Лёд и Снег · 2020 · Т. 60 · № 1

УДК 551.324

doi: 10.31857/S2076673420010023

Особенности летнего метеорологического режима Западного плато Эльбруса

А.А. Семенова¹, В.Н. Михаленко²

¹Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия;

²Институт географии РАН, Москва, Россия; ³Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, Москва, Россия

*tormet@inbox.ru

Character of the summer meteorological regime on the Western plateau of Elbrus (the Caucasus)

P.A. Toropov^1,2*, A.A. Shestakova³, A.A. Poliukhov¹, A.A. Semenova¹, V.N. Mikhalenko²

¹Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; ²Institute of Geography, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia;

³Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

*tormet@inbox.ru

Received April 19, 2019 / Revised October 1, 2019 / Accepted December 13, 2019

Keywords: accumulation area, glacial climatology, heat balance of glaciers, mountain meteorology.

Summary

The results of meteorological observations, carried out in the framework of the international project Ice Memory

on the Western plateau of the Elbrus Mountain during the Second drilling expedition (24.06-17.07.2018), are ana-

lyzed. The analysis of the field data made together with the assessment of the large-scale meteorological fields from

the NCEP/NCAR reanalysis did show that, on the whole, the observed meteorological conditions corresponded

to the background state of the atmosphere in the Greater Caucasus in the summer season (with the exception of

the anomalous high moisture content). The Western plateau is characterized by a high frequency of storm winds

( > 20 m/s) with low drifting snow and intensive snowfalls: the precipitation sum for the expedition period is

approximately estimated as 150 mm. Spectral analysis of time series allowed establishing the significant role of the

mountain and valley circulation in the formation of the meteorological regime. It is shown that the melting of snow

in high-mountain conditions is determined by the incoming short-wave radiation, while turbulent flows of heat

and moisture mainly transport energy from the surface. For 20 days of the observations, approximately 49 mm of

snow (in the water equivalent) melted, and about 25% of this volume evaporated. The rest of the moisture diffused

into the snow cover, and thus, remained in the accumulation layer. During the expedition, deviations of meteoro-

logical values from the norm were relatively small, so it can be assumed that the obtained value of the evaporated

liquid on the Western plateau during the ablation period was close to the climatic mean.

Citation: Toropov P.A., Shestakova A.A., Poliukhov A.A., Semenova A.A., Mikhalenko V.N. Character of the summer meteorological regime on the West-

ern plateau of Elbrus (the Caucasus). Led i Sneg. Ice and Snow. 2020. 60 (1): 58-76. [In Russian]. doi: 10.31857/S2076673420010023.

Поступила 19 апреля 2019 г. / После доработки 1 октября 2019 г. / Принята к печати 13 декабря 2019 г.

Ключевые слова: гляциоклиматология, горная метеорология, область аккумуляции, тепловой баланс ледников.

На основе результатов метеорологических измерений на Западном плато Эльбруса и с использова-

нием глобального реанализа NCEP/NCAR дана количественная оценка типичных и экстремальных

значений метеорологических величин, включая данные об осадках и таянии. Оценены компоненты

радиационного баланса, турбулентный теплообмен, затраты тепла на испарение, диффузия тепла в

толщу снега, и на этой основе рассчитаны возможные потери снега в области аккумуляции.

Введение

лового баланса [3, 4]. Метеорологические наб-

людения, предусматривающие измерения ком

Одна из основных целей высокогорных ме

понент радиационного баланса, температуры,

теорологических наблюдений - количественная

влажности и скорости ветра на разных уровнях в

оценка процессов и факторов, определяющих ба

сочетании с использованием акустических ане

ланс массы горных ледников в области аккуму

мометров, позволяют выбрать оптимальный

ляции. Это необходимо для построения адекват

метод расчёта турбулентных потоков тепла и

ной модели таяния, основанной не на простых

влаги, а также откалибровать коэффициенты в

регрессионных связях между слоем абляции и

аэродинамических формулах [5, 6]. Кроме того,

температурой [1, 2], а на полном уравнении теп-

фрагментарные натурные данные можно исполь

 58 

П.А. Торопов и др.

зовать для оценки результатов численного моде

трат тепла на потери снега в этих условиях. По

лирования атмосферы, в том числе реанализа,

лученные результаты позволяют сформировать

как это было сделано при исследовании метеоро

представление о типичных особенностях метео-

логического и климатического режима вулкана

рологического режима и теплового баланса в

Сахама в Андах [7], в районе Тибета [8] и на Эль

высокогорных областях области аккумуляции

брусе [9]. Надёжная статистическая связь между

Большого Кавказа на примере Эльбруса.

натурными и модельными данными в рамках

История метеорологических измерений

хотя бы одного сезона позволяет использовать

на Эльбрусе в XX-XXI вв. от экспедиций РАН

результаты реанализа для восстановления метео-

в 1930-е годы и МГУ имени М.В. Ломоносова в

рологического режима высокогорных областей

1960-е годы [15, 16] до современных исследова

уже за достаточно продолжительный промежуток

ний Института географии РАН и МГУ изложена в

времени (40-50 лет).

работе [9]. Измерения проводились в основном на

Ещё одно важное применение высокогорных

склонах южной экспозиции (ледники Гарабаши

метеорологических данных - физически обос-

и Терскол), а также на седловине. На Западном

нованная оценка осадков. Данные ледовых кер

плато первая серия автоматизированных метео

нов, полученные в области аккумуляции ледни

рологических наблюдений выполнена в августе-

ка, позволяют более или менее надёжно оценить

сентябре 2007 г., короткий период измерений был

лишь слой годовой аккумуляции [7, 10]. Чтобы

в 2013 г. [9]. Характерная черта метеорологических

извлечь информацию о годовых суммах осадков,

измерений во второй буровой экспедиции на Эль

необходим хотя бы оценочный учёт таких факто

брусе - автоматизированные измерения всех ра

ров, как таяние снега и испарение жидкой фазы,

диационных потоков, а также градиентные изме

метелевый перенос и возгонка водяного пара со

рения температуры, влажности и скорости ветра,

снежных кристаллов во время низовых метелей.

что позволило достаточно строго оценить основ

По отдельности эти факторы неоднократно рас

ные компоненты теплового баланса.

сматривались разными исследователями. Так, в

работах [11, 12] на основе рассчитанных пото

ков импульса оценивалась масса переносимого

Данные и методы

снега; в статье [13] анализируются аспекты при

менения теории Монина-Обухова для снеговоз

Методы метеорологических и актинометри-

душного потока во время метелей; в работе [14]

ческих измерений. Комплекс метеорологиче

прорабатывается методика оценки сублимации

ских и актинометрических измерений на Запад

водяного пара с поверхности ледяных кристал

ном плато Эльбруса проводился с 24 июня по

лов в условиях Альп. Однако одновременный

17 июля 2018 г. Метеорологическая площадка

учёт всех этих факторов с целью хотя бы прибли

представляла собой субгоризонтальную снеж

жённой оценки слоя осадков по данным ледо

ную поверхность на высоте 5140 м над ур. моря

вого керна, по всей видимости, не проводился.

(все высоты в статье даны над уровнем моря)

Между тем, такая оценка весьма полезна.

(рис. 1). С точки зрения метеорологических и

В настоящей работе сделана попытка физи

актинометрических измерений площадка прак

чески обоснованного учёта одного из весомых

тически идеальна: угол закрытости горизонта

факторов формирования слоя аккумуляции на

достигает 30° только на севере и северо-восто

Западном плато Эльбруса - таяния снега и ис

ке из-за массива Западной вершины (см. рис. 1),

парения жидкой фазы. Эти оценки сделаны на

которая также создаёт тень для ветровых пото

основе данных актинометрических и метеоро

ков северных румбов.

