CC BY
17НАУКИ О ЗЕМЛЕ
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАЧНОСТИ
В СТАВРОПОЛЬСКОМ КРАЕ В СОВРЕМЕННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ Бадахова Г.Х.1, Волкова В.И.2, Шевченко А.И.3
'Бадахова Галина Хамзатовна — доцент;
2Волкова Валентина Ивановна — кандидат физико-математических наук, доцент;
3Шевченко Александр Иванович — кандидат педагогических наук, доцент, кафедра общей и теоретической физики, Институт математики и естественных наук Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь
Аннотация: в статье анализируются тенденции изменения режима облачности в Ставропольском крае за последние десятилетия в связи с современными климатическими изменениями. Анализируется среднегодовое количество общей и нижней облачности, а также число ясных и пасмурных дней по общей и нижней облачности за 200' - 20'9 гг. в сравнении с предыдущим базовым 40-летием. Делается вывод о том, что среднее годовое количество общей облачности в равнинных ландшафтах возросло до 6 баллов, до 7 баллов - в среднегорных ландшафтах. Показано, что реакция количества нижней облачности, а также числа ясных и пасмурных дней на изменение климата более сильная и разнообразная.
Ключевые слова: изменение климата, режим облачности, общая облачность, нижняя облачность, ясный день, пасмурный день.
Облака являются одним из наиболее изменчивых компонентов климатической системы и, одновременно, одним из ведущих компонентов в совокупности обратных связей. Поэтому изменение облачного режима влечет за собой изменение радиационного, термического и влажностного режима атмосферы и подстилающей поверхности. Так, даже очень тонкие перистые облака существенно ослабляют выхолаживание нижней тропосферы. Под влиянием значительных по толщине облаков выхолаживание в тропосфере умеренных широт уменьшается на 60% по сравнению с безоблачными условиями и возрастает в стратосфере [5].
Сложный рельеф Ставропольского края обусловил существование своеобразного и неоднородного режима облачности на его территории. В небе над Ставропольем наблюдаются облака всех ярусов и всех форм облачности. Орографические условия территории края особенно сильно влияют на формирование режима нижней облачности и облаков вертикального развития. В предгорных и горных районах орографический эффект усиливается, так как развитие восходящих движений перед препятствиями создает динамический импульс для развития конвективной облачности. Непосредственное влияние орографии может быть двояким: вследствие тепловых влияний, связанных с перегревом и охлаждением склонов, и вследствие динамического воздействия склонов.
Приближенно вертикальная составляющая скорости, обусловленная влиянием гор, может быть вычислена по формуле:
Зг Зн
wю = и— + о —, Зх Зу
где Н - высота горного хребта; и, V - горизонтальные составляющие скорости ветра.
Под влиянием рельефа изменяется не только скорость, но и направление движения. Так, согласно [9], над Северным Кавказом северо-западное перемещение часто трансформируется в северное, поскольку юго-западный участок фронта достигает горных препятствий раньше центральной части, а тем более северо-восточной периферии.
Рельеф влияет на воздушный поток не только при больших превышениях относительно окружающей местности. По данным [4, с. 71], даже перепад высот около 50 м может воздействовать на распределение облаков и осадков. При этом получают дополнительное развитие даже слоистообразные облака, и увеличивается количество осадков из них. Глубокая широкая долина может заставить воздух оседать, что будет приводить к рассеянию облаков над ней.
В условиях Ставрополья немаловажную роль в развитии конвективных движений и образовании облачности кучевых форм играют орографические вертикальные токи. При северном вторжении эти
97
токи способствуют интенсификации облачных процессов практически над всей территорией края, особенно в его предгорной части. При западных и северо-западных ветрах они усиливают процессы облакообразования над западной половиной края и на северных склонах возвышенностей и хребтов, а над остальной территорией происходит ослабление этих процессов за счет нисходящих орографических токов. При ветре южного и юго-западного направлений вертикальные орографические токи препятствуют развитию конвекции над всей территорией Ставропольского края, особенно интенсивно - в его южной половине. При восточном ветре орографические вертикальные токи препятствуют развитию конвекции в юго-западной части края, способствуют процессу облакообразования в южной части края и практически не оказывают на него влияния на остальной части территории [1].
В связи с различным характером облачности в течение года в разных районах распределение количества облачности также разнообразно.
Анализ данных метеонаблюдений за облачностью за первые 19 лет нового века показал, что количество общей облачности в целом по региону изменилось незначительно (табл. 1), и по-прежнему для региона наиболее характерным является полуясное состояние неба, как это было отражено в [6] и [8, с. 95-100]. Однако в качестве слабо выраженной тенденции можно отметить, что современные средние значения количества общей облачности для 11 из 16 метеостанций края несколько выше средних значений, рассчитанных за период 1961-2000 гг. [6]. Наибольшее увеличение зафиксировано в Буденновске и Светлограде (табл. 1).
