Прогнозирование лавинной опасности
В этом разделе рассказывается о научном подходе к прогнозированию лавинной опасности.
Виды прогнозов
В настоящее время применяется три вида прогнозов лавинной опасности — фоновый мелкомасштабный для горной территории, фоновый крупномасштабный для горного бассейна или группы лавиносборов и детальный для заданного лавиносбора или лавиноопасного склона (локальный прогноз).
Лавинный прогноз предполагает заблаговременное определение некоторого временного интервала, в течение которого снегонакопление и процессы метаморфизма могут привести к нарушению устойчивости снежного покрова и образованию лавин. Он тесно связан с прогнозом метеорологических условий, так как вид, интенсивность выпадения, количество атмосферных осадков, метелевый снегоперенос, температура и влажность воздуха и другие характеристики метеорологических условий непосредственно влияют на состояние и устойчивость снежного покрова.
Фоновый прогноз заключается в оценке лавинной опасности в рассматриваемом горном районе и выдается в виде «лавиноопасно» или «нелавиноопасно». Заблаговременность прогнозов лавин ограничивается отсутствием количественных методов длительного прогноза интенсивности осадков, интенсивности и продолжительности оттепели и других, метеорологических показателей в горах. Обычно она измеряется часами, а зачастую прогноз выдается с «нулевой» заблаговременностью, т. е. дается лишь текущая оценка лавинной опасности.
Локальный прогноз предусматривает определение показателей устойчивости снежного покрова в зоне зарождения лавин конкретного лавиносбора и времени до предполагаемого самопроизвольного схода лавин, оценку вероятного объема и дальности выброса лавины, выбор оптимальных условий для ликвидации лавинной опасности путем искусственного спуска лавины.
Методы прогноза лавин разрабатывались еще в СССР, начиная с 30-х годов, сначала в Хибинах, затем на Кавказе, где они нашли широкое практическое применение. В послевоенные годы существенные успехи в прогнозировании лавинной опасности достигнуты также в горах Средней Азии, Казахстана и Южного Сахалина.
Наиболее разработан фоновый прогноз лавин, вызываемых снегопадами и метелями. Достигнуты также определенные успехи в разработке фоновых прогнозов лавин из мокрого снега, основанных главным образом на анализе снегометеорологической обстановки и установленных статистических зависимостей между временем наступления лавинной опасности и изменением факторов, определяющих сход лавин. При этом использует вся доступная информация о строении, плотности и температурном режиме снежного покрова и локальные характеристики его устойчивости.
Методы локальных прогнозов разработаны еще слабо, что обусловлено отсутствием методики и аппаратуры для получения надежной информации о состоянии и свойствах снежного покрова в зонах зарождения лавин, а точность существующих способов определения прочностных характеристик и показателей устойчивости снежного покрова мала.
Прогноз лавин, вызываемых снегопадами и метелями.
Снегопады и метели непосредственно влияют на устойчивость снежного покрова, поэтому лавины, вызванные ими, называют лавинами «прямого действия». Тем не менее, на процессы лавинообразования оказывают существенное влияние и другие факторы. Для качественной оценки вероятности схода лавин оценивают 10 основных лавинообразующих факторов (Снежные лавины, 1965):
— Высота старого снега. Первые снегопады обычно не сопровождаются лавинообразованием. Снег сначала заполняет неровности на склоне, и лишь после этого может возникнуть ровная гладкая поверхность, способствующая соскальзыванию новых слоев снежного покрова. Поэтому вероятность образования лавины тем больше, чем больше высота старого снега до начала снегопада. При этом весьма важно отношение высоты старого снега к характерным размерам неровностей на склоне. Так, на гладких травянистых склонах лавинная опасность может возникать при высоте снежного покрова в 15-20 см, а на склонах с крупными скальными выступами или кустами — лишь при высоте старого снега 1-2 м.
— Состояние старого снега и его поверхности. Характер поверхности снега влияет на сцепление свежевыпавшего снега со старым. Гладкая поверхность ветровых снежных плит или ледяная корка благоприятствуют сходу лавин. Вероятность потери устойчивости свежего снега увеличивается, если такая поверхность была покрыта тонким слоем порошковидного снега. Шероховатая поверхность, ветровые заструги, ноздреватые корки от дождя, наоборот, уменьшают возможность лавинообразования. Особенности старого снега определяют то количество свежевыпавшего или метелевого, которое он может выдержать не разрушаясь, и его способность удерживаться на склонах, не вовлекаясь в лавину при скольжении по нему нового снега. Особенно предрасполагают к лавинообразованию наличие слоев и прослойков глубинной изморози, образование которых в свою очередь определяется типом поверхности склона и термодинамическими условиями процессов перекристаллизации снежного покрова.
