Исследование динамики процессов снеготаяния методами геоинформационного моделирования (на примере территории Пермского края)

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
123

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
2013. Вып. 4

УДК 551.323:004.9

С.В. Пьянков, А.Н. Шихов

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССОВ СНЕГОТАЯНИЯ МЕТОДАМИ 
ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ТЕРРИТОРИИ 
ПЕРМСКОГО КРАЯ)

Предложена методика пространственного моделирования процессов снеготаяния на основе данных стандартной сети метеонаблюдений. Методика реализуется средствами ГИС-технологий. При расчете учитываются статистические зависимости снегонакопления и интенсивности снеготаяния от параметров рельефа и типов подстилающей поверхности. На основе предложенной методики проведены расчеты снеготаяния на водосборах рек 
Уральского Прикамья, за 2010 – 2012 гг. Оценка достоверности результатов вычислений выполнена по материалам снегомерных съемок и по данным дистанционного зондирования Земли.

Ключевые слова: снежный покров, интенсивность снеготаяния, запас воды в снежном покрове, геоинформационное моделирование, данные дистанционного зондирования Земли.

Интенсивность поступления талых вод на водосборы рек является важнейшим фактором, опре
деляющим объем стока, максимальные расходы и уровни весеннего половодья. В связи с этим исследованию процессов снеготаяния уделяется большое внимание как в России, так и за рубежом. Основным препятствием для повышения точности расчетов снегонакопления и снеготаяния в моделях 
формирования весеннего стока остается низкая плотность и нерепрезентативность сети метеонаблюдений. В то же время с применением цифровых моделей рельефа (ЦМР) и карт типов растительного 
покрова, полученных на основе дешифрирования данных космической съемки, появилась возможность создания пространственных (распределенных) моделей, не только для тестовых водосборов, но 
и для обширных территорий. Одним из эффективных инструментов реализации таких моделей при 
решении гидрологических задач  являются геоинформационные технологии [1-4]. 

В настоящей статье рассмотрен опыт применения методов пространственного моделирования 

процессов снегонакопления, снеготаяния и поступления талых вод на водосборы рек Уральского 
Прикамья. Верификация результатов основана на их сопоставлении с данными дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и с данными снегомерных съемок на сети метеостанций и гидропостов. 

Теоретической основой расчета интенсивности снеготаяния на заданном отрезке времени явля
ется уравнение теплового баланса снежного покрова, предложенное П.П. Кузьминым [5]. 










t

Н
П
И
К
Р
dt
W
W
W
W
W

0

'
'
'
'
'

В
W
,
(1)

где WР – радиационный баланс, WК

' – турбулентный поток тепла, WИ

' – поток тепла на испарение сне
га, WП

' – теплообмен с почвой, WН

' – поток тепла на нагревание снежной толщи (штрихами обозначе
ны производные по времени). 

Для расчета интенсивности снеготаяния по методу П.П. Кузьмина необходимо иметь комплекс 

наблюдений за суммарной радиацией, альбедо, эффективным излучением поверхности снега, температурой и влажностью воздуха, скоростью ветра, градиентами температуры почвы и снега, твердыми 
и жидкими осадками, общей и нижней облачностью. В связи с отсутствием подобных данных для 
водосборов крупных рек предложено несколько альтернативных подходов к расчету снеготаяния. 

В работах [5; 6] обоснована возможность расчета снеготаяния по методу теплового баланса на 

основе данных стандартных метеонаблюдений. Аналогичный подход применяется и в модели формирования весеннего стока, разработанной Институтом водных проблем РАН [7; 8]. Существенные 
ошибки (до 8-10 мм/сутки) при расчете теплового баланса снежного покрова, по данным стандартных 
метеонаблюдений, связаны с учетом влияния облачности на радиационный теплообмен [6; 9]. 

В связи с низкой точностью расчета радиационного теплообмена, по данным стандартной сети 

наблюдений, Е.Г. Поповым предложены эмпирические формулы, позволяющие оценить радиационную и адвективную составляющие снеготаяния с шагом 0,5 суток на основе данных о суточном ходе 
температуры воздуха и скорости ветра [6; 9]. 

Для дневной части суток: