Simulating the Dynamics of the Characteristics of Snow Cover Formation Regime in the Russian Federation Territory. 2. Forest Areas of ER in the Historical Period

E. M. Gusev; Гусев Е. М.; O. N. Nasonova; Насонова О. Н.; E. E. Kovalev; Ковалев Е. Э.; E. A. Shurkhno; Шурхно Е. А.

doi:10.31857/S0321059623040119

Моделирование динамики характеристик режима формирования снежного покрова на территории Российской Федерации 2. Лесные участки ЕТР в исторический период

Авторы: Гусев Е.М.¹, Насонова О.Н.¹, Ковалев Е.Э.¹, Шурхно Е.А.¹
Учреждения:
1. Институт водных проблем РАН
Выпуск: Том 50, № 4 (2023)
Страницы: 438-450
Раздел: МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ГИДРОЛОГИИ СУШИ
URL: https://journal-vniispk.ru/0321-0596/article/view/134870
DOI: https://doi.org/10.31857/S0321059623040119
EDN: https://elibrary.ru/QIQMNM
ID: 134870

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Проведена проверка методики расчетов различных характеристик формирования снежного покрова для лесных участков Европейской территории России для исторического периода (1967−2019 гг.), основанной на использовании модели взаимодействия подстилающей поверхности суши с атмосферой SWAP. Сопоставление результатов моделирования с соответствующими данными наблюдений продемонстрировало хорошее качество воспроизведения динамики снегозапасов на указанных объектах. Проведен анализ изменения климатических значений характеристик формирования снежного покрова на протяжении исторического периода, что позволило выявить тенденции изменения этих характеристик для лесных участков указанной территории. Так, получено, что несмотря на сокращение продолжительности залегания снежного покрова, происходит увеличение его мощности, в частности рост максимальных снегозапасов. Проведена оценка различий характеристик формирования снежного покрова на полевых и лесных участках Европейской территории России. Среднее по территории значение коэффициента снегонакопления в лесу по отношению к полю оказалось больше единицы. В то же время климатические изменения за исторический период ведут к уменьшению со временем значения этой характеристики.

Ключевые слова

снегозапасы, период залегания снежного покрова, LSM модель SWAP, коэффициент снегонакопления, проект ESM-SnowMIP.

