Исследование атмосферных осадков на территории Иркутской области

Размещено на http://www.allbest.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ НА ТЕРРИТОРИИ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

к.г.н., доц. И.В. Латышева,

к.т.н. В.Л. Макухин,

к.г.н., доц. В.Л. Потемкин,

Е.В. Шахаева

Введение

Атмосферные осадки как продукты конденсации и сублимации водяного пара в атмосфере являются важным климатическим параметром, определяющим режим увлажнения территории. Для возникновения атмосферных осадков необходимо наличие влажной воздушной массы, восходящих движений и ядер конденсации. Поэтому по количеству и интенсивности выпавших осадков можно косвенно судить о характере вертикальных движений в атмосфере, которые наиболее трудно оценить в энергетическом цикле атмосферы [1].

Первые систематические данные о распределении атмосферных осадков на территории России находим в работах А.И. Воейкова. Несмотря на это в настоящее время по-прежнему большое количество опубликованных работ посвящено исследованию пространственно-временных закономерностей распределения атмосферных осадков в различных регионах России. атмосферный осадок дневной ночной

Например, в работе [2] рассматриваются климатические условия выпадения атмосферных осадков на территории Дальнего Востока, которые во многом определяются господствующим влиянием холодных континентальных воздушных масс зимой и прохладных океанических масс летом. На основе данных о приземной температуре воздуха и количестве атмосферных осадков выявлено северо-восточное направление градиента потепления и увеличение количества выпавших осадков на Полярном, Северном и Южном Урале в XX веке [3].

Кисловым А.В. и Сурковой Г.В. использован физико-статистический подход для уточнения прогностических полей температуры воздуха и атмосферных осадков в середине XX века на территории Восточной Сибири в районах с резко расчлененным рельефом. Получено детализированное территориальное распределение средних месячных значений температуры воздуха и сумм осадков по бассейну реки Лена - району, крайне неоднородному и скудно освещенному данными метеорологических наблюдений [4].

Значительное количество работ посвящено изучению внутренних и внешних климатообразующих факторов формирования атмосферных осадков. Для периода 1982-1993 гг. исследована зависимость количества атмосферных осадков от атмосферной циркуляции на основе расчета обратных траекторий, существенно отличающихся в летнее и зимнее время [5]. Для периода 1991-2000 гг. обнаружена тесная взаимосвязь между температурой воздуха, количеством атмосферных осадков и интенсивностью циркуляции во внетропических циклонах в атлантических и тихоокеанских акваториях на последовательных этапах их эволюции [6]. Установлено увеличение сумм осадков холодного периода и возрастание числа положительных экстремумов в холодную и теплую половины года под влиянием крупных взрывных газо-пепловых вулканических извержений на территории России в XX веке [7].

Весомый вклад в изучение физических процессов формирования атмосферных осадков на территории России внесли Шакина Н.П. и Иванова А.Р. Авторами детально изучены условия выпадения замерзающего дождя и замерзающей мороси, которые связаны с наличием высокой бароклинности в нижней тропосфере и теплых слоев в облаке или под ним [8]. В качестве диагностических характеристик, определяющих интенсивность атмосферных осадков, использованы фронтальный параметр как мера бароклинности и кривизны поля давления, уровень нулевой плавучести как мера конвективной неустойчивости сеточного масштаба, фронтогенетическая функция на изобарической поверхности 850 гПа и высота динамической тропопаузы как мера интенсивности вертикальных циркуляций в нестационарных бароклинных зонах [9].

Среди перспективных рассматривается метод спутникового дешифрирования атмосферных осадков. На основе спутниковых измерений состояния зондируемой поверхности, физико-математической модели формирования снежного покрова и снеготаяния и имеющихся стандартных данных наземных метеорологических измерений предложена методика построения пространственных полей характеристик снежного покрова для территории, расположенной в лесной зоне Европейской части России [10]. Проводится распознавание типов снежного и ледового покровов по микроволновым измерениям со спутника "NОАА" [11].

Большое внимание исследователями уделяется изучению снежного покрова. Выявлены количественные связи между изменениями снегозапасов, сроков залегания снежного покрова, температурой воздуха, количеством осадков в зимний период и индексами атмосферной циркуляции [12]. Выполнено численное моделирование влияния горизонтальной неоднородности на альбедо и поглощательную способность снежного покрова [13]. На примере Юга Западной Сибири определена роль альбедо при формировании метеорологических условий в период формирования снежного покрова [14].

В этой связи важно проводить регулярные исследования многолетнего режима атмосферных осадков, особенно в тех регионах, которые характеризуются значительными изменениями климатического режима. В число таких регионов входит Иркутская область.

Постановка задачи

В работе рассматриваются закономерности в распределении атмосферных осадков, выпадающих в дневные и ночные часы суток в Иркутской области, основную часть территории которой занимает южная конечность Среднесибирского плоскогорья с преобладающими высотами от 600 до 800 м на востоке до 300-400 м на западе области. На юге и юго-западе Среднесибирское плоскогорье обрамляют труднодоступные горные цепи: Восточный Саян и Хамар-Дабан с наибольшей отметкой - 1464 м [15].

