|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Новейшие эволюционные тенденции водно-ледовых ресурсов кавказских ледников (РФФИ)НИР
Actual evolutionary tendencies in water and ice resources of the glaciers in the Caucasus
- Руководитель НИР: Поповнин В.В.
- Участники НИР: Алейников А.А., Губанов А.С., Киреева М.Б., Лысенок П.И., Макшаев Р.Р., Постникова (Дымова) Т.Н., Рец Е.П., Рыбак О.О., Сергиевская Я.Е., Смирнов А.М., Торопов П.А.
- Подразделение: Кафедра криолитологии и гляциологии
- Срок исполнения: 1 января 2018 г. - 31 декабря 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 18-05-00420а
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118020690234-2
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Изменения природной среды, общества и проблемы природопользования
- ПН России: Рациональное природопользование
- Критическая технология России: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
-
Рубрики ГРНТИ:
- 39.03.19 Теоретические вопросы общей физической географии и ландшафтоведения
-
Ключевые слова:
баланс массы, морена, изменения климата, ледник, абляция, аккумуляция, гипсометрия, прогноз, колебания ледников, ледниковый сток, реконструкция, граница ледника, мониторинг
mass balance, evolution, fluctuations of glaciers, glacier, ablation, forecast, hypsometry, glacier boundary, reconstruction, debris cover, glacier-derived run-off, accumulation, simulation -
Описание:
Для криосферы Земли, и горных ледников в частности, характерна исключительная чувствительность и динамичная реакция на климатические изменения, обусловленные не только естественными причинами, но и прогрессирующим в последнее время антропогенным воздействием, что порой ведет к непредсказуемым эффектам из-за сложности и недостаточной изученности природно-социальных связей. В предгорьях таких горных систем, как Кавказ, проблема ожидаемых изменений в оледенении встаёт с особой остротой, поскольку от эволюции ледников зависят колебания жидкого стока местных рек: доля ледникового питания в них весьма существенна. Для выявления современных трендов в режиме кавказских ледников и стоке с них предусмотрены детальные исследования динамики водно-ледового баланса в прошлом (реконструкции), настоящем (мониторинг) и будущем (прогноз). Количественно охарактеризовать эти тенденции и обоснованно применить математический аппарат для моделирования возможно лишь там, где уже накоплена статистическая база для подобных построений. Оптимальным объектом в этой связи становится репрезентативный для Кавказа ледник Джанкуат, чей уникальный непрерывный 50-летний балансовый ряд удерживает 8-е место в мире по своей продолжительности (первое - в России).
-
Abstract:
The Earth’s cryosphere, and alpine glaciers in particular, respond dynamically being exclusively sensitive to climate change, caused not only by natural reasons, but by recently progressing anthropogenic impact as well, that results sometimes in unpredictable effects due to complexity and insufficient studies of relationships between nature and society. A problem of anticipated changes in glaciated areas is more than acute in the foothills of such mountain systems as the Caucasus, since glacier evolution predetermines liquid run-off fluctuations of the local rivers: the share of glacier-derived discharge is considerable there. For revealing present trends in glacier regime and liquid run-off in the Caucasus, the project is aimed at detailed investigations of the dynamics of water and ice balance in the past (reconstruction), present (monitoring) and future (forecast). Quantitative estimates of these trends and justified application of mathematic methods for simulating glacier state are possible only for those glaciological objects which possess statistically reliable database. The Djankuat Glacier, representative for the Caucasus, can become the best object in this regard. Its unique continuous 50-year-long mass balance series rank 8th among the glaciers worldwide and hold the first place in Russia.
