Методы прогноза лавиноопасного периода

Среди всего многообразия методов прогноза лавин известны упрощенные методы прогноза и расчетные методы.

К упрощенным методам прогноза относят методы, основанные:

– на изучении внешнего состояния снежного покрова;

– на изучении стратиграфии снежного покрова;

– на данных о резких переменах погоды и синоптических ситуациях, предшествующих и сопутствующих сходу лавин.

Прогнозы, связанные с внешним состоянием снежного покрова, дают приближенную информацию о начале периода лавинной опасности отдельных лавиносборов. Они основываются на признаках, указывающих на неустойчивость снежного покрова на склоне. К таким признакам относятся:

– трещины в снежном покрове (характерны для снежных досок и сухого снега);

– снежные катыши, рулоны и улитки (характерны для влажного снега);

– нависающие снежные карнизы;

– сильное увлажнение снежного покрова;

– наличие на склоне плотного ветрового наста (снежных досок);

– большое количество (30–50 см) свежевыпавшего или метелевого невязкого снега.

Прогнозы, основанные на изучении стратиграфии, осуществляются с помощью зондирования снежного покрова, которое дает представление о состоянии снежной толщи: мощности снежного покрова; наличии слоев с очень малым сопротивлением погружаемому зонду и пустот; характере подстилающей поверхности; оседании снежного покрова.

Существом метода прогноза, основанном на данных о резких переменах погоды, является анализ синоптических ситуаций, предшествующих и сопутствующих образованию лавин. Этот метод позволяет давать районный прогноз для целого горного хребта со сравнительно большой заблаговременностью, исчисляемой днями. Однако он не позволяет выдавать точную информацию о моменте начала лавиноопасного периода.

Расчетные методы прогноза лавин основаны на данных, получаемых в ходе непосредственных наблюдений за ходом метеорологических элементов и изменениями в снежной толще. Эти методы базируются на том, что возникновение лавин начинается не сразу после перелома погоды, а спустя некоторый промежуток времени, необходимый для изменения соотношения сил внутри снежной толщи под влиянием перелома погоды. Данный промежуток времени позволяет дать оценку этих изменений. Для лавин, непосредственно связанных с метеорологическими факторами, указанный промежуток времени невелик, поэтому и заблаговременность прогноза будет небольшой. Для лавин, обусловленных и влиянием метеорологических факторов, и процессами, происходящими внутри снежной толщи при таянии, заблаговременность будет большей. Теоретической основой для расчетных методов прогнозов является уравнение устойчивости снежного покрова на склоне. Формула для расчета критической мощности снежного покрова для лотковых лавин имеет вид:

, (2.78)

где С_сд – сопротивление сдвигу;g_сп – объемный вес снежного покрова; f_тр – коэффициент внутреннего трения;a – угол наклона склона.

Существует несколько расчетных методов прогнозов, каждый из которых предназначен для определенных условий образования лавин:

– прогноз лавин, связанных со снегопадами и метелями;

– прогноз лавин, связанных с оттепелями;

– прогноз лавин, возникающих при выпадении дождя на снежный покров, весеннем снеготаянии и радиационных оттепелях;

– прогноз лавин, возникающих при резком понижении температуры;

– прогноз лавин, возникающих при воздействии нескольких факторов.

Прогноз лавин, обусловленных снегопадами, основан на уравнении (2.78). Зная величину H_СПкр, время наступления лавиноопасного периода от начала снегопада можно определить из уравнения:

, (2.79)

где i_СП – интенсивность нарастания снежного покрова в м/час, или из уравнения:

. (2.80)

Величины i_СП, g_СП, С_сд, f_тропределяются экспериментально в лавиносборе, типичном для данного района, и на типичной высоте.

Для выдачи прогноза необходимо:

– определить время от начала снегопада до момента образования слоя нового снега толщиной 3–5 см, откуда находят величину i_СП в м/ч;

– определить экспериментальным путем i_СП, С_сд, f_тр;

– подставив полученные значения в уравнение (2.80), рассчитать момент наступления лавиноопасного периода.

Дальнейшее упрощение методики прогнозирования возможно при использовании зависимостей вида:

Т_ЛП = F(i_СП ) (2.81)

или

Т_ЛП = F(R), (2.82)

где R – интенсивность осадков в мм/мин.

Для метелевых лавин прогноз можно выдавать, используя также (2.78). Для районного прогноза можно использовать зависимость вида:

Т_Л = F(V); (2.83)

Т_ЛП = F(m),(2.84)

где V – скорость ветра в м/с; m – величина метелевого переноса в г/см² мин.

Прогноз лавин, связанных с оттепелями, возможен для целого района. В общем виде уравнение для определения начала лавиноопасного периода имеет вид:

(2.85)

где: – максимальная температура за время оттепели; – интенсивность повышения температуры во время оттепели; T_от – продолжительность оттепели.

