Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНО-СТРАТИГРАФИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОЕНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА

Изобретение относится к области исследования физических свойств снежного покрова и может быть использовано в метеорологии для определения загрязнения атмосферного воздуха.

Известен способ определения структурно-стратиграфических особенностей строения снежного покрова [Наблюдения за снежным покровом // Наставления гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 3, ч. 1. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - С. 99-113], включающий закладку снежного шурфа, установку снегоизмерительной рейки с делением в 1 см и визуальное выявление структурных преобразований снежного покрова при ее нарастании путем определения плотности слоя, наличия в нем включений.

Однако, визуально определение структурных слоев не исключает субъективности. Проверить и сравнить их в камеральных условиях с результатами полученными ранее сложно. Поэтому результаты, полученные данным способом даже на одной площадке, но несколькими специалистами, не всегда и не в полной мере согласуются.

Так как активность сублимационного метаморфизма проявляется в динамике изменчивости структурных преобразований снежных слоев (изменение зернистости снега, формирование в снежном профиле зон уплотнения/разрыхления), то в натурных условиях из-за диффузного рассеивания света, визуальное определение на фронтальной стенке снежного профиля границ слоев, отличающихся по плотности, затруднительно. Это обусловлено тем, что множество одиночных прозрачных ледяных кристаллов, агрегированных в снежные зерна, образуют матово-белую массу, которая выглядит непрозрачной из-за внутреннего рассеяния и отражения света.

Техническим результатом изобретения является создание способа, позволяющего достоверно определить структурно-стратиграфические особенности строения снежного покрова.

Предложенный способ определения структурно-стратиграфических особенностей строения снежного покрова, также как в прототипе, включает закладку снежного шурфа, установку снегоизмерительной рейки, визуальное определение структурно-стратиграфических особенностей строения снежного покрова.

Согласно изобретению после закладки снежного шурфа прямоугольного сечения, с помощью жесткой прямоугольной темной пластины-экрана, высотой выше исследуемого снежного покрова, на расстоянии не более 5 см от края фронтальной стенки шурфа, вертикально отделяют снежный блок in situ. Если в снежном покрове присутствуют прослои оледенелого снега, то толщину полученного снежного блока уменьшают до прозрачности, при которой на темном фоне пластины-экрана визуально различимы снежные слои по плотности и цветовым оттенкам. По профилю сформированного снежного блока с установленной рядом снегомерной рейкой с делением в 1 мм визуально определяют структурно-стратиграфические особенности строения профиля снежного блока. Затем профиль сформированного снежного блока с установленной рядом снегомерной рейкой фотографируют. Далее в камеральных условиях сопоставляют визуальную оценку структурно-стратиграфических особенностей профиля снежного блока с полученным в результате цифровой обработки в графическом редакторе фотоснимком и вносят корректировку в описание структурно-стратиграфических особенностей строения снежной блока, по которому определяют границу зон перекристаллизации снежных зерен и образования глубинного инея в нижней части снежного профиля, выявляют текстурные неоднородности, образовавшиеся в результате уплотнения и сублимационных преобразований выпавшего снега и инея, на основании которых судят о структурно-стратиграфических особенностях строения снежного покрова в исследуемом районе.

Используют пластину-экран из темноокрашенного материала, например, металла, стеклотекстолита, гитенакса, фанеры, обеспечивающий жесткость при установке в слой снега.

В условиях глубокого снега используют пластину-экран, собранную из модульных пластин, скрепленных между собой «в стык».

Снегоизмерительную рейку закрепляют в снежном шурфе рядом со снежным блоком in situ с помощью кронштейна.

Выбор толщины отделяемого снежного блока не менее 5 см обусловлен тем, что от 30 до 88% всей радиации, проникающей в снежную толщу поглощается уже в первом 5-сантиметровом слое снега [Кузьмин П.П. Физические свойства снега. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. - С. 136-141], то есть сквозь 5-сантиметровый слой снега на фоне темноокрашенной пластины-экрана возвращается от 30 до 88% светового потока. Отсюда следует, что при постепенном уменьшении степени прозрачности снежного блока in situ, появляется возможность визуального выделения слоев, различающихся своей плотностью на фоне темноокрашенной пластины-экрана. Такую толщину слоя «прозрачности» выдерживают по всей высоте фронтальной стенки снежного шурфа.