-
Планируемые результаты:
Главный результат к концу работ по проекту – продолжительность серии прямых измерений баланса массы репрезентативного для Кавказа ледника Джанкуат будет доведена до 53 лет. Это будет самая длинная серия в России и одна из самых продолжительных в мире, уступая лишь 8 ледникам Земли. Она будет включена в глобальную базу данных Всемирной службы мониторинга ледников как национальный вклад России в важнейшую гляциологическую инициативу. Такой ряд наблюдений позволит охарактеризовать Кавказ с позиций общих тенденций изменения водно-ледовых ресурсов горного оледенения в масштабе полувека. По этим данным прорисуется место Кавказа среди горных систем Земли по степени чувствительности регионального оледенения к глобальным климатическим изменениям. В свою очередь эта информация сыграет роль входных параметров в глобальные модели эволюции криосферы Земли. В результате гидрологических наблюдений 2018-2020 гг. будет продлен многолетний ряд измерений водного стока с ледника Джанкуат. Анализ временных колебаний характеристик водного стока с ледника позволит выявить современные тренды талой ледниковой составляющей стока рек Приэльбрусья. Наблюдаемая в настоящее время интенсификация дегляциации приводит к изменениям водного режима ледниковых рек и обострению гидрологической опасности в регионе, о чем в том числе свидетельствует последняя катастрофа, вызванная прорывом прогляциального Башкаринского озера. Длинные серии компонентов вещественного баланса позволят оценить ведущие климатические факторы, ответственные за выявленные эволюционные тенденции. Параметризация соответствующих соотношений обеспечит запуск математических моделей, которые не только воссоздадут прошлую историю кавказского оледенения в ретроспективе, но и выдадут прогноз его дальнейшего развития. Прогностические оценки баланса массы ледников, их геометрии, объёма жидкого стока с них будут востребованы плановыми и хозяйственными учреждениями для обоснованного и рационального планирования инженерной, индустриальной, транспортной и сельскохозяйственной деятельности в горах и предгорьях, а также для защиты от неблагоприятных и опасных гляциальных явлений. Будет продлен многолетний ряд измерений водного стока с ледника Джанкуат. Анализ временных колебаний характеристик водного стока с ледника позволит выявить современные тренды талой ледниковой составляющей стока рек Приэльбрусья. Наблюдаемая в настоящее время интенсификация дегляциации приводит к изменениям водного режима ледниковых рек и обострению гидрологической опасности в регионе, о чем в том числе свидетельствует последняя катастрофа, вызванная прорывом гляциального озера Башкара. Прогноз эволюции водно-ледовых ресурсов Кавказа будет также важен для научных кругов, потому что именно из него смогут исходить дальнейшие попытки смоделировать развитие в будущем иных элементов географической оболочки. Кроме того, как наукой, так и практикой могут быть востребованы такие результаты работ по проекту как: а) анализ вариации объема и режима жидкого стока с репрезентативного бассейна за последние 10-15 лет; б) прогноза гипсометрии языка Джанкуата с учётом дальнейшей эволюции чехла поверхностной морены; в) построение карт толщины льда Джанкуата и его подлёдного рельефа, вычисление общего запаса ледовых ресурсов в репрезентативном леднике. Коллегами-ледниковедами могут быть заимствованы усовершенствования в методике проведения массбалансовых, воднобалансовых и теплобалансовых измерений на горных ледниках. Думается, не останутся без внимания гляциологов и заключения о доле лавинного питания ледников и о её связи с фоновой снежностью зимы, о роли моренного чехла в эволюции ледника, сопоставимой с эффектом от грядущих климатических возмущений, о различиях в реакции ледников на глобальные изменения ледников, расположенных на смежных макросклонах кавказского мегантиклинория, о принципах разграничения «ледник/неледник» на заморененных участках гляциального пояса. Исследователи физической географии Кавказа получат важную для понимания динамики различных природных процессов величину темпов современной дегляциации кавказской горной страны.
-
Научный задел:
Коллектив исполнителей проекта работает в сфере режимной гляциологии уже 50 лет. Главное достижение – сохранение начатого в 1967/68 г. непрерывного комплексного мониторинга на опорном леднике Кавказа – Джанкуате. Накопленный уникальный материал составляет основу ГИС локального уровня в силу редкой для ледников России многопрофильности проведенных работ. Иные достижения: * описание механизма формирования стока с ледника и горно-ледникового бассейна (путём совместного изучения балансов массы, тепла и воды); * методика фотогеодезического определения баланса массы и его отдельно взятых компонентов; * анализ закономерностей изменения объекта за период прямых наблюдений; * количественная оценка устойчивости и трансформации во времени полей бюджетных показателей ледника (аккумуляции, абляции, баланса массы) и его динамических характеристик (все составляющие вектора скорости); * оценка роли моренного чехла в теплофизике ледника; * параметризация эффекта разрастания поверхностной морены на изменения гипсометрии языка и объём ледникового стока, соизмеримого по значимости для эволюции ледника с его реакцией на климатический сигнал; * опыт составления палеобалансовых реконструкций; * прогноз эволюции ледника (вероятностно-статистическим путем по модели Брауна, детерминированным путем по техногенному сценарию М.И.Будыко, физическим моделированием по алгоритму Й.Урлеманса). В последние годы исследования на Джанкуате выведены на качественно новый уровень, благодаря применению геофизических методов, переоснащению полевого полигона самыми современными приборами и установками, включая автоматические метеостанции, логгеры, уникальные самописцы, парогенераторный бур, лазерные дальномеры. Получены первые результаты моделирования регионального климата и отклика горного оледенения на его изменения по системе моделирования PRECIS, опирающейся на региональную климатическую модель HadRM3. Имеются в наличии ценные для анализа динамики перемен 7 разновременных карт ледника.
