Характеристика климатов Западной Сибири при помощи криоклиматического показателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Характеристика климатов Западной Сибири при помощи криоклиматического показателя

О.В. Мезенцева

Исследованиями теплоэнергетических ресурсов климата Тк и теплоэнергетических ресурсов процесса суммарного испарения Тг, разработкой теоретических основ балансовых расчетов в данной области в разное время занимались Будыко М.И. [1; 2; 3], Мезенцев В.С. [4; 5; 6], Карнацевич И.В. [7; 8], Тусупбеков Ж.А. [9]. Карнацевичем И.В. [7; 8] предложены теоретические основы для теплобалансовых расчетов в умеренных и высоких широтах с учетом затрат Ткр части теплоэнергетических ресурсов климата на сезонные процессы нагревания и протаивания мерзлых грунтов весной. Часть территории суши с сезонным и многолетним промерзанием грунтов (криолитозона) имеют особенную структуру радиационного и теплового баланса. Это было доказано Карнацевичем И.В. [10-17] на многочисленных примерах (Сибирь, Антарктида, Гренландия, Северная Америка, Северная Европа). В связи с этим Карнацевичем И.В. предложено деление территории суши на теплые страны, где величина теплоэнергетических ресурсов климата совпадает с величиной теплоэнергетических ресурсов процесса суммарного испарения , и холодные страны с сезонным или постоянным промерзанием деятельного слоя почвогрунта, где часть теплоэнергетических ресурсов климата тратится на сезонные процессы нагревания и протаивания в мерзлых грунтах, таяния снега и льда, а теплоресурсы испарения не равны теплоресурсам климата. Данный принципиально новый подход к оценке теплоэнергетических ресурсов испарения позволил объяснить многие противоречивые результаты традиционного подхода М.И. Будыко к теплобалансовым расчетам для территорий, расположенных в высоких широтах. История развития методики теплобалансовых расчетов и вклад омских ученых-гидрологов в изучение закономерностей расходования теплоэнергетических ресурсов климата описаны в [18].

Анализ уравнений радиационного и теплового балансов, а также структуры теплоэнергетических ресурсов климата в низких и высоких широтах показывает, что поле теплосодержания деятельного слоя коры планеты более достоверно определяется не величиной радиационного баланса И/год (по Будыко М.И.), а величиной Тк (по Мезенцеву В.С. и Карнацевичу В.С.). При этом в холодных странах (в высоких широтах) процесс суммарного испарения обеспечивается за счет теплоэнергетических ресурсов климата за вычетом затрат Ткр.

Структура теплоэнергетических ресурсов климата в работах [4-7] представлена уравнением:

Тк = И+ + Р+ (1)

Коротковолновая составляющая И+ годовых ТЭР климата в пределах Западной Сибири изменяется субширотно, а ее значения увеличиваются от 1100 МДж/м² на побережьях Ямала, Гыданского полуострова до 2000-2500 МДж/м² на юге Западной Сибири. Величина Р+ представляет собой вертикальную составляющую горизонтального переноса тепловой энергии воздушными массами над поверхностью Земли. В Арктике зимой в среднем приблизительно 1 раз в 5 суток при прохождении циклонов происходит повышение температур воздуха и подстилающей поверхности. За счет этого средняя за зиму величина Р+ достигает на архипелагах Северного Ледовитого океана вблизи побережья Евразии 300 МДж/м², на Арктическом побережье Карского моря - 100-200 МДж/м². В глубине материка, куда теплые воздушные массы не проникают из-за влияния Азиатского антициклона зимой, приток тепловой энергии от атмосферы не превышает 20 МДж/м², то есть практически отсутствует. Территориальные пределы обогревающего влияния океанов ограничены изолинией Р+=0, охватывающей центральные континентальные районы Евразии, наиболее удаленные от Атлантики [19]. Хотя в отдельные годы влияние Атлантики значительно сказывается и на районах с резко континентальным климатом в юго-восточной части Западной Сибири.

Данные исследования базируются на анализе радиационной функции (графика прихода солнечной радиации по часам, суткам, месяцам, сезонам конкретных лет и среднего года) для актинометрических станций и на территориальном обобщении полученных результатов с помощью изолиний радиационных балансовых характеристик и коэффициентов.

