CC BY
19
Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2017. № 4(20). C. 35-42. ISSN 2079-6641
DOI: 10.18454/2079-6641-2017-20-4-35-42
УДК 523.74
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИАЦИОННОГО БАЛАНСА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В БАССЕЙНЕ АРАКСА НА ГОРНОЙ ТЕРРИТОРИИ
РЕСПУБЛИКИ АРМЕНИЯ
В. Г. Маргарян
Ереванский государственный университет, Географический и геологический факультет. Кафедра физической географии и гидрометеорологии, Република Армения, г. Ереван, ул. Алека Манукяна, 1, 0025 E-mail: vmargaryan@ysu.am
В работе обсуждены и проанализированы закономерности пространственно-временного распределения радиационнго баланса подстилающей поверхности в условиях горной территории Республики Армения
Ключевые слова: радиационный баланс подстилающей поверхности, закономерности пространственно-временного распределения, Республика Армения
© Маргарян В. Г., 2017
MSC 86A10
THE REGULARITIES OF THE SPACE-TEMPORAL DISTRIBUTION OF THE RADIATION BALANCE OF THE UNDERLYING SURFACE IN ARAKS BASIN ON MOUNTAINOUS TERRITORY OF THE REPUBLIC OF ARMENIA
V. G. Margaryan
Yerevan State University. Faculty of Geography and Geology, Department of Physical Geography and Hydrometeorology, Republic of Armenia E-mail: vmargaryan@ysu.am
The regularities of the space-temporal distribution of the radiation balance of the underlying surface for the conditions of the mountainous territory of the Republic of Armenia were discussed and analyzed
Key words: radiation balance of the underlying surface, regularities of space-temporal distribution, Araks river basin, Republic of Armenia
© Margaryan V.G., 2017
Введение
Радиационный баланс подстилающей поверхности, т. е. разность прихода-расхода лучистой энергии Солнца, является одним из основных климатообразующих факторов данной территории. Величиной радиационного баланса подстилающей поверхности в основном определяется распределение тепла в нижних слоях почвы и в приземном слое воздуха.
Солнце является чистым и неиссякаемым источником энергии, имеющим самое широкое применение. За последние годы компании, занимающиеся развитием солнечной энергетики, стали доходными, конкурируя с компаниями, работающими с традиционными энергоносителями - и по экономической прибыльности, и по безопасности. Солнечная энергия широко применяется для получения тепловой энергии с помощью водонагревательных систем, а также для получения электроэнергии с помощью фотоэлектрических преобразователей. Однако, виды восстанавливающейся энергетики, в том числе и технологии, основанные на солнечной энергии, в нашей стране пока что не нашли должного применения.
Учитывая выше сказанное, в работе поставлена цель изучить, выявить и оценить закономерности пространственно-временного распределения радиационнго баланса подстилающей поверхности, в особенности, в условиях глобального изменения климата горной территории Республики Армения.
Материалы и методы исследования
С целью решения поставленных задач в работе теоретической и информационной основой послужили соответствующие исследования, опубликованные работы [3]-[6]. В качестве исходного материала в работе использованы результаты фактических актинометрических наблюдений МЧС Республики Армения Службы по гидрометеорологии и активному воздействию на атмосферные явления", а также справочники солнечной радиации [7]. На сети актинометрических станций Республики Армения наблюдения за радиационным балансом проводятся с 1957 г. Путем обработки материалов этих наблюдений были определены среднемесячные интенсивности радиационного баланса при ясном небе и при действительных условиях погоды.
Республика Армения гористая страна-средная высота над уровнем моря составляет 1800 м. Площадь республика составляет 29,8 тыс. км2, только 10 % ее расположено в зоне 500-1000 м над уровнем моря. Остальная часть территории находится в предалах горный зоны, причем 47 % в зоне 1000-2000 м и 43 % выше 2000 м. Пересеченность рельефа республики велика. На сравнительно небольшой территории республики большая пестрота рельефа по вертикали и расчлененность по горизонтали приводят к многообразию форм рельефа, экспозиций склонов и степени крутизны. В результате всего этого почвенно-климатические условия республики представлены очень разнообразно.
Радиационный баланс земной поверхности, в зависимости от географической широты, суточного и годового времени, погодных условий и т.д, меняется [2]. Величина радиационного баланса зависит также от экспозиции склонов и закрытости горизонта, так как от этих же элементов зависят как продолжительность солнечного сияния, так и величина суммарной радиации. Он может быть как положительным, так и отрицательным. Днем, когда поверхность Земли постоянно получает солнечное тепло,
баланс бывает положительным, а ночью, наоборот, отрицательным. В течение года летом баланс бывает положительный, а зимой - отрицательный.
