CC BY
97
124
ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2009. Вып. 2 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 551.586 М.В. Исаева
ОЦЕНКА БИОКЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ УДМУРТИИ
На основе комплексного учета метеорологических величин дается оценка ряда био-климатических характеристик на территории Удмуртии. Выявлены комфортные и дискомфортные метеорологические условия проживания человека.
Ключевые слова: прикладная климатология, биоклимат, биоклиматические показатели, комфортные условия.
Биоклимат территории - важный природный ресурс, от состояния которого зависит комфортность ощущений и самочувствие человека. Биоклимати-ческая оценка выявляет медико-климатический потенциал территории для рационального использования ландшафтно-климатических условий в здравоохранении и рекреации. Атмосферные условия оказывают влияние на общественную жизнь людей, но роль климата при этом не проявляется так четко и размеры влияния не определяются так легко, как в случае зависимости экономики и состояния здоровья людей от погоды. Комплексный ресурсный подход к изучению режима погоды включает исследования в первую очередь продуктивности климата, а также уменьшения вреда, наносимого экономике и человеку неблагоприятными погодными воздействиями. Исследуя влияние изменений метеорологических условий на адаптационные механизмы человеческого организма, можно решить глобальную проблему человечества - сохранение жизни и здоровья человека в условиях ухудшения среды обитания [1].
Биоклиматические ресурсы представлены применительно к человеку и характеризуют связь климата с его тепловым состоянием, здоровьем, особенностями рекреации и санитарно-гигиенической оценкой в естественных условиях. Поэтому для характеристики климата используются различные комплексные метеорологические показатели (температура - влажность воздуха, температура - скорость ветра, температура - атмосферное давление, влажность воздуха - атмосферное давление), отражающие тепловое состояние человека и зоны комфорта, различные для разных групп населения. Под зоной комфорта понимают пределы метеорологических показателей, внутри которых большинство испытуемых людей отмечают тепловой комфорт. Последний определяется как комплекс метеорологических условий, при котором терморегуляторная система организма находится в состоянии наименьшего напряжения, создавая предпосылки для высокой работоспособности, а протекание всех остальных функций происходит на уровне, наиболее благоприятном для отдыха и восстановления сил организма после предшествующей нагрузки. Субкомфортные или допустимые условия - это сочетание метеорологических величин, которые могут вызвать напряжение физиологических реакций терморегуляции, не выходящее за пределы адаптационных возможно-
стей. При этом не возникает нарушений в состоянии здоровья, не ухудшается самочувствие и не понижается работоспособность. Чувствительность к неблагоприятным условиям погоды особенно велика у больных людей и проявляется в ощущении дискомфорта, раздражительности, иногда в обострении патологических процессов [2; 3].
Наиболее существенным по значимости вызываемых физиологических реакций является воздействие погоды и климата на тепловое состояние организма человека. Именно тепловой комфорт или дискомфорт в большей мере определяют здоровье, самочувствие человека, его работоспособность, которая заметно снижается при значительном отклонении тепловых условий от оптимума. Для оценки теплового состояния человека разработан ряд биокли-матических показателей, которые позволяют определить уровень его тепловой или холодовой нагрузки в летнее и зимнее время года [1].
Существуют многочисленные подходы к оценке комфортного состояния человека при воздействии на него комплекса метеорологических показателей. Наиболее часто используется эквивалентно-эффективная температура (ЭЭТ), учитывающая комплексное влияние на человека температуры, влажности воздуха и скорости ветра. Исследования показали, что изменения ряда физиологических функций организма идут параллельно с изменением ЭЭТ. Зона комфорта по этому показателю находится в интервале 16,7 - 20,7°С. Расчеты ЭЭТ производились по формуле А. Миссенарда [4]:
где ЕТ - ЭЭТ, ^ - температура воздуха, С; /- относительная влажность, %; V- скорость ветра, м/с.
Результаты расчетов ЭЭТ по 8 станциям Удмуртской Республики (УР) за период 1966 - 2004 гг. приведены в табл.1. Как видно из данной таблицы, эквивалентно-эффективная температура имеет хорошо выраженный годовой ход: в январе наблюдаются наименьшие значения в пределах от
-31,7 (Глазов) до -26,7° (Можга), а в июле наибольшие, которые на территории УР меняются от 13,5° (Сарапул) до 11,9° (Глазов). При этом в холодный период разброс значений ЭЭТ заметно больше, чем в теплый. Среднее квадратическое отклонение (о) эквивалентно-эффективной температуры также испытывает годовой ход. В январе о принимает наибольшее значение по территории Удмуртской Республики (3,9°С), а в августе - наименьшие значения (1,8 С). Ввиду того что рассматриваемая территория находится в умеренном климатическом поясе, отличающемся активной циркуляцией атмосферы, температурные условия характеризуются большой изменчивостью от года к году. Поэтому ежемесячные значения ЭЭТ различных лет значительно разнятся друг от друга. Так, например, по данным станции Ижевск в январе 1972 г. ЭЭТ достигла -40,6°, а в январе 2001г. лишь -23,5°. В июле диапазон изменений заметно уже: от 7,3° (1986 г.) до 16,6° (1988 г.).