В качестве исходных использованы данные непрерывных метеорологических наблюдений на ст. Наканно, Мама, Жигалово, Братск, Нижнеудинск, Хужир, Саянск, Сарам, Хомутово и Иркутск, расположенных в разных физико-географических районах Иркутской области, за период 1970-2009 гг.

По климатическому районированию М.И. Будыко рассматриваемая территория относится к области достаточно влажного климата с умеренно суровой, малоснежной зимой и умеренно теплым летом. В зависимости от вида выпадающих осадков год может быть разделен на два периода: часть года с преимущественным выпадением твердых осадков обычно называют холодным периодом (X-III), тогда как преобладание жидких осадков считается характерной чертой теплого периода (IV-IX) [15].

Около 60% годовой суммы атмосферных осадков на территории Иркутской области выпадает в летние месяцы, на весну приходится около 12-15%, на осень примерно 20%, зимой в виде снега выпадает только 10%. В годовом распределении максимум осадков приходится на июль-август, минимум на февраль-март. На равнинной территории в среднем за год выпадает 300-400 мм осадков, в горах свыше 600 мм. Наибольшее количество осадков отмечается в горных районах Восточного Саяна, Хамар-Дабана и Северо-Байкальского нагорья (свыше 1000 мм); наименьшее - на острове Ольхон (около 100 мм) [16].

Результаты исследований

Первоначально оценим средние многолетние суммы атмосферных осадков в дневные и ночные часы суток в теплый и холодный период за 1970-2009 гг. Можно отметить, что на большинстве рассматриваемых станций суммы атмосферных осадков в ночные часы суток оказались выше, чем в дневные часы (рис.1,2). Наиболее выражены эти различия в летние месяцы на фоне годового максимума атмосферных осадков.

Для определения вклада циркуляционных факторов в изменение сумм атмосферных осадков была использована типизация Б.Л. Дзердзеевского, продолжаемая Н.К. Кононовой (http://www.atmospheric-circulation.ru). Данная типизация через траектории смещения подвижных барических образований характеризует циркуляционные условия над внетропической зоной Северного полушария (т.е. включает район исследования - Иркутскую область) и отражает основные пути переноса тепла и влаги, что представляет интерес для оценки региональных изменений климата.

Согласно типизации в период с 1899 г. по настоящее время сменилось 3 циркуляционные эпохи (табл.1): две меридиональные (с 1899 по 1915 гг. и с 1957 г. по настоящее время) и одна зональная (1916-1956 гг.).

Выявлено, что в последнее десятилетие в период увеличения продолжительности меридиональных северных процессов в северных районах Иркутской области (ст. Наканно, Мама) незначительно увеличился вклад дневных сумм осадков (рис.3).

В западных, южных районах и на оз. Байкал (ст. Хужир) в последнее десятилетие незначительно возрос вклад ночных сумм атмосферных осадков (рис.4).

Исследование многолетней динамики высоты снежного покрова показало, что на большинстве рассмотренных станций в последние годы происходит уменьшение высоты снега осенью и его увеличение зимой и весной.

Таблица 1 - Календарь смены циркуляционных эпох по Б.Л.Дзердзеевскому (http://www.atmospheric-circulation.ru)

Известно, что обильные дожди и снегопады оказывают неблагоприятное воздействие на рост и развитие сельскохозяйственных культур, создают угрозу для возникновения паводков, наводнений и селей [17]. Поэтому было рассмотрено распределение числа случаев с сильным ливнем, когда количество жидких осадков превышает 30 мм за период менее 1 часа; очень сильный дождь, при котором количество жидких осадков превышает 50 мм за период менее 12 часов; очень сильный снег с количеством жидких осадков более 20 мм за период не более 12 часов.

Так как характер наносимого ущерба определяется продолжительностью выпадения атмосферных осадков, то в качестве опасного явления был рассмотрен продолжительный дождь, когда за период 12-48 часов количество выпавших осадков превысило 100 мм [18].

Установлено, что в последнее десятилетие очень сильный и продолжительный дождь чаще всего отмечался в западных и южных районах Иркутской области в середине лета преимущественно в послеполуденные и вечерние часы на фоне максимального прогрева и развития восходящих токов в кучево-дождевых облаках. Сильный ливень чаще всего наблюдался в южных и высокогорных районах при фронтальном типе атмосферных процессов, в основном при выходе южных циклонов.

Наибольшее число случаев с сильным снегом приходится на период апрель-май, когда на фоне положительных температур при вторжении арктического воздуха происходит развитие конвекции, либо на октябрь, когда происходит усиление меридиональных процессов в тропосфере.

Заключение

В результате проведенного исследования на современных данных метеорологических наблюдений рассмотрена пространственно-временная изменчивость атмосферных осадков, выпадающих в дневные и ночные часы суток в различных районах Иркутской области.

Получено, что наибольшее количество дневных и ночных сумм осадков, как в теплый, так и в холодный период года выпадает в высокогорных, западных и центральных районах Иркутской области.

