Зависимость альбедо снежной поверхности от количества нижней облачности Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 551.583

Д. А. Васильева, П. Н. Священников

Вестник СПбГУ. Сер. 7, 2003, вып. 3 (№23)

ЗАВИСИМОСТЬ АЛЬБЕДО СНЕЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОТ КОЛИЧЕСТВА НИЖНЕЙ ОБЛАЧНОСТИ

Поступление солнечной радиации на земную поверхность — один из важнейших климатообразующих факторов. Северная полярная область характеризуется сезонностью получения солнечной энергии. Кроме того, радиационный режим Арктики, по сравнению с другими районами Земного шара, отличается рядом особенностей, которые зависят в первую очередь от структуры атмосферы и состояния облачности, а также от свойств подстилающей поверхности [11-

Альбедо подстилающей поверхности представляет собой один из важнейших входных параметров при численном моделировании общей циркуляции атмосферы и климата, так как альбедо определяет поглощенную солнечную радиацию и обладает большой изменчивостью в зависимости от самой подстилающей поверхности. В частности, альбедо снега и льда обладает наиболее сильной изменчивостью и играет значительную роль в формировании одной из важных положительных обратных связей [2]. Большие величины альбедо способствуют увеличению суммарной радиации вследствие многократного отражения между земной поверхностью и основанием облаков [3, 4].

Дневной ход альбедо, согласно [2], обусловливается изменением зенитного угла Солнца и суточным циклом облачности, сезонный ход—изменением характеристик подстилающей поверхности и облачности. Но в литературе нет однозначного ответа на вопрос о зависимости альбедо поверхности от высоты Солнца и облачности. В работе [5] указывается на то, что многие авторы используют различные ряды наблюдений и методы обработки данных и неоднозначно решают вопрос о влиянии высоты Солнца и количества облачности на изменение альбедо поверхности. Поэтому даже среднемноголетние значения альбедо одного и того же района в разных литературных источниках могут отличаться до 10%.

Зависимость альбедо от облачности может быть объяснена изменениями спектрального состава падающей радиации [6] и подстилающей поверхности в результате осадков, выпадающих из облаков [5]. Согласно К. Я. Кондратьеву [2], повышение альбедо с увеличением количества облачности является результатом многократного отражения между поверхностью снега и основанием облаков.

Поскольку радиационные свойства облаков каждого яруса имеют свои особенности, то представляет интерес исследование зависимости альбедо от облачности для каждого яруса. Однако максимум облачности в летний период — отличительная особенность Арктики по сравнению с умеренными широтами. Повторяемость пасмурного неба доминирует (88%), причем основными являются облака нижнего яруса [7], которые маскируют облака среднего и верхнего ярусов.

Поэтому, исходя из вышеописанного, цель настоящей работы заключалась в изучении изменения зависимости альбедо снежной поверхности от количества нижней облачности. При этом использовались срочные данные, тогда как в большинстве опубликованных работ учитывались среднемесячные или среднемноголетние.

Исходными данными для проведенных исследований послужили материалы актинометрических наблюдений российских дрейфующих станций «Северный полюс»: «СП-4» (1954— 1955 гг.), «СП-6»(1956-1957 гг.), «СП-8» (1959-1960 гг.), «СП-11» (1962-1963 гг.), «СП-12» (1963-1964 гг.), расположенных в пределах 75-87° с.ш. и 170-222° в. д. Срочные (сроки в 0,

6, 12, 18 по Гринвичу или близкие к ним) данные о высоте Солнца, суммарной, отраженной радиации, общей и нижней облачности, альбедо были взяты непосредственно из актинометрических таблиц ТМ-12. Чтобы учесть влияние подстилающей поверхности на величину альбедо,

© Д. А. Васильева, П. Н. Священников, 2003

из массива данных были исключены те сроки, когда выпадали осадки: снег (а также метели и поземки) и дождь (дождь со снегом). Погода в срок наблюдения была определена по метеорологическим таблицам ТМ-1.

Из исходных данных срочных наблюдений альбедо и количества нижней облачности были выделены выборки с фиксированной высотой Солнца 10-14 и 15-38° для 0-2, 3-5, 6-8, 9-10 баллов нижней облачности. Интервалы высот Солнца были получены подбором в зависимости от поведения кривой.

Облачность, баллы

Зависимость альбедо снежной поверхности от состояния нижней облачности при высотах Солнца: от 10 до 14° (.7), от 15 до 38° (2).

Как следует из рисунка, можно выявить закономерности в изменении альбедо снежной поверхности от количества нижней облачности при различных высотах Солнца. При высоте Солнца от 10 до 14° альбедо при ясном (0-2 балла) и пасмурном (9-10 баллов) состоянии неба одинаковы — 73%. При 3-5 баллах альбедо увеличивается до 82%, затем снова уменьшается. Интервал высот Солнца от 15 до 38° также характеризуется близкими значениями альбедо при 0-2 и 9-10 баллах — 75 и 74% соответственно. При средних баллах облачности (3-5) альбедо понижается до 71%, затем возрастает до 77% (6-8 баллов) и снова снижается до 74%. На рисунке также указаны среднеквадратические отклонения а значений альбедо.

Таким образом, результаты исследования зависимости альбедо от количества облачности позволили сделать следующие выводы.

Величины альбедо при низких баллах (0-2) и пасмурном состоянии неба (9-10 баллов) близки либо равны. Наибольшие изменения альбедо наблюдаются при 3-5 баллах облачности, причем при высоте Солнца 10-14° они превышают точность стандартных измерений ±5%. Таким образом, при средних баллах облачности и однородной поверхности на альбедо влияет также высота Солнца.

В целом на альбедо снежной поверхности оказывает воздействие облачность при средних условиях неба (3-5 балла): при высотах Солнца 10-14° оно увеличивается, при 15-38° — уменьшается.

Summary

Vasilyeva D. A., Svyashchennikov P. N. Albedo dependence on low clouds amount.

Snow albedo dependence on low clouds amount is estimated in the Arctic Basin, including surface changes and different sun altitudes. Data of 6-hour observations of drifting stations “North Pole” were used. Albedo of snow depends on clouds amount, especially on skies with 3-5 tenths cloud cover, but sun altitude has an influence too. Sun altitude and cloud amount influence on albedo is complex and requires joint investigations.

Литература

1. Маршунова М. С., Пиманова Ю. Е. Лубо-Лесниченко К. Е. Влияние облачности на режим радиации в Арктике // Труды Арктич. и аптарктич. науч.-исслед. ин-та. 2000. Т. 440. 2. Кондратьев К. Я., Тер-Маркарянц Н.Е. Альбедо снега и льда по данным наблюдений и модельных расчетов // Труды Главн. геофизич. обсерватории. 1986. Вып. 509. 3. Гаврилова М. К. Радиационный климат Арктики. Л., 1963. 4. Makshtas А. P., Korsnes R. Distribution of solar radiation in the Barents Sea marginal ice zone during summer // J.Geophys. Res. 2001. Vol. 106, N C2. 5. Тимерев А. А. Отражательные свойства постилающей поверхности // Труды Арктич. и антарктич. науч.-исслед. ин-та. 1976. Т. 328. 6. Barry R. G. The parametererization of surface albedo for sea ice and its snow cover // Progress in Physical Geography. 1996. Vol. 20, N 1.

7. Makshtas A. P., Andreas E. L., Svyashchennikov P. N., Timachev V. F. Accounting for clouds in sea ice models // Atmospher. Res. 1999. Vol. 52.

Статья поступила в редакцию 15 февраля 2003 г.