Особенности синоптических процессов на побережье Таганрогского залива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности синоптических процессов на побережье Таганрогского залива

Иошпа А.Р.

Аннотация

В работе проведен анализ погодно-климатических условий северо-восточной части Азовского моря, представляющей собой обширный эстуарий р. Дон - мелководный и сильно распресненный Таганрогский залив. Актуальность исследований обусловлена необходимостью оценки синоптических процессов, оказывающих влияние на возникновение опасных гидрометеорологических явлений на побережье Таганрогского залива. В работе по данным NCEP (National Centers for Environmental Prediction) реанализа атмосферного давления, приведенного к уровню моря (за 30-летний период), проведен анализ и выделены основные наиболее характерные типы синоптических процессов и связанные с ними погодные условия в различные сезоны года.

Ключевые слова: Таганрогский залив, опасные явления, синоптический процесс, гроза, туман, гололедно-изморозевые явления.

The work analyzes the weather and climatic conditions of the north-eastern part of the Sea of Azov, which is an extensive estuary of the Don River, shallow and highly freshened Taganrog Bay. The relevance of the study is related to the necessity to evaluate synoptic processes that affect the occurrence of dangerous hydro-meteorological phenomena on the coast of the Taganrog Bay. The paper contains data of NCEP (National Centers for Environmental Prediction) and re-analyses atmospheric pressure reduced to sea level (over a 30-year period), provides the analysis, and lists characteristic types of synoptic processes and related weather conditions in different seasons.

Keywords: Taganrog Bay, hazardous phenomena, synoptic process, thunderstorm, fog, ice-forming, and crystal hoar-frost phenomena.

Введение

Исследование динамики климатических изменений и вызывающих их причин является одной из актуальных проблем современного естествознания. Одной из основных причин в последние годы является изменение характера циркуляция атмосферы, которое приводит к увеличению количества опасных (ОЯ) и стихийных гидрометеорологических (СГЯ) явлений в прибрежных зонах океанов и морей. По данным работы [1] с 1970 г. по настоящее время число интенсивных ураганов категории 4 и 5 почти удвоилось.

Из опасных явлений погоды, зафиксированных в прибрежной части Таганрогского залива, наиболее значимыми как по частоте наблюдения, так и по воздействию на жизнедеятельность и производственные сферы, являются такие опасные явления погоды, как метели, гололеды, конвективная облачность и связанные с ней ливневые осадки, грозы, шквал, град и т.д.

Синоптические условия образования опасных явлений погоды непосредственно связаны с циркуляцией атмосферы.

Методы и принципы исследования

Изучение опасных гидрометеорологических процессов и явлений выполнялось с помощью статистического анализа рядов многолетних гидрометеорологических наблюдений по данным срочных метеорологических измерений по пяти береговым морским станциям: Мариуполь (Украина), Маргаритово, Ейск, Должанская и Таганрог (Россия) с 2005 по 2019 гг. таганрогский залив климатический климатический

Для исследования особенностей циркуляции атмосферы в различные сезоны года в районе Таганрогского залива были использованы данные NCEP (Национальный центр США прогноза окружающей среды) реанализа (http://www.cdc.noaa.gov) атмосферного давления, приведенного к уровню моря в узлах регулярной географической сетки с шагом по широте и долготе 2,5 на 2,5° (1989-2018 гг.), а также статистические данные Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации - Мирового центра данных (ВНИИГМИ-МЦД), Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), сайт Meteomanz.com и Белорусского гидромета (http://pogoda.by).

Основные результаты

Рассматриваемый участок находится в северо-восточной части Азовского моря, который представляет собой обширный эстуарий р. Дон - мелководный и самый крупный на Азовском море сильно распресненный Таганрогский залив, который имеет очень ровный рельеф дна. Площадь Таганрогского залива -- 5600 кмІ, глубина варьируется от 0,5 до 4,9 м, объём составляет 25 кмі.

Гидрологический режим Таганрогского залива в основном определяется притоком значительного количества пресной воды реки Дон. Общая площадь водосборного бассейна Дона составляет 422 тыс. км² [2], [3].

Ведущую роль в формировании климата района играет радиационный фактор. Годовое количество суммарной радиации составляет 4850 МДж/м² в Таганрогском заливе, четверть этой суммы составляет рассеянная радиация, основное же количество приходится на долю прямой радиации [4].

Годовой ход как суммарной, так и поглощенной радиации имеет максимум в июле и минимум в декабре. Радиационный баланс в целом за год больше нуля. В осенне-зимний период радиационный баланс отрицателен, однако его величина незначительна. Тепловой баланс в Таганрогском заливе в среднем за год меньше нуля. Период положительного теплового баланса составляет около 3 месяцев.

Средняя годовая температура воздуха на побережье Таганрогского залива за 15-летний период составляет +11,3°С. Наибольшие температуры отмечаются в июле-августе, абсолютный максимум в районе Таганрога составлял +40,5°С (07.08.2010), самые низкие температуры - в январе зафиксированы в Таганроге и Мариуполе -27,2°С (23.01.2006). Периоды низких температур перемежаются с оттепелями.

Количество выпадающих осадков на побережье залива характеризуется наибольшей повторяемостью дней зимой, особенно в январе; наименьшей - летом и в начале осени - июль, август, сентябрь. От года к году сумма осадков изменяется в больших пределах, так в 2012г. она составляла 274 мм (в районе Ейска), а в 2016 г. - 649 мм (в районе Таганрога).

Снежный покров в среднем появляется в начале декабря, сходит в конце марта, сохраняясь не более 50-70 дней (табл.1). Средняя многолетняя высота снежного покрова не более 10 см в году, максимальной высоты он достигает в первой декаде февраля. В отдельные годы регистрировался снежный покров более 50 см, но его повторяемость не превышает 15 % общего числа наблюдений.

Таблица 1 - Даты образования и разрушения устойчивого снежного покрова

Опасные гидрометеорологические явления в районе исследования возникают в основном на атмосферных фронтах во внетропических циклонах. Повторяемость синоптических процессов приведена в табл.2.

Таблица 2 - Повторяемость (дней) типов синоптических процессов над Таганрогским заливом

Зимой погоду определяет в основном гребень Азиатского (Сибирского) антициклона с Черноморской депрессией. В этот сезон резко возрастают термические и барические градиенты. Зимой в связи с углублением антициклона все чаще происходят затоки воздуха из районов Казахстана. Увеличение горизонтальных барических градиентов обуславливает продолжительные сильные восточные ветры, максимальные скорости которых достигают 34 - 40 м/сек. Ветры вызывают сильные метели, а в бесснежные зимы - пыльные бури.

Другим циркулярным фактором, определяющим погоду зимой, является циклоническая деятельность.

Ныряющие циклоны - это циклоны, смещающиеся из районов Скандинавии. При стационировании над Западной Европой Арктического антициклона ось высотной барической ложбины направлена со Скандинавии на западную половину России. На арктическом фронте создаются большие контрасты температур. Высотная фронтальная зона ориентирована с северо-запада на юго-восток. Образовавшиеся над Скандинавией циклоны с большой скоростью (до 80-100 км/ч) смещаются к юго-востоку. Такие быстро смещающиеся «ныряющие» циклоны проходят, как правило, сериями. Иногда при восточном положении высотного антициклона смещение циклона может происходить с севера или даже северо-востока на нижний Дон. Повторяемость таких циклонов от 4 до 6 за зимний период. «Ныряние» циклонов с севера происходит не каждый год, но изменения погоды, вызванные ими, очень значительны. К ним можно отнести обильные осадки, метели, сильные (до 20-25 м/с) северо-западные ветры, резкое понижение температуры воздуха, иногда до -28 - -33є С.

Атлантические циклоны - это циклоны, смещающиеся с запада. По южной, юго-восточной периферии высотной ложбины Исландской депрессии, вытянутой на восток, юго-восток, с Атлантики перемещаются циклоны на центральные районы европейской территории России. В теплых секторах циклонов приходит влажный и теплый воздух в район Таганрогского залива, что приводит к образованию туманов, а при отрицательных температурах сопровождается выпадением переохлажденных осадков и, как следствие, образование гололеда. При больших барических градиентах перед теплым фронтом усиливается ветер юго-восточной четверти до 15-18 м/с.

Южные циклоны - это циклоны с юга или юго-запада. Для возникновения и выхода южных циклонов необходимы определенные термические и динамические условия. Устанавливается юго-западный поток в слое 2-7 км при скорости более 40 км/ч. Появляется струйное течение со скоростью 100 км/ч над районом Ростова, Краснодара, Туапсе на высоте 7- 9 км и выше. Контрасты температур в высотной фронтальной зоне, ориентированной с юго-запада на северо-восток, составляют 6-8°С и более. Над Кавказом отрицательные барические тенденции и малоградиентные поля у земли, а над Турцией давление остается без изменения или появляется рост давления. Активная адвекция воздуха над районом Черного моря и Турции. Появляется изаллобарическая пара на карте АТ-700 с падением над Северным Кавказом и ростом над Балканами и Турцией. Циклоны возникают над ВФЗ (высотная фронтальная зона) на участке благоприятном циклогенезу в районе, где у земли наблюдается максимальное падение давления и наиболее высокие температуры.

Самые сложные метеоусловия создаются при выходе данного циклона. Ухудшение погоды наступает резко и внезапно. Теплый фронт этого циклона вызывает осадки, туманы, гололедо-изморозевые отложения, а также резкое потепление. Прохождение холодного фронта сопровождается сильными ветрами и снегопадами.

Сильный заток холодного арктического воздуха в районы Западной Европы приводит к нарушению зональной циркуляции. На полярном фронте в Средиземном море зарождаются циклоны. Взаимодействие холодных тыловых потоков движущихся средиземноморских циклонов с теплыми воздушными массами в их передней части создает резкие контрасты температуры именно в районе Черного моря. Поэтому здесь часто наблюдаются новые циклонические образования (черноморские циклоны), регенерация затухающих циклонов с последующим их смещением на Таганрогский залив. Выход южных циклонов вызывает резкие изменения погоды на побережье залива: значительные осадки, нередко метели, гололед, усиление ветра, а также повышение температуры воздуха (иногда до +15⁰ С).

Весна начинается с резкого уменьшения градиентов температуры над юго-востоком России и с адвекции тепла с юго-запада. Поэтому в марте, когда подстилающая поверхность достаточно прохладная, повторяемость адвективных туманов возрастает. С апреля месяца преобладающим является антициклональный режим погоды. Типичным является западно-восточный перенос. Всё чаще от Азорского максимума отделяются ядра высокого давления и гребни, которые, перемещаясь на Украину и Северный Кавказ, приносят с собой умеренный воздух. В конце весны антициклоны и гребни часто чередуются с прохождением циклонов, вызывающих ливневые осадки, грозы, шквалы и град.

Преобладание повышенного давления над центральными и восточными районами ЕТС и формирование над Средней Азией области пониженного давления приводит к выносу тёплого воздуха на территорию Таганрогского залива. В весенний период тёплые фронты и фронты окклюзии по типу тёплого менее выражены и зачастую обусловливают только облачность среднего и верхнего яруса. Холодные выражены резче в ходе метеоэлементов и обусловливают наиболее сложные метеоусловия - грозы, ливни и град.

К концу весны активность циклонической циркуляции ослабевает. Все чаще на юго-восток распространяется гребень Азорского антициклона.

Основным барическим образованием, определяющим погоду летом, является Азорский антициклон, отличительной чертой которого являются малые горизонтальные градиенты.

На южной периферии Азорского максимума из Казахстана и Средней Азии на залив выносится теплый воздух, температура повышается до +35 - + 40є С. При усилении восточного ветра до 12-15 м/сек и относительной влажности менее 30 % устанавливается суховейный характер погоды. Осадки в летний период кратковременны, имеют в основном ливневой характер и большую интенсивность. Они могут быть связаны со смещением Атлантических циклонов и формирующихся на них холодных фронтов или носить внутримассовый характер. Внутримассовые ливни обусловлены возникновением частных циклонов на фоне общего малоградиентного барического поля, вследствие неравномерного прогрева подстилающей поверхности или орографических причин [5].

Частые вторжения влажного морского воздуха обусловливают наличие большой неустойчивости стратификации атмосферы, что приводит к частым грозам и ливням (иногда града) во второй половине дня. Наиболее характерными явлениями дневной погоды летом являются мощно-кучевые и кучево-дождевые облака и связанные с ними ливни, грозы, град, а также пыльные и песчаные бури. Грозовая деятельность летом достигает наибольшего развития, грозы иногда сопровождаются градом, шквалистым усилением ветра, на Таганрогском заливе возникают смерчи.

Осенью с ослаблением притока радиации возрастают температурные и барические градиенты, в свободной атмосфере усиливается интенсивность западного переноса. Осенью чаще наблюдается переход к зимним этапам циркуляции. Для поздней осени характерно стационирование холодных антициклонов над Северной Азией, образование Черноморской депрессии над теплым морем и усилением циклонической деятельности. Антициклоны, смещающиеся с северо-запада, приносят первые заморозки, а адвекция тепла с юго-запада в передней части высотной ложбины обуславливает поздней осенью возвраты тепла. Увеличение горизонтальных барических градиентов обуславливает продолжительные сильные восточные ветры, которые достигают скорости 36 м/сек. Учащаются сильные туманы, возникают песчаные бури.

Опасные метеорологические явления, возникающие на побережье Таганрогского залива, сведены в таблицы 3,4.

Таблица 3 - Максимальное число дней с опасными явлениями погоды

Таблица 4 - Опасные явления погоды на побережье Таганрогского залива за период 2005 - 2019 гг.

Наиболее опасные явления погоды, приводящие к катастрофическим последствиям в исследуемом районе, связаны с образованием и развитием конвективной облачности (гроза, град, сильные ливни, шквал и т.д.). [6]

Грозы на побережье Таганрогского залива наблюдаются в течение всего года, но их повторяемость в отдельные месяцы неодинакова. Первые грозы наблюдаются в апреле, последние в октябре и максимум приходится на июнь - 13 дней (таблица 3).

В отдельные годы на побережье Таганрогского залива наблюдаются грозы и в холодный период года в неустойчивых воздушных массах на фронтах окклюзии, максимум приходится на ноябрь месяц - 2 дня.

В суточном ходе наибольшая повторяемость гроз наблюдается во второй половине дня и ночью. В первую половину дня грозы редки и, как правило, носят фронтальный характер. Большинство гроз в этом районе связано с фронтальными разделами, преимущественно с холодными фронтами. Грозы, как правило, кратковременны - в 35-40 % случаев их продолжительность от 1 до 3 часов. Развитие мощных кучево-дождевых (грозовых) облаков способствует возникновению таких опасных явлений погоды, как сильные ливневые дожди, град и шквалы. В связи с этим последние отличаются кратковременностью и локальностью протекания. Максимальное количество выпавших ливневых осадков за рассматриваемый период составляет 94.0 мм за 12 ч. (20.11.2018) в районе Маргаритово.

Выпадение града на побережье Таганрогского залива - явление очень редкое. Даже в летние месяцы в среднем бывает всего по 2-3 дня с градом за 2-3 года.

Шквалы в основном возникают при прохождении холодных атмосферных фронтов, в теплое время года для них характерно кратковременное усиление скорости приземного ветра (>15м/сек) при резкой смене его направления. Разрушительная энергия шквалов значительна, этим обусловлена степень опасности. Повторяемость их мала и составляет 1-2 случая за 10 лет.

В Таганрогском заливе туманы имеют отчетливо выраженный годовой ход, наибольшая их повторяемость отмечается в холодное полугодие.

С октября по апрель ежемесячно наблюдается от 4 до 12 дней с туманом. Преобладают туманы продолжительностью от 1 до 6 часов, но в отдельных случаях они могут достигать 61 час. Максимальное дней с туманами приходится январь месяц - 16 (таблица 3).

В течение года преобладают умеренные туманы - при видимости от 50 до 500 м. Повторяемость их составляет от 74 до 100 %. Сильные туманы (при видимости до 50 м) отмечаются только с октября по март.

В основном туманы наблюдаются при ветрах со скоростью до 5 м/с; при сильных ветрах, более 10 м/с, отмечаются отдельные случаи в марте и феврале и связаны с адвективными туманами. В течение суток максимальная повторяемость туманов отмечается утром (06 - 09 час.), но достаточно часто они отмечаются в период 21 - 24 часа.

В течение большей части года наибольшая повторяемость туманов отмечается при положительных температурах от 0 до 9 °С. В зимний период туманы, как правило, возникают при температурах от -1 до +2 °С.

Гололедно-изморозевые явления, характерные для холодного времени года, также крайне редки. В среднем за год бывает от 4 до 8 дней с гололедом и от 2 до 5 дней с изморозью. В суровую зиму может наблюдаться обледенение проводов в течение 6-8 суток, но в 80 % случаев оно наблюдается не более суток. В соответствии с СП 20.13330.2016 (стр.22), исследуемая территория по толщине стенки гололеда относится к III району [7].

В холодный период года возникают метели при наличии снежного покрова и скоростях ветра более 6 м/сек. Метели наблюдаются в среднем до 12 дней с ноября по апрель, чаще всего бывают в январе и феврале - по 4 дня с метелью в месяц.

Песчаные бури в районе наблюдаются одна-две, обычно в весеннее и осеннее время года (таблица 2). Появление бурь связано с установлением над Южным Уралом и Поволжьем высокого давления и наличием над Черным морем малоподвижной депрессии. В этом случае над районом Таганрога и Мариуполя устанавливается поле с большими градиентами, что обуславливает сильные юго-восточные ветры, приводящие к образованию бурь и мглы. Отмечались случаи возникновения «черных» бурь в холодный период года в малоснежные зимы с отрицательными температурами и сильными ветрами восточной четверти.

Заключение

Выделено 6 типов синоптических процессов, формирующих погодно-климатические условия на побережье Таганрогского залива в последние три десятилетия. Зимой и весной в среднем составляет 128,5 дней с циклонами, что существенно больше повторяемости дней с антициклонами - 67,4.

Определено, что влияние циклонической деятельности наиболее выражено в холодный период года (октябрь-март) и проявляется в увеличении повторяемости метелей до 8-9 дней в январе-феврале месяце, особенно при прохождении «ныряющих» циклонов.

Наибольшая повторяемость дней с грозой - 37, градом -7 приходится на теплый период года и связаны с прохождением холодных фронтальных разделов при выходе Атлантических и Черноморских циклонов.

Для холодного периода года характерны гололедно-изморозевые отложения до 4 дней в году, в декабре и январе при выходе Атлантических циклонов.

Список литературы

1. Черкесов Л.В. Численное исследование сгонно-нагонных процессов и течений Азовского моря в период экстремальных ветров/ Л.В.Черкесов, Т.Я. Шульга, Н.Н. Дьяков, Р.Р. Станичная // Морской гидрофизический журнал. - 2017. - № 5 (197). С. 3-20.

2. Матишов Г.Г. Природные катастрофы в Азово-Черноморском бассейне в начале ХХI века / С.В. Бердников, Д.Г. Матишов, Н.А. Яицкая, - Ростов-на-Дону - : ЮНЦ РАН, 2017. - 160 с.

3. Гидрометеорологические условия шельфовой зоны морей СССР. Азовское море. Л.: Гидрометеоиздат, 1986 .

4. Денисов В.И. Особенности климата прибрежной зоны северо-восточной части Азовского моря/ В.И. Денисов, Ю.Ю. Ткаченко - Ростов-на-Дону - Таганрог: ЮФУ. - 2015. - 80 с.

5. Мазуров Г.И. Учение об атмосфере/ Г.И. Мазуров, В.И. Акселевич, А.Р. Иошпа - Ростов-на-Дону - Таганрог: ЮФУ. - 2019. - 132 с.

6. Иошпа А.Р. Особенности образования и повторяемость гроз и ливневых осадков на Азовском побережье Краснодарского края/ А.Р.Иошпа, С.М.Хартиев/ Сборник трудов II Всероссийской конференции «Гидрометеорология и экология: научные достижения и перспективы развития» - 2018. - С. 315-318.

7. СП 20.13330.2016 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия». Утвержден приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России) от 3декабря 2016 г. № 891/пр. и введен в действие с 4 июня 2017 г. 22 стр.

Размещено на Allbest.ru