проф. В. Благовещенский - зав. лабораторией природных опасностей

М. Мырзахметов, Е. Садвакасов

Институт географии МОН РК, КазНИТУ им Сатпаева

Снежные лавины – это снежные массы, низвергающиеся с горных склонов. Они представляют собой очень опасное природное явление. Объемы лавин могут превышать миллион м³. Они проходят путь более 1 км. Скорости лавин достигают 100 м/с, а сила удара 100 т/м². Лавины могут сбросить с рельсов поезд, разрушить поселок, уничтожить десятки гектаров взрослого леса. Для человека опасны лавины объемом всего в 100 м³.

В Казахстане лавиноопасные территории занимают площадь более 120 тысяч км² [4]. Лавины сходят в горах Алтая, в хребтах Сауыр, Тарбагатай, Жетысу Алатау, Иле Алатау, Кунгей Алатау, Терскей Алатау, Кетмень, Кыргызском, Угамском, Каратау. Очень лавиноопасными являются долины Иле Алатау в окрестностях города Алматы. Здесь лавинной опасности подвержены дороги Алматы-Медеу-Шымбулак, Алматы-Большое Алматинское озеро-Космостанция, каток Медеу, горнолыжные курорты Шымбулак (рисунок 1), Алматау, Акбулак, туристские и альпинистские маршруты. За последние 50 лет в пригородной зоне Алматы в лавинах погибло более 50 человек. Из них 90 % составляют горнолыжники, туристы и альпинисты. Самыми трагические случаи были в 1972 г., когда в одной лавине недалеко от Ворот Туюксу погибло 9 туристов и 1994 г., когда в двух лавинах в районе Мынжылки погибло 11 альпинистов. Сейчас разрабатывается проект горнолыжного курорта Кокжайляу, который тоже будет находиться в лавиноопасной зоне. Все более популярным среди горнолыжников и сноубордистов становится фрирайд (катание по необработанным склонам). Стали появляться в наших горах любители снегоходов, которые соревнуются в подъемах по крутым заснеженным склонам. В Америке фрирайдовцы и сноумобилисты являются самой опасной группой риска. Все это значительно повышает вероятность лавинных катастроф в Иле Алатау.

Одним из наиболее важных мероприятий по предотвращению несчастных случаев от лавин является прогноз лавинной опасности. В Европе разработана 5-ти ступенчатая шкала степени лавинной опасности (таблица 1). В Альпах бюллетени с прогнозом лавинной опасности публикуются в Интернете и СМИ ежедневно рано утром. Их составляют региональные лавинные бюро на основании данных наблюдений за состоянием снежного покрова на станциях и сведений о погоде с автоматических станций. Только в Швейцарии таких пунктов наблюдений более 100.

В Казахстане также ежедневно на сайте Казгидромета публикуется прогноз лавинной опасности. Но он имеет региональный характер, то есть оценивается степень лавинной опасности по целому горному району, например, по Иле Алатау, и выделяется только два уровня лавинной опасности: лавиноопасно и не лавиноопасно. В первом случае рекомендуется не ходить в горы, во втором – не выходить на крутые заснеженные склоны во избежание провоцирования схода лавин. Для организаций, заинтересованных в более подробных прогнозах лавин, выдаются уточненные прогнозы с указанием участков, на которых возможен сход лавин.

Рисунок 1 – Сухая лавина на горнолыжном курорте Шымбулак

Рисунок 2 – Снеголавинная станция Шымбулак

Таблица 1 – Европейская шкала степени лавинной опасности

В Казахстане действуют 2 снеголавинные станции, работающие с 1969 г., на которых измеряется степень устойчивости снежного покрова и ведется измерение метеорологических параметров, необходимых для прогноза лавин. Это Шымбулак в долине реки Малая Алматинка на высоте 2270 м (рисунок 2) и Большое Алматинское озеро в долине Большая Алматинка на высоте 2500 м. Недавно к ним присоединились 2 поста наблюдений: Алматау в долине Котурбулака на высоте 2000 м и Жосалы Кезень в Большой Алматинке на высоте 3340 м.

