CC BY
60
НАУКИ О ЗЕМЛЕ «ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 2 (71), 2008
*
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 62і.81:556.12:53.081.6/.7 И. В. КАРНАЦЕВИЧ
О. В. МЕЗЕНЦЕВА
Омский государственный педагогический университет
КОНСТАНТЫ ВАЖНЕЙШИХ гидрологоклиматических ХАРАКТЕРИСТИК И ИХ КРИТИЧЕСКИЕ ЗНАЧЕНИЯ___________________________________
В самом начале шкал важнейших ресурсных гидролого-климатических характеристик - годовых норм атмосферных осадков, местного элементарного климатического стока и теплоэнергетических ресурсов климата - объективно существуют критические (критериальные) значения признака, которые следует считать географическими константами.
Ключевые слова: гидрология, ресурсы, шкалы.
Важнейшими возобновляемыми ресурсными гид-ролого-климатическими характеристиками являются теплоэнергетические ресурсы климата, определяемые приходом солнечной энергии к поверхности водосборов, и влагоресурсы — атмосферные осадки и речной сток. При картографическом анализе материалов измерений, выполняемых на сотнях метеорологических станций и гидрологических постов, а также при анализе результатов расчета в метеорологии и гидрологии создаются поля физических величин — метеорологических элементов и элементов водного и теплового балансов: температур воздуха и почвы, атмосферных осадков, стока, суммарного испарения, общего увлажнения, испарения с водной поверхности, влажности почвогрунтов и т.д. Рассмотрим шкалы важнейших, на наш взгляд, величин и покажем, что в самом начале этих шкал объективно существуют критические значения, которые следует считать гид-ролого-климатическими константами.
Годовая норма атмосферных осадков, или общее атмосферное увлажнение территории, обозначаемое символом Х, измеряемое в миллиметрах слоя воды. Шкала этой величины (рис. 1) для всего земного шара может быть представлена в диапазоне значений от нуля (такова, например, годовая сумма осадков в Нубийской пустыне в течение нескольких лет подряд) до 12 000 мм/год на южных склонах Гималаев (метеостанция Черрапунджи). Шкала осадков, как видим, описывает все существующие уровни естественного увлажнения на планете, однако, среди множества значений шкалы Х можно наметить три особенно важных, с точки зрения ландшафтоведения и земледелия, значения: Х1 = 50 мм/год, Х2 = 500 мм/год и Х3 = 700 мм/год. Первая метка годовых осадков соответствует изогиете, которая разделяет на картах континентов области пустынь и полупустынь от областей, где без ирригации можно вести примитивное сельское хозяйство. Вторая — обозначает границу областей
0,5
0,05
|0,7
Х, тыс. мм/год
т
4
п
12
0,03-0,04
"Г
4
Y, тыс. мм/год 1------1-----1
0,6-0,8
Тк, тыс. МДж/м2 I-----г
Рис. 1. Шкалы важнейших ресурсных гидролого-климатических величин и метки критических точек с именами (значениями)
избыточного и недостаточного увлажнения, третья — нижнюю границу естественного увлажнения, при котором без орошения ежегодно получают большие урожаи культурных растений. Можно в будущем уточнить значения этих критериев, но важно то, что все эти метки шкалы оказываются близки к началу шкалы, а далее вправо простирается широкий диапазон реализаций значений признака (от 700 мм до 12 000 мм), в котором отсутствуют подобные характерные значения.
На картах нормы, годового стока континентов удельное значение водных ресурсов выражают или в высоте слоя стока У, мм/год, или в единицах модуля М, л/(с-км2), причем У = 31,54М. На рис. 1 показаны диапазоны шкал годовых сумм осадков и нормы годового стока для всей Земли — осадки — до 12000 мм и сток — до 8000 мм/год. На шкале нормы стока можно уверенно наметить объективно существующее критическое значение стоковой константы У0 = 30 — 45 мм/год — значение, соответствующее местоположению на гидрографических картах геометрического места точек (узких полос), где исчезают постоянные водотоки, создаваемые местным стоком, и появляются временные водотоки, обозначаемые обычно прерывистыми линиями [1]. Это значение стока с индексом «0» предлагается считать гидрологической константой. Помимо этой единственной метки (стоковой константы), обозначающей границу областей избыточного и недостаточного (для существования постоянных водотоков) увлажнения, на шкале нормы годового стока не удается найти других констант. На школьных учебных картах континентов следовало бы показывать границу зон увлажнения, ориентируясь на это характерное значение, а на картах нормы стока четко выделять соответствующую изолинию цветом или толщиной. Уточнение значений констант в разных физико-географических условиях — дело времени. Возможно, на разных континентах или в разных климатах значения универсальной стоковой константы будут несколько различаться.
