Отчет о выполнении 3 этапа Государственного контракта № icon

Отчет о выполнении 3 этапа Государственного контракта №



Смотрите также:
1   2   3   4   5   6   7   8
^

4.1.2 Результаты расчетов влияния термического сопротивления снежного покрова на деградацию многолетнемерзлого грунта на севере республики Коми



Снежный покров представляет собой эффективный теплоизолирующий слой, препятствующий выхолаживанию грунта. Температура грунта под снежным покровом в несколько раз ниже, чем на открытой поверхности. Численные эксперименты показали, что за счет разницы в условиях начала и интенсивности снегонакопления и при вариации вероятных значений его теплофизических параметров (плотность, коэффициент теплопроводности) расчетная глубина промерзания грунтов может отличаться в несколько раз.

При потеплении климата глубина протаивания может превысить глубину промерзания и произойдет образование талика. Нижней границей талика является верхняя кровля мерзлоты. Ее опускание и рост толщины талика свидетельствуют о деградации мерзлоты. На время начала образования талика и скорость опускания верхней кровли мерзлоты (скорость деградации мерзлоты) в той или иной степени влияют ряд факторов. Это температурный режим и суммарная влажность/льдистость грунта, его теплофизические параметры, динамика потепления климата, динамика снегонакопления, параметры снежного покрова.

Для условий м/с Индига образование талика начинается через 90 лет при влажности грунта 15% и через 27 лет при влажности 25 %. В последнем случае к концу XXI века грунт протает на 12,5 м (рисунок 11).






Рисунок 11. - Промерзание – протаивание грунта для условий м/с Индига (а) и Хоседа–Хард (б) при потеплении климата: 1 – промерзание; 2 – протаивание; при влажности грунта 25% – 3; при 15% – 4.


При влажности грунта 15% образование талика в условиях Хоседа–Хард начинается через 7 лет, тогда как при влажности грунта 25% образование талика начинается сразу, так как глубина протаивания приблизительно на 1 м больше глубины промерзания. При влажности грунта 25% толщина талика к концу 21 века в условиях м/с Хоседа–Хард будет в 1,7 раза больше, чем для условий м/с Индига. Это обусловлено тем, что среднее за холодный период года термическое сопротивление снежного покрова для условий м/с Индига и Хоседа–Хорд составляет порядка 2 и 6 м2.град/Вт соответственно.

К уменьшению толщины талика приводит и уменьшение толщины снежного покрова. Для условий м/с Индига и Хоседа Хард толщина снежного покрова сократится за сто лет по модели ГГО на 20% и 4%, соответственно. Это приведет к уменьшению толщины талика к концу XXI века на 1 м для условий м/с Индига.

Расчеты показали, что рост влажности грунта сокращает время начала образования талика.

Это обусловлено тем, что при наличии снежного покрова снижение глубины промерзания при росте влажности грунта более значительное, чем уменьшение глубины протаивания. Однако после образования талика скорость его роста снижается с ростом влажности грунта.

^

4.1.3 Влияние возможных климатических изменений на деградацию мерзлоты на севере Красноярского края и Якутии



Результаты расчетов глубины протаивания грунта, параметры снежного покрова и атмосферного воздуха сведены в таблице 4 и представлены на рисунках 12 – 16.

Расчеты показывают, что глубина протаивания грунта для м/с Волочанка (6,45 м) и Игарка (11,64 м) через 100 лет будет отличаться на 40% (рисунок 12). Это обусловлено более низкой средней годовой температурой воздуха –11,9С для м/с Волочанка, по сравнению с –8,4С для м/с Игарка при равном термическом сопротивлении снежного покрова 3,2 м2 град / Вт.

Глубина протаивания грунта для условий метеостанций Норильск и Тура отличается почти в 4,2 раза, причем для условий м/с Норильск талик не образуется (рисунок 13).

