VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изучение снежного покрова в окрестностях г.Одинцово Московской области зимой 2017-2018г.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность: Изучая климат какой-либо территории, используют данные о средних многолетних температурах воздуха по месяцам, о среднем многолетнем количестве осадков и режиме их выпадения, преобладающих ветрах, а также высоте снежного покрова, который оказывает огромное влияние на рельеф, гидрологические и почвообразовательные процессы, жизнь растений и животных. Снежный покров предохраняет почву от глубокого промерзания и сохраняет озимые посевы, поглощает азотистые соединения, удобряя тем самым почву, адсорбирует атмосферную пыль, охлаждает приземные слои воздуха.
Предмет исследования: Характеристика снежного покрова.
Объект исследования: Снежный покров в окрестностях г. Одинцово Московской области.
Гипотеза: в одном из непроверенных источников была указана информация о том, что зима 2017-2018 года в Подмосковье является самой малоснежной за всю историю метеонаблюдений в течение 135 последних лет.
Цель: Изучение характеристики снежного покрова в окрестностях г.Одинцово, используя соответствующие методики снегосъемки и документацию метеостанции «Немчиновка».
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Знакомство с документацией и оборудованием агрометеостанции «Немчиновка» Московской области.
2.Изучение методики проведения снегомерной съемки по литературным источникам
3. Проведение полевых исследований.
4. Оформление результатов исследования.
5. Сравнение данных, полученных в результате исследования, с документами метеостанции.
Методы исследования:
-теоретический: анализ литературных источников и обобщение научной литературы, обработка статистических данных, анализ и обобщение;
-эмпирический: метод наблюдения, метод фотографирования, экскурсия на агрометеорологическую станцию " Немчиновка", интервьюирование.
Глава 1. Общая характеристика снежного покрова.
Снежный покров - слой снега на поверхности Земли, образовавшийся в результате снегопадов и метелей. Ни в одной стране мира снежный покров не имеет такого широкого распространения и не играет такой большой роли в природе и народном хозяйстве, как в России.
Снежный покров оказывает огромное влияние на природные особенности территории: на климат, гидрологические процессы, формирование специфических форм рельефа, почвообразование, жизнь растений и животных. Сплошной снежный покров консервирует рельеф, так как препятствует развитию эрозионных процессов.
Снежный покров обладает малой плотностью, возрастающей со временем, особенно к весне. Альбедо свежевыпавшего снега - 70-90%, весеннего, тающего - 30-40%. Поверхность снежного покрова в значительной степени формируется под воздействием солнечной радиации и ветров. Ветровые формы снежного микрорельефа могут быть аккумулятивными (снежные сугробы, дюны, барханы) и дефляционными (заструги, впадины). Из-за малой плотности снежного покрова (0,05-0,1 г/см3 у свежевыпавшего снега, 0,3-0,4 г/см3 у сухого снега в конце зимы, 0,5-0,6 г/см3 у многолетнего снега на ледниках) велика его теплопроводность. Снежный покров характеризуется слоистостью и зернистостью. На протяжении зимы снежный покров оседает и уплотняется. Разрезы снежного покрова к концу зимы отражают историю прошедших снегопадов и сопровождавших их состояний погоды, запасы тепла в подстилающих грунтах, а так же экологическую обстановку на территории. Снежный покров оказывает огромное влияние на климат, так как отражает большую долю солнечных лучей и, обладая большой излучательной способностью, содействует выхолаживанию поверхности.
Из-за малой теплопроводности он смягчает губительное действие очень низких температур и предохраняет почву от глубокого промерзания. Теплоизолирующая роль снега тем больше, чем он рыхлее и чем выше снеговой покров. Теплопроводность снега в 10 раз меньше теплопроводности воздуха и значительно меньше теплопроводности почвы, коэффициент теплопроводности снега при этом пропорционален квадрату его плотности.
Максимальные снегозапасы - это наибольшая за год масса воды, содержащаяся в снежном покрове. Для научных и прикладных целей важны сведения о продолжительности периода с непрерывным залеганием снега. Устойчивым считается снежный покров, залегающий не менее одного месяца.
Глава 2. Агрометеостанция при НИИ сельского хозяйства «Немчиновка».