логических измерений, которые проводились с

Метеорологические измерения на Запад

22 июня по 17 июля 2018 г. в ходе второй буро

ном плато Эльбруса предусматривали следую

вой экспедиции в рамках Международного про

щее: 1) автоматические измерения температуры

екта «Ice Memory». В статье анализируются ре

воздуха, относительной влажности, температуры

зультаты этих измерений. Даны также простые

точки росы, скорости и направления ветра (0,25 м

оценки компонент теплового баланса в высо

и 1,8 м над поверхностью); 2) автоматические ак

когорных областях Эльбруса и возможных за

тинометрические измерения приходящей и от

 59 

Ледники и ледниковые покровы

Рис. 1. Комплекс метеорологических измерений на Эльбрусе c 24 июня по 17 июля 2018 г.:

а - панорама района исследований, звёздочками показаны точки метеорологических измерений на леднике Гарабаши

(3850 м) и на Западном плато (5100 м) (сделано с помощью программного продукта Google Earth); б - градиентная мачта

с анемометрами и температурно-влажностными датчиками DAVIS VANTAGE PRO 2; в - актинометрическая стрела с ра

диометрами KIPP&ZONEN; г - метеорологическая станция HOBO и радиометры HUKSEFLUX на леднике Гарабаши

Fig. 1. A complex of meteorological measurements on the Elbrus June 24-July 17, 2018:

а - panorama of the research area, asterisks indicate the points of meteorological measurements on the Garabashi Glacier (3850 m)

and on the Western plateau (5100 m) (made by Google Earth software); б - a gradient mast on the Western Plato with anemometers

and DAVIS VANTAGE PRO 2 temperature and humidity sensors; в - an actinometric station with KIPP&ZONEN radiometers

on the Western Plato; г - HOBO weather station and HUKSEFLUX radiometers on the Garabashi Glacier

ражённой коротковолновой радиации, а также

верхности снежного покрова и на глубине 0,15 м;

теплового излучения атмосферы и снежной по

4) ежесуточные отсчёты по трём снегомерным

верхности на уровне 1 м над поверхностью; 3) ав

рейкам, расположенным на расстоянии 25 м в

томатические измерения температуры на по

разных условиях аккумуляции снега, и сопутству

 60 

П.А. Торопов и др.

Таблица 1. Измеряемые метеорологические характеристики, их точность, временнáя дискретность измерений и обо-

рудование, используемое на Западном плато и на леднике Гарабаши

Точность

Временнáя дискрет

Характеристики

Оборудование

измерений

ность измерений

Температура воздуха и точки росы, °С

±0,3

Автоматические метеостанции (АМС): DAVIS

Относительная влажность, %

±10

1 мин

VANTAGE PRO 2 (США) на Западном плато;

Атмосферное давление, гПа

±0,2

HOBO (Канада ) на леднике Гарабаши

Скорость ветра*, м/с

±0,5-2

Температурные датчики TINNYTAG

Температура снега, °С

±0,05

15 мин

(Великобритания) на Западном плато

Прирост снежного покрова, м

±0,005

12 часов (в 8:00 и 20:00)

Снегомерные рейки на Западном плато

Балл и тип облачности, состояние

±0,5

1 час (с 8:00 до 20:00)

Визуально, на Западном плато

Солнца

Компоненты коротковолнового

Радиометры: KIPP&ZONEN4

±15

баланса, Вт/м²

(Нидерланды) на Западном плато;

1 мин

Компоненты длинноволнового

HUKSEFLUX (Нидерланды)

±20

баланса, Вт/м²

на леднике Гарабаши

Атмосферные явления

1 час (с 8:00 до 20:00)

Визуально, на Западном плато

*Ошибки измерения скорости ветра зависят от самого значения скорости: в диапазоне 0-20 м/с они составляют ±0,5-

1 м/с, а при измеренных значениях 20-45 м/с достигают ±1-2 м/с. При скоростях ветра, превышающих 45 м/с, измере

ния с помощью анемометра Davis Vantage Pro 2 следует считать нерепрезентативными.

ющие им измерения плотности снежного покрова

ления статистически значимых колебаний этих

методом взвешивания образцов на электронных

величин в высокогорных условиях и последую

весах с точностью 0,5 г; 5) ежечасные визуальные

щей интерпретации их механизмов.

наблюдения за облачностью, состоянием диска

Актинометрические наблюдения, а также гра

Солнца и погодными явлениями согласно ре

диентные измерения температуры, влажности и

комендациям Росгидромета [17] в период с 7:00

скорости ветра позволили оценить компоненты

до 19:00. Отметим, что синхронные измерения

теплового баланса на Западном плато в период

компонентов радиационного баланса с такой же

экспедиции. Полное уравнение теплового балан

временнóй дискретностью проводились с 27 июня

са для слоя снежного покрова в высокогорной об

по 22 июля 2018 г на леднике Гарабаши на высоте

ласти записывается следующим образом:

3850 м (см. рис. 1) с помощью радиометров HUKS

c_iρ_ih(∂T_h/∂t) + L_iρ_i(∂h/∂t) = (SW ^- - SW ⁺) -

FLUX. Более подробно характеристики метеоро

- (LW ⁺ - LW ^-) + H + Q_w - Q_D + P_liq + F_liq,

(1)

логичеких и актинометрических измерений и их

точность приведены в табл. 1.

где c_i - теплоёмкость льда, Дж/кг·К; ρ_i - плотность

Методы анализа метеорологических данных и

льда, кг/м³; T_h - температура ледяного слоя тол

расчёта компонент теплового баланса. На пер

щиной h (м), °C; L_i - удельная теплота плавления-

вом этапе был выполнен элементарный стати

замерзания, Дж/кг; компоненты радиационного

стический анализ метеорологических данных:

баланса, Вт/м²: SW ^- - приходящая коротковолно

осреднение по часам и суткам, оценка мини

вая (солнечная) радиация, SW ⁺ - отражённая ко

мальных и максимальных значений, а также

ротковолновая радиация, LW ^- - нисходящий

стандартного отклонения величин (табл. 2).

поток длинноволновой радиации (от атмосферы),

Межсуточная изменчивость метеорологиче

LW ⁺ - восходящий поток длинноволновой радиа

ских величин сопоставлялась с результатами

ции (от поверхности ледника); турбулентные по

синоптического анализа, выполненного на ос

токи тепла H = c_pρk(∂T/∂z) (Вт/м²) и водяного пара

нове данных реанализа NCEP/NCAR [https://

Qw = Lρk(∂q/∂z) (Вт/м²) (здесь Т - температура, °C;

www.esrl.noaa.gov/psd/data/histdata/]. Высокая

q - массовая доля водяного пара, измеренная на

временнáя дискретность данных АМС позволи

уровнях z = 0,25 и 1,8 м; k - коэффициент турбу

ла провести спектральный анализ рядов темпе

лентного обмена, м²/с; c_p - теплоёмкость воздуха,

ратуры, влажности и скорости ветра для выяв

Дж/кг·К; ρ - плотность воздуха, кг/м³; L - удель

 61 

Ледники и ледниковые покровы

Таблица 2. Простейшие статистические характеристики основных метеорологических элементов и явлений погоды на

Западном плато Эльбруса за период 25.06 - 17.07.2018 г.

Характеристики

Среднее

Max

Min

СКО*

Суточная амплитуда

Температура, °С

-5,3

4,2

-12,9

2,0

1,5

Относительная влажность, %

100

Скорость ветра, м/с

6,9

35,3

0,0

4,4

1,3

Атмосферное давление, гПа

546,5

552

542

2,4

0,5

Суточный прирост снежного покрова, мм в.э.

3,7

21,0

-4,0

Балл облачности:

нижней

3,5

1,5

общей

3,0

1,2

*Стандартное отклонение метеорологических величин, рассчитанное по всему ряду с временнóй дискретностью 1 мин.

ная теплота испарения-конденсации, Дж/кг);

Гарабаши [4, 16]. Вклад радиационной компонен

ты в таяние в области абляции составляет 70-80%,

QD = (∂/∂ξ)λi(∂Ti /∂z) - поток тепла за счёт молеку

лярной диффузии в толще снега (здесь T_i - темпе

турбулентного потока тепла - 20-30%, а вот вели

ратура снега на различных глубинах ξ (м), °C; λ_i -

чина LE может быть как положительной, так и от

коэффициент теплопроводности льда, Вт/м·К);

рицательной [16, 20]. Отметим, что компоненты

теплового баланса существенно меняются с высо

Pliq - поток тепла, приносимого жидкими осадка

ми, Вт/м²; F_liq - тепло, приносимое водотоками,

той, что, естественно, сказывается на слое абля

формирующимися на поверхности ледника, Вт/м².

ции [21]. Поэтому в идеальном случае метеороло

В условиях Западного плато жидкие осадки не

гические наблюдения на одном и том же леднике

выпадают и временные водотоки не формируют

должны проводиться в разных высотных зонах.