В качестве метеорологической основы в работе использованы географический, математико-статистический, экстраполяционный методы, а также методы сопоставления, сравнения, анализа и корреляции. Радиационный баланс подстилающей поверхности можно определить по данным суммарной радиации, альбедо и эффективного излучения по формулам. Радиационный баланс можно подсчитать для разных промежутков времени (минута, день, месяц, сезон, год и т. д.).
Результаты и обсуждения
В таблице приведены месячные и годовые суммы радиационного баланса по данным фактических наблюдений при ясном небе и при действительных условиях погоды (при средней облачности) в горной территории РА, которые имеют довольно таки большой разброс. Причем с высотой местности происходит значительное их уменьшение.
Таблица
Месячные и годовые величины (МДж/м2) радиационного баланса на гористой территории бассейна Аракса
Мете эр о логиче с кие станины ЗкЕе&яиы
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
При ясы ом небе
Ереван"асдю™ 3.00 ?0;С 267 397 445 440 422 371 2?? 172 filfl 9,00 29»
Гюмри 24;С 226 424 5Б2 59Й 507 411 366 131 so;o -26.0 3390
Вйлипшн -з£,а 36,0 2В5 4з5 464 471 39Б 232 158 -21,0 -52.0 2351
Севян ГМО -2.00 '.45 403 521 485 466 407 317 206 92:0 -21.0 2997
перевал -34,3 1з:С 33.0 '.Е5 542 552 370 3:4 244 43:0 -46,0 2Я17
При средней облачности
Ереван "агро" 8,00 53,С 172 272 3~3 425 429 353 241 172 61,0 5,00 2?74
Гюмри -24,0 3,00 125 200 312 410 400 364 247 132 15,0 -38,0 2145
\Тл.ртуни -3,00 14,0 120 263 349 434 450 373 253 134 43,0 -14,0 2431
Севан: ГМО -:9,0 -33:0 32,0 114 201 184 ?22 275 191 S2 ■36,0 -33,0 1290
перевал: -12,0 18,0 64,0 127 299 434 454 3S1 2 £9 169 36,0 -9,00 2250
Согласно таблице, радиационный баланс в течение года в условиях гористой территории РА изменяется довольно в большом диапазоне, причем с высотой местности происходит значительное его уменьшение. Последний составляет при ясном небе от 1290 МДж/м2 (Мартуни) до 2574 МДж/м2 (Ереван "агро"), а при средней облачности - от 2351 (Мартуни) до 3390 МДж/м2 (Гюмри). Отрицательный баланс наблюдается только в течение 3-4 зимних месяцев. Как правило, в первой половине года наблюдается быстрое увеличение интенсивности радиационного баланса, а во второй половине года, наоборот, наблюдается постепенное ее уменьшение. В среднем радиационный баланс составляет от 27 % фактических сумм суммарной радиации на высокогорных станциях до 46 % на станциях Ереван "агро" и Гюмри.
При рассмотрении данных этой таблицы отмечается уменьшение годовых сумм радиационного баланса с высотой местности как при ясном небе, так и при действительных условиях погоды. Месячные суммы радиационного баланса в осенний
и зимний периоды с высотой местности, как правило, уменьшаются, а во вторую половину весеннего периода и в летний период постепенно увеличиваются. Одновременно можно заметить, что значительное уменьшение величины радиационного баланса с высотой местности происходит, начиная с высоты 1500-1600 м, что объясняется резким увеличением альбедо на этих высотах.
Расчеты показали, что наибольшее значение интенсивности радиационного баланса в суточном ходе приходится на полдень для всех высот (рис. 1), максимальное значение в годовом ходе наблюдается в мае-июне при ясном небе и в июле - при средней облачности.
03 ^
I II III IV V VJ VII VIII IX X XI XII
Месяцы
Рис. 1. Внутригодовое распределение срочных величин радиационного баланса при ясном небе и при средней облачности для станции Ереван "агро"
Отмечается уменьшение годовых сумм радиационного баланса с высотой местности как при ясном небе, так и при средней облачности (рис. 2).
Расчеты показали, что хорошо прослеживается уменьшение месячных сумм радиационного баланса с высотой местности почти с сентября по апрель (при ясном небе) и с октября по май (при средней облачности), что соответствует увеличению альбедо с высотой местности.
Рис. 2. Зависимость годовых величин радиационного баланса от высоты местности в бассейне р. Аракс РА 1- при ясном небе; 2- при средней облачности
С мая по октябрь и с июня по сентябрь, наоборот, соответственно, с высотой местности отмечается некоторое увеличение месячных сумм радиационного баланса, в то время как альбедо имеет тенденцию к уменьшению.
