Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОРРЕКЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ РЕЕЧНЫХ СНЕГОМЕРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ НА ЭФФЕКТ ОСЕДАНИЯ СНЕЖНОЙ ТОЛЩИ

Изобретение относится к измерениям, а более конкретно к области гляциологии - к измерению баланса массы снежной поверхности. Корректное определение скорости прироста массы снежного покрова необходимо для гляциоклиматических расчетов, для прогноза состояния ледника и для определения вклада ледника в изменение уровня Мирового океана.

Известен взятый за прототип теоретический способ коррекции результатов реечных снегомерных наблюдений на эффект оседания снежной толщи [1].

Способ-прототип коррекции результатов реечных снегомерных наблюдений на эффект оседания снежной толщи заключается в последовательном выполнении следующих действий: измерение длины снегомерной рейки перед ее установкой в снежную толщу, измерение превышения рейки над снегом сразу после установки и вычисление глубины заглубления рейки, определение вертикального профиля плотности снежной толщи от поверхности до глубины с запасом превышающей глубину заглубления рейки, определение средней многолетней скорости снегонакопления в данном районе, расчет поправки в годовое (или месячное) значение прироста высоты снежной толщи по приведенной ниже формуле.

В основе этого способа лежит представление о неизменном во времени вертикальном профиле плотности снежной толщи (так называемый "закон Зорге"), что позволяет рассчитать скорость вертикального опускания любого отдельно взятого слоя снежной толщи:

где - средняя многолетняя скорость снегонакопления в данном районе, а ρ - плотность снежной толщи на данной глубине. Таким образом, поправка на оседание снежной толщи между основанием снегомерной рейки и снежной поверхностью равна:

где ρ₀ - плотность поверхностного слоя снега и ρ_L - плотность снега на глубине основания снегомерной рейки.

Основными недостатками прототипа являются:

1) необходимость априори знать скорость снегонакопления, притом, что снегомерные реечные наблюдения как раз и организуются для ее определения, т.е. заранее она, как правило, не известна;

2) необходимость проводить трудоемкие работы по определению вертикального профиля снежной толщи;

3) допущение о неизменности вертикального профиля снежной толщи, что предполагает неизменность климатических условий на протяжении долгого времени, что, как правило, не соответствует действительности.

Технический результат заявляемого способа заключается в повышении точности и надежности способа коррекции результатов реечных снегомерных наблюдений и значительном уменьшении необходимых для этого усилий.

Технический результат достигается за счет использования только непосредственно измеряемых величин. Задача, решаемая данным способом, состоит в измерении разности скоростей вертикального опускания поверхности снежного покрова и вертикального опускания слоя снега на глубине залегания основания снегомерной рейки, что и является погрешностью определения прироста высоты снега реечным способом с помощью установки дополнительной рейки.

Существо способа поясняется чертежом (Фиг. 1), на котором обозначено: H₁ - начальная высота основной и дополнительной снегомерных реек; D - превышение глубины основания основной рейки относительно глубины основания дополнительной рейки (последняя стремится к нулю); H₂ - высота основной рейки над снежной поверхностью спустя определенный промежуток времени; H₃ - высота дополнительной рейки над снежной поверхностью спустя тот же промежуток времени; D^x - слой D, уплотнившийся в течение этого промежутка времени; Δh - поправка на измерение прироста высоты снежной толщи по основной рейке, равная величине уплотнения слоя D (Δh=D-D^x) и также равная изменению вертикального положения дополнительной рейки относительно основной (H₂-H₃).

Предлагаемый способ коррекции результатов реечных снегомерных наблюдений на эффект оседания снежной толщи заключается в осуществлении следующей последовательности действий:

1) измерение длины снегомерной рейки перед ее установкой в снежную толщу;

2) измерение превышения рейки над снегом сразу после установки и вычисления глубины заглубления рейки;

3) установка рядом с основной рейкой дополнительной рейки таким образом, чтобы глубина ее основания была как можно меньше;

4) определение известным способом с помощью точного уровня (нивелира) вертикального положения реек относительно друг друга;

5) повторное определение относительного вертикального положения реек спустя достаточно большой промежуток времени (год);

6) расчет величины поправки в значение прироста высоты снежной толщи, равной опусканию дополнительной рейки относительно основной рейки - Δh=D-D^x.

Способ коррекции результатов реечных снегомерных наблюдений на эффект оседания снежной толщи осуществляется следующим образом. На снегомерном полигоне рядом были установлены две вехи разной длины. Высота вех над уровнем моря (но необязательно над поверхностью снега, которая может быть неровной) при этом одинакова (H₁), а заглубление вех - разное. Со временем слой снега между основанием двух вех (D) уплотнится под весом вышележащих слоев снега, и его толщина уменьшится на величину Δh. Соответственно, короткая (дополнительная) веха просядет относительно длинной (основной) на такую же высоту. Эта величина, Δh, характеризующая скорость уплотнения слоя D за прошедшее время, и есть искомая поправка в величину прироста высоты снежной толщи. Очевидно, что для получения более надежных результатов заглубление короткой вехи должно быть как можно меньше (стремиться к нулю).

Ход эксперимента: 18 января 2014 года возле вехи №32 снегомерного полигона установлена веха №32bis, имеющая на нижнем основании перпендикулярно прикрученную дощечку, которая препятствует перемещению основания вехи относительно снежной толщи.

Длина вехи №32 равна 367 см, высота - 52 см. Заглубление 315 см.

Длина вехи №32bis равна 110 см. Высота вехи, после того, как она была вкопана в снег, равна 95 см. Заглубление равно 15 см.

С помощью уровня на вехе №32bis была поставлена метка, соответствующая высоте вехи №32, которая находится на расстоянии 383 мм от верха вехи 32bis на стороне, обращенной к вехе 32.

Через год, 22 декабря 2014 г., с помощью уровня была повторно определена относительная высота вех, причем за счет уплотнения нижележащих слоев снега риска на вехе №32bis сместилась вниз на 8 мм. Это величина и является поправкой в величину годового снегонакопления на снегомерном полигоне.

Источники информации

1. Екайкин А.А., Липенков В.Я., Барков Н.И. Пространственно-временная структура поля снегонакопления в районе станции Восток, Восточная Антарктида // Вестник СПбГУ. 1998. Сер. 7. Вып. 4 (28). С. 38-50.