ся даже в случае положительных аномалий тем

Расчёты потоков явного и скрытого тепла надо

пературы. Поэтому двумя последними членами в

льдом сводятся к четырём методам: 1) методу те

уравнении (1) можно пренебречь. В области акку

плового баланса (с использованием отношения

муляции на высоте 5150 м градиент температуры

Боуэна); 2) методу аэродинамических формул;

в толще снега отличен от нуля. Это означает, что

3) методу Монина-Обухова; 4) «прямому методу»

диффузия тепла может быть существенной, по

(eddy covariance), основанному на прямых измере

этому величина Q_D в уравнении (1) должна оста

ниях турбулентных пульсаций с помощью высоко

ваться. Если величину L_i ρ_i(∂h/∂t) обозначить как

частотных акустических анемометров. Последний

часто используется как эталон для калибровки па

Qmelt (затраты тепла на таяние льда), а выражение

(SW ^- - SW ⁺) - (LW ⁺ - LW ^-) - как R (радиацион

раметров аэродинамических формул или расчёт

ный баланс), то уравнение (1) для условий Запад

ных схем метода Монина-Обухова (как это сдела

ного плато можно записать в более общей форме:

но, например, в [6]). Такой же подход применён и

в исследовании [20]: все четыре метода апробиро

Q_melt = R + H + LE + Q_D.

(2)

вались на леднике Джанкуат. Показано, что лучше

Компоненты уравнения (2) оценивались во

всего турбулентный теплообмен оценивать с по

многих работах для различных горных ледников

мощью «прямого метода», наихудшие результаты

Земли, в частности, для ледяной шапки Килиман

даёт расчётная схема на основе метода Монина-

джаро в Африке [3], вулкана Сахама в Андах [18],

Обухова в формулировке [22]. Нереалистичные

ледника Кука на о. Кергелен [19] и др. В большин

значения потоков тепла получились и по результа

стве случаев наибольший вклад вносит радиаци

там расчётов в рамках данной работы.

онный баланс R (50-85%), на втором месте - тур

Проблемы с применимостью метода Монина-

булентный теплообмен H (10-50%). Поток тепла,

Обухова, скорее всего, связаны с некорректным и

выделяющегося при конденсации водяного пара

не вполне строгим использованием параметра ше

на поверхности ледника, как правило, наиме

роховатости ледяной поверхности, который бе

нее значим, однако и его вклад ощутим (до 10%).

рётся равным 10^-3 м (согласно результатам мно

Такие же оценки выполнены и для кавказских

гочисленных измерений, обобщённых в [22]).

ледников на примере ледников Джанкуат [20] и

Использовать это среднее значение, строго гово

 62 

П.А. Торопов и др.

ря, нельзя из-за значительной неоднородности ле

Вместе с тем анализ достаточно продолжительного

довой поверхности в зоне абляции. Кроме того,

периода наблюдений на леднике Джанкуат пока

для расчёта турбулентного потока тепла следует

зал, что профиль скорости ветра в среднем непло

вводить параметр термической шероховатости,

хо аппроксимируется логарифмическим законом.

который может существенно отличаться от дина

мической в разных ландшафтных условиях [23].

В случае Западного плато Эльбруса дополнитель

Анализ метеорологического режима

ная проблема - высокая повторяемость низовых

Западного плато

метелей, что требует существенной корректировки

расчётных схем с учётом теории двухфазного пото

Общая характеристика метеорологического ре-

ка (смесь воздух-ледяные кристаллы) [13]. Метод

жима. На рис. 2, а и в табл. 2 приведены основные

Кузьмина [24] на леднике Джанкуат также зареко

характеристики метеорологического режима на За

мендовал себя не слишком хорошо [20], хотя дан

падном плато Эльбруса в период экспедиции. Про

ный подход достаточно успешно применяется для

стейший статистический анализ временных рядов

оценок ледниковой составляющей стока [25].

данных показал, что на пике сезона абляции диа

В итоге мы выбрали метод аэродинамиче

пазон естественной изменчивости (соответству

ских формул, который чаще всего используется

ющий стандартному отклонению) для температу

для оценок турбулентных потоков над ледника

ры воздуха составляет -3 ÷ -7 °С, относительной

ми [3-6]. В общем виде потоки явного и скры

влажности - 63-93%, скорости ветра - 3-11 м/с,

того тепла, согласно этому методу, выражаются

атмосферного давления - 540-545 гПа. При этом

следующим образом:

экстремальные значения величин в период измере

ний существенно превышают удвоенное значение

H = C_pKρ(T₂ - T₁); LE = LKρ(q₂ - q₁).

стандартного отклонения - особенно это касает

Здесь единственно неизвестный член - ко

ся скорости ветра и суточного прироста снежного

эффициент обмена K:

покрова (см. табл. 2). Суммарный прирост снеж

ного покрова за 23 дня составил 52,5 см. При сред

K = κ²u(ln(z₂/z₀))^-²f(Ri_b),

ней измеренной плотности верхнего слоя снега

где z₀ - параметр шероховатости, который на

0,17 кг/м³ это отвечает примерно 89 мм водного

разных ледниках колеблется от 5·10^-4 до 3·10^-3 м;

эквивалента (в.э.). Чтобы приближённо оценить

в нашем случае взята величина, характерная для

сумму осадков, нужно рассчитать слой испаривше

однородного свежего снега z₀ =10^-3 [22]; f (Ri_b) -

гося снега и учесть вклад метелевого переноса. Из

функция объёмного числа Ричардсона.

меренные значения толщины снежного покрова

В случае стратификации, отличающейся от

представляют собой результат осреднения данных

безразличной, функцию объёмного числа Ри

по четырём снегомерным рейкам, расположенным

чардсона над поверхностью горных ледников

в 30 м друг от друга в разных условиях ветрового

можно задавать в соответствии с работой [26]:

снегонакопления, поэтому в какой-то степени роль

метелевого переноса можно считать минимизи

рованной. Снежная масса могла теряться также за

счёт возгонки ледяных кристаллов во время мете

лей, а также в результате испарения жидкой фазы.

Мы оценили возможное таяние снега в усло

Данное приложение аэродинамических фор

виях Западного плато Эльбруса. Рассматривая

мул было апробировано на достаточно объёмной

метеорологический режим этого плато, отметим

выборке по леднику Джанкуат за периоды наблю

существенно меньшую по сравнению со средне

дений в сезоны абляции с 2007 по 2015 г. и по

горьем суточную амплитуду основных метеоро

казало неплохое соответствие прямому методу

логических величин (прежде всего, температуры)

измерения (eddy covariance) - коэффициент де

и при этом ярко выраженную синоптическую

терминации составил 0,5 [20]. Недостаток метода

изменчивость. Этот эффект связан с доминиру

аэродинамических формул - предположение о ло

ющим влиянием свободной атмосферы на ме

гарифмичности профиля ветра в приземном слое.

теорологический режим плато. Весьма высока

 63 

Ледники и ледниковые покровы

Рис. 2. Метеорологический режим на Западном плато Эльбруса c 24 июня по 17 июля 2018 г.:

а - метеограмма по данным АМС DAVIS VANTAGE PRO 2 с с трёхчасовым разрешением и по результатам визуальных

наблюдений (1 - температура воздуха T; 2 - относительная влажность H; 3 - суточный прирост снежного покрова в вод-

ном эквиваленте F; 4 - средняя скорость ветра V; 5 - атмосферное давление P); в нижней части метеограммы показаны

среднее суточное направление ветра, балл облачности согласно [17], даты наблюдений; б-д - карты абсолютной топо

графии изобарической поверхности 500 гПа (АТ 500 гПа), осреднённые по выделенным синоптическим периодам (цвет

ное поле и изолинии - высота изобарической поверхности 500 гПа в геопотенциальных декаметрах, гп.дам)

Fig. 2. Meteorological regime on the Western Plateau June 24-July 17, 2018:

а - a meteogram according to Davis AWS data with a 3-hour resolution and according to the results of visual observations (1 - air tempera

ture T; 2 - relative humidity H; 3 - daily increase of snow height in water equivalent F; 4 - average wind speed V; 5 - atmospheric pres

sure P); at the bottom of the meteogram, the average daily wind direction is shown, as well as the cloud rate according to [17], and the dates

of observations; б-д - AT500 maps averaged over the selected synoptic periods (color field and isolines - isobaric surface height 500 hPa)

 64 

П.А. Торопов и др.

Таблица 3. Некоторые характеристики основных явлений погоды на Западном плато Эльбруса за период 24.06 - 17.07.2018 г.

Явления погоды

Средняя продолжительность

Максимальная продолжительность

Число случаев, %

Гроза

1 час

3 часа

1,5

Общая метель*

2,5

Позёмок и низовая метель

8 часов

20 часов

20,0

Туман

6 часов

18 часов

12,0

Осадки (снег, крупа)

6 часов

36 часов

23,0

*Средняя и максимальная продолжительность общей метели (при выпадающем снеге) не оценивалась, поскольку явле

ние наблюдалось один раз, продолжительность составила 6 часов.