Это связано с 2,9–кратном отличии в термическом сопротивлении снежного покрова (3,15/1,10 м2град / Вт для м/с Тура / Норильск) при приблизительно равной средней годовой температуре воздуха –9,4/–9,9С.

Таблица 4 - Параметры снежного покрова, температуры воздуха и результаты расчетов глубины протаивания грунта


Метеороло-гические станции

Макси-мальная толщина снежно-го покрова, м

Плот–ность снеж-ного покрова,

кг/м3

Сумма положи-тельных темпе-ратур воздуха, оС

Сумма отрица-тельных темпе-ратур воздуха, оС

Сред-няя годо-вая темпе-ратура воздуха, оС

Терми-ческое сопро-тивление снежного покрова,

м2 град/Вт

Глубина протаи-вания грунта за 100 лет, м

Время начала образо-вания талика, годы

Ванавара

0,51

200

1682

–3880

–6,1

3,88

12,95

0

Байкит

0,75

200

1584

–4023

–6,8

5,70

13,99

0

Тура

0,39

190

1502

–4877

–9,4

3,15

9,30

31

Норильская ЗГМО

0,22

270

1044

–4610

–9,9

1,10

2,21

Нет талика

Игарка

0,57

250

1233

–4251

–8,4

3,20

11,60

7

Дудинка

0,40

240

1002

–4642

–10,1

2,39

7,40

52

Волочанка

0,57

250

943

–5236

–11,9

3,20

6,45

62

Маак

0,45

160

1195

–6097

–13,6

4,29

11,81

0

Саскылах

0,33

210

824

–5896

–14,0

2,36

5,34

72

Янск

0,31

160

1198

–6395

–14,4

2,95

7,77

45

Депутатский

0,43

230

878

–6384

–15,2

2,73

6,65

13

Джангкы

0,45

170

1006

–6864

–16,2

4,06

10,52

0





Рисунок 12 - Глубина промерзания (1) и протаивания (2) грунта для условий метеостанций: Волочанка – 3; Игарка – 4.


Сравнение климатических условий м/с Норильска и Дудинки показывает, что при приблизительно равной средней годовой температуре воздуха (–9,9/–10,1С), но при 2,2–кратном отличии в термическом сопротивлении снежного покрова (1,10/2,39 м2град / Вт) глубина протаивания отличается почти в 3,3 раза (2,21/7,40 м).




Рисунок 13 - Глубина промерзания (1) и протаивания (2) грунта для условий метеостанций: Норильская ЗГМО – 3; Дудинка – 4; Тура –5.


Сравнение м/с Саскылах и Янск (рисунок 14) показывает, что при приблизительно равной средней годовой температуре воздуха (–14/–14,4С), и при 1,25–кратном отличии в термическом сопротивлении снежного покрова (2,36/2,95 м2град/Вт) глубина протаивания отличается почти в 1,46 раза (5,34/7,77м).




Рисунок 14 - Глубина промерзания (1) и протаивания (2) грунта для условий метеостанций: Саскылах  3; Янск  4.


Отметим, что большей глубине протаивания для м/с Янск могут способствовать большие значения летней температуры воздуха (при снижении зимней) 1198 / 824С (6395/5896С) для м/с Янск / Саскылах.

Влияние термического сопротивления снежного покрова на деградацию многолетней мерзлоты можно проследить по глубине протаивания грунта на м/с Маак и Игарка (рисунок 15). Глубина протаивания грунта на м/с Маак и Игарка достигнет через 100 лет приблизительно равные значения 11,81 м и 11,60 м, несмотря на значительно более низкую среднюю годовую температуру воздуха на м/с Маак (–13,6С), по сравнению с м/с Игарка (–8,4С). Это объясняется разницей в термическом сопротивлении снежного покрова 4,29/3,20 м2град/Вт при приблизительно равной сумме положительных температур воздуха 1195/1233С (м/с Маак / Игарка). Более низкая сумма отрицательных температур воздуха –6097/–4251С (м/с Маак / Игарка) компенсируются большим термическим сопротивлением снежного покрова. Толщина снежного покрова на метеостанциях Маак и Игарка составляет 0,45 м и 0,57 м при плотности снега 160 и 250 кг/м3.




