CC BY
28
УДК 551.510.522
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИЗЕМНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ТРУДНОДОСТУПНЫХ ГОРНЫХ РАЙОНАХ (НА ПРИМЕРЕ ГОРНОЙ ШОРИИ)
Иван Иванович Амелин
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 6, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории математического моделирования волн цунами, тел. (913)910-58-01, e-mail: aii@omzg.sscc.ru
С помощью автоматического регистратора проведены измерения температуры на положительных формах рельефа в Горной Шории (Кемеровская область). Полученный массив данных позволяет построить калибровочные зависимости для связи температуры приземного слоя воздуха с температурой отражающей поверхности по данным КА Terra/Modis. Данный подход позволяет определять температуру приземного слоя воздуха в труднодоступных горных районах с большой точностью и минимальных затратах.
Ключевые слова: температура, приземный слой, водораздел, долина, микроклиматическая изменчивость, отражающая поверхность, растительность.
METHODOLOGY OF DETERMINATION OF NEAR GROUND LAYER AIR TEMPERATURE IN HARD-TO-REACH MOUNTAIN AREAS (ON THE EXAMPLE OF SHORIYA MOUNTAINS)
Ivan I. Amelin
Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 6 Akademik Lavrentiev Prospect, Ph. D., researcher of lab. mathematical modeling of tsunami waves, tel. (913)910-58-01, e-mail: aii@omzg.sscc.ru
With the help of an automatic logger, temperature measurements were made on positive forms of relief in the Shoria mountains region (Kemerovo region). The obtained data array makes it possible to construct calibration relations for coupling the temperature of the air near ground layer with the temperature of the reflecting surface according to the data of the Terra/Modis spacecraft. This approach makes it possible to determine the temperature of the surface air layer in hard-to-reach mountain regions with high accuracy and minimum costs.
Key words: temperature, surface layer, watershed, valley, microclimatic variability, reflecting surface, vegetation.
Температура приземного слоя воздуха является одной из основных характеристик климата, которую необходимо учитывать в целом ряде отраслей экономики (строительство и эксплуатация зданий и сооружений, сельское хозяйство, рекреация и туризм). Климатическая изученность территории России неравномерна ввиду разной доступности территории. Даже относительно населенном районе юга Кузбасса (более 1 млн чел) плотность метеостанции менее 1 ст./ 2000 км2 и расположены они в отрицательных формах рельефа (долины рек) [1, 2]. С другой стороны, в силу расчлененного рельефа (относительные превышения достигают 500-1000 м) и разнообразного растительного покрова
микроклиматическая изменчивость элементов климата на данной территории достигает значительных величин. Например, в [3] показано, что диапазон изменения среднего абсолютного годового минимума температуры в низкогорье и среднегорье Южной Сибири достигает 11-13 °С. Территории, занимаемые положительными формами рельефа, как правило труднодоступны и слабо изучены в отношении температурного режима приземного слоя воздуха. Оценки температуры, полученные по данным об относительной высоте местности (над уровнем базовой метеостанции) и среднего значения вертикального градиента температуры в нижней тропосфере (-6 °С/1 км), слишком грубые, ввиду неучета адвекции и радиационного выхолаживания, которые являются существенными в условиях горного рельефа [4] и лесного покрова [5], что является характерным типом ландшафта Горной Шории.
Наиболее эффективным путем позволяющим снизить трудозатраты при определении полей температуры приземного слоя воздуха и повысить точность определения температуры является комбинирование наземных измерений и спутниковых данных. В данной работе предлагается использовать архивных данных температуры инфракрасного канала КА Terra/Modis с пространственным разрешением 1 км [6], а также температурных логгеров с памятью российского производства («Овен», «Релсиб») наиболее доступных по цене и несложных в эксплуатации. На первом этапе проводится подготовка данных спутниковых наблюдений и получение среднесуточных температур. Затем подбираются наземные измерения соответствующие данному местоположению и времени. Далее по массиву данных строится калибровочная зависимость, между температурой воздуха на высоте 2 м (наземные измерения) и температурой отражающей поверхности (спутниковые данные). Ввиду различия отражающей поверхности в зависимости от времени года (в лесных районах) необходимы летние и зимние измерения. Например, в зависимости от сезона года температура поверхности лиственного леса будет определяться либо температурой поверхности крон деревьев, либо снегового покрова. В итоге получаем две калибровочные зависимости для зимнего и летнего времени. При учете влияния растительности (лиственный лес, хвойный лес, открытая местность, кустарники) желательно провести наземные измерения в каждом типе растительных сообществ.
Для получения необходимого набора данных проведены измерения температуры в долине р. Томь. Место измерения - лиственный лес на водоразделе р. Майзас и Томь (53.6115° N 88.2966° Е) в верхней части пологого (2-3°) склона юго-восточной экспозиции близ водораздела на абсолютной высоте около 500 м. Превышение поста над долиной р. Томи и метеостанцией Между-реченск составило около 250 м, расстояние - около 7 км. Для измерения температуры использовали автоматический регистратор «Релсиб» с точностью определения температуры 1 °С. Датчик размещали в водонепроницаемой пластиковой оболочке, внешнюю поверхность которого покрывали фольгой, для отражения солнечного излучения. Корпус вместе с датчиком подвешивали на высо-
те 2 м к веревке, натянутой между деревьями. Измерения проводили с частотой 1 раз в 3 часа, синхронно с измерениями сети Росгидрометслужбы.