— Высота свежевыпавшего или отложенного метелью снега. Увеличение высоты снежного покрова — один из важнейших факторов лавинообразования. Количество выпавшего снега часто используется в качестве показателя потенциальной лавинной опасности. Для каждого района есть определенные критические высоты свежего снега, при превышении которых возникает лавинная опасность. Однако надо всегда помнить, что высота снега как показатель лавинной опасности должна использоваться в сочетании с другими факторами лавинообразования.
— Вид свежевыпавшего снега. Тип выпадающих твердых осадков влияет на механические свойства снежного покрова и его сцепление со старым снегом. Так, при выпадении холодных призматических и иглообразных кристаллов образуется рыхлый снежный покров, характеризующийся малым сцеплением. Он образуется также при выпадении звездчатых кристаллов в морозную безветренную погоду. Если же температура воздуха около 0°, то снежинки во время падения могут соединяться и выпадать в виде крупных хлопьев. Снежный покров из таких частиц быстро уплотняется. Наибольшая вероятность образования лавин возникает при формировании покрова из свежевыпавшего пушистого и сухого мелкозернистого снега; часто образуются лавины из сухого уплотненного снега, а при отложении влажного и мокрого снега лавины возникают редко.
— Плотность свежевыпавшего снега. Наибольшая вероятность образования лавин наблюдается при образовании снежного покрова малой плотности — менее 100 кг/м3. Чем больше плотность нового снега во время снегопада, тем меньше вероятность лавин. Повышение плотности снега уменьшает вероятность возникновения лавин, но это правило не относится к снежным плитам, образующимся во время метелей.
— Интенсивность снегопада (скорость отложения снега). При малой интенсивности снегопада уменьшение показателя устойчивости снежного покрова на склоне в результате увеличения сдвигающих усилий компенсируется увеличением устойчивости за счет повышения сцепления и коэффициента трения при уплотнении снега. По мере увеличения скорости отложения снега влияние увеличения его массы преобладает над влиянием его уплотнения и создаются условия для уменьшения устойчивости снежного покрова и образования лавин. Например, в районах Тянь-Шаня при интенсивности снегопада до 0,15 см/ч лавины не наблюдаются, а при возрастании ее до 0,8 см/ч наблюдаются в 45-75% случаев.
— Количество и интенсивность выпадения осадков — фактор, по существу, соответствующий предыдущему. Он более точно характеризует приращение массы снега на единицу площади горизонтальной проекции склона, в том числе с учетом жидких осадков и метелей.
— Оседание снега. Процессы уплотнения и оседания выпадающего снега увеличивают его сцепление и коэффициент внутреннего трения и этим способствуют повышению устойчивости снежного покрова. Снег малой плотности имеет малую начальную прочность, но быстро уплотняется; плотный снег при большой начальной прочности оседает медленно. Важное значение имеет оседание снега как во время снегопада или метели, так и сразу после их окончания. На лавинообразование иногда оказывает влияние оседание старого снега (например неравномерные осадки снега под прочной снежной плитой могут привести к излому плиты и нарушению ее устойчивости).
— Ветер. Ветровой перенос приводит к перераспределению снежного покрова и к образованию твердых корок, снежных плит и надувов. Ветер образует снежные карнизы, а ниже их, скопления рыхлого снега. Сильный ветер создает подсос воздуха из снежной толщи, чем способствует миграции водяных паров и разрыхлению нижних слоев снега. В процессах лавинообразования ветер играет важную роль, особенно как фактор метелевого снегопереноса и накопления.
— Температура. Влияние температуры на лавинообразование многостороннее. Температура воздуха влияет на вид выпадающих частиц твердых осадков, на формирование, уплотнение и температурный режим снежного покрова. Различия в температуре снежного покрова по глубине определяют скорость и характер процессов метаморфизма. Температура снега существенно влияет на характеристики его вязких прочностных свойств. Быстрое понижение температуры воздуха может приводить к образованию температурных трещин разрыва снежного пласта и возникновению лавин.
В США делались попытки использовать сведения о лавинообразующих факторах для оперативной оценки и прогнозирования лавинной опасности. Для этой цели каждый из перечисленных факторов оценивался по десятибалльной системе в зависимости от его предрасположения к лавинообразованию, затем эти баллы суммировались. Возможная сумма баллов 0 до 100. Чем больше сумма баллов, тем вероятнее сход лавин, 0 означает отсутствие лавинной опасности, а 100 — наибольшую вероятность схода лавин.