- Добавил в систему: Поповнин Виктор Владимирович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Новейшие эволюционные тенденции водно-ледовых ресурсов кавказских ледников (РФФИ) |
| Результаты этапа: В ходе 4-месячного полевого сезона на Центральном Кавказе был проведён комплекс гляциогидрометеорологических наблюдений на репрезентативном леднике Джанкуат. Отчётный 2017/18 балансовый год выявил целый ряд особенностей и аномалий. Так, необычайно мощный привнос песка из Сахары весной чрезвычайно загрязнил дневную поверхность кавказских ледников, придав ей откровенно желтоватый оттенок и значительно уменьшив альбедо. Это обстоятельство усилило летнее таяние, так что абляция Джанкуата, ориентировочно оцениваемая пока в 3540 мм вод.экв., на 29% превысила многолетнюю норму. Тем не менее даже такое высокое значение не скомпенсировало ещё более впечатляющую, 61%-ую аномалию аккумуляции, которая приняла значение 3980 мм и тем самым возвела зимний сезон 2017/18 г. на второе место по многоснежности за весь 51-летний период непрерывного мониторинга. В первую очередь повышенный водный эквивалент сезонного слоя снега был предопределён небывало высокими величинами его плотности, которая в самом начале периода абляции уже достигала 0,60 г/см3 на языке и 0,65 г/см3 в области питания; подобная инверсия тоже представляет собой редкий природный феномен и иллюстрирует весьма своеобразный режим снегонакопления данного года. Аномалии плотности снега были вызваны метеорологической спецификой зимы: основные снегопады в этом году пришлись на весенние месяцы (март-апрель), когда выпадающий снег отличался избыточной влажностью вследствие высоких температур. В итоге столь большой водозапас в сезонном снежном покрове обусловил положительный годовой баланс массы ледника +440 мм. Последний раз положительное значение регистрировалось на Джанкуате беспрецедентно давно – 13 лет назад, в 2004/05 г. Разнонаправленные в балансовом отношении аномалии обеих составляющих баланса массы привели к тому, что минувший сезон стал абсолютно рекордным по параметру полного обмена вещества, начиная с 1967/68 г. Продолжалось пополнение базы данных по накоплению на леднике снеголавинных отложений. Оконтуривание конусов выноса лавин на карте максимальных сезонных снегозапасов даёт возможность оценки входных параметров для суждении о доле лавинного питания в аккумуляции ледника и для проверки гипотезы об обратной связи между ними. Результаты 2017/18 г. не дают однозначного ответа насчёт данного предположения, поскольку при аномально высоком снегонакоплении лавинные отложения тоже занимали обширные площади; заключение о тестируемой связи будет сделано только после завершения скрупулёзных расчётов. Традиционная методика масс-балансовых измерений на леднике претерпела в 2018 г. 2 существенные инновации. Во-первых, снегомерная съёмка на момент максимума снегозапасов для расчёта приходной составляющей вещественного баланса была в порядке эксперимента частично осуществлена при помощи геофизических методов – посредством радиолокации. Результаты радарных измерений показали более чем удовлетворительную сходимость со стандартными промерами снегомерным зондом не только на языке, где отражённый ото льда сигнал чётко распознаётся на радарограмме, но и в фирновом бассейне. Во-вторых, отсчёты с абляционных реек, выставленных в местах, которые становятся к концу лета недоступными и опасными из-за раскрытия трещин, были впервые произведены с помощью беспилотного летательного аппарата. Дрон также продемонстрировал свою дееспособность при экспериментальном картографировании покрытости ледника сезонным снегом в целях фиксации текущих положений снеговой границы и фирновой линии, а также для отрисовки контуров языка на конец 2017/18 балансового года в прифронтальном сегменте. Математическими приёмами исследованы равновесные состояния ледника Джанкуат при изменении двух переменных – температуры воздуха и осадков. Методом физико-математического моделирования проведено 11 численных экспериментов длительностью 150 модельных лет со своим набором этих метеопредикторов: фактор изменения суммы осадков варьировал от 0,5 до 1,5, потепление моделировалось в диапазоне 0-3 градуса, а в 10 из 11 случаях учитывался также экранирующий эффект разрастающегося моренного чехла. Каждый эксперимент представлял отдельный вариант климатического форсинга. Итоговая геометрия репрезентативного ледника предрекает драматичные перемены вплоть до полного коллапса, при котором Джанкуат теряет 78% площади и 86% объёма, а весь лёд концентрируется почти исключительно на Джантуганском фирновом плато к югу от оси Главного Кавказского хр. и практически полностью (за исключением разобщённых и самых высокогорных фрагментов) исчезает с северного макросклона. | ||
| 2 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Новейшие эволюционные тенденции водно-ледовых ресурсов кавказских ледников (РФФИ) |