Рассмотрим еще две шкалы — шкалу относительной влажности почвогрунтов (в долях наименьшей
влагоемкости) и шкалу теплоэнергетических ресурсов климата Тк [2]. Нормированная влажность почвогрунтов V, выраженная в долях наименьшей (предельной полевой) влагоемкости, — величина безразмерная, так как
V= W/W .
нв
Значения этой весьма информативной величины получаются в результате расчетов элементов водного баланса по системе уравнений В.С.Мезенцева [3] при использовании исходных данных о теплоэнергетических и водных ресурсах местности (массовые данные наблюдений сотен метеорологических станций территории). Средняя влажность деятельного слоя земной поверхности V связана с коэффициентом увлажнения (тепловлагообеспеченности) Рн соотношением
V Г = Рн.
Коэффициент увлажнения Рн = Н/Zm=L•H/Tz, где Н — суммарное увлажнение, то есть сумма стока и суммарного испарения, а Zm = Тz/L — максимально возможное испарение Мезенцева-Ольдекопа.
В природе диапазон шкалы коэффициента увлажнения начинается от нуля в пустынях и заканчивается практически в окрестностях значения Рн = 4 (экваториальные и тропические леса). Шкала величины V начинается от нуля и заканчивается практически около V=2. На шкале величины V имеется только одно характерное значение V0 = 1, соответствующее средней влажности почвы, равной наименьшей влагоемкости. Эта константа разделяет области с избыточным и недостаточным увлажнением — с точки зрения земледелия. При фактической влажности, превышающей V наблюдается переувлажнение, при влажности V<1 наблюдается недостаточное увлажнение, то есть требуются ирригационные мероприятия.
Теплоэнергетические ресурсы суммарного испарения и нагревания воздуха Тz в холодных странах оказываются существенно меньшими, чем теплоэнергетические ресурсы, климата Тк [4]. В полярных странах, где годовой радиационный баланс отрицательный или равен нулю, теплоресурсы испарения Тz незначительны (на высокогорных ледниках и в Арктике) или стремятся к нулю (в Центральной Антарктиде). В ледниковых районах и областях существует граница областей аккумуляции и абляции. Ее географическое положение определяет изолиния поля теплоэнергетических ресурсов климата Тк = 600 — 800 МДж/(м2тод) [5]. Это значение, очевидно, может быть названо энергетической гляциологической константой. Значение Тк = 600 МДж/м2 является началом шкалы величины Тк для планеты Земля, так как меньшего значения не наблюдается даже в Центральной Антарктиде. Наибольшее значение годовой нормы Тк =3500 МДж/м2 относится к экваториальным пустыням.
Таковы значения гидролого-климатических констант, выделение которых на картах изолиний способствовало бы лучшей структуризации географических представлений и могло бы использоваться при составлении схем районирования территорий.
Библиографический список
1. Мезенцева О.В. Главные гидрологические рубежи и полоса оптимального увлажнения Евразии / Мезенцева О.В. // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы Земли. — 2007. — № 2(57), 3(61) - С. 31-35.
«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 2 (71), 2008 НАУКИ О ЗЕМЛЕ
НАУКИ О ЗЕМЛЕ «ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 2 (71), 2008
2. Мезенцев В. С., Белоненко Г. В., Березников К. П. и др. Уравнение теплоэнергетического баланса процесса суммарного испарения // Науч.тр. / Омский с.-х. ин-т. — Омск, 1966. — Т. 66. — С. 111 — 118.
3. Мезенцев В. С. Метод гидролого-климатических расчетов и опыт его применения для районирования Западно-Сибирской равнины по признакам увлажнения и теплообеспеченности // Труды Омского с.-х. ин-та. — Омск, 1957. —Т. 27. — 121с.
