CC BY
19НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Гидрометеорология и экология №2 2012
УДК 551.581 (590.21)
Г. С. Губинская* Канд. геогр. наук Г.К. Турулина*
О ВОЗМОЖНОЙ СВЯЗИ СУРОВЫХ ЗИМ С СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТЬЮ
ТЕМПЕРАТУРА ВОЗДУХА, АНОМАЛИЯ, СРЕДНЕЕ КВАДРАТИЧЕ-СКОЕ ОТКЛОНЕНИЕ, ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ МЕСЯЦЫ СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ, ЧИСЛА ВОЛЬФА, ФОРМА ЦИРКУЛЯЦИИ АТМОСФЕРЫ, ЗИМНИЕ МЕСЯЦЫ, ЮЖНАЯ ПОЛОВИНА КАЗАХСТАНА
В статье проведен анализ связи солнечной активности с суровыми зимними месяцами в южной половине Казахстана. Показано, что экстремально холодные зимние месяцы приходятся на низкие значения чисел Вольфа.
Условия погоды в холодный период года играют огромную роль для экономики Казахстана. Они оказывают влияние в первую очередь на сельскохозяйственное производство, низкие температуры воздуха приводят иногда к вымерзанию фруктовых деревьев, гибели озимых культур, к негативным последствиям при перезимовке скота. Суровые температурные условия увеличивают расход энергии и топлива в промышленности, строительстве и коммунальном хозяйстве, а также отрицательно действуют на физиологическое состояние людей, работающих на открытом воздухе.
В холодное полугодие территория Казахстана находится под влиянием континентального воздуха умеренных широт. Иногда на эту территорию происходит вторжение холодного воздуха арктических широт, эти вторжения совершаются свободно т.к. не имеется препятствий в виде широтно-распо-ложенных гор, которые могли бы задерживать холодные массы воздуха. При таких вторжениях температура на юге Казахстана может опускаться до минус 35 °С и ниже. Но на юг также наблюдаются и выносы теплого воздуха, которые повышают среднемесячную температуру, сопровождаются оттепелями и сходами снежных лавин в горных районах.
* КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы
Исходным материалом при исследовании служили данные средних месячных температур воздуха (декабрь - февраль) по двенадцати станциям южной половины Казахстана: Аккудук, Алматы, Балхаш, Бахты, Жезказган, Казалинск, Кызылорда, Сам, Талдыкорган, Тараз, Туркестан, Шымкент за 1970...2009 годы относительно равномерно расположенные по территории.
Для выделения экстремальных по температуре зимних месяцев использовался известный принцип сравнения аномалии среднемесячной температуры воздуха со средним квадратическим отклонением, в класс крупных аномалий отнесены случаи, которые превышали среднее квадратическое отклонение. Аномальность выявлялась не по отдельным станциям, а по всей исследуемой территории, т.е. месяц должен был быть аномальным на 75 % исследуемой площади, т.е. как минимум на 8 станциях из двенадцати. Этот критерий является достаточно жестким и показательным.
Были рассчитаны аномалии температуры воздуха (Дt) и среднее квадратическое отклонение (&() по известным формулам:
= (1)
Ъ =
I
N
(2)
где ti - среднемесячная температура воздуха за данный месяц, °С; t - средняя многолетняя температура воздуха за данный месяц, °С; Дt - аномалия температуры воздуха; N - количество лет.
На основе данного критерия с учетом знака аномалии были выявлены холодные и теплые месяцы и составлен каталог экстремальных по температуре воздуха зимних месяцев (табл. 1).
Таблица 1
Каталог экстремальных месяцев по исследуемой территории
Период Экстремально холодные Экстремально теплые
декабрь январь февраль декабрь январь февраль
1970.1979 1976 1972 1974 1977 1972 1974 1971 1979 1976
1980.1989 1984 - 1984 1988 1988 1989 - 1983
1990.1999 1993 - 1994 - - 1999
2000.2009 2002 2006 - - 2002 2002
Период Экстремально холодные Экстремально теплые
декабрь январь февраль декабрь январь февраль
2008 2004 2006
Всего 4 5 5 4 2 5
За последние 40 лет наблюдалось 14 экстремально холодных и 11 экстремально теплых зимних месяцев. Данные, приведенные в табл. 1 показывают, что повторяемость крупных аномалий температуры воздуха значительно меняется от десятилетия к десятилетию. Так в первом десятилетии (1970...1979 гг.) наиболее часто встречались значительные отрицательные аномалии температуры воздуха (6 случаев), затем их повторяемость резко упала до 2.3 раз за десятилетие. Крупные положительные аномалии распределены более равномерно: 3.4 случая в десятилетие, в период 1990.1999 гг. отмечен только 1 случай.