2.1. Физико - географическое описание метеостанции
Агрометеостанция "Немчиновка" находится в Одинцовском районе Московской области. Географические координаты 55с.ш., 37 в.д.(прил.2).
Данная агрометеостанция расположена на территории НИИ сельского хозяйства (Московская обл., пос. Новоивановское, ул.Калинина, 1).
Агрометеостанция "Немчиновка" имеет типовую площадку для наблюдений размером 265x265 м.
Высота метеоплощадки - 176,922 м.Она расположена на равнине правобережья среднего течения р. Москвы. Рельеф местности слабохолмистый. Река Москва протекает в 5-6 км к северу от метеостанции, а р. Сетунь в 2 км к ЮВ от метеостанции. Болот в районе метеостанции нет. Грунтовые воды находятся на глубине около 10м. Район изобилует небольшими искусственными прудами. Ближайший пруд , площадью около 0,7 га находится в 200-250 м к ЮЗ от метеоплощадки. Это место с незначительным понижением к югу и востоку. К востоку от метеоплощадки местность открытая на несколько километров, видны высотные здания Москвы и здание МГУ. Вход на площадку осуществляется с северной или с западной стороны, так как преобладающее направление ветров южное.
На территории вокруг агрометеостанции площадью в 1 гектар не находится никаких построек, дорог и других объектов.
2.2. Метеонаблюдения агрометеорологической станции "Немчиновка"
Метеостанция "Немчиновка" существует с 1939 года, была открыта еще до Великой Отечественной войны. Имеются многолетние данные с 1988 года. Сотрудники станции ведут наблюдения за температурой воздуха и почвы, направлением и скоростью ветра, количеством осадков и режимом их выпадения, атмосферным давлением, относительной влажностью воздуха и высотой снежного покрова в зимнее время.
Для этого на метеорологической площадке установлены соответствующие приборы: термометры, флюгер, анемограф, барометр, осадкомер, гигрометр, психрометр, снегомер весовой, снегомер составной и снегомерные рейки. По борозде длиной 1км проходит маршрут снегосъемки. На ней осенью были посеяны озимые культуры (озимая пшеница сорт "Московская 56"), так как метеостанция работает совместно с НИИ сельского хозяйства.
Глава 3.Методы наблюдения за снежным покровом
3.1 Выбор маршрута снегосъемки
Определение основных характеристик снежного покрова на элементах ландшафта производят на выбранных и закрепленных на местности снегомерных маршрутах. Маршруты должны быть характерными для окружающей местности по условиям формирования снежного покрова в поле, лесу или овраге. При выборе маршрутов снегосъемок должны соблюдаться следующие правила:
- маршрут снегосъемок должен располагаться не далее 5 км от станции, не ближе 0,5 км от линии железных дорог, шоссе, окраин населенных пунктов с промышленными объектами;
- запрещается прокладка маршрутов на льду озер, рек и других водоемов; на местности, не доступной в периоды весеннего половодья, а также на поле аэродрома.
- Полевой маршрут прокладывается так, чтобы он пересекал типичные формы рельефа. Если прямолинейный маршрут выбрать не представляется возможным, разрешается прокладка маршрута в виде ломаной линии с тупыми углами.
- В лесных районах и в местности с ровным рельефом, на небольших полях, располагающихся среди лесов, выбирается полевой маршрут длиной 1000 м.
- Лесной маршрут прокладывается по наиболее характерным для данного района участкам леса в виде прямой длиной 500 м.
- Если в лесу преобладают хвойные породы деревьев, то маршрут должен проходить среди хвойных деревьев; если преобладают лиственные породы - среди лиственных.
- Начало лесного маршрута следует выбирать не ближе чем в 100 м от края леса. При малых размерах лесного участка прокладываются две линии общей протяженностью 500 м; первая начинается на расстоянии 100 м от края леса, а вторая - параллельно первой на расстоянии 25-50 м от нее в глубь леса.
- Балка (овраг, лог), выбранная для снегосъемки, должна быть шириной от 30 до 400 м и типичной для балок этого района. Если в районе станции преобладают большие овраги без древесной растительности, то для снегосъемок не следует выбирать облесенный овраг малых размеров; если в районе станции большинство оврагов направлено с севера на юг, то выбранный овраг должен иметь то же направление и т. п.
- В балках, выбранных для снегосъемок, прокладывается от двух до пяти поперечных линий общей длиной не менее 500 м. Количество поперечных линий и общая их длина зависят от ширины балки. При ширине балки до 100 м расстояние между поперечниками должно составлять 100 м, в более широких балках расстояние между поперечными линиями должно быть не менее ширины оврага. Линия снегосъемки должна проходить за пределами левой и правой бровки балки на 10-20 м.
3.2. Порядок производства работ на маршруте снегосъемки
3.2.1. Измерение высоты снежного покрова
Помимо прочих наблюдений, в зимнее (в зависимости от погоды также в осенний и весенний период) время ведется наблюдение за высотой снежного покрова.
- в начале маршрута (первая точка измерения на маршруте) производится измерение высоты снежного покрова с помощью переносной снегомерной рейки;
- работа производится с использованием охотничьих лыж (прил.2);
- далее производятся измерения высоты снежного покрова по маршруту через каждые 20 м на поле и через каждые 10 м в лесу;
- во время снегосъемки при измерении высоты снежного покрова снегомерную переносную рейку необходимо погружать в снег вертикально до поверхности почвы, при этом острый конец ее не должен входить в землю. Рейка должна касаться поверхности почвы и в тех случаях, когда на поверхности почвы имеется слой снега, насыщенного водой, или слой талой воды. Если на поверхности почвы имеется притертая ледяная корка, то рейка не должна пробивать ее. Ледяную корку (притертую к поверхности почвы) не следует путать с плотными слоями смерзшегося снега (наста) в толще снежного покрова или на его поверхности, которые при измерении высоты снежного покрова следует пробить рейкой.
Порядок производства работ на маршруте снегосъемок в балках (оврагах, логах) следующий:
- выбирается первая точка измерения высоты снежного покрова, которая является началом маршрута (10-20 м от бровки балки);
- измеряется высота снежного покрова, начиная с первой точки, через каждые 5 м маршрута при ширине балки 200 м и менее, а при ширине больше 200 м - через 10 м;
- если маршрут снегосъемки в балках состоит из нескольких промерных линий, то первая точка каждой линии выбирается на расстоянии 10 м от бровки балки; последняя - не дальше 10 м от бровки;
- измерение высоты снежного покрова производится так же, как на полевом и лесном маршрутах; при большой высоте ( > 1 м) снежного покрова следует использовать вместо переносной снегомерной рейки М-104 рейку М-46 или М-78.
3.2.2. Измерение плотности снега и запаса воды в нем
- по мере движения по маршруту производится определение плотности снега; первая точка определения плотности снега выбирается на расстоянии 50-100 м от начала маршрута. На полевом маршруте длиной 2000 м выбирается 10 точек для определения плотности снежного покрова через каждые 200 м, на полевом маршруте длиной 1000 м - через 100 м;
- в точках, выбранных для определения плотности снега, берется проба снега весовым снегомером (приложение 7), измеряется толщина слоя талой воды, слоя снега, насыщенного водой, толщина притертой ледяной корки, а также оценивается состояние почвы под снежным покровом (мерзлая или талая);
- измерение толщины слоя талой воды и слоя снега, насыщенного водой (при наличии этих слоев в данной точке), производится после взятия пробы снега весовым снегомером с помощью снегомерной рейки или лопаточки весового снегомера. Для измерения толщины ледяной корки необходимо пробить корку до поверхности почвы рейкой или зубилом, после чего измерить толщину слоя ледяной корки линейкой с миллиметровыми делениями;
- характеристика состояния поверхности почвы под снежным покровом (мерзлая, талая) оценивается визуально в каждой точке определения плотности;
- после прохождения всего маршрута дается характеристика залегания снежного покрова на маршруте.
- При взятии пробы снега для измерения плотности цилиндр весового снегомера погружают отвесно в снег отточенным краем вниз, слегка надавливая на него. По шкале цилиндра отсчитывают высоту снега с точностью до 1 см, отгребают лопаточкой снег с одной стороны цилиндра и подводят ее под нижний край цилиндра. Подняв цилиндр вместе с лопаточкой, переворачивают его нижним краем вверх и очищают наружную поверхность цилиндра от снега.
