Поверхности в климатообразовании

Наиболее важным климатическим фактором является географическая широта и связанные с ней высота Солнца над горизонтом в дневное время, и продолжительность дня – освещения (табл. 2).

Как видно из табл. 2. высота Солнца в полдень за год изменяется на 46°54'. Поскольку долгота дня летом почти в 2,4 раза больше, чем зимой, за сутки в летнее время поступает солнечной радиации в июне-июле примерно в 15 раз больше, чем в декабре-январе. Изменение высоты Солнца определяет резко выраженные сезоны года. Заметно сказывается на балансе тепла и температурах воздуха, изменении альбедо (отражение радиации) поверхности. Летом отражается 17–18 % поступившей на землю радиации, зимой 35–69 % (от снега). Соответственно меняется величина поглощенной радиации, летом поглощается до 80 % суммарной радиации, зимой около 40 %. В летнее время до 65 % дней с ясной погодой, в зимнее время около 30 %.

На остаточный запас тепла влияет не только высота Солнца и продолжительность дня, которые по годам и датам остаются неизмененными, но и характер подстилающей поверхности, особенно продолжительность снежного периода.

Куда же расходуется остаточное (поглощенное подстилающей поверхностью) тепло на территории области?

За год из 40–45 ккал/см² остаточного тепла (радиационного баланса) на испарение влаги расходуется 30–32 ккал/см² (65 %), на нагревание воздуха 10–12 ккал/см² (35 %). По отдельным годам, в связи с различным количеством осадков и запасов почвенной влаги, эти величины могут заметно меняться. Существенно меняется соотношение составляющих теплового баланса по сезонам. При среднегодовом расходе на испарение в 65 % с ноября по март расходуется 66 % поступающего за сезон тепла, за апрель-май 61–71 %, за июнь-август 60–63 %, за сентябрь-октябрь 67–78 % от суммы радиационного баланса.

Таблица 2. Высота Солнца в полдень и долгота дня в г. Брянске

(широта 53°18', центр) на начало месяца и в дни солнцестоянии

Остальное тепло (соответственно по сезонам около 31 %, 10 %, 38 %, 45 %) затрачивается на нагревание почвы и воздуха. Чем больше тепла идет на испарение, тем ниже будет температура воздуха. Испарение, как и альбедо, является вторым местным регулятором температуры воздуха.

В табл. 3 данные о расходе тепла не включают приносы тепла зимой и осенью с Атлантики и холода из Арктики (преимущественно зимой и весной), а адвекция воздуха вносит заметные изменения в тепловой баланс. Зимой общие затраты тепла на испарение и нагревание воздуха и поверхности на 40–70 % превышают радиационный баланс (на 1,5 ккал/см²). Добавочное тепло приносится на нашу территорию воздушными массами с Атлантики, Средиземного и Черного морей. Холодный арктический воздух весной отнимает у местного теплового баланса на его прогрев до 3 ккал/см² (30–17 %). В летнее время общие теплоэнергетические ресурсы превышают радиационный баланс на 1–2 ккал/см² (на 5–7 %) из-за привноса тепла с юга, а за осень на 1,7–1,9 ккал/см² на (15–20 %). В целом за год теплоэнергетические ресурсы на территории области на 1,2–1,7 ккал/см² (на 3 %) больше годового радиационного баланса. Следовательно, принос тепла на нашу территорию больше его выноса за ее пределы.

Таблица 3. Суточные суммы тепла прямой радиации на

северных и южных склонах (кал/см² ∙сут)

На первый взгляд 3 % от годовой величины радиационного баланса – величина малая (в среднем 1,5 ккал/см² ∙год). Однако сравним с балансом тепла за ноябрь-март (зимой), когда сумма остаточного тепла равна всего 6–7 ккал/см². Из них примерно 60 % отражается снегом. Остается всего около 1–2 ккал/см². Видим, что привнос тепла составляет 70 % от величины радиационного баланса за 5 месяцев зимы. А ведь зимой и идет основной поток тепла к нам от океана.