Таблица 4. Повторяемость облачности различных типов и состояния диска Солнца

Тип облаков и состояние солнечного диска*

Сi

Сs

Cu_hum

Cu_med

Cu_cong

Fr Cu

Частота, %

*Состояние солнечного диска описывается следующей номинальной шкалой:

(«ясно», солнечный диск полностью от

крыт);

(«тонкая облачность» - солнечный диск просвечивает сквозь дымку или тонкую облачность);

(«облачно» - сол

нечный диск виден, однако предметы не отбрасывают тень, т.е. прямая солнечная радиация отсутствует); П (пасмурно, сол

нечного диска не видно); латинские сокращения облаков даны в соответствии с Международной классификацией ВМО.

повторяемость позёмка и низовых метелей, ко

ление с фоновым состоянием средней тропосфе

торые наблюдались в 20% сроков наблюдений

ры для летнего периода, которое можно получить

(табл. 3). Метелевый перенос - один из важней

из данных реанализов. Анализ данных глобальной

ших механизмов перераспределения снега в об

атмосферной модели NCEP за период метеороло

ластях аккумуляции, что отмечалось ещё в ра

гических наблюдений на Западном плато Эльбруса

боте [15] (правда, для условий снежных полей,

позволил установить четыре синоптических пери-

расположенных на 500-700 м ниже Западного

ода, последовательно сменивших друг друга. Они

плато). Это связано с ветровым режимом высо

достаточно хорошо прослеживаются в поле геопо

когорной части Эльбруса: повторяемость штор

тенциала и ветра на уровне изобарической поверх

мовых и ураганных ветров здесь чрезвычайно

ности 500 гПа (АТ 500 гПа) (см. рис. 2, б-д).

высока. Так, за три недели измерений штормо

Первый период продолжался с 24 июня по

вые порывы ветра (более 20 м/с) отмечались в

1 июля и характеризовался блокированием за

2% случаев, при этом трижды были зафикси

падного переноса мощным высотным гребнем,

рованы порывы ветра ураганной силы (более

ось которого проходила через Каспийское море и

33 м/с). Вторая важнейшая особенность - высо

Урал (см. рис. 2, б). При этом над акваторией Сре

кая повторяемость и интенсивность снегопадов.

диземного моря сформировался мощный высот

Средний суточный прирост снежного покрова

ный циклон, центр которого постепенно смещал

на Западном плато за 22 дня наблюдений соста

ся на север Украины. Район Эльбруса оказался в

вил 2,5 см (3,7 мм в.э.), а максимальный - 14 см

передней части этого циклона, в юго-западных

(21 мм в.э.). Типична также достаточно высокая

ветровых потоках в средней тропосфере. При этом

повторяемость открытого диска Солнца - даже

в нижней тропосфере отмечалась адвекция мор

на фоне циклонического характера погоды. Это

ского умеренного воздуха с северо-запада, т.е. над

связано с преобладанием в высокогорной зоне

Кавказом наблюдался ярко выраженный терми

Кавказа облачности кучевых форм (табл. 4).

ческий поворот ветра, типичный для активной

Синоптические процессы и аномалии полей ме-

фронтальной зоны. Поэтому период характеризо

теорологических величин. Фрагментарные измере

вался неустойчивой погодой: кратковременными,

ния метеорологических параметров не позволяют

но достаточно интенсивными осадками, грозами

сделать выводы о типичности метеорологическо

и резкими колебаниями температуры. Например,

го режима Западного плато. Единственный под

27 июня в тёплом секторе циклона воздух на За

ход, способствующий выполнению такой оценки

падном плато прогрелся до 2-4 °С, но уже через

хотя бы приближённо, - анализ синоптических

сутки даже в послеполуденные часы температура

процессов за период экспедиции и их сопостав

не превышала -4 °С (см. рис. 2, а).

 65 

Ледники и ледниковые покровы

Таблица 5. Средние и экстремальные характеристики теплового баланса на Западном плато Эльбруса за период

24.06 - 17.07.2018 г.

Компоненты теплового баланса*

Оценка

SW⁺

SW ^-

LW⁺

LW ^-

Максимальное значение, Вт/м²

1315

1105

282

289

116

700

Минимальное значение, Вт/м²

149

229

-105

-139

-22

-178

Максимальная суточная сумма, мДж/м²

35,9

25,6

18,0

23,7

1,7

-0,3

0,5

7,5

Минимальная суточная сумма, мДж/м²

9,5

6,7

17,2

21,1

-1,5

-2,9

-0,2

-4,5

Средняя суточная сумма, мДж/м²

27,2

19,2

17,6

22,8

-0,2

-1,5

0,1

1,2

*SW⁺ - приходящая коротковолновая радиация; SW ^- - отражённая коротковолновая радиация; LW⁺ - приходящая

длинноволновая радиация (тепловое излучение атмосферы); LW ^- - уходящая длинноволновая радиация (тепловое излу

чение снежной поверхности); H - турбулентный поток явного тепла; LE - турбулентный поток скрытого тепла; G -

диффузия тепла в толщу снега; TB - тепловой баланс (результирующая всех потоков).

Второй период (2-8 июля) характеризовал

активизацией циклонической деятельности над

ся стационированием над Европейской террито

южными районами (см. рис. 2, д), которая про

рией России высотного циклона (см. рис. 2, в),

явилась в серии активных холодных фронтов.

целиком заполнившегося морским умеренным

Период характеризуется второй волной интен

воздухом. На южной периферии этого относи

сивных осадков и штормовых ветров, а также

тельно холодного вихря произошла активизация

значительным понижением температуры.

средиземноморской ветви полярного фронта от

Рассмотрим поля отклонений метеорологиче

Эгейского моря до Каспийского. В зоне фронта

ских величин в средней тропосфере (АТ 500 гПа)

морской умеренный воздух взаимодействовал с

за период экспедиции по данным реанализа от

морским тропическим (средиземноморским). По

средних многолетних значений (взятых как сред

этому интегральное влагосодержание атмосферы

нее для периода экспедиции за 1961-1990 гг.)

в районе Эльбруса достигало, по данным реанали

(рис. 3, а). Обращает на себя внимание крупная

за NCEP/NCAR, 50 кг/м², что соответствует тро

аномалия геопотенциала над Скандинавией и вос

пическому воздуху. Волновые возмущения фрон

точной половиной ЕТР, связанная с преобладани

тальной зоны одно за другим пересекали Кавказ,

ем в этих районах антициклональной циркуляции.

поэтому данный период отличался интенсивны

Одновременно над восточным Средиземноморьем

ми осадками (за процесс их выпало около 27 мм)

и зарубежной частью Восточной Европы господ

и наиболее высокими скоростями ветра (в поры

ствовала циклоническая деятельность, которая

вах до 35 м/с). В завершение этого синоптическо

выражалась в небольшой отрицательной аномалии

го периода Кавказ оказался с холодной стороны

геопотенциала. Формирование диполя в поле цир

фронтальной зоны - температура существенно

куляции спровоцировало возникновение положи

понизилась, в ночь на 9 июля было отмечено её

тельной аномалии скорости ветра (см. рис. 3, б)

минимальное значение (-12,9 °С).

над большей частью Европы и, прежде всего, на

В третий синоптический период (9-13 июля)

периферии скандинавского антициклона. В рай

регион оказался под влиянием высотного субтро

оне Эльбруса аномалии высоты изобарической

пического гребня (см. рис. 2, г). Ветровые потоки

поверхности 500 гПа в средней тропосфере, ос

в средней тропосфере вновь изменили направле

реднённые за период экспедиции, составили че

ние на юго-западное, давление росло. Период от

тыре геопотенциальных декаметра (гп.дам), т.е.

личался относительным спокойствием: осадков

высота изобарической поверхности 500 гПа была

было немного, ветер - от слабого до умеренно

в среднем на 40 м выше среднего климатического

го, а его отдельные штормовые порывы опреде

значения, соответствующего середине лета. Такая

лялись мезомасштабными эффектами (фёновым,

величина аномалии не выходит за пределы есте

катабатическим, эффектом бокового обтекания).

ственной синоптической изменчивости. Аномалия

Четвертый синоптический процесс сопрово

скорости ветра равна 4 м/с, что также можно отне

ждался формированием мощного высотного ан

сти к «норме на положительном фоне». Более зна

тициклона над северной половиной Европы и

чительной оказалась средняя аномалия темпера

 66 

Ледники и ледниковые покровы

максимальных значений аномалий, достигающих

12 кг/м², практически всё время располагается над

восточной частью Чёрного моря. Скорее всего,

это эффект локального притока влаги над тёплой

морской поверхностью. В исследовании [27] по

казано, что тренд такой поверхности летом в вос

точной части акватории Чёрного моря достигает

0,7 °С/10 лет. Аномалия влагосодержания хорошо

согласуется с интенсивными осадками в период

экспедиции (см. рис. 2, а).

Локальные особенности временнóй изменчиво-

сти метеорологических рядов. Помимо общей ха

рактеристики метеорологического режима Запад

ного плато, выполнен спектральный анализ рядов

температуры, относительной влажности и скоро

сти ветра с целью выявления особенностей их

временнóй изменчивости. На рис. 4 представле

ны результаты поведения функции спектральной

плотности анализируемых метеорологических

величин в сравнении со спектром броуновского

движения, т.е. стохастического процесса (так на

зываемого «красного шума») [28].

На Западном плато наблюдаемая спектраль

ная плотность температуры, скорости ветра и от

носительной влажности, как правило, выше уров

ня «красного шума» по всему диапазону частот,

т.е. процесс этот не случайный, а значит должен

Рис. 4. Значения функций спектральной плотности

описываться конкретными физическими меха

(дисперсия анализируемой метеорологической вели

низмами. Бόльшая часть изменчивости величин

чины, делённая на частоту её колебаний, выражен

ную в минутах), рассчитанные по данным измерений

приходится на суточный ход. В случае темпера

на Западном плато (1), по сравнению со спектраль

туры это объясняется соответствующей изменчи

ной функцией «красного шума» (2), характеризую

востью радиационного баланса, а в случае ветра -

щей случайный процесс:

суточным ходом коэффициента турбулентного

а - для температуры воздуха; б - для скорости ветра; в -

обмена и интенсивности свободной конвекции.

для относительной влажности

Второй по значимости пик спектральной плот

Fig. 4. Spectral density functions (dispersion of the ana

ности приходится на процессы, частота которых

lyzed meteorological value divided by the frequency of its os

близка 12 часам, причём отмечается он в темпера

cillations in minutes) calculated from measurements on the

Western plateau (1), compared with the spectral function of

туре, скорости ветра и относительной влажности.

«red noise» (2), which characterizes a random process for:

Скорее всего, это - проявление горно-долинной

а - air temperature; б - wind speed; в - relative humidity

циркуляции: после полудня наблюдается макси

мальная скорость подъёма воздуха вверх по доли

туры, которая превысила пределы «шума» (±1 °С)

нам и склонам Эльбруса. В ночные часы действу

и достигла 2 °С (см. рис. 3, в). Аномалия статисти

ет катабатический ветер: холодный воздух стекает

чески значима, но всё же далека от уровня рекорд

по склонам Эльбруса в долины.

ных (1% обеспеченности). Более существенной

В периоды прохождения через район Эльбру

оказалась положительная аномалия влагосодер

са атмосферных фронтов и волн горно-долин

жания над районом Эльбруса, которая наблюда

ная циркуляция подавляется течениями синоп

лась в течение всей экспедиции и достигала 8 кг/м²

тического масштаба. Однако во всех остальных

(см. рис. 3, г). По всей видимости, она связана с

случаях она наблюдается с той или иной интен

конвергенцией влаги во фронтальной зоне. Очаг

сивностью, поэтому и проявляется на рис. 4. На

 68 

П.А. Торопов и др.

третий пик спектральной плотности (период

новой радиации различаются намного больше.

6-8 часов) приходится не более 5% изменчиво

Так, если осреднённая за период экспедиции

сти метеорологических величин; по всей види

суточная сумма приходящей радиации на Гара

мости, он связан с пространственно-временнóй

баши составляет 25,4 мДж/м², то на Западном

структурой облачных систем атмосферных фрон

плато она равна 27,20 мДж/м².

тов. Такое предположение делается на том осно

Причина этих различий хорошо прослежива

вании, что в спектре коротковолновой солнеч

ется на рис. 5, в и связана с режимом облачности.

ной радиации присутствует пик спектральной

На леднике Гарабаши осреднённый суточный ход

плотности со схожими частотными характери

балла облачности типичен для летнего сезона: его

стиками. Интересно, что функции спектральной

максимум смещён на более ранние часы из-за

плотности температуры и скорости ветра очень

развития свободной конвекции после полудня.

схожи (см. рис. 4, а, б), в то время как спектр

На Западном плато этот эффект выражен мень

относительной влажности существенно отли

ше: до высоты 5100 м развиваются только мощ

чается (см. рис. 4, в). Так, суточный пик отно

ные кучевые или кучево-дождевые облака, что

сительной влажности размыт и приходится на

происходит ближе к вечеру и не ежедневно. Су

28 часов. Возможно, это связано с тем, что на

щественно различаются потоки уходящего ко

данных высотах суточная изменчивость отно

ротковолнового излучения, которое зависит от

сительной влажности накладывается на колеба

альбедо поверхности (его среднее значение на За

ния оптической толщины и балла облачности,

падном плато составляет 0,75, а на леднике Га

определяемые процессами субсиноптического и

рабаши - 0,54). Различия альбедо проявляются

синоптического масштабов. Выявляются также

в изменчивости его среднесуточных значений.

колебания с частотами 18 часов, природу кото

На Западном плато она невелика, поскольку со

рых объяснить сложно. Пик спектральной плот

стояние поверхности почти всё время эквива

ности 10-12 часов хорошо согласуется с соот

лентно свежевыпавшему снегу, в то время как на

ветствующими максимумами для температуры и

леднике Гарабаши она значительна и существен

скорости ветра, поэтому, скорее всего, он также

но зависит от погодных условий. Наиболее ярко

связан с проявлением горно-долинной циркуля

альбедный эффект проявился 14 июля: значение

ции. Остальные колебания не выходят за уровень

альбедо скачкообразно уменьшилось вдвое (с 0,4

«красного шума» или близки к нему.

до 0,2) из-за интенсивного таяния и обнажения

слоя пыли, выпавшей в марте 2018 г. Однако уже

16 июля вторжение морского умеренного возду

Анализ компонент теплового баланса

ха, сопровождаемое снегопадами, способствова

ло формированию временного снежного покрова.

Особенности радиационного режима. На рис. 5

Альбедо деятельной поверхности резко увеличи

представлена временнáя изменчивость состав

лось, и суточная сумма радиационного баланса

ляющих радиационного баланса на Западном

достигла аномально низких значений - 2 мДж/м²

плато Эльбруса в сравнении с ледником Гара

(в 4,2 раза меньше средних значений).

баши. Приведены также расчётные значения

Эффект летних снегопадов, существенно

приходящей коротковолновой радиации при

тормозящих абляцию на Кавказе, Памире и в

ясном небе с помощью модели CLIRAD(FC05)-

других горно-ледниковых районах, описан, на

SW [29], которая предварительно сравнивалась

пример, в работе [4]. В целом, значения радиа

с высокоточными измерениями приходящей

ционного баланса на Западном плато меньше,

радиации [30]. В среднем рассчитанный поток

чем на леднике Гарабаши, почти в 3 раза. Пре

приходящей коротковолновой радиации при

жде всего это происходит за счёт альбедного эф

ясном небе на Западном плато больше, чем на

фекта, уже описанного нами. Известную роль

леднике Гарабаши, на 15 Вт/м², т.е. примерно

также играют различия в длинноволновом ба

на 1% (по причине уменьшения аэрозольно-оп

лансе: потеря энергии за счёт теплового излу

тической толщины атмосферы и её влагосодер

чения на Западном плато в среднем в 1,5 раза

жания по мере роста высоты над уровнем моря).

выше, чем на леднике Гарабаши, из-за меньше

Измеренные значения приходящей коротковол

го влагосодержания атмосферы и водности об

 69 

П.А. Торопов и др.

лаков. Важная особенность высокогорной зоны

кой фазы. Несмотря на явное преобладание ра

Эльбруса - достаточно высокая повторяемость

диационного баланса, роль явного потока тепла

отрицательных значений суточной суммы ра

и затрат на испарение в определённых условиях

диационного баланса летом. Например, в ходе

может быть значительной, как усиливая, так и

второй буровой экспедиции такая ситуация от

ослабляя радиационный эффект (см. рис. 6, б).

мечалась дважды в условиях облачной погоды на

Например, в условиях ветреной и облачной по

фоне интенсивных осадков (рис. 6, а).

годы с осадками 4-6 июля и 14-16 июля (см.