С этих станций и постов два раза в сутки (в 9 и в 15 часов) в центральный офис в Алматы по радиосвязи передаются данные об осадках, температуре воздуха, высоте снежного покрова, наличии в снежном покрове горизонтов разрыхления, коэффициенте устойчивости снежного покрова и сходе лавин в районе наблюдений. Для долин Малой и Большой Алматинок на основе данных многолетних наблюдений разработаны методы прогноза лавин, которые оправдываются на 90 %. Для других горных районов надежных методов прогноза лавин не существует, так как по ним нет нужной информации.

Даже для хорошо изученных участков прогноз лавин еще недостаточно конкретизирован. Особенно это ощущает на себе горнолыжный курорт Шымбулак. В дни, когда в Интернете публикуется прогноз: «В горах Иле Алатау лавиноопасно. Возможен произвольный сход лавин. Рекомендуется воздержаться от выходов горы», резко сокращается число клиентов Шымбулака и падает выручка курорта и налоговые отчисления в бюджет.

Поэтому повышение надежности лавинных прогнозов является очень актуальной задачей. Для решения этой задачи необходимо принципиально изменить систему сбора и обработки информации о погоде и состоянии снежного покрова. Это можно сделать только с помощью автоматизированных информационных систем с дистанционными датчиками.

В первую очередь необходимо определить, какие параметры нужно измерять для составления прогнозов. Для этого можно использовать опыт, накопленный лавинщиками СССР и Казахстана. Этот опыт изложен в работах [2, 3].

Анализ этого опыта показывает, что для прогноза лавин разных генетических типов используются разные предикторы. В Иле Алатау основными генетическими типами лавин являются: лавины свежевыпавшего снега, лавины оттепелей и смешанные лавины. Перекристаллизационные лавины имеют ограниченное развитие, хотя процессы перекристаллизации обычно подготавливают снежную толщу перед сходом лавин других генетических типов.

Основным условием образования снежных лавин является нарушение устойчивости снежного покрова на горном склоне. Оно возникает тогда, когда силы, удерживающие снег на склон (С+Gfcosα), становятся меньше сил, стремящихся сбросить снег вниз по склону (Gsinα). Здесь С – силы сцепления снега с подстилающей поверхностью или между слоями снега, G – вес снежного покрова, f – коэффициент трения, α – угол наклона склона.

Когда снег выпадает из атмосферы на землю, силы сцепления превышают сдвигающие силы. Иначе снег не задерживался бы на склоне, а сразу скатывался вниз на более пологие участки, что и происходит на скальных обрывах крутизной более 60^о. В дальнейшем нарушение равновесия снежного покрова может произойти двумя путями: за счет повышения веса снега, то есть за счет увеличения сдвигающих сил, либо за счет уменьшения сил сцепления и трения, то есть за счет уменьшения удерживающих сил.

Увеличение веса снега может происходить при новых снегопадах или метелях (если снег лежит на подветренном склоне). Нарушение равновесия снега может произойти также от внешних нагрузок на снежный покров, например при выходе на склон лыжников или снегоходов.

Уменьшение сил сцепления и трения может происходить за счет формирования внутри снежной толщи горизонтов разрыхления под действием процессов перекристаллизации. В результате эти процессов снег из звездчатых снежинок через стадию мелких округлых зерен переходит в стадию крупных ограненных зерен, слабо связанных между собой. Такой снег называется «глубинной изморозью». Развитие слоев глубинной изморози зачастую становится решающим условием для нарушения устойчивости снега и схода лавин. Этот процесс очень длительный, занимающий от 1 до 3 месяцев. Он происходит в начале и в середине зимы.

Быстрое ослабление прочности снега и сил сцепления происходит весной при интенсивных оттепелях за счет появления в снегу свободной воды.

В результате многочисленных экспериментов на снеголавинных станциях СССР были выявлены наиболее информативные предикторы, которые были рекомендованы для использования при разработке прогнозов лавин. Для лавин свежевыпавшего снега такими предикторами являются высота старого снега и прирост высоты снега во время снегопада. Для лавин, связанных с оттепелями главным фактором являются температуры воздуха: максимальная или сумма часовых температур за оттепель. Для метелевых лавин главным предиктором является суммарный перенос снега за метель.

