CC BY
24
УДК 551.58 (075.8), 551.501+551.508
О. В. МЕЗЕНЦЕВА
Омский государственный педагогический университет
КРИОКЛИМАТИЧЕСКЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
В статье выполнен анализ территориального распределения величины криоклимати-ческого коэффициента и других энергетических характеристик уравнения теплового баланса для территории Западной Сибири. Изучено соответствие значений данных характеристик климатическому районированию Западно-Сибирской равнины. Даны предложения по использованию данных криоклиматических характеристик в климатических описаниях.
Исследованиями теплоэнергетических ресурсов климата Тк и теплоэнергетических ресурсов процесса суммарного испарения Tz , разработкой теоретических основ балансовых расчетов в данной области в разное время занимались Будыко М.И. [1,2,3], Мезенцев B.C.[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 (крио-литозона) 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 почвогрун-та, 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 ктеп-лобалансовым 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 Ягод (по Будыко М.И.), а величиной Тк (по Мезенцеву B.C. и Карнацевичу И.В.). 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 = + Р+ (1)
Коротковолновая составляющая 11+ 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 актинометричес-ких 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 радиаци-
Таблица 1
Элементы радиационного и теплового балансов, характеристики увлажнения и климатические коэффициенты для территории Западной Сибири в средний год
№. Станция Р* МДж/м2 Тк МДж/м? Tz МДж/м2 Ткр= =Tk-Tz МДж/м3 Zm мм КХ мм Ркх = =KX/Zm YKP = (Тк—Tz)/Tk a„dv = = Р+/Тк
4 Тамбей 201 1352 668 685 216 430 2,07 0,51 0,15
21 Салехард 110 1573 1079 494 419 686 1,73 0,31 0,07
31 Тарко-Сале 140 1558 1155 403 389 686 1,85 0,26 0,09
49 Сургут 87 1747 1310 437 529 654 1,31 0,25 0,05
82 Ягыл-Яг 110 1826 1458 368 581 564 1,20 0,20 0,06
99 Томск 20 1878 1585 293 631 557 1,05 0,16 0,00
123 Тюмень 59 1968 1748 220 696 524 0,77 0,13 0,03
155 Омск 39 1936 1565 371 691 438 0,63 0,19 0,02
¡74 Барнаул 20 1994 1669 325 692 617 0,91 0,17 0,01
198 Кустанай 15 2044 1919 125 764 373 0,50 0,06 0,01
216 Павлодар 10 2070 1994 76 793 352 0,46 0,04 0,00
онно-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 погвогрунтов 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 аачу = Р+/Т 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 криоклиматического 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 территориального 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.
В таблице 1 Zm- водный эквивалент в мм/год теплоэнергетических ресурсов процесса испарения Tz, КХ - сумма атмосферных осадков с учетом стандартных исправлений мм/год, ркх= KX/Zm - коэффициент увлажнения текрритории.
Представленная методика выполнения расчетов элементов теплового и водного баланса для земной поверхности была применена в расчетах теплоэнергетических и криоклиматических характеристик для 238 метеостанций Западной Сибири. Для расчетов за внутригодовые интервалы времени (по месяцам и сезонам) использован метод гидролого-климатических расчетов [4-6] и компьютерная программа в среде VBA EXCEL.
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 Maplnfo. Карта коэффициента адвекции aadv как показателя адвективности 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 пока-
Рис. 1. Территориальное распределение криоклиматического коэффициента.
Таблица 2
Характеристика климатов Западной Сибири с учетом дополнительных климатических показателей
№ Климатический пояс, климатическая область Господ, возд.масса по сезонам Кувл. = ркх (По Мезенцеву B.C.) Y«P о,,.«
1 Арктический (п-ва Ямал, Гыданский) Аркт. ВМ 1,2-1.4 0,4-0,5 0,1-0,2
2 Субарктический Аркт ВМ зимой, ВМ умер, широт летом 1,1-1,2 0,3-0,4 0,05-0,1
3 Умеренный А) область умеренно континентального климата Б) область континентального климата ВМ умер, широт 1,0-1,1 0,6-1,0 0,2-0,3 0,1-0,2 0,03-0,05 0,0-0,03
зателей 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 континентальности 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 криокли-матический коэффициент и коэффициент адвек-тивности климата.
