Описание переноса и накопления снега в математической модели поверхностного баланса массы горного ледника. Часть 1. Теория, базовые алгоритмы и тестирование

О.О. Рыбак1,2, Е.А. Рыбак1,2, И.А. Корнева2,3

1Сочинский научно-исследовательский центр РАН, Сочи, Театральная, 8а

2Филиал Института природно-технических систем, Сочи, Курортный проспект, 99/18

E-mail: o.o.rybak@gmail.com, elena.rybak@gmail.com

3Институт глобального климата и экологии им. Ю.А. Израэля, Москва, Глебовская, 20б

E-mail: comissa@mail.ru

DOI: 10.33075/2220-5861-2019-3-70-78

УДК 551.321.86                                                    

Реферат:

   Реалистичное описание динамики горного ледника и надежный прогноз его эволюции методами математического моделирования упирается в проблему формализации снегонакопления, включая пространственные особенности выпадения твердых осадков и перераспределения уже выпавшего снега (метелевый перенос, лавинное питание и др.). Процессы пространственного перераспределения снега после его выпадения достаточно хорошо изучены, построены соответствующие теории и расчетные алгоритмы на их основе, однако применяемые в настоящее время методы приложимы по большей части к краткосрочным прогнозам. Соответствующие математические модели малопригодны для долгосрочных прогностических расчетов, так как они излишне требовательны к входящей метеорологической информации. И наоборот, в моделях, описывающих многолетнюю динамику ледников, процессы аккумуляции зачастую чрезмерно схематизированы и не учитывают ни особенности рельефа, ни преобладающие типы микро- и мезоциркуляции атмосферы при расчетах снегопереноса и снегонакопления.

   В настоящей работе рассмотрены некоторые аспекты упрощенного подхода к расчету пространственного перераспределения снега, который призван в какой-то мере преодолеть зависимость сложных моделей к входным данным. В рамках упрощенного подхода реализована схематическая имитация механизмов дефляции, переноса и аккумуляции снега в пределах ограниченной области. В статье разбирается расчетный алгоритм описания переноса и накопления снега. Алгоритм основан на решении уравнения адвекции-диффузии с полуэмпирическим описанием скорости переноса. В численных экспериментах со схематически заданным рельефом поверхности исследованы некоторые ключевые особенности перераспределения снега. В частности, экспериментально подтвержден максимальный рост толщины снежного покрова на подветренной части за вершинами положительных форм рельефа в области конвергенции поля ветра.

Ключевые слова: горный ледник, аккумуляция, снежный покров, метелевый перенос, математическая модель.

Полный текст в формате PDF

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Machtguth H., Eisen O., Paul F., Hoelze M. Strong spatial variability of snow accumulation observed with helicopter-borne GPR on two adjacent Alpine glaciers // Geophysical Research Letters. 2006. V. 33. L13503. doi:10.1029/2006GL026576.
  2. Панов В.Д., Лурье П.М., Ильичев Ю.Г. Cостояние современного оледенения северного склона Большого Кавказа на начало ХХI столетия // Устойчивое развитие горных территорий. 2010. Т. 2. № 3. С. 69–73.
  3. Торопов П.А., Михаленко В.Н., Кутузов С.С. и др. Температурный и радиационный режим ледников на склонах Эльбруса в период абляции за последние 65 лет // Лед и Снег. 2016. Т. 56. № 1. С. 5–19. doi:10.15356/2076-6734-2016-1-5-19.
  4. Морозова П.А., Рыбак О.О. Регионализация данных глобального климатического моделирования для расчета баланса массы горных ледников // Лед и Снег. 2017. Т. 57. № 4. С. 437–452. doi: 10.15356/2076-6734-2017-4-437-452.
  5. Рыбак О.О., Рыбак Е.А. Применение данных сетевых метеорологических станций для расчета баланса массы ледников (на примере ледника Джанкуат, Центральный Кавказ) // Системы контроля окружающей среды. 2017. № 9 (29). С. 100–108.
  6. Mikhalenko V., Sokratov S., Kutuzov S. et al. Investigation of a deep ice core from the Elbrus western plateau, the Caucasus, Russia // The Cryosphere. 2015. V. 9. P. 2253–2270. doi:10.5194/tc-9-2253-2015.
  7. Lehning M., Löwe H., Ryser M., Raderschall N. Inhomogeneous precipitation distribution and snow transport in steep terrain // Water Resources Research. 2008. V. 44. W07404. doi:10.1029/2007WR006545.
  8. Шмакин А.Б., Турков Д.В., Михайлов А.Ю. Модель снежного покрова с учетом слоистой структуры и ее сезонной эволюции // Криосфера Земли. 2009. Т. XIII. № 4. С. 69–79.
  9. Xiao J., Bintanja R., Déry S.J. et al. An intercomparison among four models of blowing snow // Boundary-Layer Meteorology. 2000. V. 97. P. 109–135.
  10. Liston G.E., Haehnel R.B., Sturm M., Heimstra A., Berezovskaya S., Tabler R.D. Simulating complex snow distributions in windy environments using SnowTran-3D // Journal of Glaciology. 2007. V. 53 (181). P. 241–256.
  11. Ohara N. A practical formulation of snow surface diffusion by wind for watershed-scale applications // Water Resources Research. 2014. V. 50. P. 5074–5089. doi:10.1002/2013WR014744.
  12. Дюнин А.К. Механика метелей (Вопросы теории проектирования снегорегулирующих средств). Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения АН СССР, 1963. 380 с.
  13. Dyunin A.K., Kotlyakov V.M. Redistribution of snowind the mountains under the effect of heavy snow-storms // Cold Regions Science and Technology. 1980. V. 3. P. 287–294.
  14. Ryan B.C. A Mathematical Model for Diagnosis and Prediction of Surface Winds in Mountainous Terrain. Journal of Applied Meteorology. 1977. V. 16. P. 571–584.

Loading