При анализе полной суммарной кривой радиационной функции прихода солнечной радиации по суточным и внутригодовым интервалам, согласно [7], выделяются радиационно-светлый и радиационно-темный периоды суток и года. Радиационно-светлый период соответствует периоду с положительными значениями величины измеренного радиационного баланса. Радиационно-темный период соответствует времени наблюдения отрицательных значений величины измеренного радиационного баланса. Карнацевичем И.В. отмечено, что в условиях криолитозоны в радиационно-темный сезон теплосодержание деятельного слоя почвогрунтов уменьшается и отток тепла от поверхности снежного покрова превышает поступление солнечной коротковолновой радиации. Теплоэнергетические ресурсы радиационно-темного времени года будут состоять из величины Р⁺, то есть из вертикальной составляющей горизонтального переноса тепловой энергии воздушными массами над поверхностью Земли. Адвективная составляющая теплоэнергетических ресурсов климата радиационно-темного времени сезона Р⁺ обеспечивает процессы испарения зимой в высоких широтах.

Доля Р+ в структуре Тк называется коэффициентом адвекции климата

Њadv = Р+/Т_к.

Данная величина может быть использована для анализа тепловой адвекции при характеристике климатических условий территории Западной Сибири [19], где радиационно-темный сезон с отрицательными величинами суточных радиационных балансов имеет значительную продолжительность. На севере Западной Сибири данная величина составляет 0,15...0,10, а на юге снижается практически до 0,00, отражая возрастающую степень континентальнсти климатических условий и уменьшение степени адвективности климата в юго-восточной части Западно-Сибирской равнины.

Карнацевичем И.В., Тусупбековым Ж.А. [13; 15] в качестве количественной климатической характеристики также предложено использовать величину криоклиматическо- го коэффициента укр=(Тк-Тг)/Тк. Затраты теплоэнергетических ресурсов на криогенные процессы нагревания и протаивания мерзлых почвогрунтов, таяние снега в весенний период Ткр в условиях Западной Сибири значительны. Их величина зависит от глубины промерзания грунтов, влажности почвы в предзимний период, высоты снежного покрова и достаточно просто вычисляется с использованием величин удельной теплоты плавления льда. Исходные параметры для расчета можно получить из агро-климатических справочников. Оценочные данные величины укр по территории Западной Сибири представлены в таблице 1. Анализ территориальных закономерностей величины данного коэффициента показывает, что доля криоклиматических затрат в структуре энергоресурсов климата должна уменьшаться от полярных широт к умеренным широтам из-за снижения суровости климата и увеличения абсолютных величин климатических энергоресурсов Тк.

Рис.1 Территориальное распределение криоклиматического коэффициента

Закономерности изменения с севера на юг Западной Сибири теплоэнергетических характеристик климата и криоклиматического коэффициента хорошо видны в таблице 1. На рис. 1 представлена карта изолиний криоклиматического коэффициента, построенная с использованием ГИС MapInfo. Карта коэффициента адвекции a_dv как показателя адвективно- сти климата Западной Сибири, а также анализ территориального распределения данной величины приведены в [19]. До использования данной методики оценка степени криогенности климата и вообще описание климатов с точки зрения энергетического и балансового подхода при помощи криоклиматических показателей и показателей адвекции тепла не выполнялись. Хотя данные количественные показатели, полученные на основе анализа природных процессов и отражающие глубинную суть происходящих в природе процессов тепловлагооборота, несомненно составляют определенный интерес для климатологии. Современная классификация климатов производится с учетом преобладания зональных типов воздушных масс над территорией по сезонам. Внутри климатических поясов выделяются климатические области (сектора), связанные со степенью континенталь- ности климата и особенностями циркуляции воздушных масс внутри климатического пояса. Обычно описание климатов выполняется в табличной форме с приложением карт территориального распределения климатических показателей.

Далее приводится климатическое районирование территории Западной Сибири с учетом таких структурных количественных показателей, как криоклиматический коэффициент и коэффициент адвективности климата.

Таблица 2. Характеристика климатов Западной Сибири с учетом дополнительных климатических показателей

Климатическое районирование, учитывающее криоклиматический показатель и коэффициент адвективности климата позволяют более подробно характеризовать климатические различия и объяснять их причины. Так, наличие обогревающего влияния Атлантики в климате Западной Сибири более всего проявляется в северо-западной части умеренного климатического пояса, где выделяется область умеренно-континентального климата, а не в южных районах, где наоборот возрастает степень континентальности климата и уменьшается величина показателя адвекции. Длительный характер залегания снежного покрова и большие глубины промерзания деятельного слоя даже в условиях юга Западной Сибири определяют повсеместно достаточно высокую степень криогенности климата. В целом территориальное распределение криоклиматического коэффициента подчиняется закону географической широтной зональности, и данная величина убывает с севера на юг от 0,5 до 0,1, что говорит об уменьшении влияния криогенных условий на климат.

Библиография

климат криоклиматический тепловой сезонный

1. Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности. - Л.: Гидрометеоиздат, 1956. - 255 с.

2. Будыко М.И. Испарение в естественных условиях. - Л.: Гидрометеоиздат, 1948. - 136 с.

3. Будыко М.И. Атлас “Тепловой баланс Земли”. - Л.: Гидрометеоиздат, 1978.

4. Мезенцев В.С. Метод гидролого-климатических расчетов и опыт его применения для районирования Западно-Сибирской равнины по признакам увлажнения и теплообеспеченности // Труды Омск.с.-х. ин-т. - 1957. - Т. 27.

5. Мезенцев В.С., Карнацевич И.В. Увлажненность Западно-Сибирской равнины. - Л., Гидрометео- издат, 1969. - 168 с.

6. Мезенцев В.С. Гидролого-климатические основы проектирования гидромелиораций: Учебное пособие. Омск, 1993. - 128 с.

7. Карнацевич И.В. Расчеты тепловых и водных ресурсов малых речных водосборов на территории Сибири.Ч.1.Теплоэнергетические ресурсы климата и климатических процессов. - Омск: Изд-во ОмСХИ,1989. - 76 с.

8. Карнацевич И.В. Расчеты тепловых и водных ресурсов малых речных водосборов на территории Сибири.Ч.11. - Омск: Изд-во ОмСХИ. 1991. - 82 с.

9. Карнацевич И.В., Тусупбеков Ж.А. Теплоэнергетические и водные ресурсы водосборов на территории Сибири: Учеб.пособие. - Омск: Изд-во ОмГАУ. 2002. - 60 с.

10. Карнацевич И.В. Теплоэнергетические ресурсы радиационных сезонов в условиях криолитозоны // Метеорология, климатология и гидрология. 1991. № 27. С. 81-89.

11. Карнацевич И.В. Коротковолновая составляющая теплоэнергетических ресурсов климатических процессов на территории СССР // География и природные ресурсы. - 1991. - № 1. - С. 118-123.

12. Карнацевич И.В. Теплоэнергетические ресурсы зимнего периода на территориях полярных стран и Сибири // География и природные ресурсы. - 1992. - № 4. - С. 167-169.

13. Карнацевич И.В., Тусупбеков Ж.А. Криоклиматическая характеристика Евразии // География и природные ресурсы. № 2. 1994. - С. 176-178.

14. Карнацевич И.В. Энергетические ресурсы земной поверхности в холодных странах // Известия РГО, 1995. Т. 127. Вып. 6. С. 10-17.

15. Карнацевич И.В., Тусупбеков Ж.А. Карта криоклиматической характеристики территории Евразии. // Изв. РГО. 1996. Т. 128. Вып. 3. С. 64-65.

16. Карнацевич И.В. Теплоэнергетические ресурсы климатов Антарктиды // Водохозяйственные проблемы освоения Сибири: Сб. научных трудов Омского госагроуниверситета. Омск. 1996. С. 28-35.

17. Карнацевич И.В. Теплоэнергетические ресурсы климатов Северной Америки // Изв. РГО. Т. 134. Вып. 3. 2002. С. 35-39.

18. Мезенцева О.В., Аблова И.М., Балошенко В.И. Вклад сибирских исследователей в изучение теп- ловлагообмена на поверхности суши. - Омск: Омский научный вестник. № 1 (26). 2004. С. 179-182.

19. Мезенцева О.В. Количественная оценка адвекции тепла на территории Западной Сибири. - Омск: Омский научный вестник. № 1 (26). 2004. С. 188-189.

20. Аблова И.М., Балошенко В.И., Игенбаева Н.О., Карнацевич И.В., Мезенцева О.В. Ресурсы и закономерности географического распределения естественного увлажнения водосборов ЗападноСибирской равнины // Омский научный вестник. 2004. № 1 (26). С. 183-187.

Размещено на Allbest.ru