Оценки потоков тепла, влаги и таяния. На

рис. 1) достаточно интенсивный турбулентный

рис. 6 представлена межсуточная изменчи

тепло- и влагообмен увеличили теплопотерю по

вость (б) компонент теплового баланса и их су

верхности снега в 1,8 раз (см. рис. 6, б). 9 июля, в

точный ход (в). Хорошо видно, что в условиях

условиях штилевой и солнечной погоды, суточ

Западного плато главный фактор, определяю

ная сумма турбулентного потока тепла достигла

щий тепловой режим снежной поверхности, -

1,7 мДж/м², несколько увеличив затраты тепла

радиационный баланс. Интересно, что если в

на таяние снега.

области абляции горных ледников умеренных

Важные результаты измерений и расчётов со

и субтропических широт (в том числе Кавказа)

ставляющих теплового баланса ледников в об

вклад потока явного тепла в таяние может дости

ласти аккумуляции - оценки возможных потерь

гать 20-30% [4, 20], то в высокогорных областях

снега. Эти оценки были проведены как резуль

Эльбруса турбулентный теплообмен чаще спо

тирующая величина между радиационным ба

собствует выхолаживанию поверхности, отводя

лансом, потоками явного и скрытого тепла

от неё в среднем около 15% энергии радиацион

и диффузией тепла в толщу снега. На рис. 6, б

ного баланса. Так происходит потому, что летом

видно, что в отдельные дни (прежде всего при

на Западном плато повторяемость неустойчивой

облачной погоде с интенсивными осадками) те

стратификации в приземном слое, судя по вы

пловой баланс поверхности снежного покрова

полненным измерениям, примерно на 20-25%

был отрицательным, т.е. тепло практически не

выше, чем повторяемость безразличной и устой

тратилось на таяние (3-5 июля, 13-15 июля).

чивой стратификации. Поверхность достаточно

Вместе с тем в некоторые дни отмечались очень

часто прогревается до точки таяния (0 °С), в то

высокие значения теплового баланса - суточ

время как температура воздуха даже на высоте

ные суммы превышали 3 мДж/м². Максималь

0,25 м остаётся отрицательной. За счёт этого тур

ная суточная сумма теплового баланса за период

булентный поток явного тепла чаще направлен

экспедиции составила 7,5 мДж/м², что эквива

от поверхности в атмосферу. Ещё больше энер

лентно таянию 0,11 м снежного покрова (или

гии затрачивается на испарение с поверхности

примерно 20 мм в.э. при средней измеренной

снега, поскольку воздух на уровне шероховато

плотности снега порядка 0,15 кг/м³). За период

сти над снежной поверхностью (порядка 0,01 м)

экспедиции слой стаивания снежной толщи со

всегда близок к состоянию насыщения, т.е.

ставил 49 см (или 74 мм в.э.). При этом средний

поток влаги направлен от снежной поверхности

суммарный прирост снежного покрова, зафик

к атмосфере. Величина затрат тепла на испаре

сированный по четырём снегомерным рейкам,

ние LE в условиях Западного плато составляет

равен 52 см. Естественно, эта величина - ре

примерно половину от радиационного балан

зультирующая всех процессов, определяющих

са. Величина потока явного тепла колеблется в

аккумуляцию: осадки, метелевый перенос, испа

пределах ±100 Вт/м², скрытого тепла - от -100

рение жидкой фазы, возгонка, гравитационное

до 30 Вт/м². Диффузия тепла в снежном покрове

уплотнение и т.д.

невелика (суточная сумма в среднем составля

Таким образом, если в качестве основных

ет 0,1 мДж/м², мгновенные значения потоков не

процессов принять таяние, испарение и осадки

превышают 30 Вт/м²) и в дневные часы направ

(предполагая, что метелевый перенос нивели

лена от поверхности в толщу снега, а в ночные,

руется за счёт различного местоположения сне

наоборот, к поверхности (в силу законов Фурье).

гомерных реек), то окажется, что за три недели

Дополнительный источник тепла в толще

экспедиции на Западном плато выпало около

снега в ночные часы - процесс замерзания жид

1 м снега (или порядка 152 мм осадков). Эта

 71 

Ледники и ледниковые покровы

Рис. 6. Структура теплового баланса:

а - радиационный баланс (1) и альбедо поверхности (3) на Западном плато по сравнению с теми же величинами на Гара

баши (2, 4); б - суточные суммы компонентов теплового баланса на Западном плато: 5 - радиационный баланс; 6 - те

пловой баланс; 7 - поток явного тепла; 8 - поток скрытого тепла; 9 - диффузия тепла в толщу снега; в - осреднённый за

20 сут. экспедиции суточный ход компонентов теплового баланса: 10 - радиационный баланс; 11 - тепловой баланс;

12 - поток явного тепла; 13 - диффузия тепла в толщу снега; 14 - поток скрытого тепла

Fig. 6. The structure of the heat balance:

а - radiation balance (1) and surface albedo (3) on the Western Plateau in comparison with the same values on Garabashi Gla

cier (2 and 4); б - daily sums of the components of the heat balance in the Western Plateau: 5 - radiation balance; 6 - heat balance;

7 - sensible heat flux; 8 - latent heat flux; 9 - heat diffusion into the snow; в - 20-day mean daily course of heat balance components:

10 - radiation balance; 11 - heat balance; 12 - sensible heat flux; 13 - heat diffusion into the snow; 14 - latent heat flux

 72 

П.А. Торопов и др.

оценка приблизительна в силу погрешностей

ставляет около 1500 мм в.э., а также тот факт,

оценки плотности, формального исключения

что максимум осадков в регионе приходится на

метелевого переноса на основании измерений

лето, эта оценка представляется правдоподоб

по четырём вешкам, а также отсутствия оценок

ной и не выглядит как значительная аномалия.

возгонки водяного пара во время метелей. Тем

Метеорологические условия характеризуются

не менее, оценки весьма разумные. За этот же

очень высокой повторяемостью штормовых и

период в долине Баксана выпали обильные осад

ураганных ветров, которая достигает 2%, а также

ки: по данным метеостанции Терскол, их сумма

низовых метелей, которые представляют собой

за тот же промежуток времени достигла 100 мм.

важный фактор перераспределения снега и вли

За период с 4 июня по 17 июля растаяло

яния на величину потоков тепла и влаги. Вклад

74 мм в.э. (или 49 см снежной толщи), однако из

суточной изменчивости метеорологических ве

образовавшейся влаги испарилось лишь 12 мм.

личин в дисперсию примерно в 1,5 раза меньше,

Оставшиеся 62 мм, по всей видимости, диффун

чем на уровне моря. Существенную роль в из

дировали в толщу снега, где снова замерзали,

менчивости метеорологического режима играют

о чём, в частности, свидетельствует выделение

горно-долинная циркуляция (несмотря на боль

тепла в приповерхностном слое снега в ноч

шую высоту над уровнем моря) и мезомасштаб

ные часы (см. рис. 6, б). Таким образом, потери

ная структура атмосферных фронтов.

снега прежде всего связаны с испарением жид

В структуре теплового баланса снежной по

кой фазы, величина которого составила 12 мм за

верхности на Западном плато энергия таяния

20 сут. (или 0,6 мм/сут.).

снега определяется исключительно радиацион

ным балансом, средняя суточная сумма которо

го составляет в среднем 2,8 мДж/м², что пример

Обсуждение результатов и заключение

но в 3 раза меньше, чем на леднике Гарабаши

на высоте 3800 м. Турбулентные потоки тепла и

Анализ крупномасштабных полей метеоро

влаги в основном способствуют отводу тепла от

логических величин показал, что вторая буровая

поверхности, уменьшая энергию радиационно

экспедиция проходила на фоне состояния сред

го баланса почти вдвое. Прежде всего это каса

ней тропосферы, соответствующего норме (за

ется потока скрытого тепла, суточная сумма ко

исключением влагосодержания, которое суще

торого составляет -1,5 мДж/м². Отметим, что

ственно превышало средние многолетние значе

похожая структура теплового баланса отмечена

ния). Это означает, что средние значения метео

в области аккумуляции вулкана Килиманджа

рологических величин, измеренных на Западном

ро, расположенного в совершенно иных клима

плато, характеризуют типичные гляциометео

тических условиях [5]: по данным наблюдений,

рологические условия высокогорных районов

там над ледниковой поверхностью также преоб

Кавказа на высоте около 5 000 м над ур. моря.

ладают отрицательные значения турбулентных

Им соответствуют средние значения темпера

потоков тепла и влаги (правда, их значения су

туры в диапазоне -3 ÷ -6 °С, скорости ветра -

щественно выше: -75 Вт/м² для потока явного

6-11 м/с, относительной влажности - 60-90%.