- Пробу снега взвешивают. Для этого цилиндр подвешивают к весам и приводят их в равновесие; после этого, держа весы на уровне глаза, отсчитывают деление шкалы линейки весов, с которым совпадает черта на скошенном крае прореза передвижного груза весов. При взвешивании пробы следует стоять спиной к ветру.
- После взвешивания выбрасывают взятую пробу снега рядом с местом измерения, затем тщательно очищают внутреннюю поверхность цилиндра от снега.
- При высоте снежного покрова менее 60 см (меньше высоты цилиндра) плотность снега измеряется путем взятия одной пробы.
- При высоте снежного покрова более 60 см следует взять несколько проб таким образом, чтобы высота столба снега для каждой пробы была меньше 60 см. Необходимо соблюдать при этом осторожность и не нарушать целостности столба снега при взятии каждой пробы.
- Если на поверхности снега или в его толще имеются слои смерзшегося снега (наст, снежная корка), то при взятии пробы необходимо прорезать эти слои нижним краем цилиндра с тем, чтобы эти слои были учтены при определении плотности. Если слой смерзшегося снега достаточно плотный и представляет трудности при взятии пробы, следует взять две пробы снега: первую пробу берут от поверхности снежного покрова до снежной корки, вторую - от поверхности снежной корки до поверхности почвы, включая слой смерзшегося снега.
- Если на поверхности почвы имеется талая вода или снег, насыщенный водой, то цилиндр снегомера опускается только до этого слоя. Для удобства измерения в этих случаях необходимо откопать шурф, а затем взять пробу снега (без воды и насыщенного ею снега).
- Проба снега не берется, если в радиусе 5 м от выбранной точки высота снега меньше 5 см или в месте определения плотности имеется только талая вода, снег, насыщенный водой, или притертая ледяная корка.
- Измерение толщины слоя талой воды, снега, насыщенного водой, и ледяной корки необходимо производить сразу после взятия пробы снега до взвешивания ее.
После выполнения измерений, подчитывается плотность снежного (d, г/см³) покрова и запас воды (Z, г/см²) в нем по формулам:
d=mср/V,
где mср - масса снега, V - объем (по снегомеру).
Z=10* Hср*d,
где
Hср - средняя высота снежного покрова (см).
Глава 4. Проведение снегомерной съемки в окрестностях г.Одинцово
Маршрут, выбранный для снегосъемки, проходил по лесному участку. Протяженность маршрута – 1 000м. Лес смешанный. На маршруте представлены следующие породы деревьев: ель, сосна, береза, клен, дуб, липа и кустарники: лещина, бересклет и др.
Измерение высоты снежного покрова проводились через каждые 200 метров. Первая снегосъемка проходила 20-25 декабря. Вторая – в 20-х числах января, третья – 23-25 февраля. Результаты снегосъемок отражены в таблице 1:
|
Месяц снегосъемки |
Высота снежного покрова на точках маршрута, см |
|||||
|
0м |
200м |
400м |
600м |
800м |
1000м |
|
|
Декабрь |
15 |
16 |
18 |
15 |
16 |
15 |
|
Январь |
31 |
35 |
36 |
32 |
34 |
32 |
|
Февраль |
14(лед 7) |
16(лед 6) |
18(лед 6) |
13(лед 4) |
17(лед 6) |
13 |
Анализируя полученные в ходе исследования данные, были выявлены следующие закономерности:
Средняя высота снежного покрова в декабре наблюдалась 16 см, в январе – 34см, в феврале – 15см (при этом толщина ледяной корки под снегом в среднем 4 см).
Прослеживается закономерность изменения высоты снежного покрова от точки 0м к точке 400м как в декабре, так и в январе и феврале. Это связано с тем, что здесь наблюдается небольшое понижение рельефа, а снег больше скапливается в низинах.
В середине маршрута от точки 400м до 600м средняя высота снежного покрова уменьшается в связи с повышением рельефа.