| Результаты этапа: По итогам экспедиционного сезона получены входные данные для расчёта важнейших показателей состояния опорного ледника Джанкуат на Центральном Кавказе – балансов массы, тепла и воды. Осенний камеральный этап позволил уточнить предварительные оценки вещественного баланса и его составляющих: аккумуляция в 2018/19 балансовом году составила 3040 мм вод.экв., что на 22% превышает многолетнюю среднюю, а абляция (положительная аномалия 15%). Таким образом, год характеризовался повышенным массообменом. Принципиальная инновация была внедрена в методику измерения аккумуляции: снегозапасы на существенной части фирнового бассейна были определены посредством радиолокационного профилирования. Результирующее значение баланса массы (-120 мм вод.экв.) показало, что, несмотря на отрицательную величину баланса, ледник в 2018/19 г. находился в состоянии несколько лучше многолетнего, которое на данный момент составляет -270 мм/год. Объём жидкого годового стока с ледника составил 8,49 млн.куб.м, что лишь незначительно уступает многолетней норме в 8,87 млн.куб.м. Эти показатели вошли составной частью в ежегодный национальный отчёт для Всемирной службы мониторинга ледников. Стереофотограмметрически отмечена прогрессирующая деградация Джанкуата: от него отчленилась часть языка вдоль заморененной орографически левой периферии; нижний цирк окончательно потерял связь с языком – их разделил вытаявший из-подо льда сплошной пояс скал; заметно сузился правый приток Джанкуата со склона г.Уя-тау; продолжался интенсивный рост поверхностной морены в верхней части области абляции, куда в этом году спустились мощные коллювиальные шлейфы – следы гигантских обвалов 2001-03 гг. При помощи космоснимков Centinel 2 cоставлена новая топооснова ледника в масштабе 1:10000; на 2019 г. площадь Джанкуата вычислена равной 3,001 кв.км в ортогональной проекции. Фронт ледника отступил за год на 24 м, что заметно больше норм последних десятилетий. Будущее Джанкуат в зависимости от сценария дальнейших климатических изменений прогнозируется с помощью математического моделирования как эскалация деградационных трендов: даже при неизменности современных климатических трендов: ледник к 2100 г. потеряет половину своей длины и площади, тогда как наиболее драматичный сценарий RCP 8.5 вызовет сокращение длины ледника на 80%. Однако полностью Джанкуат не исчезнет даже в таком наименее благоприятном варианте. Была составлена и доложена на ассамблее ВСМЛ сводка о состоянии дел с мониторингом ледников в России. | ||
| 3 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Новейшие эволюционные тенденции водно-ледовых ресурсов кавказских ледников (РФФИ) |
| Результаты этапа: В результате проведённых 4-месячных полевых работ в бассейне репрезентативного горного ледника Джанкуат на Центральном Кавказе предварительно рассчитаны важнейшие численные показатели его состояния за 2019/20 балансовый год: аккумуляция ориентировочно вычислена равной 3050 мм вод.экв. (аномалия +22%), а абляция – 4070 мм (в почти 1,5 раза выше нормы – абсолютный рекорд за весь 53-летний период наблюдений). Итоговый баланс массы оказывается сильно отрицательным (-1020 мм, 7-ое место по неблагоприятности внешних условий за последние полвека), что означает чистую убыль вещества примерно на 120 мм больше, чем в среднем за 50 лет. Прошлогодний положительный баланс остаётся исключением - единственным неотрицательным значением за последние 14 лет. Объём жидкого годового стока с ледника составил 10,20 млн.куб.м, что существенно выше многолетней нормы в 8,86 млн.куб.м. Эти количественные значения показателей внешнего массообмена ледника вошли составной частью в ежегодный национальный отчёт для Всемирной службы мониторинга ледников (https://wgms.ch/latest-glacier-mass-balance-data), пополнив базу данных геоинформационной системы локального уровня (Rets e.a., 2019). Выяснено, что за последние десятилетия сток имеет тенденцию к падению в горно-ледниковых бассейнах (до 4-6% за 10 лет) в отличие от неледниковых водосборов, где в июле-августе наблюдается рост стока. В целом по Северному Кавказу уровень пиковых летних расходов воды падал в среднем на 1-5% за десятилетие, а сезонные максимумы расходов стали наблюдаться на 1-2 недели раньше. В 2007-2020 гг. в бассейне Джанкуата водность ледниковой реки уменьшилась в июле на 29%, в августе на 42%, в сентябре на 26% по сравнению с 1968-1978 гг. Отчасти снижению водоотдачи способствовало активное бронирование ледников под слоем морены. Эскалация деградации Джанкуата (так же, как и ледников Домбая в Карачаево-Черкесии, обследованных летом 2020 г.) проявилась как раз в интенсивном росте моренного чехла на языке. Накопленная на леднике база данных по разрастанию покрова поверхностной морены обусловила включение Джанкуата в число опорных 19 заморененных ледников Земли для апробации энергетических моделей в рамках программы исследований недавно созданной в составе IACS Рабочей группы по изучению забронированных ледников. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
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".