В последнее десятилетие на фоне увеличения продолжительности меридиональных северных процессов на большинстве рассмотренных станций, расположенных на территории Иркутской области, превалирует вклад ночных сумм осадков. В северных районах Иркутской области более выражено увеличение дневных сумм осадков.

Практически на всех рассмотренных станциях в настоящее время происходит уменьшение высоты снежного покрова осенью и увеличение зимой и весной.

Работа частично выполнена при поддержке РФФИ, грант № 11-05-00140-а.

Список литературы

1. Матвеев Л.Т. Основы общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. 876 с.

2. Бакланов П.Я., Зонов Ю.Б., Романов М.Т. и др. География Примоского края. Владивосток: Изд-во Уссури, 1997. 180 с. (http:www.geografia.ru/primor.html).

3. Шалаумова Ю.В., Фомин В.В., Капралов Д.С. Пространственно-временная динамика климата на Урале во второй половине XX века // Метеорология и гидрология. 2010. №2. С.44-54.

4. Кислов А.В., Суркова Г.В. Пространственно-детализированный климатический прогноз температуры воздуха и осадков в Восточной Сибири на основе учета локальных особенностей подстилающей поверхности // Метеорология и гидрология. 2009. №3. С.43-51.

5. Суркова Г.В., Еремина И.Д., Мордкович П.А. О влиянии крупномасштабного атмосферного переноса на химический состав и количество атмосферных осадков в центре европейской территории России // Метеорология и гидрология. 2010. №4. С.36-44.

6. Гущина Д.Ю., Аракелян Т.Г., Петросянц М.А. Связь интенсивности циркуляции в циклонах умеренных широт с аномальными температурами и осадками // Метеорология и гидрология. 2008. №11. С.5-20.

7. Черенкова Е.А., Чернавская М.М. Воздействие вулканических извержений на циркуляцию атмосферы и осадки в XX веке // Метеорология и гидрология. 2008. №1. С.77-86.

8. Шакина Н.П., Скриптунова Е.Н., Иванова А.Р., Хоменко И.А., Хоменко Г.В. Условия выпадения замерзающих осадков в некоторых аэропортах России и СНГ. ІІІ. Аэропорт Одесса // Метеорология и гидрология. 2005. №9. С.5-18.

9. Шакина Н.П., Скриптунова Е.Н., Иванова А.П. Прогностическая значимость динамических факторов генерации осадков // Метеорология и гидрология. 2008. №5. С.31-44.

10. Кучмент Л.С., Романова П.Ю., Гельфан А.Н., Демидов В.Н. Оценка характеристик снежного покрова путем совместного использования моделей и спутниковой информации // Исследования земли из космоса. 2009. №4. С.47-56.

11. Бухаров М.В., Геохланян Т.Х., Соловьев В.И. Распознавание типов снежного и ледового покровов по микроволновым измерениям со спутника "NОАА" // Метеорология и гидрология. 2003. №11. С.54-63.

12. Китаев Л.М., Титкова Т.Б. Оценка снегозапасов по данным спутниковой информации // Криосфера Земли. 2010, Т. 14, № 1. С.76-80.

13. Журавлева Т.Б., Кохановский А.А. Влияние горизонтальной неоднородности на альбедо и поглощательную способность снежного покрова // Метеорология и гидрология. 2010. №9. С.17-25.

14. Китаев Л.М., Крюгер О., Шерстюков Б.Г., Хобе Х. Признаки влияния растительности на распределение снежного покрова // Метеорология и гидрология. 2005. №7. С.61-69.

15. Бояркин В.М. География Иркутской области. 5-е изд., перераб и доп. Иркутск: Восточно-Сибирская издательская компания, 2000. 224 с.

16. Винокуров М.А., Суходолов А.П. Экономика Иркутской области. Иркутск: Изд-во ИГЭА, 1998. Т. 1. 203 с. http://pribaikal.ru/obl-climate.html

17. Потемкин В.Л., Потемкина Т.Г., Гусева Е.А. Сток речных наносов хребта Хамар-Дабан: наблюдения и модель // Вестник ИрГТУ. 2012. №1. С.46-50.

18. Опасные явления погоды на территории Сибири и Урала / Под ред. С.Д. Кошинского, А.Д. Дробышева. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. Ч. II. 237 с.

Приложение

Рис.1. Средние многолетние суммы атмосферных осадков в дневные и ночные часы суток (мм) в теплый период (IV-IX) за 1970-2009 гг.

Рис.2. Средние многолетние суммы атмосферных осадков в дневные и ночные часы суток (мм) в холодный период (X-III) за 1970-2009 гг.

Рис.3. Процентное соотношение (%) вклада дневных и ночных сумм атмосферных осадков в различные климатические и циркуляционные периоды (ст. Наканно)

Рис.4 Процентное соотношение (%) вклада дневных и ночных сумм атмосферных осадков в различные климатические и циркуляционные периоды (ст. Хужир)

Размещено на Allbest.ru