Высота снежного покрова, полученная в результате самостоятельного исследования, оказалась выше по сравнению с данными метеонаблюдений (прил.1), так как снегосъемка, проведенная мною, проходила по лесному маршруту с преобладанием хвойных пород деревьев, где задерживается снег и формируется особый микроклимат. А снегосъемка, проведенная сотрудниками метеостанции, проводится на открытом участке местности (как видно из приложения 2), где снежный покров сдувается ветром, и раньше наступает снеготаяние.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изучая климат какой-либо территории, используют данные о средних многолетних температурах воздуха по месяцам, о среднем многолетнем количестве осадков и режиме их выпадения, преобладающих ветрах, а также высоте снежного покрова, который оказывает огромное влияние на рельеф, гидрологические и почвообразовательные процессы, жизнь растений и животных.
В ходе выполнения исследовательской работы я посетил агрометеорологическую станцию «Немчиновка», познакомился с оборудованием и документацией станции, изучил методику снегосъемки, провел полевые исследования, сделал анализ полученных результатов.
Мы выяснили, что высота снежного покрова зависит не только от количества выпадающих осадков ( в данном случае снега), но и от характера рельефа ( возвышенность или низменная поверхность), от характера растительности ( лесной или полевой участок снегосъемки), лес хвойный (задерживает снег) или лиственный.
Обладая малой теплопроводностью, снежный покров предохраняет почву от глубокого промерзания, он сохраняет озимые посевы, поглощает азотистые соединения, удобряя тем самым почву, адсорбирует атмосферную пыль, охлаждает приземные слои воздуха.
ЛИТЕРАТУРА
1. Антоненков А. Г. Мониторинг снежного покрова. Методические указания.-СПбГТИ , 2003.
2. Василенко В.Н., Назаров И. М., Фридман Ш. Я. Мониторинг загрязнения снежного покрова. Гидрометеоиздат, 1995.
3. Долгушин Л. Д.,Ушаков С.А., Кац Я. Г.Экологическое значение снега и снежного покрова. Издательский центр ACADEMIA Москва, 2001.
4.Котляков В.М. Криосфера и климат// "Экология и жизнь" №11, 2010.
5.Серых Г.И. Особенности формирования снежного покрова и некоторые приемы его регулирования в условиях земледелия на склонах Приобского плато Алтайского края//Автореф. Диссертации …канд.с.-х. наук. Барнаул, 1982.
6.«География Москвы и Московской области» П.Метревели, Г.Яковлев,
Б.Дорбжитский . М. «Московский рабочий» 2001.
7.Москвоведение. Экология Московского региона. М.: Экопресс, 1996.
8. Лосев К. С. Проблемы экологии России - М.: Полит.изд., 2003.
Интернет-ресурсы: http://www.rusrep.ru/2009/20/meteorologi/ Репортаж «… и о погоде».
http://studopedia.net/1_23590_lektsiya--snezhniy-pokrov.html.
Приложения
Приложение 1
Таблица 1. Высота снежного покрова по декадам (в сантиметрах)