ЕТ = 37 -
37 -1
f
- 0.29t (1 —J—), (1)
100
2009. Вып. 2 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Если взять за основу классификации теплоощущения человека критерии, предложенные С.С. Андреевым [5], то «комфортно-тепло» (12,1-24оС) в многолетнем осреднении на территории УР только в июле. Исключением является станция Глазов, где в это время «прохладно». В зимние месяцы на всей территории области теплоощущения от «очень холодно» до «начинается угроза обморожения». Среднегодовые значения ЭЭТ по всей области соответствуют теплоощущению «умеренно холодно», за исключением Можги, где «очень прохладно».
Для оценки степени комфортности также рассчитывалась эффективная температура (ЭТ), которая является характеристикой ощущения степени тепла или холода организмом человека и является эмпирической функцией температуры и относительной влажности воздуха. Эффективная температура имеет такое числовое значение, которое имела бы истинная температура неподвижного и насыщенного воздуха, производящего такое же ощущение, что и весь комплекс метеорологических элементов. В России принят интервал зоны комфорта 13,5-18оС. Расчет эффективной температуры для каждого дня всех месяцев года за период 1966-2004 гг. производился по формуле
ЕТ = г - 0,4(г -10)(1 - f /100), (2)
где / - относительная влажность воздуха; г - температура воздуха в градусах Цельсия [4].
Полученные результаты показали, что наименьшие значения ЭТ на территории Удмуртской Республики отмечались в январе: от -12,6 оС (Глазов) до -11,3 оС (Можга); наибольшие в июле - от 17,0 оС (Глазов) до 17,9 оС (Сарапул). Среднегодовые значения эффективной температуры на территории УР соответствуют теплоощущению «умеренно» (табл.2).
Кроме того, находилось распределение числа дней с комфортной погодой по месяцам. Естественно, что эти дни приходятся в основной своей массе на теплый период года: май - сентябрь, причем в мае, июне, июле, августе их число колеблется от 6 до 14, а в течение года изменяется от 48 (Глазов, Игра) до 53 (Ижевск).
Для биоклиматической оценки холодного периода также существуют методы оценки суровости погоды. Суровость погоды в данном случае рассматривается не как объективное свойство погоды, а как влияние её на охлаждение человека, ограничивающее пребывание его на открытом воздухе и обусловливающее потребность в одежде. Она в основном определяется низкой температурой воздуха и скоростью ветра, которые особенно влияют на охлаждение незащищенных частей тела и на органы дыхания.
Таблица 1
Среднемесячные значения эквивалентно-эффективной температуры (ЭЭТ) по Миссенарду, оС,
в Удмуртской Республике
Станция Месяцы Год
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Г лазов -31,7 -29,2 -19,6 -8,2 1,6 8,4 11,9 7,7 -0,3 -10,6 -21,1 -28,6 -8,1
Селты -31,4 -28,0 -18,1 -6,8 2,6 8,9 12,1 8,2 0,2 -10,1 -20,9 -28,3 -8,0
Дебесы -30,4 -28,1 -18,2 -7,1 2,1 8,7 12,0 7,8 0,1 -10,2 -20,6 -27,7 -8,6
Игра -30,1 -26,7 -16,8 -6,2 2,7 8,9 12,2 8,1 0,4 -9,8 -19,9 -27,1 -7,5
Воткинск -30,2 -27,3 -17,4 -6,0 3,5 10,0 13,0 9,2 1,4 -9,1 -19,4 -27,2 -6,1
Можга -26,7 -24,3 -15,7 -4,7 4,2 10,1 13,2 9,7 2,4 -7,7 -17,6 -24,0 -5,0
Ижевск -31,0 -28,3 -18,8 -6,7 3,1 9,3 12,5 8,8 0,7 -9,9 -20,2 -27,7 -8,5
Сарапул -28,9 -26,1 -17 -5,1 4,3 10,5 13,5 9,9 2,4 -7,8 -18,2 -25,3 -7,3
Среднее по республике -30,1 -27,3 -17,7 -6,4 3,0 9,4 12,6 8,7 0,9 -9,4 -19,7 -27,0 -7,4
12S М.В. Исаева
2009. Вып. 2 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Таблица 2
Среднемесячные значения эффективной температуры (ЭТ) в Удмуртской Республике
Станция Месяцы Год
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Г лазов -12,б -11,2 -4,3 3,5 10,2 14,9 17,0 14,2 9,1 2,5 -4,9 -10,2 2,4
Селты -11,7 -10,0 -3,2 4,5 10,9 15,3 17,4 14,7 9,6 2,9 -4,3 -9,5 3,1
Дебесы -12,4 -10,9 -4,0 3,б 10,3 14,9 17,1 14,3 9,1 2,5 -4,S -10,2 2,5
Игра -12,2 -10,3 -3,3 4,2 10,4 14,9 17,1 14,3 9,1 2,4 -4,S -10,0 2,7
Воткинск -12,2 -10,4 -3,4 4,5 11,1 15,7 17,S 15,1 9,9 3,1 -4,3 -9,9 3,1
Можга -11,3 -9,б -3,2 4,S 11,2 15,4 17,5 14,9 9,9 3,3 -3,S -9,0 3,3
Ижевск -11,9 -10,4 -3,S 4,5 11,2 15,6 17,6 15,1 9,9 3,0 -4,2 -9,6 3,1
Сарапул -11,б -10,0 -3,б 4,S 11,6 16,0 17,9 15,4 10,3 3,5 -3,9 -9,2 3,4
Среднее по республике -12,0 -10,4 -3,б 4,3 10,9 15,3 17,4 14,S 9,6 2,9 -4,4 -9,7 2,9
Для этих целей наиболее часто используется метод Бодмана, который позволяет определять в баллах степень суровости погоды по формуле 5 = (1 - 0,04)(1 + 0,27v) , (3)
где 8 - индекс суровости (баллы), 1;- температура воздуха (оС), V - скорость ветра (м/с).