Из-за комплексного влияния локальных факторов зависимость радиационного баланса от высоты местности тесно не прослеживается. Одной из причин является также недостаточное количество актинометрических станций, что является актуальной проблемой исследования радиации. С другой стороны, актинометрические приборы и технические средства устарели, есть некоторые проблемы, связанные с неудовлетворительным уровнем подготовки персонала. Поэтому, для осуществления полного радиационного мониторинга и исследований, необходимо увеличить количество актинометрических станций, приобрести современное оборудование, мобильные лаборатории (автомобили), решить проблему образования и подготовки квалифицированных кадров.
При подсчете систем солнечного пассивного обогрева и охлаждения необходимо иметь также данные прямой и рассеянной солнечной радиации вертикальных поверхностей разной экспозиции. Вся территория Армении расположена в пределах 38-42° северной широты. В работе представлены расчетные данные [8] радиации вертикальных поверхностей разной экспозиции на этих широтах в разные часы светового дня июля месяца, в условиях ясного неба.
На рис. 3 представлено пространственное распределение годовых величин радиационного баланса.
Таким образом, распределение радиации на территории республики неравномерно как во времени, так и в пространстве.
В республике есть благоприятные условия для непосредственного использования солнечной энергии, особенно, если учесть возможности современной техники использования солнечной энергии. Озобилие солнечной энергии в Армении создает благоприятные условия для выращивания ценных сельскохозяйственных культур, однако, только при условиях орошения.
Рис. 3. Пространственное распределение годовых величин радиационного баланса на горной территории Армении [1]
Особо значимые культуры выращивают до высоты 1000-1200 м. На изучаемой территории потенциал солнечной энергии создает в регионе благоприятные условия для климатолечения, солнечного лечения и лечебного туризма.
Заключения и предложения
Таким образом, на изучаемой территории обусловленный физико-географическим положением и антропогенным фактором режим радиации выделяется значительным разнообразием пространственно-временного распределения.
Радиационный баланс имеет четко выраженный дневной ход, соответствующий дневному ходу высоты Солнца, с максимальным значением в полдень, с минимальным - в утренние часы. Годовой ход радиационного баланса почти следует за годовым ходом полуденных высот Солнца, особенно в летнее время, и достигает максимального значения в мае-июне, при действительных условиях погоды - в июле. Минимальное значение радиационного баланса как при ясном небе, так и при действительных условиях погоды наблюдается в январе.
Хорошо прослеживается уменьшение месячных сумм радиационного баланса с высотой местности почти с октября по март, что соответствует увеличению альбедо с высотой местности. С мая по сентябрь, наоборот, с высотой местности отмечается некоторое увелечение месячных сумм радиационного баланса, в то время как альбедо имеет тенденцию к уменьшению. Значительное изменение месячных сумм радиационного баланса с высотой местности происходит, начиная с высоты 1500-1600 м и выше.
Большой потенциал солнечной энергии как в Армении, так и на исследуемой территории, и эффективное использование последней значительно уменьшит количество импортируемых энергоносителей.
Список литературы
[1] Национальный атлас Армении. Т. I, Геодезия и картография центр, Ереван, 2007, 232 с. [ Natsional'nyy atlas Armenii. V.I, Geodeziya i kartografiya tsentr, Erevan, 2007, 232 pp.]
[2] Варданян Т. Г., Маргарян В. Г., Метеорология и климатология, Учеб. пособие для вузов, Астхик Гратун, Ереван, 2014, 532 с. [Vardanyan T.G., Margaryan V. G., Meteorologiya i klimatologiya, Ucheb. posobie dlya vuzov, Astkhik Gratun, Erevan, 2014, 532 pp.]
[3] "Влаго- и теплообмен над водоемами и сушей в горных условиях", Труды ЗакНИГМИ. Т. 29(35), ред. Под ред. А.М. Мхитаряна, Гидрометеоиздат, Л., 1969, 210 с. [ "Vlago- i teploobmen nad vodoemami i sushey v gornykh usloviyakh", Trudy ZakNIGMI. V. 29(35), ed. Pod red. A.M. Mkhitaryana, Gidrometeoizdat, L., 1969, 210 pp.]
[4] Карташян Р. А., Мхитарян А.М., "Радиационный режим территории Армянской ССР", Труды ЗакНИГМИ. Т. 39(45), Гидрометеоиздат, Л., 1970, 136 с. [Kartashyan R. A., Mkhitaryan A.M., "Radiatsionnyy rezhim territorii Armyanskoy SSR", Trudy ZakNIGMI. V. 39(45), Gidrometeoizdat, L., 1970, 136 pp.]
[5] Константинов А. Р., Гойса Н.И., "Методика расчета радиационного баланса и эффективного излучения по температуре и влажности воздуха, измеренным на метеорологических станциях", Труды УкрНИГМИ, 35 (1963), 62-72. [Konstantinov A. R., Goysa N.I., "Metodika rascheta radiatsionnogo balansa i effektivnogo izlucheniya po temperature i vlazhnosti vozdukha, izmerennym na meteorologicheskikh stantsiyakh", Trudy UkrNIGMI, 35 (1963), 62-72].