Изменения среднего годового количества нижней облачности в регионе более значительны и разнообразны. На пяти метеостанциях зафиксировано уменьшение (от 0.2 балла в Минеральных Водах до 1 балла в Ставрополе), на восьми станциях отмечено увеличение нижней облачности (от 0.1 балла Благодарном до 1.1 балла в Арзгире). На крайнем северо-западе и крайнем юго-востоке Ставрополья - Новоалександровске и Рощино - количество нижней облачности осталось на прежнем уровне.
Таблица 1. Среднее многолетнее годовое значение количества облачности
Станция Общая облачность, баллы Нижняя облачность, баллы
1961-2000 2001-2019 1961-2000 2001-2019
Александровское 6.1 6.0 4.2 3.6
Арзгир 6.0 6.4 2.8 3.9
Благодарный 6.3 6.1 4.2 4.3
Буденновск 6.5 7.0 3.7 4.9
Георгиевск 6.3 6.6 4.1 4.3
Дивное 5.8 5.9 2.0 1.6
Зеленокумск 6.8 6.7 3.8 3.5
Изобильный 6.3 6.3 4.2 4.9
Кисловодск 6.3 6.5 3.5 3.9
Красногвардейское 6.1 6.3 2.7 2.9
Минеральные Воды 6.4 6.5 5.5 5.2
Невинномысск 6.3 6.2 3.5 3.2
Новоалександровск 5.5 5.7 3.9 3.9
Рощино 6.2 6.2 4.2 4.2
Светлоград 5.8 6.3 4.0 4.9
Ставрополь 6.1 6.2 4.2 3.2
Средние месячные значения количества облачности, обобщенные за 19-летний период, на всех станциях, кроме Кисловодска, минимальны в июле и максимальны в декабре-январе. Для примера на рис. 1 показан график годового хода общей и нижней облачности по Ставрополю. Видно, что общая и нижняя облачность имеют довольно синхронный ход, с некоторыми различиями в ходе в весенний период и в декабре.
Конкретные месячные значения количества облачности колеблются в очень широких пределах. Так, в новом веке в Ставрополе экстремальные значения количества общей области составили 2.8
балла (август 2010 года) и 9.2 балла (декабрь 2007 года), а нижней облачности - 0.8 балла (сентябрь 2017 года) и 5.9 балла (декабрь 2018 года).
Рис. 1. Годовой ход общей и нижней облачности. Ставрополь. 2011-2019 гг.
График многолетнего хода годовых значений количества общей и нижней облачности по Ставрополю (рис. 2) показал наличие слабо выраженного, но устойчивого тренда снижения уровня облачности как по общей, так и по нижней облачности.
Уравнение тренда общей облачности: у = -0,030x + 6,456. Уравнение тренда нижней облачности: у = -0,030x + 3,503.
Представляет большой интерес рассмотрение возможного изменения числа ясных и пасмурных дней в регионе как реакции на глобальное изменение климата.
Рис. 2. Многолетний ход общей и нижней облачности. Ставрополь. 2011-2019 гг.
По данным десяти метеостанций региона в среднем за прошедшие 19 лет нового века зафиксировано уменьшение среднего годового количества ясных дней по общей облачности, на шести - увеличение (табл. 2).
Таблица 2. Среднее многолетнее годовое число ясных дней по общей и нижней облачности
Станция По общей облачности По нижней облачности
1961-2000 2001-2019 1961-2000 2001-2019
Александровское 32 35 88 112
Арзгир 40 30 154 112
Благодарный 31 41 97 89
Буденновск 31 23 100 67
Георгиевск 37 27 100 90
Дивное 44 45 199 241
Зеленокумск 26 29 111 119
Изобильный 40 38 95 79
Кисловодск 30 32 113 90
Красногвардейское 39 33 142 125
Минеральные Воды 23 26 56 58
Невинномысск 37 39 114 124
Новоалександровск 52 56 109 114
Рощино 35 30 103 93
Светлоград 40 37 106 66
Ставрополь 39 34 119 120
Величина изменения по сравнению с базовым периодом составила от +10 дней в Благодарном до -10 дней в Арзгире и Георгиевске, но при этом все показатели нового века меньше соответствующих показателей первой половины ХХ века [6].