Список литературы

Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – Мировой центр данных (ВНИИГМИ-МЦД). http://meteo.ru (дата обращения: 09.03.2022)
Гусев Е.М., Насонова О.Н. Моделирование тепло- и влагообмена поверхности суши с атмосферой. М.: Наука, 2010. 328 с.
Гусев Е.М., Насонова О.Н. Параметризация процессов тепловлагообмена в бореальных лесных экосистемах // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37. № 2. С. 182–200.
Гусев Е.М., Насонова О.Н. Параметризация процессов тепловлагообмена в системе “грунтовые воды–почва–растительный/снежный покров–атмосфера” для территорий с четко выраженной сезонной изменчивостью климата // Почвоведение. 2000. № 6. С.733–748.
Гусев Е.М., Насонова О.Н. Расчеты формирования снежного покрова в различных природных условиях на основе модели взаимодействия поверхности суши с атмосферой SWAP // Лед и снег. 2019. Т. 59. № 2. С. 167–181.
Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я. Моделирование стока на малых водосборах в зоне многолетней мерзлоты на основе модели SWAP // Вод. ресурсы. 2006. Т. 33. № 2. С. 133–145.
Гусев Е.М., Насонова О.Н., Ковалев Е.Э., Шурхно Е.А. Моделирование динамики характеристик режима формирования снежного покрова на территории Российской федерации. 1. Полевые участки ЕТР в исторический период // Вод. ресурсы. 2023. Т. 50. № 4.
Гусев Е.М., Насонова О.Н., Ковалев Е.Э., Шурхно Е.А. Сценарные прогнозы изменения снегозапасов в связи с возможными изменениями климата в различных районах земного шара // Вод. ресурсы. 2021. Т. 48. № 1. С. 100–113.
Мишон В. М. Теоретические и методические основы оценки ресурсов поверхностных вод в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения европейской части России. Автореф. дис. … докт. геогр. наук. Воронеж: ВГУ, 2007. 64 с.
Природные зоны России с севера на юг. https://ru-static.z-dn.net/files/de9/ 28eeef6535ff591473f0a148973f5097.jpg (дата обращения: 10.06.2022)
Сосновский Н.И., Осокин Г.А., Черняков А.В. Влияние климатических изменений на высоту снежного покрова в лесу и поле в первой декаде XXI века // Криосфера Земли. 2018. Т. XXII. № 2. С. 91–100. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2018-2(91-100)
Федоров С.Ф. Исследование элементов водного баланса в лесной зоне европейской территории СССР. Л.: Гидрометиздат, 1977. 264 с.
Черных Д.В., Золотов Д.В., Першин Д.К., Бирюков Р.Ю. Пространственно-временнáя дифференциация снежного покрова в бассейне р. Касмалы (Алтайский край) // Вод. ресурсы. 2019. Т. 46. № 4. С. 359– 369.
Andreassian V. Waters and forests: from historical controversy to scientific debate // J. Hydrol. 2004. V. 291. № 1–2. P. 1–27.
Bartlett P.A., MacKay M.D., Verseghy D.L. Modified snow algorithms in the Canadian Land Surface Scheme: Model runs and sensitivity analysis at three boreal forest stands // Atm.–Ocean. 2006. V. 44. P. 207–222. https://doi.org/10.3137/ao.440301
Bonner H.M., Raleigh M.S., Small E.E. Isolating forest process effects on modelled snowpack density and snow water equivalent // Hydrol. Processes. 2022. V. 36 (1). e14475. https://doi.org/10.1002/hyp.14475
Boone A., Habets F., Noilhan J., Clark D., Dirmeyer P., Fox S., Gusev Y., Haddeland I., Koster R., Lohmann D., Mahanama S., Mitchell K., Nasonova O., Niu G.-Y., Pitman A., Polcher J., Shmakin A.B., Tanaka K., van den Hurk B., Verant S., Verseghy D., Viterbo P., Yang Z.-L. The Rhone-aggregation land surface scheme intercomparison project: An overview // J. Clim. 2004. V. 17. P. 187–208.
Champeaux J.L., Masson V., Chauvin F. ECOCLIMAP: a global database of land surface parameters at 1 km resolution // Meteorol. Appl. 2005. V. 12. P. 29–32. https://doi.org/10.1017/S1350482705001519
Essery R., Kim H., Wang L., Bartlett P., Boone A., Brutel-Vuilmet C., Burke E., Cuntz M., Decharme B., Dutra E., Fang X., Gusev Y., Hagemann S., Haverd V., Kontu A., Krinner G., Lafaysse M., Lejeune Y., Marke T., Marks D., Marty C., Menard C.B., Nasonova O., Nitta T., Pomeroy J., Schädler G., Semenov V., Smirnova T., Swenson S., Turkov D., Wever N., Yuan H. Snow cover duration trends observed at sites and predicted by multiple models // The Cryosphere. 2020. V. 14. P. 4687–4698. https://doi.org/10.5194/tc-14-4687-2020
Etchevers P., Martin E., Brown R.D., Fierz C., Lejeune Y., Bazile E., Boone A., Dai Y., Essery R.L., Fernández A., Gusev Y.M., Jordan R.E., Koren V., Kowalczyk E.A., Nasonova N., Pyles R.D., Schlosser A.C., Shmakin A.B., Smirnova T.G., Strasser U., Verseghy D.L., Yamazaki T., Yang Z. Validation of the energy budget of an alpine snowpack simulated by several snow models (Snow MIP project) // Annals Glaciol. 2004. V. 38. P. 150–158. https://doi.org/10.3189/172756404781814825
Gelfan A., Pomeroy J.W., Kuchment L.S. Modeling forest cover influences on snow accumulation, sublimation, and melt // J. Hydrometeorol. 2004. V. 5. P. 785–803.