После обработки результатов и сравнения их с данными ближайшей метеостанции Междуреченск [7] выяснилось, что наибольшие разности температур отмечены в декабре-марте, когда преобладал антициклональный тип погоды. В отдельные сроки, продолжительностью 3-8 часов разница температур в долине Томи и на водоразделе достигала 15-20 °С, а среднесуточные температуры отличались на 10-12 °С (рис. 1).
31.10.2011
5
Т, °С
Т, °С
Дата, ноябрь-декабрь 2012 г
8,3 13,3 18,3 23,3 28,3
Дата, март 2012 г
10.11.2011
20.11.2011
30.11.2011
10.12.2011
0
31.10.2011
10.11.2011
20.11.2011
30.11.2011
10.12.2011
Рис. 1. Динамика среднесуточной температуры «Трудный» и «Междуреченск» в 2012 г.
Подобные различия были зафиксированы на паре станции Росгидрометео-службы в бассейне р. Кондома - «Подкатунь-грива» (520 м) и «Кондома» (354 м) (рис. 3). Так в январе и феврале 1944 г разница минимальных месячных температур на данных станциях достигала +14.4 и +17.7 °С соответственно. Разница среднемесячных при этом составила +8.1 и +6.4 °С, а со станцией Ку-зедеево (290 м) +7.7 и +6 °С соответственно. Столь значительная разница температур обусловлена большой длительностью антициклонального типа погоды, о чем свидетельствует малая сумма осадков на станциях [2].
В случае преобладания антициклонального типа погоды положительные значения вертикального градиента температуры сохраняются и в летнее время. Например, лето 2012 года на юге Кузбасса оказалось малооблачным, преобладал антициклональный тип погоды. При таких условиях в долине Томи наблюдалась инверсия температуры, интенсивность которой достигала +7 °С/250 м в утренние часы, продолжительность примерно соответствовала темному времени суток. Из-за сильных ночных инверсий, среднемесячная температура воздуха в летнее время на водоразделе превысила температуру долине Томи: разница среднемесячной температуры июня и июля составила +1.2 и +1.1 °С соответственно (рис. 3).
Рис. 2. Разница среднемесячных температур в долине р. Кондома (Подкатунь-грива - Кузедеево; Подкатунь-грива - Кондома) и р. Томь (Междуреченск - Трудный)
т, °с
24
1,6 5,6 9,6 13,6 17,6 21,6 25,6 29,6
Т1-z-1-'-1-1-'-1-1-1-
02.июл 06.июл 10.июл 14.июл 18.июл 22.июл 26.июл 30.июл
т, °с
24 24
16^
1,6 5,6 9,6 13,6 17,6 21,6 25,6 29,6 Дата, июнь 2012 г
Трудн —■— Межд ый уреченск Г- Л
\ / 1 , •1 • • • | / V
/ 'V 1 1
V
02.июл 06.июл 10.июл 14.июл 18.июл 22.июл 26.июл 30.июл
Дата, июль 2012 г
Рис. 3. Динамика среднесуточных температур на метеостанции Междуреченск
и Трудный за июнь, июль 2012 г.
24
20
16
Весной-осенью (апрель-май, сентябрь-ноябрь) в случае преобладании ан-тициклонального типа погоды разницы температур водораздел-долина также могут быть положительные. Например, в октябре 2011 г при сумме осадков 20 мм (норма - около 100 мм) среднее значение вертикального градиента +1.2 °С/250 м.
Таким образом сравнение температурных показаний на водоразделе с температурой долинных метеостанций [2, 7] показывают, что положение в рельефе тип погоды (циклональный, антициклональный) и растительный покров влияют на динамику температуры приземного слоя воздуха в течение года (рис. 1-3). Собранные данные позволяют построить калибровочную зависимость для рас-
чета температуры приземного слоя воздуха по данным инфракрасного канала Terra/Modis и определить температуру воздуха как положительных форм рельефа (склоны, водоразделы), так и отрицательных (долины, котловины).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Изменение климата и его воздействие на экосистемы, население и хозяйство российской части Алтае-Саянского экорегиона : оценочный доклад / под ред. А. О. Кокорина ; Всемирный фонд дикой природы (WWF России). - М., 2011. - 168 с. http://ntt.wwf.ru/data/publ/altai/ozenochnydoklad_altai.pdf
2. Климатологический справочник СССР. - Вып. 20. - Л., 1956. - Ч. 1.
3. Микроклимат СССР / под ред. И. А. Гольцберг. - Л. : Гидрометеоиздат, 1967. - 286 с.
4. Барри Р.Г. Климат и погода в горах. - Л. : Гидрометеоиздат, 1984. - 312 с.
5. Дубов А. С., Быкова Л. П., Марунич С. В. Турбулентность в растительном покрове. -Л., 1978.
6. EOSDIS WORLDVIEW https://worldview.earthdata.nasa.gov/ Дата обращения 10.03.2017 г.
7. Расписание погоды www.rp5.ru Архив погоды по станции Междуреченск. 2011-12 г.
© И. И. Амелин, 2017
