkov D. Snow cover duration trends observed at sites and predicted by multiple models // The Cryosphere. 2020. 14. P. 4687–4698. https://doi.org/10.5194/tc-14-4687-2020

20. Etchevers P., Martin E., Brown R. Validation of the energy budget of an alpine snowpack simulated by several snow models (SnowMIP project) // Annals of Glaciology. 2004. V. 38. P. 150–158. https://doi.org/10.3189/172756404781814825

21. High Mountain Areas in IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate (The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2019) / Lead authors R. Hock, G. Rasul, S. Kutuzov et al., 2019.

22. Kominami Y., Endo Y., Niwano Sh., Ushioda S. Viscous compression model for estimating the depth of new snow // Annals of Glaciology. 1998. V. 26. P. 77–82.

23. Krinner G., Derksen C., Richard E. et al. ESM-Snow MIP: assessing snow models and quantifying snow-related climate feedbacks // Geosci. Model Dev. 2018. 11. P. 5027–5049. https://doi.org/10.5194/gmd-11-5027-2018

24. Menard C., Essery R., Turkov D. Scientific and human errors in a snow model intercomparison // Bull. Amer. Meteorol. Society. 2021. V. 201. Is. 1. P. E61–E79. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-19-0329

25. Landry C.C., Buck K.A., Raleigh M.S., Clark M.P. Mountain system monitoring at Senator Beck Basin, San Juan Mountains, Colorado: A new integrative data source to develop and evaluate models of snow and hydrologic processes // Water Resour. Res. 2014. 50. P. 1773–1788. https://doi.org/10.1002/2013WR013711

26. Lapo K., Nijssen B., Lundquist J.D. Evaluation of Turbulence Stability Schemes of Land Models for Stable Conditions // Journ. of Geophys. Research: Atmospheres. 2019. 124 (6). P. 3072–3089. https://doi.org/10.1029/2018jd028970

27. Lejeune Y., Dumont M., Panel J.-M., Lafaysse M., Lapalus P., Le Gae E., Lesaffre B., Morin S. 57 years (1960–2017) of snow and meteorological observations from a mid-altitude mountain site (Col de Porte, France, 1325m of altitude) // Earth Syst. Sci. Data. 2019. № 11. P. 71–88. https://doi.org/10.5194/essd-11-71-2019

28. Liu S., Lu L., Mao D., Jia L. Evaluating parameterizations of aerodynamic resistance to heat transfer using field measurements // Hydrology and Earth System Sciences. 2007. 2 (11). P. 769–783. https://doi.org/10.5194/hess-11-769-2007

29. Marzeion B., Jarosch A.H., Gregory J.M. Feedbacks and mechanisms affecting the global sensitivity of glaciers to climate change // The Cryosphere. 2014. № 8. P. 59–71.

30. Pomeroy J.W., Jones H.G. Wind-Blown Snow: Sublimation, transport and changes to polar snow, in: Chemical exchange between atmosphere and polar snow // NATO ASI Series, edited by E. Wolff and R.C. Bales, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1996. 43. P. 453–489.

31. Slater A.G., Schlosser C.A., Desborough C.E. The representation of snow in land surface schemes: results from PILPS 2(d) // Journ. of Hydrometeorology. 2001. V. 2. № 1. P. 7–25.

32. Shmakin A.B. The updated version of SPONSOR land surface scheme: PILPS-influenced improvements // Global and Planetary Change. 1998. V. 19. № 1–4. P. 49–62.

33. Snow and Climate / Ed. by R.L. Armstrong, E. Brun. Cam-bridge, U.K.: Cambridge Univ. Press, 2008. 222 p.

34. Sokratov S.A., Sato A. The effect of wind on the snow cover // Annals of Glaciology. 2001. № 32. P. 116–120.

35. Sturm M., Holmgren J., Konig M., Morris K. The thermal conductivity of seasonal snow // Journ. of Glaciology. 1997. V. 43. № 143. P. 26–41.

36. Toropov P.A., Aleshina M.A., Grachev A.M. Large-scale climatic factors driving glacier recession in the Greater Caucasus, 20th–21st century // Intern. Journ. of Climatology. 2019. P. 4703–4720. https://doi.org/10.1002/joc.6101