В периоды потепления климата повторяемость суровых зим должна снижаться, однако на рассматриваемой территории общее потепление не исключает экстремальных морозов зимой, число суровых зим даже возрастает, что можно объяснить увеличением вторжений сухих и холодных арктических воздушных масс в тылу полярных циклонов. На эту особенность обратили внимание многие исследователи. Так, Г.В. Груза [2], И.И. Мохов отмечали, что глобальное потепление не только не исключает экстремальных отрицательных температурных аномалий на региональном уровне, но может способствовать их усилению.
Анализ повторяемости крупных аномалий температуры по месяцам показал, что в январе количество экстремально холодных месяцев в 2,5 раза больше, чем экстремально теплых. Причем экстремально холодные месяцы наблюдались исключительно в первое и последнее из рассматриваемых десятилетий. Аномальных февралей, как и декабрей, было равное количество - по 4 и 5.
В табл. 2 приведены аномалии температуры воздуха экстремальных месяцев, а также среднее квадратическое отклонение. В холодные зимы температура воздуха понижается ниже средних многолетних значений на 4.11 °С.
На юге Казахстана (а также Средней Азии) в холодный период года могут постоянно формироваться очень низкие температуры. Примером такой зимы в исследуемом периоде были зимы 1976.1977, 1993.1994, когда два из трех месяцев были экстремально холодные. В эти годы температура воз-
духа опускалась до -28.-33 °С. Зима 2002 наоборот была очень теплой, с температурами на крайнем юге Казахстана до +11...+15 °С. В последнее десятилетие очень холодными были январи 2006 и 2008 годов, когда средняя аномалия температуры воздуха составляла -6.-8 °С.
Таблица 2
Средняя аномалия температуры воздуха в экстремальные месяцы
Экстремально холодные месяцы Экстремально теплые месяцы ог средней
Год ДТ * Год ДТ * месячной температуры
1976 -4,9 Декабрь 1971 4,7 3,3
1984 -11,3 1979 3,9
1993 -3,7 1988 3,8
2002 -5,0 1989 4,9
1972 -5,9 Январь 1976 3,8 3,6
1974 -4,1 2002 4,4
1977 -6,8
2006 -6,5
2008 -7,8
1972 -8,2 Февраль 1983 4,1 3,7
1974 -7,8 1999 5,5
1984 -8,3 2002 4,9
1988 -4,8 2004 4,8
1994 -4,3 2006 4,5
Примечание: *- средняя аномалия температуры воздуха в °С.
В данной статье в качестве индикатора появления суровых зим рассматривается солнечная активность. Следует отметить, что воздействию солнечной активности на процессы общей циркуляции атмосферы и формирование аномалий метеорологического режима посвящена обширная литература. Обзор выполненных исследований на эту тему можно найти в монографиях А.А. Гирса (1960); А.Л. Каца (1960); Эйгенсона (1963); Рубашова (1964); Б И. Сазонова (1964, 1991); ТВ. Покровской (1969); Г.Н. Чичасова (1991). Авторами [3-8] было замечено, что длительный рост и высокий уровень геомагнитной активности способствует развитию меридиональной циркуляции в
северном полушарии и увеличению повторяемости суровых зим. Последние, как известно, связаны с процессами меридиональных переносов и затоками арктического воздуха в умеренные и южные широты.