Таким образом, предложенный способ позволяет визуализировать стратиграфически значимые снежные слои (прослои оледенелого снега, образовавшихся при оттепели; ветровые уплотнения - ветровые доски; радиационные ледяные корки), сформировавшиеся в определенных синоптических условиях с конкретной временной привязкой, что позволяет выполнить сопряженный анализ соотношения дисперсных фаз аэрозолей в приземном слое воздуха, поскольку при выпадении снегопадов они сохраняются в снежном слое. Результаты такого анализа могут быть использованы для выявления источников техногенных эмиссий, с которыми связаны и региональный/трансграничный перенос аэрозольного вещества, и последующее, связанное с ним, загрязнение приземного слоя воздуха и снежного покрова.

На фиг. 1 показана фотография трехмодульной пластины-экрана 1, рядом с которой вертикально установлена снегоизмерительная рейка 2, зафиксированная в снежном шурфе с помощью кронштейна 3, погруженного в снег.

На фиг. 2 показана фотография, демонстрирующая прозрачность снежного блока in situ, отделенного пластиной-экраном 1.

На фиг. 3 показана фотография, демонстрирующая результат обработки цифровой фотографии в графическом редакторе.

На фиг. 4 представлен фоторяд, демонстрирующий особенности сублимационного преобразования стратиграфически значимых снегопадов.

На ключевом участке закладывали снежный шурф (фиг. 1) прямоугольного сечения. Использовали тонкую жесткую прямоугольную пластину-экран 1 из темноокрашенного листа трехслойной фанеры, которая состояла из трех модулей, соединенных «в стык» с помощью металлических соединительных накладок-направляющих. В полном сборе линейный размер одной из сторон полученной таким образом прямоугольной пластины-экрана выше исследуемого снежного покрова на ключевом участке.

Чтобы отделить снежный блок in situ, отступали от края фронтальной стенки снежного шурфа на 5 см и вертикально погружали в снег пластину-экран 1 (фиг. 2).

Лопаткой уменьшали толщину выделенного снежного блока in situ, срезая лишний снег до величины, при которой начинали различаться снежные слои разной плотности и цветовых оттенков.

Затем для определения мощности снежных слоев в снежном шурфе перед снежным блоком in situ установили снегомерную рейку 2 с ценой деления 1 мм. Рейку зафиксировали с помощью кронштейна 3, одним концом погруженного в снег и визуально определили структурно-стратиграфические особенности профиля снежного блока.

Сформированный в снежном шурфе снежный блок с установленной рядом снегомерной рейкой с делением в 1 мм сфотографировали.

Для усиления контрастности слоев, различающихся по плотности, в камеральных условиях полученный фотоснимок редактировали в графическом редакторе на компьютере с помощью программного обеспечения (фиг. 3).

Затем проводили сопоставительную визуальную оценку структурно-стратиграфических особенностей строения снежного покрова с результатом обработанного фотоснимка и внесли корректировку в описание структурно-стратиграфических особенностей строения снежного профиля на ключевом участке. Анализ откорректированного снимка позволил установить границу зоны перекристаллизации снежных зерен и образования глубинного инея в нижней части снежного профиля 4, а также выявить чередование светлых 5 и темных 6 прослоев в его верхней части, образовавшиеся в результате уплотнения и сублимационных преобразований выпавшего снега и инея.

Особенности сублимационного преобразования стратиграфически значимых снегопадов и формирования горизонта глубинного инея демонстрируют фотоснимки на фиг. 4. Фоторяд охватывает период с 09.01-17.01.2013 года Строение снежного профиля перед сильным снегопадом демонстрирует фиг. 4 а, где показаны слои 7, 8, 9, различающиеся по плотности. Однако в результате двух обильных снегопадов с 09.01 по 11.01.2013 выпал 10-ти сантиметровый слой очень рыхлого снега 12, в котором различается более плотный прослой из очень мелких снежных зерен инея (фиг. 4б). При этом предыдущий слой 9 (фиг. 4а) прослеженный в снежном разрезе в виде слоя 11 (фиг. 4б), сильно уплотнился. Причем слои 7 и 8 (фиг. 4а) сублимировались, образовав один слой 10 из крупнозернистых снежных кристаллов (фиг. 4б). Общая высота снега составила 560 мм. Но затем установился длительный период (11.01-17.01.2013), когда снегопады отсутствовали. За это время снег уплотнился, и высота снежного покрова составила 510 мм. Текстурные неоднородности в верхней части снежного профиля, вызванные снегопадами, почти полностью сублимировались, образовав однородный снежный горизонт 14, который подстилается менее плотным снежным горизонтом 13, образованным крупными кристаллами глубинного инея (фиг. 4в).