Согласно шкале Бодмана при 8< 1 зима несуровая, мягкая; 1-2 - зима малосуровая; 2-3 - умеренно суровая; 3-4 - суровая; 5-6 - жестко суровая; 6 - крайне суровая [2].
Рассчитывались ежедневные значения индекса суровости погоды по Бодману с октября по апрель для каждой из станций, находящихся на территории Удмуртской Республики. Многолетние среднемесячные значения в январе (максимальные значения) меняются в пределах от 2,1 (Можга) до 2,4 (Глазов, Селты, Ижевск) (табл.3). Естественно, что преобладают мало суровые и умеренно суровые условия погоды, а суровые условия формируются лишь в зимние месяцы. Изменчивость О индекса 8 в январе меняется от 0,3 до 0,4 (чаще всего встречается значение 0,3), а в ноябре и марте оно принимает значения 0,2-0,3, что свидетельствует о небольших изменениях относительно «нормы».
Таблица 3
Средние значения индекса Бодмана (баллы) в октябре-апреле
(1966-2004гг.)
Станция Месяцы
I II III IV X XI XII
Г лазов 2,4 2,3 1,9 1,7 1,7 1,9 2,2
Селты 2,4 2,3 1,9 1,S 1,7 2,0 2,3
Дебесы 2,3 2,2 1,S 1,7 1,7 1,9 2,2
Игра 2,3 2,2 1,S 1,7 1,6 1,S 2,1
Воткинск 2,3 2,2 1,S 1,7 1,6 1,S 2,1
Можга 2,1 2,0 1,7 1,6 1,5 1,7 2,0
Ижевск 2,4 2,2 1,9 1,S 1,7 1,9 2,2
Сарапул 2,2 2,1 1,7 1,7 1,7 1,S 2,0
Среднее по республике 2,3 2,2 1,S 1,7 1,7 1,9 2,1
В целях оценки тенденций изменения биоклиматических показателей во времени рассчитывались коэффициенты наклона линейного тренда (КНЛТ) и коэффициенты его детерминации R2. Оказалось, что они достаточно однородно распределяются по территории Удмуртской Республики. Так, в январе величина КНЛТ ЭЭТ изменяется от 0,19 оС (Селты) до 0,3оС / год
2009. Вып. 2 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
(Можга), то есть повсеместно растет с высокой степенью достоверности (R достигает в ряде случаев 0,3-0,4), что свидетельствует об улучшении биоклиматических условий зимой. Заметим, что КНЛТ, рассчитанные для индекса Бодмана, наоборот, имеют отрицательный знак (хотя его значения невелики), что также подтверждает вышеизложенное заключение о смягчении суровости климата на территории Удмуртской Республики.
В теплый период значения КНЛТ для ЭЭТ значительно меньше (от 0,02 до 0,11оС/год), что, с одной стороны, отражает более стабильные условия летнего периода, а с другой - свидетельствует о слабом потеплении климата и в этот период года.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Климатические ресурсы и методы их представления для прикладных целей / под ред. К.Ш.Хайруллина. СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. 231 с.
2. Русанов В.И. Комплексные метеорологические показатели и методы оценки климата для медицинских целей. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1981. 86 с.
3. Энциклопедия климатических ресурсов Российской Федерации / под ред. Н.В. Ко-бышевой, К.Ш. Хайруллина. СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. 319с.
4. Исаев А. А. Экологическая климатология. М.: Научный мир, 2001. 458 с.
5. Андреев С.С. Экология человека. Ростов н/Д.: Издатель Турова Е.А., 2007. 248 с.
Поступила в редакцию 20.08.09
M. V. Isaeva, assistant
Estimation of bioclimatic conditions of Udmurtia
An estimate is given of some bioclimatic characteristics in the territory of Udmurtia with due regard for all meteorological elements. Comfortable and discomfortable meteorological living conditions of people are revealed.
Исаева Марина Валериевна, ассистент
ГОУВПО «Казанский государственный университет»
420008, Россия, г. Казань,
ул. Кремлевская, 18
E-mail: 1Marina.Isaeva@mail.ru
