16/10/2023
0Лучшее понимание взаимодействия между снежным покровом и лесом поможет улучшить гидрологические модели и, таким образом, обеспечить защиту населения от наводнений. (Бенжамен Бушар)
Более шести месяцев в году бореальные леса Квебека покрыты толстым слоем снега. Хотя это важно для баланса экосистем, для людей, живущих ниже по течению от лесных водоразделов, снег может cтать дамокловым мечем, висящим над их головами.
Крупные наводнения весны 2023 года в регионе Шарлевуа показывают, почему снежный покров представляет опасность.
Прошлой зимой водораздел Ривьер-дю-Гуфр, почти 75 процентов которого покрыт лесами , накопил большое количество снега. Таяние снежного покрова в сочетании с чрезвычайно интенсивными дождями помогло вытолкнуть реку из русла, вызвав беспрецедентное наводнение в Бэ-Сен-Поль .
1 мая 2023 года река Ривьер-дю-Гуфр вышла из берегов, причинив значительный ущерб. Фотография сделана 14 мая 2023 года. (Бенжамен Бушар), предоставлено автором
В рамках своей докторской диссертации в Университете Лаваля в сотрудничестве с Sentinel North я изучаю влияние свойств снежного покрова на гидрологию водораздела в бореальных лесах.
Дождь как носитель энергии
Как мы видели весной 2023 года, дожди в сочетании со снежным покровом могут привести к внезапному повышению уровня воды в реке. Одна из причин этого заключается в том, что дождевая вода передает тепло снегу.
Теплообмен происходит между дождем и снегом, когда их температуры различаются. Снег прогревается, а дождь остывает. Как только снег достигает температуры 0°C, любое дополнительное тепло от дождя вызывает его таяние.
Таким образом, снежный покров с температурой около 0 C, типичный для весны, и обильные осадки при высоких температурах вместе создают условия, при которых как талая, так и дождевая вода способствуют увеличению стока воды. Это увеличивает вероятность наводнений. Однако это произойдет только в том случае, если образующаяся вода сможет легко течь сквозь снежный покров.
С другой стороны, холодный снежный покров в сочетании с низкотемпературными осадками может привести к замерзанию дождевой воды в снегу. Эта вода останется в снегу и не будет представлять опасности затопления.
Ведь теплообмен идет в обе стороны!
Снежный покров – сложно структурированная среда.
Снежный покров представляет собой пористую среду, не имеющую однородных физических свойств. Скорее, это стопка слоев снега, отражающая историю зимних метеорологических явлений. Дождевая вода должна просачиваться через все слои снега, чтобы достичь земли и, в конечном итоге, водотока.
Некоторые слои, например мелкозернистые слои и прослойки льда, ограничивают поток воды через снег. Напротив, крупнозернистые слои с более крупными порами облегчают ток воды. В результате они позволяют дождевой и талой воде быстро достигать земли.
Слой льда на фото замедляет течение воды. Фотографии сделаны 8 мая 2019 года. (Бенжамен Бушар), предоставлено автором
Роль леса
Структура снежного покрова влияет на риск наводнений. Но какое влияние на структуру снега оказывают леса?
Перехватывая часть осадков в твердом виде (снег), деревья ограничивают накопление снега на земле. Это, в свою очередь, способствует росту снежных зерен и пор на земле за счет восходящего потока водяного пара. Кроме того, выброс перехваченного деревьями снега в твердом или жидком виде увеличивает неоднородность снежного покрова . Эти процессы способствуют быстрому течению воды в снежном покрове, образующемся под деревьями.
Хвойные породы зимой перехватывают значительное количество снега. Фотография сделана 5 декабря 2018 года. (Бенжамен Бушар), предоставлено автором
Везде одинаково?
Лесной покров в бореальных лесах далеко не однороден. Это больше похоже на редкую растительность с безлесными зонами. В этих промежутках структура снежного покрова сильно отличается от таковой под деревьями.
Большее скопление снега в промежутках способствует уплотнению слоев снега и образованию мелких зерен. Кроме того, суточные циклы перемерзания поверхности приводят к образованию низкопроницаемых слоев льда.
Поэтому снежный покров в промежутках менее благоприятен для просачивания воды на землю, чем под деревьями .
Но значит ли это, что наличие разрывов снижает риск затопления? Не совсем.
Бореальный лес выглядит как мозаика из деревьев и пробелов, а не как однородный слой растительности. Фотография сделана 4 апреля 2023 года в лесу Монморанси, к северу от Квебека. (Бенжамен Бушар), предоставлено автором
Снег тает быстрее в просветах
Структура снежного покрова – лишь один из факторов, влияющих на наводнение. Замерзшая земля, ограничивающая инфильтрацию, а также быстрое таяние снега также повышают риск наводнений.
В бореальных лесах Квебека, хотя земля в промежутках между деревьями не замерзает из-за изолирующего характера снежного покрова, скорость таяния намного выше, поскольку солнечная радиация сильнее, чем под деревьями, особенно весной.
Хотя в промежутках будет скапливаться больше снега, он тает быстрее и достигает водотока быстрее, чем снег под деревьями. Это увеличивает расход воды и, как следствие, риск наводнений.
Сочетание более толстого снежного покрова в промежутках и более проницаемых слоев снега под деревьями способствовало затоплению реки Ривьер-дю-Гуфр во время сильных дождей весной 2023 года.
Подобные дожди будут продолжать увеличиваться по мере повышения глобальной температуры . Однако расширение знаний о взаимодействии между снежным покровом и лесом поможет улучшить гидрологические модели и обеспечить лучшую защиту населения от наводнений.