|
Год |
Январь |
Февраль |
Март |
Ноябрь |
Декабрь |
||||||||||||||
|
I |
II |
III |
I |
II |
III |
I |
II |
III |
I |
II |
III |
I |
II |
III |
|||||
|
1988 |
16 |
15 |
17 |
20 |
28 |
37 |
35 |
33 |
13 |
4 |
10 |
18 |
31 |
40 |
38 |
||||
|
1989 |
48 |
47 |
43 |
32 |
24 |
27 |
19 |
11 |
2 |
- |
7 |
12 |
16 |
25 |
16 |
||||
|
1990 |
16 |
22 |
27 |
24 |
16 |
9 |
1 |
2 |
- |
2 |
2 |
1 |
1 |
2 |
2 |
||||
|
1991 |
8 |
7 |
13 |
21 |
27 |
26 |
17 |
16 |
4 |
4 |
- |
- |
3 |
4 |
10 |
||||
|
1992 |
6 |
5 |
7 |
8 |
13 |
18 |
14 |
14 |
12 |
4 |
6 |
6 |
5 |
2 |
8 |
||||
|
1993 |
13 |
14 |
25 |
26 |
25 |
28 |
25 |
21 |
3 |
5 |
5 |
7 |
11 |
19 |
26 |
||||
|
1994 |
36 |
38 |
46 |
56 |
52 |
52 |
53 |
50 |
54 |
- |
5 |
3 |
3 |
13 |
15 |
||||
|
1995 |
11 |
20 |
20 |
22 |
23 |
20 |
9 |
- |
- |
7 |
13 |
2 |
3 |
8 |
19 |
||||
|
1996 |
22 |
22 |
27 |
32 |
32 |
31 |
31 |
29 |
19 |
- |
- |
- |
- |
17 |
15 |
||||
|
1997 |
21 |
26 |
31 |
36 |
39 |
34 |
22 |
7 |
13 |
3 |
3 |
7 |
17 |
20 |
20 |
||||
|
1998 |
19 |
20 |
19 |
23 |
28 |
17 |
5 |
15 |
11 |
2 |
8 |
13 |
12 |
23 |
18 |
||||
|
1999 |
11 |
16 |
21 |
38 |
40 |
35 |
41 |
39 |
28 |
4 |
4 |
3 |
4 |
3 |
4 |
||||
|
2000 |
14 |
14 |
22 |
26 |
19 |
24 |
22 |
29 |
21 |
- |
2 |
5 |
5 |
14 |
27 |
||||
|
2001 |
27 |
31 |
30 |
45 |
44 |
56 |
64 |
42 |
34 |
- |
8 |
11 |
11 |
22 |
31 |
||||
|
2002 |
41 |
36 |
31 |
26 |
10 |
7 |
6 |
- |
- |
3 |
9 |
0 |
0 |
6 |
12 |
||||
|
2003 |
31 |
31 |
30 |
37 |
35 |
36 |
36 |
36 |
31 |
- |
9 |
6 |
4 |
11 |
7 |
||||
|
2004 |
12 |
19 |
30 |
36 |
47 |
47 |
37 |
29 |
9 |
- |
4 |
20 |
21 |
17 |
14 |
||||
|
2005 |
18 |
2 |
19 |
44 |
51 |
63 |
65 |
72 |
70 |
- |
- |
1 |
5 |
13 |
26 |
||||
|
2006 |
22 |
23 |
27 |
31 |
39 |
49 |
50 |
50 |
51 |
1 |
6 |
2 |
- |
2 |
5 |
||||
|
2007 |
1 |
0 |
7 |
16 |
29 |
31 |
25 |
- |
- |
0 |
7 |
8 |
9 |
8 |
6 |
||||
|
2008 |
7 |
7 |
17 |
20 |
20 |
13 |
6 |
3 |
2 |
- |
1 |
4 |
0 |
2 |
5 |
||||
|
2009 |
7 |
12 |
16 |
22 |
23 |
29 |
30 |
26 |
15 |
1 |
3 |
- |
9 |
8 |
13 |
||||
|
2010 |
22 |
23 |
25 |
30 |
40 |
55 |
49 |
45 |
25 |
- |
- |
0 |
2 |
5 |
12 |
||||
|
2011 |
20 |
23 |
33 |
37 |
44 |
42 |
43 |
38 |
30 |
13 |
1 |
- |
0 |
4 |
- |
||||
|
2012 |
12 |
23 |
23 |
24 |
30 |
37 |
38 |
40 |
37 |
- |
- |
14 |
13 |
13 |
15 |
||||
|
2013 |
23 |
29 |
44 |
51 |
46 |
45 |
47 |
61 |
65 |
- |
- |
8 |
13 |
13 |
6 |
||||
|
2014 |
4 |
11 |
16 |
16 |
11 |
5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
||||
|
2015 |
11 |
20 |
20 |
22 |
23 |
20 |
9 |
- |
- |
7 |
13 |
2 |
3 |
8 |
19 |
||||
|
2016 |
14 |
14 |
22 |
26 |
19 |
24 |
22 |
22 |
21 |
- |
2 |
5 |
5 |
14 |
27 |
||||
|
2017 |
7 |
12 |
16 |
22 |
23 |
13 |
6 |
4 |
3 |
4 |
3 |
2 |
9 |
8 |
13 |
||||
|
2018 |
22 |
23 |
27 |
16 |
11 |
5 |
15 |
11 |
12 |
||||||||||
Приложение 2
29