Gusev Ye.M., Nasonova O.N. The simulation of heat and water exchange at the land–atmosphere interface for the boreal grassland by the land-surface model SWAP // Hydrol. Proc. 2002. V. 16. P. 1893–1919.
Gusev Y.M., Nasonova O.N. The simulation of heat and water exchange in the boreal spruce forest by the land-surface model SWAP // J. Hydrol. 2003. V. 280. № 1–4. P. 162–191.
Hosaka M., Nohara D., Kitoh A. Changes in snow cover and snow water equivalent due to global warming simulated by a 20km-mesh global atmospheric model // SOLA. 2005. V. 1. P. 093‒096. https://doi.org/10.2151/sola.2005?025
Krinner G., Derksen C., Essery R., Flanner M., Hagemann S., Clark M., Hall A., Rott H., Brutel-Vuilmet C., Kim H., Ménard C.B., Mudryk L., Thackeray C., Wang L., Arduini G., Balsamo G., Bartlett P., Boike J., Boone A., Chéruy F., Colin J., Cuntz M., Dai Y., Decharme B., Derry J., Ducharne A., Dutra E., Fang X., Fierz C., Ghattas J., Gusev Y., Haverd V., Kontu A., Lafaysse M., Law R., Lawrence D., Li W., Marke T., Marks D., Nasonova O., Nitta T., Niwano M., Pomeroy J., Raleigh M.S., Schaedler G., Semenov V., Smirnova T., Stacke T., Strasser U., Svenson S., Turkov D., Wang T., Wever N., Yuan H., Zhou W. ESM-SnowMIP. Assessing models and quantifying snow-related climate feedbacks // Geosci. Model Dev. 2018. V. 11. P. 5027–5049.
Menard C.B., Essery R., Arduini G., Bartlett P., Boone A., Brutel-Vuilmet C., Burke E., Cuntz M., Dai Y., Decharmer B., Dutra E., Fang X., Fierz C., Gusev Y., Hagemann S., Haverd V., Kim H., Krinner G., Lafaysse M., Marke T., Nasonova O., Nitta T., Niwano M., Pomeroy J., Schadler G., Semenov V., Smirnova T., Strasser U., Swenson S., Turkov D., Wever N., Yuan H. Scientific and human errors in a snow model intercomparison // Bull. Am. Meteorol. Soci. 2021. V. 102. № 1. P. E61–E79. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-19-0329
Menard C.B., Essery R., Barr A., Bartlett P., Derry J., Dumont M., Fier C., Kim H., Kontu A., Lejeune Y., Marks D., Niwano M., Raleigh M., Wang L., Wever N. Meteorological and evaluation datasets for snow modelling at 10 reference sites: description of in situ and bias-corrected reanalysis data // Earth Syst. Sci. Data. 2019. V. 11. P. 865–880.
Pomeroy J.W., Gray D.M., Hedstrom N.R., Janowicz J.R. Prediction of seasonal snow accumulation in cold climate forests // Hydrol. Processes. 2002. V. 16. № 18. P. 3543–3558.
Räisänen J. Warmer climate: Less or more snow? // Clim. Dyn. 2008. V. 30. P. 307–319. https://doi.org/10.1007/s00382-007-0289-y
Roth T.R., Nolin A.W. Forest impacts on snow accumulation and ablation across an elevation gradient in a temperate montane environment // Hydrol. Earth System Sci. 2016. V. 21. P. 5427−5442.
Rutter N., Essery R.L., Pomeroy J.W., Altimir N., Andreadis K.M., Baker I.T., Barr A.G., Bartlett P., Boone A., Deng H., Douville H., Dutra E., Elder K., Ellis C., Feng X., Gelfan A., Goodbody A.G., Gusev Y.M., Gustafsson D., Hellström R.Å., Hirabayashi Y., Hirota T., Jonas T., Koren V., Kuragina A., Lettenmaier D.P., Li W., Luce C.H., Martin E., Nasonova O.N., Pumpanen J., Pyles R.D., Samuelsson P., Sandells M., Schädler G., Shmakin A.B., Smirnova T.G., Stähli M., Stöckli R., Strasser U., Su H., Suzuki K., Takata K., Tanaka K., Thompson E., Vesala T., Viterbo P., Wiltshire A., Xia K., Xue Y., Yamazaki T. Evaluation of forest snow processes models (SnowMIP2) // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. D06111. https://doi.org/10.1029/2008JD011063
Schlosser C.A., Slater A., Robock A., Pitman A.J., Vinnikov Ya., Henderson-Sellers A., Speranskaya N.A., Mitchell K., Boone A., Braden H., Chen F., Cox P., de Rosnay P., Desborough C.E., Dickinson R.E., Dai Y.-J., Duan Q., Entin J., Etchevers P., Gedney N., Gusev Y.M., Habets F., Kim J., Koren V., Kowlaczyk E.A., Nasonova O.N., Noilhan J., Schaake J., Shmakin A.B., Smirnova T.G., Verseghy D.L., Wetzel P., Xue Y., Yang Z.L. Simulations of a boreal grassland hydrology at Valdai, Russia: PILPS Phase 2(d) // Monthly Weather Rev. 2000. V. 128. № 2. P. 301–321.
Schmucki E., Marty C., Fierz C., Lehning M. Simulations of 21st century snow response to climate change in Switzerland from a set of RCMs // Int. J. Climatol. 2015. V. 35. № 11. P. 3262–3273. https://doi.org/10.1002/joc.4205
Slater A.G., Schlosser C.A., Desborough C.E., Henderson-Sellers A., Robock A., Vinnikov K.Ya., Mitchell K., Boone A., Braden H., Chen F., Cox P.M., de Rosnay P., Dickinson R.E., Dai Y.-J., Duan Q., Entin J., Etchevers P., Gedney N., Gusev Ye.M., Habets F., Kim J., Koren V., Kowalczyk E.A., Nosonova O.N., Noilhan J., Schaake S., Shmakin A.B., Smirnova T.G., Verseghy D., Wetzel P., Xue Y., Yang Z.-L., Zeng Q. The representation of snow in land surface schemes: results from PILPS 2(d) // J. Hydrometeorol. 2001. V. 2. P. 7–25.