тепла и -40 Вт/м² для затрат тепла на испарение).

По итогам экспедиции сложно судить о типич

В более поздней работе [6] компоненты теплово

ности условий увлажнения: на фоне аномально

го баланса оценивались на основе метода турбу

высокого влагосодержания столба атмосферы

лентных пульсаций. Оказалось, что поток явного

отмечались обильные снегопады. Однако гово

тепла в среднем составил -10 Вт/м², скрытого -

рить об их экстремальности невозможно из-за

порядка -35 Вт/м², потока тепла в толщу снега

отсутствия корректных данных по осадкам в ар

-20 Вт/м². Эти оценки близки к нашим оценкам

хивах реанализа. Можно лишь утверждать, что в

по данным второй буровой экспедиции.

условиях достаточно интенсивной циклониче

Важный результат - физически обоснован

ской деятельности на Западном плато Эльбру

ная оценка таяния снега: порядка 49 мм в.э. за

са летом в течение трёх недель может выпадать

весь период экспедиции. Большая часть талой

порядка 150 мм осадков. Учитывая, что годовая

воды диффундировала в толщу снега и повторно

аккумуляция на плато по керновым данным со

замёрзла, о чём свидетельствует выделение тепла

 73 

Ледники и ледниковые покровы

в слое снежного покрова до глубины 10 см, т.е. в

можно из-за отсутствия данных пульсационных

случае Западного плато процесс таяния нельзя

измерений влажности и потока импульса. Допол

рассматривать как потерю массы в области акку

нительный вклад, безусловно, вносит возгонка

муляции. Незначительное убывание накоплен

водяного пара во время сильных низовых мете

ного снега происходит за счёт испарения жидкой

лей, которая наблюдается весь год и даёт боль

воды, которое составило за период экспедиции

ший вклад, чем испарение жидкой фазы. В буду

12 мм в.э. (или примерно 0,6 мм/сут.). Интерес

щем планируется оценить роль этого процесса.

но, что, согласно результатам, полученным в ра

боте [6], величина среднего суточного испарения

Благодарности. Анализ результатов измерений

жидкой фазы на Килиманджаро - 0,7 мм/сут.

и расчётов компонент теплового баланса на

Схожая структура теплового баланса позволяет

Западном плато Эльбруса выполнен в рамках

предположить сходство метеорологических усло

Госзадания (тема № 0148-2019-0004), синоп

вий высокогорных зон, по крайней мере, от суб

тический анализ и оценка типичности метео

тропических до субэкваториальных широт.

рологических условий - в рамках Госзадания

Учитывая, что устойчивый период положи

АААА-А16-116032810086-4.

тельного радиационного баланса на Кавказе на

высоте 5 000 м продолжается в среднем 90 дней,

Acknowledgments. Analysis of the measurements

можно предположить, что величина испарения

and calculations of the heat budget’s components

жидкой фазы в среднем за год равна, как мини

on the West Plateau of Elbrus was carried out as part

мум, 45 мм, или 3% годовой аккумуляции, что в

of the State assignment (topic № 0148-2019-0004),

целом существенно. К данному значению можно

a synopŧic analysis and assessment of the typical

относиться только как к предварительной инфор

weather conditions within the framework of the State

мации. Строго оценить его точность пока невоз

assignment AAAA-A16-116032810086-4.

Литература

References

1. Hock R. Temperature index melt modelling in mountain

1. Hock, R. Temperature index melt modelling in moun

areas // Journ. of Hydrology. 2003. V. 282, P. 104-115.

tain areas. Journal of Hydrology. 2003, 282: 104-115.

2. Wheler B.A., MacDougall A.H., Flowers G.E., Petersen E.I.,

Whitfield P.H., Kohfeld K.E. Effects of temperature forc

Whitfield P.H., Kohfeld K.E. Effects of Temperature Forc

ing provenance and extrapolation on the performance

ing Provenance and Extrapolation on the Performance of

of an empirical glacier-melt model // Arctic, Antarctic,

an Empirical Glacier-Melt Model. Arctic, Antarctic, and

and Alpine Research. 2014. V. 46. № 2. Р. 379-393.

Alpine Research. 2014, 46 (2): 379-393.

3. Mölg T., Cullen N.J., Hardy D.R., Kaser J., Klok L. Mass

3. Mölg T., Cullen N.J., Hardy D.R., Kaser J., Klok L. Mass bal

balance of a slope glacier on Kilimanjaro and its sensi

ance of a slope glacier on Kilimanjaro and its sensitivity to

tivity to climate // Intern. Journ. of Climatology. 2008.

climate. Intern. Journ. of Climatology. 2008, 28: 881-892.

V. 28. P. 881-892.

4. Voloshina A.P. Meteorology of mountain glaciers. Mate-

4. Волошина А.П. Метеорология горных ледников //

rialy glyatsiologicheskikh issledovaniy. Data of Glacio

МГИ. 2001. Вып. 92. С. 3-138.

logical Studies. 2001, 92: 3-138 [In Russian].

5. Mölg T., Hardy D.R. Ablation and associated energy bal

ance of a horizontal glacier surface on Kilimanjaro //

ance of a horizontal glacier surface on Kilimanjaro.

Journ. of Geophys. Research. 2004. V. 109. P. 1-13.

Journ. of Geophys. Research. 2004, 109: 1-13.

6. Cullen N.J., Mölg T., Kaser J., Steffen K.l., Hardy D.R.

6. Cullen N.J., Mölg T. Kaser J., Steffen K.L., Hardy D.R.

Energy-balance model validation on the top of Kili

Energy-balance model validation on the top of

manjaro, Tanzania, using eddy covariance data // An

Kilimanjaro,Tanzania, using eddy covariance data.

nals of Glaciology. 2007. V. 46. P. 227-233.

Annals of Glaciology. 2007, 46: 227-233.

7. Hardy D.R., Vuille M., Bradley R.S. Variability of snow

accumulation and isotopic composition on Nevado

Sajama, Bolivia // Journ. of Geophys. Research. 2003.

Sajama, Bolivia. Journ. of Geophys. Research. 2003,

V. 108. № D22. P. 1-10.

108 (D22): 1-10.

8. You Q., Kang S., Pepin N., Flügel W.A., Yan Y., Beh-

rawan H., Huang J. Relationship between temperature

 74 

П.А. Торопов и др.

trend magnitude, elevation and mean temperature in

trend magnitude, elevation and mean temperature in the

the Tibetan Plateau from homogenized surface stations

Tibetan Plateau from homogenized surface stations and

and reanalysis data // Glob. Planet. Change. 2010.

reanalysis data. Glob. Planet. Change. 2010, 71: 124-133.

V. 71. P. 124-133.

9. Toropov P.A., Mihalenko V.N., Kutuzov S.S., Morozo-

9. Торопов П.А., Михаленко В.Н., Кутузов С.С., Моро-

va P.A., Shestakova A.A. Temperature and radiation

зова П.А., Шестакова А.А. Температурный и ради

conditions of glaciers on the slopes of Elbrus during

ационный режим ледников на склонах Эльбруса в

the ablation period over the past 65 years. Led i Sneg.

период абляции за последние 65 лет // Лёд и Снег.

Ice and Snow. 2016, 56 (1): 5-19 [In Russian].

2016. Т. 56. № 1. С. 5-19.

10. Mikhalenko V., Sokratov S., Kutuzov S., Ginot P., Legrand M.,

10. Mikhalenko V., Sokratov S., Kutuzov S., Ginot P., Le-

Preunkert S., Lavrentiev I., Kozachek A., Ekaykin A.,

grand M., Preunkert S., Lavrentiev I., Kozachek A.,

Faïn X., Lim S., Schotterer U., Lipenkov V.,Toropov P. Inves

Ekaykin A., Faïn X., Lim S., Schotterer U., Lipenkov V.,

tigation of a deep ice core from the Elbrus western plateau,

Toropov P. Investigation of a deep ice core from the

the Caucasus, Russia. Cryosphere. 2015, 9 (6): 2253-2270.

Elbrus western plateau, the Caucasus, Russia // Cryo

11 Takeuchi, M. Vertical profile and horizontal increase of drift-

sphere. 2015. V. 9. № 6. P. 2253-2270.

snow transport. Journ. of Glaciology. 1980, 26: 481-492.

11. Takeuchi M. Vertical profile and horizontal increase

12. Sugiura K., Nishimura K., Maeno N., Kimura T. Mea

of drift-snow transport // Journ. of. Glaciology. 1980.

surements of snow mass flux and transport rate at dif

V. 26. P. 481-492.

ferent particle diameters in drifting snow. Cold Regions

12. Sugiura K., Nishimura K., Maeno N., Kimura T.

Science and Technology. 1988, 27: 83-89.