Подобные способы оценки лавинообразующих факторов для фоновых прогнозов лавинной опасности применяются и в некоторых лавиноопасных районах России. Для прогноза лавин время снегопадов для района Северного Тянь-Шаня в дополнение к перечисленным 10 факторам используются еще характеристики синоптических процессов и устойчивости снежной толщи. При анализе синоптических процессов, приводящих к снегопадам и сходу лавин, выявлены наиболее типичные ситуации и дана их количественная оценка в баллах. Устойчивость снежной толщи оценивается на основании измерений сопротивления снега сдвигу на экспериментальной площадке и определения показателя устойчивости снежного покрова в зоне зарождения лавин. На основании анализа и статистической обработки материалов наблюдений за лавинами и сопутствующих им метеорологических условий оценена вероятность схода лавин в баллах в зависимости от лавинообразующих факторов.
Общая сумма баллов показывает степень лавинной опасности, c увеличением суммы растет вероятность схода лавин. Подсчет баллов лавинообразующих факторов начинают производить при накоплении 7-8 см нового снега на площадке наблюдений снеголавинной станции. Затем периодически, через определенные промежутки времени, расчет повторяется. При известной скорости прироста толщины снега определяется время до наступления лавинной опасности как время достижения критической высоты снега.
Часто для прогноза лавин используются эмпирические графики связи схода лавин с интенсивностью снегопада, температурой воздуха при снегопаде, скоростью ветра и другими факторами.
Подобные эмпирические графики строятся для выявления связи лавинообразования с сочетанием скорости ветра и температуры воздуха, скорости ветра заданного направления с приростом температуры воздуха, суммарного метелевого переноса и времени и т. п. На Кольском полуострове для прогнозирования лавин из метелевого снега используется график наступления и окончания лавинной опасности в зависимости от интенсивности метелевого переноса (Практическое пособие…, 1979). Прогнозирование основывается на данных метелемерных наблюдений, одновременно с которыми ведутся наблюдения за распределением температуры в снежной толще и за температурой воздуха.
Оправдываемость прогнозов, основанных на эмпирических зависимостях, определяется прежде всего количеством и надежностью используемой метеорологической информации и тем, насколько четко эти зависимости характеризуют лавинную деятельность. Для повышения надежности прогнозов необходимо, чтобы метеорологические площадки располагались в высотной зоне наибольшей повторяемости лавин; Особое внимание следует уделять выделению факторов, наиболее сильно влияющих на лавинообразование в заданном районе, и комплексно использовать их для вероятностно-статистической оценки лавинной ситуации. Важно также своевременно анализировать процессы атмосферной циркуляции, предшествующие сходу лавин из свежевыпавшего и метелевого снега. Это позволяет увеличить заблаговременность прогнозов.
Прогноз лавин, вызываемых метаморфизмом снежного покрова.
Для прогноза лавин необходимо учитывать не только текущие метеорологические условия, но и характеристики всей предыдущей части зимы. Особенно важно знать температурный режим, стратиграфическое строение, плотность и прочностные характеристики снега в зоне зарождения лавин. Проводить непосредственные наблюдения за снежным покровом в этой зоне опасно, поэтому его характеристику определяют на основании дистанционных наблюдений, замеров на опытной площадке и маршрутных снегомерных работ в лавинобезопасных местах вблизи зоны зарождения лавин.
Наиболее опасны склоны с относительно неглубоким, но значительно перекристаллизованным снежным покровом.
Слой глубинной изморози в какой-то момент не выдерживает нагрузки находящейся на нем снежной плиты, происходит ее резкая осадка. Из-за неоднородности осадки возможно образование трещин в плите и нарушение ее устойчивости. Особо неблагоприятные условия возникают при сильном снегопаде или при отложении метелевого снега, когда возникает дополнительная нагрузка на потенциально неустойчивый слой глубинной изморози.
Опасно, когда снегопад при сравнительно высокой температуре воздуха образует пушистый покров, на который в дальнейшем навевается метелевый снег, образующий снежную плиту, где происходит быстрая перекристаллизация пушистого снега.
Неоднородность снежной толщи, особенно наличие в ней корок или слабых слоев, создает возможность схода лавин почти на всех стадиях развития снежного покрова. Поэтому на такие признаки следует обращать особое внимание.