В 2001 г. в Иле Алатау проводился эксперимент по использованию компьютерной программы для прогноза лавин NXD2000, разработанной Швейцарским институтом лавин [1, 5]. Одним из результатов этого эксперимента была оценка важности предикторов для распознавания лавиноопасных ситуаций. Эта оценка производилась путем расчета коэффициента корреляции и оценки веса переменных. Список предикторов и результаты их оценки приведены в таблице 2.

Данные таблицы подтверждают результаты предшествующих исследований. Действительно для прогнозов лавин наибольшее значение имеют водный эквивалент или высота нового снега, сумма положительных температур, высота старого снега и наличие в снежной толще ослабленных горизонтов, которое выражается через коэффициент устойчивости, равным отношению веса снега, лежащего над горизонтом разрыхления к силам сцепления в этом горизонте. Как и следовало ожидать, наибольшее значение имеют показатели, измеренные в день прогноза лавин, но достаточно важное значение имеют и погодные условия в предшествующие дни.

Таким образом, для прогноза лавин необходимо иметь оперативные данные о высоте старого снега, сумме осадков или высоте свежевыпавшего снега, температуре воздуха, наличии ослабленных горизонтов в снежной толще. Эти параметры должны измеряться в зоне формирования лавин. Из этих параметров в дистанционном и автоматическом режиме могут измеряться высота старого и нового снега, осадки и температура воздуха. Измерения прочностных свойств снега и стратиграфии снежного покрова автоматизации не поддаются и могут быть выполнены только человеком. Однако, поскольку их изменчивость во времени не велика, достаточно бывает еженедельных наблюдений на контрольных площадках.

Большой опыт в создании систем наблюдений за условиями лавинообразования накоплен в Швейцарии.

Таблица 2 – Оценка информативности предикторов при распознавании лавиноопасных ситуаций

В настоящее время в Швейцарии действуют более 150 автоматических станций для измерения снега и ветра [6]. Они работают в жестких условиях высокогорья, автономно, с минимальным обслуживанием. Питание от солнечных батарей. Большинство станций используют датчики компании  CampbellScientifics, работающие с высоким разрешением и качеством [7]. Предлагается широкий спектр программируемых функций, управляемых дистанционно.Данные передаются по радио и сохраняются в накопителе на станции.

В Казахстане планируется установить такую станцию на горнолыжном курорте Шымбулак на склоне на высоте 3000 м. Условия этого склона хорошо отражают условия лавинообразования в этом районе.  Данные будут поступать на снеголавинную станцию Шымбулак на высоте 2270 м. Наблюдения за физико-механическими свойствами снега проводятся на снеголавинной станции ежедневно и 1 раз в 7 дней рядом с местом, где будет установлена автоматическая станция.

Рисунок 3 – Автоматическая станция для наблюдений за снежным покровом в Швейцарских Альпах

Использование автоматической    станции позволит специалистам снеголавинной станции круглосуточно получать информацию о погоде в зоне формирования лавин, что, несомненно, скажется на качестве лавинных прогнозов. Если эксперимент окажется успешным, сеть автоматических станций будет расширена.

ЛИТЕРАТУРА

1. Благовещенский В.П., Кондрашов В.П., Есеркепова И.Б., Гасснер М., Латенсер М. Опыт использования программы NXD2000 для прогноза лавин в Заилийском Алатау.  – Материалы гляциологических исследований. Вып. 94. Москва, 2003. С. 115-118.

2.Кондрашов И. В. Прогноз лавин и некоторых характеристик снежности в горах Казахстана. – Л., 1991. - 72 с.

3.Практическое пособие по прогнозированию лавинной опасности. Л., 1979. 200 с.

4.Северский И. В., Благовещенский В. П. Лавиноопасные районы Казахстана. – Алма-Ата, 1990. - 172 с.

5.Gassner M., H. Elter, K. Birkeland 2000. NXD2000: An improved avalanche forecasting program based on the nearest neighbor method. In:             Proceedings of the International Snow Science Workshop, Big Sky USA, pp. 22-30.

6.www.sensalpin.ch

7.www.campbellsci.co.uk