Все эти параметры оказывают влияние на величину С_сд в правой части уравнения (2.78). Для случая прогнозирования лавин, обусловленных выпадением дождя, время наступления опасного периода от момента начала дождя можно рассчитать по формуле:

, (2.86)

где H_в – запас воды в снежном покрове;b_в – содержание свободной воды в снежном покрове до начала дождя; R – интенсивность осадков, при этом делается допущение, что интенсивность дождя не изменяется.

Когда лавины обусловлены весенним снеготаянием и радиационными оттепелями, зная запас воды в снежном покрове H_в в данном лавиносборе, сумму положительных средних суточных температур с начала снеготаяния до момента выдачи прогноза St°, величину стаивания на один градус положительной средней суточной температуры воздуха d₁° и прогноз средних суточных температур на ближайшие дни t°₁, t°₂, t°₃, ...., t°_n, можно спрогнозировать момент наступления лавиноопасного периода из уравнения

0,1Н_в – d₁° St° – d₁° t°₁ – d₁° t°₂ – ... d₁° t°_n = 0. (2.87)

Решение уравнения производится путем подбора.

Когда лавины возникают при резком понижении температуры, величина сдвигающего усилия t_сд, возникающего в результате охлаждения снежного покрова, выражается формулой:

(2.88)

где a_сж – коэффициент температурного сжатия снежного покрова; E – модуль нормальной упругости; m – коэффициент бокового расширения снежного покрова;Dq – градиент температуры охлаждающей толщи снега.

Суммируя величину t_сдс составляющей силы тяжести, действующей поперек склона, получают суммарную силу, стремящуюся сдвинуть снежный пласт. Сравнение этой величины с суммой сил, удерживающих снежный покров на склоне, дает представление об его устойчивости.

В реальных условиях лавина нередко возникает в результате сочетания ряда факторов, например, снегопад сочетается с оттепелью. Тогда время возникновения лавины будет зависеть не только от мощности старого снежного покрова, и критическая мощность снежного покрова Н_СПкр равна:

Н_СПкр= Н_СТ +Т_ЛП i_{СП .} (2.89)

Время начала лавиноопасного периода определяется по формуле:

. (2.90)

Принимая С_сд, g_СП, f_три aпостоянными, получаем

Т_ЛП = (i_СПH_СТ) (2.91)

или в случае дождя

Т_ЛП = F(R, H_СТ). (2.92)

Для каждого района можно оценить экспериментальным путем минимальную сумму осадков, дополнительная нагрузка от которых вызывает возникновение лавин смешанного типа. Определив эту величину, и зная интенсивность выпадения осадков, можно определить время начала лавиноопасного периода. На этом принципе основаны фоновые прогнозы. Фоновый прогноз составляется на основе данных анализа синоптических ситуаций, метеорологических элементов и специальных снеголавинных наблюдений в данном регионе. Например, для территории Кавказа рекомендуются следующие прогностические зависимости:

(2.93)

(2.94)

где Т_ЛП– время от начала снегопада до лавиноопасного периода, ч; Н_СТ – толщина старого снега перед началом снегопада, см; измеряется в местах, максимально приближенных к тем, где происходит отрыв лавин; Х – сумма осадков (в слое воды) за первые сутки снегопада, км, берется ориентировочно из текущих метеорологических наблюдений;DН_СП – прирост толщины снежного покрова за первые сутки снегопада, см, находится расчетом по ожидаемым суммам осадков Х и плотности свежевыпавшего снега; Н_СПкр – критическая высота снежного покрова, вычисленная по формуле:

Н_СПкр= 17200a^–2[(0,9 + r_СП)⁶+(0,99 +r_СП)⁶], (2.95)

где a – крутизна склона, градус;r_СП – плотность снега, г/см³.

Из расчета по этим формулам выбирается наименьшее время Т_ЛП.

Пример

В зоне отрыва лавин на склонах крутизной 40° высота старого снега составляет 135 см, плотность его 0,32 г/см³. Критическая высота снежного покрова

Н_СПкр = 17200α^–2[(0,9 + 0,32)⁶+(0,99 +0,32)⁶] :40² =53 (см).

За первые сутки снегопада выпало 18 мм (в слое воды), что при плотности свежевыпавшего снега 0,09 г/см³ соответствует

(см) слоя снега.

Время от начала снегопада до лавиноопасного периода на основании прогностических зависимостей, ч:

;

.

Наименьшее расчетное время до лавиноопасного периода – 27,3 ч от начала снегопада.

Заблаговременность прогнозов с помощью методов, основанных на изучении хода отдельных метеорологических элементов и изменений, происходящих в снежном покрове, невелика и исчисляется часами. Это связано с тем, что метеорологическая служба не выдает прогнозов интенсивности осадков, интенсивности и продолжительности оттепели и т. п.