Measurements of snow mass flux and transport rate

13. Wamser C., Lykossov V.N. On the friction velocity dur

at different particle diameters in drifting snow //

ing blowing snow. Contributions to Atmospheric Phys

Cold Regions Science and Technology. 1988. V. 27.

ics. 1995, 68 (1): 85-94.

P. 83-89.

14. Bartelt P., Buser O., Sokratov S.A. Nonequilibrium treat

13. Wamser C., Lykossov V.N. On the friction velocity dur

ment of heat and mass transfer in alpine snow covers. Cold

ing blowing snow // Contributions to Atmospheric

Regions Science and Technology. 2004, 39: 219-242.

Physics. 1995. V. 68. № 1. P. 85-94.

15. Baranov S., Pokrovskaya T. The work of the EKNE

14. Bartelt P., Buser O., Sokratov S. A nonequilibrium

meteorological group in 1935. Trudy El'brusskoy

treatment of heat and mass transfer in alpine snowcov

ekspeditsii 1934 i 1935 gg. The proceedings of the El

ers // Cold Regions Science and Technology. 2004.

brus expedition of 1934 and 1935. M.-L.: Izd-vo AN

V. 39. P. 219-242.

SSSR, 1936: 350 p. [In Russian].

15. Баранов С., Покровская Т. Работа метеорологи

16. Voloshina A.P. Radiation conditions during ablation.

ческой группы ЭКНЭ 1935 г. // Тр. Эльбрусской

Oledenenie E`l`brusa. Glaciation of Elbrus. M.: MGU,

экспедиции 1934 и 1935 гг. М.-Л.: Изд-во АН

1968: 127-139. [In Russian].

СССР, 1936. 350 с.

17. Nastavlenie po kratkosrochnym prognozam pogody ob-

16. Волошина А.П. Радиационные условия в период

shchego naznacheniya. Federal'naya sluzhba po gi-

абляции // Оледенение Эльбруса. М.: изд. МГУ,

drometeorologii i monitoringa okruzhayushchey sredy

1968. С. 127-139.

(Rosgidromet). Manual on general short-term weather

17. Наставление по краткосрочным прогнозам по

forecasts. Federal Service for Hydrometeorology and

годы общего назначения. Федеральная служба

Environmental Monitoring (Roshydromet). Obninsk:

по гидрометеорологии и мониторингу окружаю

IG-SOCIN, 2009: 62 p. [In Russian].

щей среды (Росгидромет). Обнинск: ИГ-СОЦИН.

18. Wagnon P., Sicar J.-E., Berthier E., Chazarin J.-P.

2009. 62 с.

Wintertime high-altitude surface energy balance of

18. Wagnon P., Sicar J.-E., Berthier E., Chazarin J.-P.

a Bolivian glacier, Illimani, 6340 m above sea level.

Wintertime high-altitude surface energy balance of

Journ. of Geophys. Research. 2003, 108 (D6 4177),

a Bolivian glacier, Illimani, 6340 m above sea level.

4177. doi: 10.1029/2002JD002088.

Journ. of Geophys. Research. 2003, 108 (D6 4177),

19. Poggi A. Heat balance in the ablation area of the Am

4177. doi: 10.1029/2002JD002088.

pere Glacier (Kergelen islands). Journ. of Applied Me

19. Poggi A. Heat balance in the ablation area of the Am

teorology. 1977, 16: 48-55.

pere Glacier (Kergelen islands) // Journ. of Applied

20. Toropov P.A., Shestakova A.A., Smirnov A.M., Popovnin V.V.

Meteorology. 1977. V. 16. P. 48-55.

Evaluation of the components of the heat balance of the

20. Торопов П.А., Шестакова А.А., Смирнов А.М., По-

Djankuat glacier (Central Caucasus) during the period of

повнин В.В. Оценка компонентов теплового ба

ablation in 2007-2015. Kriosfera Zemli. Cryosphere of the

ланса ледника Джанкуат (Центральный Кавказ) в

Earth. 2018, 22 (4): 42-54. [In Russian].

период абляции в 2007-2015 годах // Криосфера

21. Oerlemans J. The Microclimate of Valley Glaciers.

Земли. 2018. Т. 22. № 4. С. 42-54.

Utrecht University Press, Hetherlads. 2009: 138 p.

 75 

Ледники и ледниковые покровы

21. Oerlemans J. The Microclimate of Valley Glaciers.

22. Zilitinkevich S.S. Dinamika pogranichnogo sloya atmos-

Utrecht University Press, Hetherlads, 2009. 138 p.

fery. Dynamics of boundary layer of the atmosphere.

22. Зилитинкевич С.С. Динамика пограничного слоя

Leningrad: Gidrometeoizdat, 1970: 290 p. [In Russian].

атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 290 с.

23. Alekseychik P.K., Korrensalo A., Mammarella I., Vesala T.,

23. Alekseychik P.K., Korrensalo A., Mammarella I.,

Tuittila E.-S. Relationship between aerodynamic rough

Vesala T., Tuittila E.-S. Relationship between aero

ness length and bulk sedge leaf area index in a mixed-

dynamic roughness length and bulk sedge leaf area

species boreal mire complex. Geophys. Research Letters.

index in a mixed-species boreal mire complex // Geo

2017, 3: 5836-5843. doi: 10.1002/2017GL073884.

phys. Research Letters. 2017. V. 3. P. 5836-5843. doi

24. Kuz'min P.P. Protsess tayaniya snezhnogo pokrova. Pro

10.1002/2017GL073884.

cess of snow cover melting. Leningrad: Gidrometeoiz

24. Кузьмин П.П. Процесс таяния снежного покрова.

dat, 1961: 346 p. [In Russian].

Л.: Гидрометеоиздат, 1961. 346 c.

25. Rec E.P., Frolova N.L., Popovnin V.V. Modelling of

25. Рец Е.П., Фролова Н.Л., Поповнин В.В. Моделиро

mountain glacier surface melting. Led i Sneg. Ice and

вание таяния поверхности горного ледника // Лёд

Snow. 2011, 116 (4): 24-31. [In Russian].

и Снег. 2011. Т. 116. № 4. С. 24-31.

26. Takeuchi Y., Naruse R., Satow K., Ishikawa N. Com

parison of heat balance characteristics at five gla

ciers in southern hemisphere. Global and Planetary

ciers in southern hemisphere // Global and Planetary

Change. 1999, 22: 201-208.

Change. 1999. V. 22. P. 201-208.

27. Aleshina M.A., Toropov P.A., Semenov V.A. Tempera

27. Алешина М.А., Торопов П.А., Семенов В.А. Изме

ture and humidity regime changes on the Black Sea

нение температурно-влажностного режима Чер

Coast in 1982-2014. Russian Meteorology and Hy

номорского побережья Кавказа в период 1982-

drology. 2018, 43 (4): 235-244.

2014 гг. // Метеорология и гидрология. 2018. № 4.

28. Demchenko P.F., Kislov A.V. Stokhasticheskaya din-

С. 41-53.

amika prirodnykh ob’ektov: brounovskoe dvizhenie i geo-

28. Демченко П.Ф., Кислов А.В. Стохастическая динами

fizicheskie prilozheniya. Stochastic dynamics of natural

ка природных объектов: броуновское движение и

objects: Brownian motion and geophysical applica

геофизические приложения. М.: ГЕОС, 2010. 190 с.

tions. M.: GEOS, 2010: 190 p. [In Russian].

29. Tarasova T.A., Fomin B.A. The use of new parameter

izations for gaseous absorption in the CLIRAD-SW

solar radiation code for models // Journ. of Atmo

solar radiation code for models. Journ. of Atmospheric

spheric and Oceanic Technology. 2007. V. 24. № 6.

and Oceanic Technology. 2007, 24 (6): 1157-1162.

P. 1157-1162.

30. Polyuhov A.A., Chubarova N. E., Rivin G.S. Evalua

30. Полюхов А.А., Чубарова Н.Е., Ривин Г.С. Оценка

tion of the quality of calculation of solar radiation at

качества расчета солнечной радиации в COSMO-

COSMO-RU according to accurate radiation calcula

RU по данным точных радиационных расчетов и

tions and measurements in Moscow under cloudless

измерений в Москве в безоблачных условиях //

conditions. Trudy Gidromettsentra. Proc. of the Hydro

Тр. Гидрометцентра. 2017. № 364. С. 38-52.

meteorological Center. 2017, 364: 38-52. [In Russian].

 76 