Т.В. Покровская, Б.И. Сазонов [4-7] показали, что на Европейскую территорию России холодные зимы приходятся преимущественно на высокие значения геомагнитного индекса Кр , причем не только холодные сезоны в целом, но и отдельные очень холодные месяцы чаще встречаются при тех же значениях К Повторяемость экстремально теплых зим не реагирует на изменение индекса Кр . По мнению Т.В. Покровской, это связано с резким различием циркуляционных процессов, создающих вынос тепла на Европейскую территорию России, который может происходить как при преобладании широтных процессов так и при меридиональной циркуляции формы Е [6]. Следует ожидать, что и в других географических районах обнаруживается связь суровости зим с солнечной активностью.
Для оценки интенсивности солнечной активности в работе был использован индекс Вольфа, который характеризует пятнообразовательную деятельность и рассчитывается по формуле
к (10 g + /), (3)
где к - множитель, нормирующий отсчеты различных обсерваторий; g - число групп пятен; / - общее число всех пятен.
Каталог чисел Вольфа ведется с 1700 года, надежными считаются данные с 1848 года.
Для всех зимних месяцев за исследуемый период были построены графики хода чисел Вольфа (рис. 1-3) и на них нанесены средние аномалии температуры воздуха экстремальных месяцев.
W 240 200 160 120 80 40 0
СЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛООООО
Год
Рис. 1. Ход чисел Вольфа для декабря и значения крупных аномалий температуры воздуха. 1 - числа Вольфа, 2 - аномалия температуры.
Анализ приведенных графиков позволяет сделать следующие выводы: экстремально холодные зимние месяцы на юге Казахстана приходятся преимущественно на нисходящую ветвь (12 случаев) и лишь 2 случая из 14 рассмотренных - на восходящую ветвь солнечной активности.
Год
Рис. 2. Ход чисел Вольфа для января и значения крупных аномалий температуры воздуха. 1 - числа Вольфа, 2 - аномалия температуры.
Год
Рис. 3. Ход чисел Вольфа для февраля и значения крупных аномалий температуры воздуха. 1 - числа Вольфа, 2 - аномалия температуры.
Для экстремально теплых месяцев связь с солнечной активностью не выявлена, такие месяцы могут приходиться как на максимум, так и на минимум чисел Вольфа.
На юге Казахстана формирование экстремально холодных зимних месяцев связано с формой циркуляции Е. Экстремально теплые месяцы могут формироваться при зональной циркуляции W или меридиональной С, что согласуется с исследованиями М.Х. Байдала [1]. Как было показано в работах [4, 7], высокий уровень солнечной активности способствует увеличению повторяемости меридиональной циркуляции.
Полученные результаты показывают перспективность использования индексов солнечной активности для оценки суровости зим в Казахстане.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Байдал М.Х., Долгосрочные прогнозы погоды и колебания климата Казахстана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1964. - 446 с.
2. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Обнаружение изменений климата: состояние, изменчивость и экстремальность климата. // Метеорология и гидрология. - 2004. - №4. - С. 50-66.
3. Михневич В.В., Усманов Р.Ф., Локтионова С.Н. Состояние атмосферы в период возмущений на Солнце. // Солнечно-атмосферные связи. Сб. ст., -Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - С. 115-124.
4. Покровская Т.В. Синоптико-климатологические и гелиогеофизические долгосрочные прогнозы погоды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 254 с.
5. Покровская Т.В. К вопросу о радиационных факторах изменчивости климата. // Метеорология и гидрология. - 1971. - №10. - С. 31-37.
6. Покровская Т.В. Солнечно-тропосферные связи. - Обнинск: Информационный центр, 1974. - 56 с.
7. Сазонов Б.И. Суровые зимы и засухи. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 239 с.
8. Чичасов Г.И. Технология долгосрочных прогнозов погоды. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1991. - 305 с.
Поступила 25.05.2012
Г.С. Губинская Геогр. гылымд. канд. Г.К. Турулина
КУН БЕЛСЕНД1Л1Г1 БАР ЦАТАЛ ЦЫСТЬЩ БАЙЛАНЫС ]^МК1НД1Г1 ТУРАЛЫ
Мацалада Цазацстанныц оцтYстiк бел1гтдег1 цатал цыс айларындагы кун белсендттнщ сараптама жумыстары ЖYргiзiлдi. Цыстъщ твтенше суыц айлары Вольф сандарыныц твменгi мэтне тец келеттдт кврсетшген.