Среднее многолетнее годовое число ясных дней по нижней облачности претерпело гораздо более значительные изменения, и амплитуда этих изменений тоже была существенно больше: от + 29 дней в Дивном до -42 дня в Арзгире. На семи станциях отмечено возрастание числа ясных дней по нижней облачности, на девяти - уменьшение. При этом на всех метеостанциях, кроме Дивного и Зеленокумска в среднем за год ясных дней по нижней облачности было меньше, чем за многолетний период до 1961 года [8, с. 189-192].
Среднее многолетнее годовое число пасмурных дней также не осталось неизменным. Годовое число пасмурных дней по нижней облачности по сравнению с периодом 1961-2000 гг. возросло на большей части края, кроме западной части территории, где оно либо практически не изменилось, либо даже несколько сократилось. Однако повсеместно, кроме Светлограда, Невинномысска и Красногвардейского, пасмурных дней по общей облачности в новом веке было меньше, чем в первой половине прошлого века (табл. 3).
Годовое число пасмурных дней по нижней облачности по сравнению с периодом 1961-2000 гг. изменилось во всех районах рассматриваемого региона довольно заметно, но разнонаправленно: от увеличения в 2.5 раза в Арзгире до почти двукратного уменьшения в Дивном и Ставрополе. На северо-западе и юго-западе рассматриваемой территории этот показатель остался неизменным.
Исследования Института географии РАН [7] показали, что в 90-х годах произошло резкое увеличение продолжительности меридиональных южных процессов, продолжительность меридиональной северной группы осталась по-прежнему высокой, а все остальные группы циркуляций заметно сократились.
Таблица 3. Среднее многолетнее годовое число пасмурных дней по общей и нижней облачности
Станция По общей облачности По нижней облачности
1961-2000 2001-2019 1961-2000 2001-2019
Александровское 102 88 51 36
Арзгир 95 117 24 62
Благодарный 110 107 58 59
Буденновск 120 140 41 68
Георгиевск 112 127 47 53
Дивное 96 101 15 9
Зеленокумск 142 134 54 43
Изобильный 131 137 62 83
Кисловодск 117 128 38 81
Красногвардейское 123 139 27 26
Минеральные Воды 113 118 92 88
Невинномысск 138 132 42 38
Новоалександровск 102 100 59 53
Рощино 114 122 57 61
Светлоград 113 136 58 90
Ставрополь 84 88 21 12
Это, несомненно, стало одной из причин изменения режима облачности в регионе, ранее не отмечавшегося увеличения конвективной облачности и возрастания продолжительности грозовых процессов в сухостепной зоне края (увеличение составило от 30, часов в Зеленокумске до 60 ч в Арзгире [2]). Последнее, в свою очередь, повлекло за собой увеличение числа дней с интенсивными осадками [3], вплоть до того, что 16 июля 2018 года в Арзгире, находящемся на границе сухостепной и полупустынной зон, выпало 100.1 мм осадков. До этого абсолютный максимум суточного количества осадков в восточной зоне края составлял 61.0 мм.
Список литературы
1. Атабиев М.Д., Янюк Е.М. Роль орографии Ставропольского края при формировании конвективных движений в атмосфере // Тр. СФ ВГИ. 1993. Вып.1 . С. 41-49.
2. Бадахова ГХ., Барекова М.В., Каплан Г.Л. Особенности изменчивости регионального климата сухостепных ландшафтов Ставропольского края // Известия вузов Северного Кавказа. № 2, 2014. С. 81-85.
3. Бадахова ГХ., Каплан Г.Л. Вековой мониторинг режима осадков в Ставропольском крае // Вопросы физической географии. Вып. 47. Ставрополь, 2003. С. 54-63.
4. Барри Р.Г. Погода и климат в горах. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.
5. Борисенков Е.П., Мелешко В.П., Соколов А.П. Влияние облачности верхнего яруса на термодинамический режим и циркуляцию атмосферы // Метеорология и гидрология, 1981. № 11. С. 5-17.
6. Каплан Г.Л. Исследование современных изменений регионального климата и их влияния на ландшафты Ставропольского края: дисс. ... канд. географ. наук. Нальчик, 2010. 177 с.
7. Кононова Н.К. Циркуляция атмосферы как фактор стихийных бедствий на Северном Кавказе в XXI веке// Метеорология и гидрология, 2014. № 10. С. 5-12.
8. Справочник по климату СССР. Вып. 13. Ч. 5. Облачность и атмосферные явления. Л.: Гидрометеоиздат, 1968. 363 с.
9. Федченко Л.М. Влияние рельефа Северного Кавказа на трансформацию метеорологических элементов и локализацию конвективных процессов // Метеорология и гидрология, 1987. № 6. С.55-64.
