СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНО-СТРАТИГРАФИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОЕНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА Российский патент 2019 года по МПК G01N1/04 

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).

Область использования изобретения - исследования физических свойств снежного покрова. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют закладку снежного шурфа прямоугольного сечения, затем 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. 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. Технический результат - повышение достоверности определения структурно-стратиграфических особенностей строения снежного покрова. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения структурно-стратиграфических особенностей строения снежного покрова, включающий закладку снежного шурфа, установку снегоизмерительной рейки, визуальное определение структурно-стратиграфических особенностей строения снежного покрова, отличающийся тем, что 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.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в условиях глубокого снега используют пластину-экран, собранную из модульных пластин, скрепленных между собой «в стык».

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что снегоизмерительную рейку закрепляют в снежном шурфе рядом со снежным блоком in situ с помощью кронштейна.