Рисунок 15 - Глубина промерзания (1) и протаивания (2) грунта для условий метеостанций: Игарка  3; Маак  4.


Аналогичный результат имеет место для м/с Дудинка и Янск (рисунок 16), которые имеют приблизительно одинаковую глубину протаивания (7,4/7,77 м). Значительно более холодные условия на м/с Янск (средняя годовая температура –14,4С, против –10,1С на м/с Дудинка) компенсируются более высоким термическим сопротивлением снежного покрова 2,95/2,39 и большей суммой положительных температур воздуха 1198/1002С (м/с Янск / Дудинка).




Рисунок 16 - Глубина промерзания (1) и протаивания (2) грунта для условий метеостанций: Дудинка – 3; Янск – 4.


Глубина протаивания грунта (при отсутствии талика) при наличии мха hylocomium (толщиной 5 см при коэффициенте теплопроводности 0,12 Вт/(м.град)) на 0,45–0,50 м меньше, чем без мохового покрова (рисунок 17) и на 0,1 м меньше, чем для более плотного мха sanionio (толщиной 5 см при коэффициенте теплопроводности 0,16 Вт/(м.град)). Приблизительно на такую же величину уменьшается глубина промерзания (при условии, что теплофизические свойства мохового покрова под снегом не изменяются) при наличии мха hylocomium. Разница в глубине промерзания для рассмотренных типов мха составляет 4–7 см.

Уменьшение глубины протаивания и промерзания грунта под мхом hylocomium приводит к приблизительно равной скорости деградации под этим типом мха и без мохового покрова. Тогда как для мха sanionio эта разница существенна и составляет порядка 0,3 м.




Рисунок 17 - Глубина промерзания (1) и протаивания (2) грунта для условий метеостанции Волочанка: под мхом hylocomium – 3; под мхом sanionio – 4; без мохового покрова – 5.

При максимальном изменении продолжительности теплого периода года и неизменности положительных и отрицательных сумм температур воздуха будет иметь место меньшая деградация многолетнемерзлого грунта (рисунок 18). Это возможно обусловлено меньшим температурным градиентом в грунте в теплый период года.




Рисунок 18 - Глубина промерзания (1) и протаивания (2) грунта для условий метеостанции Волочанка: без изменения продолжительности теплого периода года (наибольшие изменения температуры воздуха) – 3; при максимальном изменении продолжительности теплого периода года (при сохранении температур воздуха) – 4; при среднем значении изменения продолжительности теплого периода года – 36 суток за 100 лет – 5.


Расчеты показывают, что температура грунта на м/с Волочанка через 100 лет будет выше –1С на глубине до 40 м при глубине талика –6,45 м (рисунок 19).




Рисунок 19 - Температура грунта для условий метеостанции Волочанка через: 5 лет – 1; 50 лет – 2; 100 лет – 3; в конце холодного периода – синий цвет; в конце теплого периода – красный цвет.

Сравнение трендов (рисунки 20 и 21) показывает, что глубина протаивания многолетнемерзлого грунта лучше коррелирует с термическим сопротивлением снежного покрова, чем со средней годовой температурой воздуха.




Рисунок 20 - Зависимость глубины протаивания многолетнемерзлого грунта за 100 лет от средней годовой температуры воздуха для метеостанций (таблица 3.4), пунктир – тренд.




Рисунок 21 - Зависимость глубины протаивания многолетнемерзлого грунта за 100 лет от термического сопротивления снежного покрова для метеостанций (таблица 4), пунктир – тренд.




страница7/8
Дата конвертации28.10.2013
Размер0,65 Mb.
ТипОтчет
1   2   3   4   5   6   7   8
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы