Особливості біокліматичних умов холодного періоду року на території Одеси

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Одеський державний екологічний університет

Особливості біокліматичних умов холодного періоду року на території Одеси

Грабко Н.В.,

Сафранов Т.А.

м. Одеса

Анотація

Досліджено біокліматичні умови міста Одеса протягом холодного періоду 2020-2023 років. Подібний аналіз є актуальним як з точки зору можливості рекреаційного використання території, так і має сенс щодо дослідження причин захворюваності на Covid-19 та інші подібні захворювання (наприклад, застудно-респіраторного походження). Також результати поведених досліджень можуть бути враховані під час організаційних заходів щодо захисту населення від наслідків бойових дій, які почалися у досліджуваний період. Для характеристики біокліматичних умов в районі Одеси використано ряд біокліматичних індексів, а саме еквівалентно-ефективна температура (ЕЕТ), радіаційно-еквівалентно-ефективна температура (РЕЕТ), індекс суворості погоди (S) і вітро-холодовий індекс Сайпла (W). Вказані біокліматичні показники визначені і проаналізовані для холодного періоду (з листопада по березень) 2020-2021, 2021-2022 і 2022-2023 років. Були визначені і проаналізовані середньомісячні значення цих біокліматичних показників, а також повторюваність цих показників в межах класифікаційних діапазонів. Проведені дослідження показали, що для показника еквівалентно-ефективної температури переважали умови «прохолодно» і «помірно-холодно»; за показником радіаційної еквівалентно-ефективної температури переважали умови «прохолодно» і «помірно холодно»; за індексом суворості погоди Бордмана переважали умови «помірно суворої зими», а за вітро-холодовим індексом Сайпла переважали умови «прохолодно». Найбільш несприятливі умови спостерігалися протягом холодного періоду 2020-2021 років, а найменш несприятливими умовами можна охарактеризувати холодні періоди 2021-2022 і 2022-2023 років.

Ключові слова: біокліматичний індекс, еквівалентно-ефективна температура, радіаційна еквівалентно-ефективна температура, вітро-холодовий індекс.

Annotation

Hrabko N., Safranov T. Biodimatic conditions for the cold period of the year in Оdesa territory

The biodimatic conditions of Odesa have been investigated during the years 2020-2023. This analysis holds relevance for two main aspects: first, it helps evaluate the area's suitability for recreational use, and second, it aids in understanding the factors contributing to the prevalence of Covid-19 and diseases such as Covid-19 and other similar respiratory illnesses. Also, the results of conducted research can be taken into account during organizational measures to protect the population from the consequences of hostilities that occurred during the study period. To characterize the bioclimatic conditions in Odesa, a number of bioclimatic indicators were used, such as equivalent effective temperature EET, radiation equivalent effective temperature REET, weather severity index (S) and wind-cold index (W). The established bioclimatic indicators were determined and analyzed for the cold period of the year (from November to March) of 2020-2021, 2021-2022 and 2022-2023.

Average monthly values of these bioclimatic indicators were determined and analyzed, as well as the repeatability of these indicators within the classification ranges. The conducted studies showed that the “cool” and “moderately cold” conditions prevailed for the equivalent-effective temperature index; “cool” and “moderately cold” conditions prevailed according to the radiation equivalent-effective temperature index; “moderately severe winter” conditions prevailed on the weather severity index, and “cool” conditions prevailed on the wind-cold index. The most unfavorable conditions were observed during the cold period of 2020-2021, and the cold periods of 2021-2022 and 2022-2023 can be characterized as the least unfavorable conditions. Key words: bioclimatic index, equivalent-effective temperature, radiation equivalent-effective temperature, wind-cold index.

Постановка проблеми

Велику кількість досліджень вчених-медиків та кліматологів присвячено впливу погодних умов і клімату на самопочуття людини, зокрема, повідомлення про значне збільшення смертності під час хвиль спеки та холоду. Аналіз усіх впливів довкілля на людину показує, що найбільш істотними для здоров'я, самопочуття людини і її життєдіяльності є фактори, які визначають її тепловий стан. При особливо несприятливих поєднаннях цих факторів виникає загроза переохолодження або навіть обмороження, або ж перегріву організму. В даний час існує велика кількість різних методів оцінки теплового стану людини. Одним з них є використання комплексних біокліматичних показників, які формалізацією комплексу метеорологічних чинників (температура повітря, швидкість вітру, відносна вологість, атмосферний тиск тощо), що визначають рівень теплового навантаження на людину. Як правило, ці індекси визначають діапазон значень метеорологічних факторів, за яких людина почуватиметься комфортно або (індекси холодового стресу і теплового удару) дискомфортно. Тобто, біокліматичні індекси це показники суб'єктивного сприйняття комфорту/ дискомфорту.

Серед природних факторів існування людини можна виділити такий їх різновид як біокліматичні і біометеорологічні умови. У першому випадку мається на увазі вплив кліматичних умов на організм людини, у другому космічної і земної погоди на життєдіяльність людини. В цьому дослідженні увагу приділено біокліматичним і біометеорологічним умовам, які склалися на території міста Одеса у холодний період з 2020 по 2023 роки, тобто, співпадає з періодом бойових дій на території України. Саме в холодний період року можуть виникнути несприятливі і навіть екстремальні умови, реакція на які може проявлятися у вигляді зміни настрою, погіршення самопочуття, загострення особливо чутливих до змін погоди захворювань (наприклад, бронхо-легеневих або серцево-судинних) і виникнення простудних захворювань. Для характеристики біокліматичних (біометеорологічних) умов використовують так звані біокліматичні або біометеорологічні показники (індекси). Це можуть бути одні й ті ж показники, але з врахуванням тривалості періоду, для якого ці показники визначаються якщо такий період досить тривалий (наприклад, декілька років), то мова йде про біокліматичні умови, у випадку досить невеликого періоду часу біометеорологічні показники. В роботі здійснено оцінку і аналіз ряду біокліматичних показників періоду з листопада по березень 2020-2021, 2021-2022 і 2022-2023 років з точки зору комфортності організму людини для міста Одеса.

Актуальність дослідження. Найчастіше дослідження біометеорологічних умов вивчається з точки зору сприятливості території для рекреаційно-туристичної діяльності (РТД). Проте, проблема має ще один, більш актуальний аспект це початок війни. Саме холодний період року характеризується умовами, які, визиваючи переохолодження, сприяють функціональним порушенням організму людини з подальшим виникненням простудних захворювань або загостренню хронічних захворювань, на які вже хворіє населення. А, починаючи з кінця лютого 2022 року, на території усієї України і безпосередньо Одеси істотно підвищилася загроза виникнення екстремальних ситуацій, коли людина, в тому числі проти своєї волі, могла опинитися у зовнішньому середовищі, в тому числі без достатнього верхнього одягу і підлягати впливу досить несприятливих погодних умов, які істотно вплинуть на її організм а може навіть приведуть до виникнення захворювань. Слід зазначити, що під час досліджуваного періоду ще тривала епідемія Covid-19 і це слід вважати додатковим фактором ризику виникнення респіраторних захворювань в тому числі в наслідок знаходження в несприятливих (екстремальних) погодних умовах.

Зв'язок авторського доробку із важливими науковими та практичними завданнями. В представленій роботі визначені і проаналізовані з точки зору комфортності людини декілька біокліматичних показників, таких як еквівалентно-ефективна температура (ЕЕТ), радіаційно-еквівалентно-ефективна температура (РЕЕТ), індекс суворості погоди Бордмана (S) і вітро-холодовий індекс Сайпла (W). Виділені діапазони повторюваності різних біометеорологічних показників а також періоди найбільш несприятливих значень цих показників для організму людини, що є досить актуальним питанням як з наукової, так і з практичної точки зору.

Аналіз останніх досліджень. Дослідження впливу погодних і кліматичних факторів на організм людини, метеотропних реакцій людського організму почалося і отримало істотного розвитку ще у минулому столітті. У ХХ столітті аспекти досліджень зв'язку між кліматичними умовами і станом організму людини розглядалися в дослідженнях А.Л. Чижевського, П.Г. Мизерницького, Г.М. Данишевського, С.М. Чубинського, В.Г. Бокші, В.В. Богуцького, Т.І. Андронової, Н.Р. Деряпи, І.І. Григорьєва, В.Ф. Овчарової, В.П. Казначєєва, Г.П. Катеруші та ін. Серед зарубіжних авторів на дослідження у цій галузі привертають увагу роботи D. Assman, S.W. Tramp, V. Faust та ін.

У ХХІ столітті дослідження у галузі біокліматології і біометеорології оновилися. Переважаюча кількість сучасних публікацій спрямована на характеристику підходів і методів оцінки і аналізу біокліматичних (біометеорологічних) показників і представлена переважно в контексті кліматологічних досліджень [1-3]. Інші мають більш прикладний характер і представляють собою дослідження певних біокліматичних характеристик у різних регіонах України у різні часові проміжки [4-11]. Досить поширені подібні біокліматичні дослідження у контексті вивчення природно-рекреаційного потенціалу територій [5, 7, 10-11].

Вивчення біокліматичних (біометеорологічних) умов здійснюється і в контексті навчального процесу. Прикладом цього є такі публікації як [12-13]. І якщо методичні вказівки[12] написані переважно у медично-фізіологічному контексті і присвячені вивченню механізмів впливу клімату на організм людини, то [13] розглядають підходи до визначення і оцінки конкретних індексів, які характеризують наслідки впливу на організм людини як окремих метеорологічних, так і геофізичних факторів і виконанні в контексті кліматологічних знань.

Виділення невирішених раніше частин загальної проблеми. В матеріалах статті проводиться визначення і оцінка і аналіз ряду біокліматичних індексів, які дозволили охарактеризувати біокліматичні умови Одеси у холодний період року, які здійснені за останні роки, з врахуванням конкретних супутніх несприятливих зовнішніх умов, в яких знаходиться людина, таких як епідемія Covid-19 і проходження бойових дій як додаткових факторів небезпеки для здоров'я людини. А отримані результати можуть бути корисними з точки зору організаційно-планувальних заходів щодо тривалого теплового комфорту характеризується як «помірно холодно»). Діапазон значень показника складає від -17,5⁰С (7.01.2020 о 9 годині) до 18,9⁰С (26.02.2021 о 15 годині).

Рис. 1. Динаміка середньомісячних значень ЕЕТ, РЕЕТ, S і W

Для цього показника також були визначені середньомісячні значення РЕЕТ для кожного з трьох досліджуваних холодних періодів. Динаміка середньомісячних значень РЕЕТ протягом досліджуваних холодних періодів 2020-2021, 2021-2022 і 2022-2023 років представлена у вигляді відповідного графіка на рис. 1. Аналіз цього графіка показав, що, як і у випадку ЕЕТ, для РЕЕТ найбільш низькі значення (найбільш дискомфортні умови) спостерігалися у 2020-2021 роках. А умови холодного періоду 2022-2023 років виглядають трохи комфортнішими, ніж у відповідному періоді 2021-2022 років. У 2020-2021 році найбільш дискомфортними у порівнянні з ЕЕТ залишилися умови з грудня по лютий (вони належать діапазону значень РЕЕТ, який характеризується як «холодно»). У холодний період 2021-2022 років цьому діапазону належать лише умови грудня і січня, а 2022-2023 років лише січня. У інші місяці біокліматичні умови відповідно до показника РЕЕТ є більш комфортними. Узагальнюючи, можна стверджувати що за середньомісячними значеннями біокліматичного показника РЕЕТ найбільш несприятливим є період 2020-2021 років, а найбільш сприятливими періоди 2021-2022 і 2022-2023 років.

Індекс Бордмана (S), який характеризує жорсткість (суворість) зимових умов, протягом трьох досліджуваних періодів можна охарактеризувати середнім значенням 1,8 бали це умови малосуворої зими. Мінімальне значення показника дорівнювало 0,97 бали і спостерігалося 19.02.2023 у строк 15 годин, що відповідає умовам несуворої, м'якої зими; максимальне значення показника S 4,3 бали (це умови дуже суворої зими).

На рис. 1 представлена динаміка у часі середньомісячних значень показника S, розрахованих для кожного з місяців трьох досліджуваних холодних періодів 2020-2021, 2021-2022 і 2022-2023 років. Аналіз цього графіку показує, що у холодний період року в Одесі переважно спостерігалися умови малосуворої зими; умови помірно суворої зими спостерігалися у грудні періоду 2020-2021 років і у січні періоду 2021-2022 років. І якщо не зважати на грудень 2020 року, то значення індексу Бордмана у відповідні місяці холодного періоду досить близькі одне до одного. Отже, досить умовно можна стверджувати, що за біокліматичним показником S період 2020-2021 років є найбільш несприятливим, а періоди 2021-2022 і 2022-2023 років менш несприятливими.

Що стосується вітро-холодового індексу Сайпла, то середнє значення цього показника за три досліджувані холодні періоди відповідних років складає 699,4 ккал/(м² тод.), а отже знаходиться майже на межі умов «прохолодно» і «холодно». Мінімальне значення вітро-холодового індексу Сайпла склало 212,4 ккал/(м²чод.), спостерігалося 19.02.2023 о 15 годині і знаходиться повністю у межах діапазону тепловідчуття «прохолодно»; а максимальне значення складало 1297,9 ккал/(м²тод.), спостерігалося 13.02.2023 у строк 0 годин і належить діапазону теплосприйняття «жорстко холодно».

Результати розрахунків середньомісячних значень індексу Сайпла (W) за кожен з місяців трьох досліджуваних холодних періодів представлені у вигляді графіку, представленого на рис. 1.

Аналіз цього графіка показує, що холодний період 202-2021 років слід вважати найменш сприятливим серед трьох досліджуваних періодів, оскільки усі середньомісячні значення показника W у холодний період 2020-2021 (за виключенням січня) більш високі (менш сприятливі), ніж у холодні періоди 2020-2022 і 2022-2023 років. Що стосується останніх двох періодів, то холодніші (менш сприятливі) умови спостерігаються у грудні і березні 2021-2022 у порівнянні з 2022-2023 роком, а тепліші у лютому.

Умови «холодно» спостерігалися з грудня по лютий протягом періоду 2020-2021 років, у грудні-січні періоду 2021-2022 років, а також у січні-лютому 2022-2023 років. Інші місяці у різні періоди характеризуються умовами «прохолодно». Отже, як і у випадках попередніх трьох біокліматичних показників, для показника період 2020-2021 років виглядає найбільш несприятливим, а періоди 2021-2022 і 2022-2023 років виглядають трохи менш несприятливими.

Важливою характеристикою під час аналізу біокліматичних (біометеорологічних) умов є повторюваність значень біокліматичного показника для певних діапазонів його кількісно-якісної шкали. Отже, така повторюваність визначалася для кожного з досліджуваних біокліматичних індексів.

На рис. 2 показана повторюваність відповідних діапазонів рівня комфорту за ЕЕТ (повторюваність визначалася для кожного місяця окремо; представлені значення, усереднені в межах кожного діапазону за відповідний рік).

Можна зазначити, що протягом кожного з трьох досліджуваних періодів найбільшу повторюваність мали умови, які характеризуються як «дуже прохолодно», їх повторюваність склала 33,5% у холодний період 2020-2021 років, 30,9% у холодний період 2021-2022 років і 40,5% у холодний період 2020-2023 років. Якщо ж звертатися до середньомісячних значень, то повторюваність умов теплового комфорту за ЕЕТ, то такий максимум у окремі місяці може зміщуватися на діапазон «помірно прохолодно» (44,6% у листопаді 2020 року і 50,8% у листопаді 2021 року) і «помірно холодно» (37,1% у грудні 2021 року і 36,8% у січні 2022 року).

Найменшу повторюваність мали умови «комфортно (помірно-тепло))» (0,1 і 0,5% протягом періодів 2020-2021 і 2022-2023 років відповідно), а також умови «загроза обмороження» (1% протягом періоду 2020-2021 років з грудня по лютий і 0,3% протягом періоду 2021-2022 років у січні).

Найнесприятливішими умовами комфортності за показником ЕЕТ є діапазони значень «дуже холодно» і загроза обмороження». Найбільша повторюваність випадків для цих діапазонів комфортності спостерігалася у період 2020-2021 років, найменша у період 2021-2022 років. Отже, можна стверджувати, що за біокліматичним показником ЕЕТ період 2020-2021 років можна вважати найбільш несприятливим, а період 2021-2022 років найбільш несприятливим.

Повторюваність зон комфорту показника РЕЕТ представлена на рис. 3.

Середні за рік значення повторюваності різних градацій комфорту найчастіше належать діапазону «помірно холодно» 2,60% за період2020-2021 років, 26,2% за період 2021-2022 років і 41,1% за період 2022-2023 років.

Рис. 2. Повторюваність умов теплового комфорту за показником ЕЕТ

Рис. 3. Повторюваність умов теплового комфорту за показником РЕЕТ

біокліматичний холодний одеса комфортність рекреаційний

Для середньомісячних значень в окремі місяці максимум повторюваності міг належати і іншим діапазонам. Це стосується умов «дуже прохолодно» їх повторюваність складала 43,3% випадків у листопаді 2020 року і 50,0% у листопаді 2021 року. Максимальна повторюваність умов «холодно» складає 26,2% у лютому 2021 року, 32,3% у січні 2021 року; а умов «дуже холодно» складає 37,6 у грудні 2020 року і 31,2% у січні 2021 року. Умови «помірно холодно» спостерігалися у інші місяці періодів 2020-2021 і 2021-2022 років, а також протягом усіх місяців холодного періоду 2022-2023 років. Найменш частими були умови «прохолодно» (0,4% протягом періоду 2020-2021 років у лютому і березні, 0,7% протягом періоду 2021-2022 років у листопаді і березні і 1,7% протягом періоду 2022-2023 років з грудня по березень); а також умови «вкрай холодно» (8,2% протягом періоду 2020-2021 років з грудня по березень, 6,3% протягом періоду 2021-2022 років у грудні-січні і березні, а також 8,7% протягом періоду 2022-2023 років у січні-лютому).

Найнесприятливіші умови комфортності за показником РЕЕТ є зони комфортності «дуже холодно» і «вкрай холодно». Найбільша повторюваність показників «дуже холодно» спостерігалася протягом періоду 2020-2021 років, найменша протягом періоду 2022-2023 років. Для зони комфортності «вкрай холодно» найбільша повторюваність умов спостерігалася протягом періоду 2022-2023 років, найменша протягом періоду 2021-2022 років. Отже, ці результати не суперечать висновку про те, що період 2020-2021 років найбільш несприятливий, а 2021-2022 років найбільш сприятливий з точки зору біокліматичних умов, які були виявлені за показником РЕЕТ.

Повторюваність градацій характеристик зими за індексом Бордмана (S) протягом п'яти місяців досліджуваного холодного періоду представлена на рис. 4.

Можна побачити, що найбільшу повторюваність протягом кожного досліджуваного періоду мають умови малосуворої зими.

Для періоду 2020-2021 років повторюваність цих умов складала 65,3% випадків, для періоду 2020-2022 років 70,1% випадків, а для періоду 2021-2023 років 65,8%. Умови помірно-суворої зими мали максимальну повторюваність (45,6%) лише у грудні 2020 року. Найменш частими умовами для S були умови дуже суворої зими (спостерігалися у 0,2% протягом періоду 2020-2021 років у грудні-січні і 0,7% протягом періоду 2022-2023 років у січні), а також умови жорстко суворої зими (спостерігалися у 0,3% випадків протягом періоду 2022-2023 років у січні і березні).

Найбільша повторюваність найнесприятливіших умов «суворої зими» спостерігалася у період 2020-2021 років, умов «дуже суворої зими» і «жорстко суворої зими» спостерігалася у період 2022-2023 років. А найменшу повторюваність умов «дуже суворої зими» і «жорстко суворої зими» можна побачити у період 2021-2022 років. Отже за показником S період 2022-2023 років виглядає найбільш несприятливим, а 2021-2022 найбільш сприятливим щодо біокліматичних умов, які склалися.

Повторюваність середніх за холодний період року значень для повторюваності випадків теплосприйняття для відповідних градацій вітро-холодового індексу Сайпла (W) представлені на рис. 5.

Рис. 4. Повторюваність умов теплового комфорту за індексом Бордмана

Рис. 5. Повторюваність умов теплового комфорту за вітро-холодовим індексом Сайпла

На цьому рисунку можна побачити, що максимальна повторюваність умов теплосприйняття за W має характеристику «прохолодно» і складала 50,3% випадків у період 2020-2021 років, 56,1% випадків у період 2021-2022 років і 59,0 випадків у період 2022-2023 років.

Досить високу повторюваність (від 26,5 до 33,4%) мали умови «холодно». Вони навіть мали максимальну повторюваність у грудні і січні періодів 2020-2021 років (38,3 і 41,9% відповідно) і 2021-2022 років (45,6 і 44,9% відповідно). Найменш частими виявилися умови теплосприйняття, які характеризуються як «жорстко холодно». Повторюваність цих умов складала 2,8% випадків у період 2020-2021 років з грудня по березень, 1,0% протягом періоду 2021-2022 років у грудні-січні і березні, а також 1,3% періоду 2022-2023 років у лютому-березні.

Найбільша повторюваність випадків останніх градацій («дуже холодно» і «жорстко холодно»), які належать до найбільш несприятливих біокліматичних умов за показником W, спостерігалася у холодний період 2020-2021 років, найменша у період 2021-2022 років. Отже період 2020-2021 років виглядає найбільш несприятливим, а період 2021-2022 років найбільш сприятливим за біокліматичними умовами відповідно до показника W.

Головні висновки

Внаслідок оцінки і аналізу таких біокліматичних показників як еквівалентно-ефективна температура, радіаційна еквівалентно-ефективна температура, індекс Бордмана і вітро-холодовий індекс Сайпла для досліджуваних холодних періодів 2020-2021, 2021-2022 і 2022-2023 років в м. Одеса можна зробити такі висновки:

За середніми значеннями показника ЕЕТ спостерігалися умови «помірно прохолодно», «дуже прохолодно» і «помірно холодно». З врахуванням повторюваності випадків відповідно до зон комфортності показника переважали умови «дуже прохолодно», а в окремі місяці умови «помірно прохолодно» і «помірно холодно».

За середніми значеннями показника РЕЕТ спостерігалися умови «прохолодно», «помірно холодно» і «холодно». З врахуванням повторюваності випадків відповідно до зон комфортності показника переважали умови «помірно холодно», а в окремі місяці умови «дуже прохолодно», «холодно» і «дуже холодно».

За середніми значеннями показника S переважали умови «малосуворої зими», інколи спостерігалися умови «помірно суворої зими». З врахуванням повторюваності випадків відповідно до діапазонів суворості зими майже постійно переважали умови «малосуворої зими».

За середніми значеннями вітро-холодового індексу W переважали умови «прохолодно», інколи спостерігалися умови «холодно». Такі ж самі діапазони комфортності теплосприйняття були виявлені за результатами аналізу повторюваності випадків.

З врахуванням результатів аналізу середніх значень усіх чотирьох досліджених біокліматичних показників найбільш несприятливим слід вважати період 2020-2021 років, а найменш несприятливими періоди 2021-2022 і 2022-2023 років. З врахуванням повторюваності випадків відповідно до зон комфортності кожного з чотирьох досліджуваних біокліматичних показників найбільш несприятливими слід вважати біокліматичні умови, що склалися протягом 2020-2021 років, а найбільш сприятливими протягом 2021-2022 років.

Перспективи використання результатів. Отримані результати не тільки розширяють наукове уявлення про біокліматичні умови на території Одеси, але і можуть бути використані під час планування заходів рекреаційно-туристичного спрямування; результати дослідження доцільно було б врахувати під час вивчення факторів впливу на формування захворюваності на застудно-респіраторні захворювання під час досліджуваного періоду, а також на Covid-19; отримані результати також можуть бути корисні під час планувальна-організаційних заходів щодо захисту населення під час військової діяльності та бойових дій.

Література