Лавины, вызываемые перекристаллизацией снега, возникают обычно, когда на склоне есть потенциально неустойчивые однослойные или многослойные снежные плиты. На некоторых участках они находятся в локально неустойчивом состоянии и удерживаются на склоне за счет краевых усилий. Нарушение устойчивости этих плит может быть вызвано различными непредвиденными причинами (обрушение снежного карниза, падение камня, проход или проезд лыжника-сноубордиста, неравномерная осадка снега под плитой и т. п.). Выдать прогноз времени схода лавин практически невозможно. Поэтому ограничиваются оценкой вероятности схода лавин и определением времени, когда наиболее целесообразно производить искусственное обрушение снега с лавиноопасных склонов.
С целью получения количественных характеристик снежного покрова для расчетов его локальной устойчивости на лавиноопасных склонах проводится шурфование снежной толщи на заранее выбранных участках с периодичностью в 10 дней. В это время определяют стратификацию снежной толщи, послойную плотность, пределы прочности снега на сдвиг по контактам слоев и на разрыв. Если оказываются участки снежных плит с малым запасом устойчивости, то возникает необходимость учета возможности уменьшения показателя локальной устойчивости снежного покрова вследствие дальнейших процессов перекристаллизации. Если же выявляются участки локальной неустойчивости плит, то это указывает на лавинную опасность.
Для расчета изменений показателя локальной устойчивости в промежутки между обследованиями снежного покрова проводят расчеты интенсивности перекристаллизации и вероятных изменений прочностных свойств снега с использованием информации о метеорологических условиях и температуре снежного покрова. Таким же образом определяются прогнозные оценки вероятного уменьшения устойчивости снежного покрова на основании прогноза метеорологических условий и температурного режима снежной толщи.
Особое внимание уделяется прогнозу лавин при ожидаемом резком понижении температуры воздуха и при снегопаде. Понижение температуры вызывает дополнительные растягивающие напряжения в снежной плите в местах перегибов, что может послужить причиной образования трещины отрыва и нарушения устойчивости плиты. Даже небольшой снегопад может создать дополнительную нагрузку, достаточную для хрупкого разрушения глубинной изморози, нарушения сплошности снежных плит и образования лавин.
Прогноз лавин из мокрого снега.
Массовый сход лавин из мокрого снега обычно происходи весной, когда начинается таяние снега. Такие лавины возможны и зимой в результате оттепелей и выпадения на снежный покров дождя. Прогноз таких лавин основан на анализе наблюдений за температурой, теплообменом и влажностью снежного покрова. Задача прогноза решается на основании анализа лавинообразующих факторов и их критических значений.
На основании анализа метеорологической ситуации в периоды образования лавин из мокрого снега в Западном Тянь-Шане выработаны следующие положения, которыми рекомендуется пользоваться при разработке прогнозов (Практическое пособие…, 1979):
— Лавины из свежевыпавшего мокрого снега образуются в результате интенсивного потепления с переходом температуры воздуха через нуль. Сход лавин происходит, если за снегопад, предшествующий потеплению, сумма твердых осадков составила 10 мм и более.
— Суточный прогноз лавин из свежевыпавшего снега составляется двух видов: «лавиноопасно» и «нелавиноопасно» — с использованием эмпирических графиков связи лавинообразования с температурой воздуха. Кривые на этих графиках определяют критические значения дневной температуры воздуха, которые обусловливают начало лавинной опасности. Прогноз составляется заблаговременно (за 12 ч) и уточняется по фактической температуре воздуха.
— Необходимым условием для схода лавин из старого мокрого снега является устойчивый (более 24 часов) переход температуры воздуха к положительным значениям. Начало периода лавинной опасности определяется по эмпирическому графику, аналогичному для прогноза лавин из свежевыпавшего мокрого снега.
— Прогноз лавин в период выпадения дождя выполняется по графику, характеризующему связь лавинообразования с ночной и максимальной температурой воздуха в дни выпадения дождя на поверхность снежного покрова.
В условиях Внутреннего Тянь-Шаня наиболее тесной оказалась зависимость между водностью снежного покрова к моменту перехода температуры воздуха через 0° к положительным значениям и суммой максимальных дневных значений за период от перехода ее через 0° до схода лавин. Для прогноза используется также график связи времени схода лавин с интенсивностью солнечной радиации.
В некоторых районах используются эмпирические графики связи времени наступления схода мокрых лавин от интенсивности повышения температуры воздуха; лавинообразования со сцеплением снега, снеговой нагрузкой и суммой положительных температур воздуха и другие эмпирические зависимости. Методы прогноза лавин из мокрого снега требуют дальнейшего совершенствования.
По метериалам — Лавиноведение / К.Ф.Войтковский — М., изд-во МГУ, 1989