[6] Мхитарян А.М., Мкртчян Р. С., Акопян А. С., Карташян Р. А., Никогосян Г. Т., Тор-гомян М. С., "Тепловой и водный режим территории Армянской ССР и агрометеорологическое обоснование норм и сроков орошения с/х полей в горных условиях", Труды ЗакНИГМИ. Т. 59(65), Гидрометеоиздат, Л., 1974, 259 с. [Mkhitaryan A.M., Mkrtchyan R. S., Akopyan A.S., Kartashyan R. A., Nikogosyan G.T., Torgomyan M.S., "Teplovoy i vodnyy rezhim territorii Armyanskoy SSR i agrometeorologicheskoe obosnovanie norm i srokov orosheniya s/kh poley v gornykh usloviyakh", Trudy ZakNIGMI. V. 59(65), Gidrometeoizdat, L., 1974, 259 pp.]
[7] Справочник солнечной радиации на территории Республики Армения, Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды МЧС РА, Ереван, 2011, 14 с. [ Spravochnik solnechnoy radiatsii na territorii Respubliki Armeniya, Upravlenie po gidrometeorologii i monitoringu okruzhayushchey sredy MChS RA, Erevan, 2011, 14 pp.]
[8] Строительная климатология. Строительные нормативы Республики Армения, система нормативных документов в строительстве, министерство градостроительства Республики Армения, В рамках программ "Армения: повышение энергетической эффективности городского отопления и горячего водоснабжения" ПР00Н-ГЭФ/00035799 и "Повышение энергетической эффективности зданий" ПР00Н-ГЭФ//00059937, Ереван, 2013, 54 с. [ Stroitel'naya klimatologiya. Stroitel'nye normativy Respubliki Armeniya, sistema normativnykh dokumentov v stroitel'stve, ministerstvo gradostroitel'stva Respubliki Armeniya, V ramkakh programm "Armeniya: povyshenie energeticheskoy effektivnosti gorodskogo otopleniya i goryachego vodosnabzheniya" PR00N-GEF/00035799 i "Povyshenie energeticheskoy effektivnosti zdaniy" PR00N-GEF//00059937, Erevan, 2013, 54 pp.]
Список литературы (ГОСТ)
[1] Национальный атлас Армении. Том I. Геодезия и картография центр. Ереван: 2007. 232 с.
[2] Варданян Т. Г., Маргарян В. Г. Метеорология и климатология // Учеб. пособие для вузов. Ереван: Астхик Гратун», 2014. 532 с.
[3] Влаго- и теплообмен над водоемами и сушей в горных условиях. /Под ред. А.М. Мхи-таряна. Труды ЗакНИГМИ, вып. 29(35). Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 210 с.
[4] Карташян Р. А., Мхитарян А.М. Радиационный режим территории Армянской ССР. Труды ЗакНИГМИ, вып. 39(45). Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 136 с.
[5] Константинов А. Р., Гойса Н. И. Методика расчета радиационного баланса и эффективного излучения по температуре и влажности воздуха, измеренным на метеорологических станциях // Труды УкрНИГМИ. 1963. вып. 35. С. 62-72.
[6] Мхитарян А.М., Мкртчян Р. С., Акопян А. С., Карташян Р. А., Никогосян Г. Т., Тор-гомян М. С. Тепловой и водный режим территории Армянской ССР и агрометеорологическое обоснование норм и сроков орошения с/х полей в горных условиях. Труды ЗакНИГМИ, вып. 59(65). Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 259 с.
[7] Справочник солнечной радиации на территории Республики Армения. Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды МЧС РА. Ер.: 2011. 14 с.
[8] Строительная климатология. Строительные нормативы Республики Армения, система нормативных документов в строительстве, министерство градостроительства Республики Армения. В рамках программ "Армения: повышение энергетической эффективности городского отопления и горячего водоснабжения" ПР00Н-ГЭФ/00035799 и "Повышение энергетической эффективности зданий" ПР00Н-ГЭФ//00059937. Ер.: 2013. 54 с.
Для цитирования: Маргарян В. Г. Закономерности пространственно-временного распределения радиационного баланса земной поверхности в бассейне Аракса на горной территории Республики Армения // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2017. № 4(20). C. 35-42. DOI: 10.18454/2079-6641-2017-20-4-35-42
For citation: Margaryan V. G. The regularities of the space-temporal distribution of the radiation balance of the underlying surface in Araks basin on mountainous territory of the Republic of Armenia, Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2017, 20: 4, 35-42. DOI: 10.18454/20796641-2017-20-4-35-42
Поступила в редакцию / Original article submitted: 28.11.2017