4. Карнацевич И. В. Энергетические ресурсы земной поверхности в холодных странах // Изв. Рус. геогр. об-ва. — 1995. — Т. 127, вып. 6. — С. 10—17.
5. Карнацевич И.В. Расчеты тепловых и водных ресурсов малых речных водосборов на территории Сибири. Ч. 2. Водный баланс и водные ресурсы : учеб. пособие. — Омск, 1991. — 80 с. — В надзаг.: Ом. с.-х. ин-т им. С. М. Кирова.
УДК 551.524
ставление о термических условиях на ближайшие дни (декаду) — хотя бы для того, чтобы не замерзнуть там или не перегреться. При этом с вероятностью около 50% можно ориентироваться на нормы суточных температур воздуха, но средние за много лет значения и даже синоптические среднесрочные прогнозы, публикуемые в Интернете, могут не совпасть в значительной степени с фактической реализацией температурного режима. В любой год, согласно теории вероятностей, могут реализоваться температурные режимы очень редкой повторяемости. Поэтому следует знать, какие наихудшие термические испытания могут нас ожидать.
Национальные гидрометеорологические службы накопили к настоящему времени ценнейшую информацию о термическом режиме воздуха в 6-8 тысячах точек (метеостанций) — во всех больших городах и небольших населенных пунктах всех континентов. Длина рядов наблюдений насчитывает в основном 70 — 80 лет, а длительность наблюдений по приборам на самых старых (длиннорядных) станциях достигает 200 лет. К сожалению, ряды наблюдений неоднородны из-за неоднократного переноса площадок метеостанций в пределах города на расстояние в несколько километров, а также из-за происшедших за последнее
КАРНАЦЕВИЧ Игорь Владиславович, профессор кафедры гидрогеологии, гидравлики и инженерной гидрологии Омского государственного аграрного университета и кафедры физической географии Омского государственного педагогического университета, доктор географических наук.
МЕЗЕНЦЕВА Ольга Варфоломеевна, кандидат географических наук, доцент, заведующая кафедрой физической географии географического факультета Омского государственного педагогического университета.
Дата поступления статьи в редакцию: 26.12.2008 г.
© Карнацевич И.В., Мезенцева О.В.
И. В. КАРНАЦЕВИЧ
Омский государственный педагогический университет
столетие изменений в методиках проведения наблюдений и обработки материалов.
В 2006 г. в Интернете были выставлены на сайте Всесоюзного НИИ гидрометеорологической информации (город Обнинск) ежесуточные данные измерений температуры воздуха и атмосферных осадков для 233 метеостанций России и сопредельных государств (бывших территорий СССР) с начала наблюдений до 1995 г. [1]. Эта база данных насчитывает около 47 млн записей и потому необозрима без специальной программы СУБД. Такая программа составлена была в Омском государственном педагогическом университете в 2007 г. Е.Б. Березиным. С помощью этой программы можно сформировать для каждой метеостанции массивы средних, минимальных и максимальных значений температуры воздуха за каждые сутки конкретного года или за все годы наблюдений. В последнем случае получим 365/366 столбцов ( с 01.01 до 31.12) длиной п лет, в результате ранжирования которых будем иметь в каждом столбце два наиболее интересных значения — первое и последнее — экстремальные значения (максимум максиморум и минимум миниморум — для анализируемой температурной характеристики).
Казалось бы, эти значения для соседних суток должны выражаться весьма близкими числами, однако даже при длине ряда в 89 лет [2, С. 211] различие составляет 5-7 градусов (табл. 1). Это свидетельствует только о том,
СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПРОГНОЗЫ ФАЗОВО-НЕОДНОРОДНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЭКСТРЕМУМОВ
В целях информирования населения о возможных экстремальных ситуациях в данном населенном пункте следовало бы иметь в виду не только значения максимальной и минимальной температуры воздуха, имевшей место в прошлом, но и оглашать расчетные прогнозные значения, полученные путем математической экстраполяции эмпирической кривой вероятностей превышения.
Ключевые слова: прогноз, температура воздуха, статистический анализ.
Людям, уезжающим на одну-две недели в другой город или страну, нужно иметь количественное пред-