Климатическое районирование, учитывающее криоклиматический показатель и коэффициент адвективности климата позволяет 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 криокли-матического 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.
Библиографический список
1. Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности. - Л.: Гидрометеоиздат, 1956.-255С.
2. Будыко М.И. Испарение в естественных условиях.-Л.: Гидрометеоиздат, 1948 - 136с.
3. Будыко М.И. Атлас «Тепловой баланс Земли»,-Л.: Гидрометеоиздат, 1978.
4. МезенцевВ.С, Метод гидролого-климатических расчетов и опыт его применения для районирования Западно-Сибирской равнины но признакам увлажнения и теплообеспеченности // Труды / Омск.с.-х. ин-т. - 1957. - Т. 27.
5. МезенцевВ.С., КарнацевичИ.В.Увлажненность ЗападноСибирской равнины, - Д.,Гидрометеоиздат, 1969,- 168 с.
6. Мезенцев B.C. Гидролого-климатические основы проектирования гидромелиорации: учебное пособие // ОмСХИ. -Омск, 1993. ■ 128 с.
7. Карнацевич И.В. Расчеты тепловых и водных ресурсов малых речных водосборов на территории Сибири. 4.1. 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.П. - Омск: 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. - 60с.
10. Карнацевич И.В.Теплоэнергетические ресурсы радиационных сезонов в условиях криолитозоны // Метеорология, климатология и гидрология. - 1991. - № 27. - С.81-89.
11. КарнацевичИ.В. Коротковолновая составляющая теплоэнергетических ресурсов климатических процессов на территории СССР// География и природные ресурсы. -199!.-№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.Криоклиматическая характеристика Евразии / И.В. Карнацевич, Ж.А. Тусупбеков // География и природные ресурсы. - 1994.- №2. - 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. Карта криоклиматической характеристики территории Евразии / И.В. Карнацевич, Ж.А. Тусупбеков // 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 несурсы климатов Северной Америки // Изв.РГО. - 2002. - Т. 134. - Вып. 3. - С. 35-39.
18. Мезенцева О.В. Вклад сибирских исследователей в изучение тепловлагообмена на поверхности суши / О.В. Мезенцева, И.М. Аблова, В.И. Балошенко // Омский научный вестник. -2004.-№ 1(26).- С. 179-182.
19. Мезенцева О.В. Количественная оценка адвекции тепла на территории Западной Сибири // Омский научный вестник.
- 2004. - № 1(26). - С. 188-189.
20. Аблова И.М, Ресурсы и закономерности географического распределения естественного увлажнения водосборов Западно-Сибирской Равнины / И.М. Аблова, В.И. Балошенко, И.О. Игенбаева, И.В. Карнацевич, О.В. Мезенцева //Омский научный вестник. - 2004. - N6 1(26). - С. 183-187.
МЕЗЕНЦЕВА Ольга Варфоломеевна, кандидат географических наук, доцент, заведующая кафедрой физической географии.
Информация
Конкурс молодых ученых по присуждению премий имени выдающихся ученых СО РАН
С целью выявления и поддержки талантливой научной молодежи, способной получать научные результаты высокого уровня, Президиум Сибирского отделения Российской академии наук ПОСТАНОВЛЯЕТ:
1. Провести до 30 апреля 2005 года конкурс работ молодых ученых на премии имени выдающихся ученых СО РАН согласно утвержденным положению и перечню (приложения 1 и 2). Установить срок представления работ до 15 марта 2005 г.
2. На конкурс выдвигаются наиболее крупные работы молодых ученых фундаментального характера, как правило, в виде монографий или циклов статей, изданных в 2002 — 2004 гг. в ведущих отечественных или зарубежных издательствах или журналах, выполненные самостоятельно или в соавторстве.
3. Установить размер одной премии — 30 тысяч рублей,
4. Объединенным ученым советам СО РАН по направлениям наук рассмотреть выдвинутые работы и представить на утверждение Президиума Отделения до 1 мая 2005 г. предложения по лауреатам конкурса.
5. Вручение премий провести на Годичном общем собрании Отделения.
Подробная информация опубликована на сайте Президиума Сибирского отделения Российской академии наук.