В целом можно сделать вывод, что зима и осень у нас значительно теплее, чем их может обеспечивать остаточное солнечное тепло. Весна несколько холоднее, лето в «норме» (табл. 4). По отдельным годам и сезонам циркуляционный фактор вносит существенные коррективы в радиационный баланс, а значит и в температурный режим и агроклиматические условия. Все суровые зимы у нас складывались в те годы, когда выходящие из Арктики антициклоны на длительное время задерживались в центре Русской равнины и прерывали западный перенос, а с ним и поток тепла на нашу территорию. Наоборот, в январе и феврале 1992 г., сложились очень теплые условия потому, что блокирующие антициклоны не выходили в наш сектор и господствовали теплые западные потоки. Только в конце февраля 1992 г. вторжение холодного воздуха Арктики в тылу циклона вызвало значительное похолодание.

Таблица 4. Структура теплового баланса по сезонам на

территории Брянской области (средние многолетние величины)

* За май ~ август недостаток увлажнения равен 100 мм

Средняя величина годовой суммарной радиации для территории области может быть принята около 100 ккал/см² (420 кДж/см²).

Для биоресурсов, кроме общей величины суммарной радиации, важное значение имеет соотношение прямой и рассеянной радиации. Оно зависит от типа погоды. При ясной, суховейно-засушливой, погоде прямая радиация составляет (летом) около 70 %, при облачной – 50 %, при пасмурной – 48 %, при дождливой – 35 %. Фотосинтез в значительной степени определяется ультрафиолетовой радиацией. Наша территория относится к зоне, в которой зимой в течение 3,5–4,0 месяцев ощущается ультрафиолетовая недостаточность. Для растений особенно необходима фотосинтетически активная радиация (ФАР) с длиной волны 380–710 нм (нанометров). В г. Брянске сумма ФАР за год равна примерно 50 ккал/см².

Преобладает на территории области пасмурная погода (165 дней). Ясная погода удерживается около 30 дней, а с туманами – 62 дня.

Циркуляционный фактор

Климатические особенности территории сильно зависят от ее расположения в системе общей циркуляции атмосферы (ОЦА). Воздушные массы, вторгающиеся на нашу территорию, на 90 % обеспечивают принос влаги, влияют на температурный режим, особенно в холодную половину года, формируют типы погод. ОЦА вызывает непериодические и трудно прогнозируемые существенные отклонения хода всех климатических показаний по сезонам года.

На территории области господствует западный перенос, его средняя скорость составляет от 20 км/час летом и до 40 км/час зимой. С ним связан основной поток влаги. Над территорией области он проносит в год до 700–800 км³ воды в виде пара. Около 21,8 км³ воды ежегодно выпадают на нашу территорию с осадками, что составляет 3 % от его общего объема.

Потоки водяных паров и их концентрация приносят на территорию области дополнительно к суммарной радиации заметное количество тепла. При конденсации 1 г пара в кинетическую энергию переходит из скрытой теплоты парообразования около 590 ккал тепла. При конденсации 21,8 км³ осадков выделяется 1,3∙10¹⁶ ккал тепла, что составит около 35 % суммарной солнечной радиации на территории области. Эта энергия тратится на движение воздуха, на испарение осадков и нагревание воздуха. Особенно заметна эта прибавка к солнечному теплу в холодную половину года. В декабре-январе она может в 1,5–2 раза превышать солнечный радиационный баланс, что существенно смягчает температурный режим зимы. По этой причине зимние изотермы получают на территории области субмеридиональную ориентировку (СЗ–ЮЗ).

Вторжение холодного воздуха отнимает от баланса тепла на его прогревание до 203 ккал/см²∙мес. Эти вторжения особенно опасны весной и в начале лета, когда местные запасы тепла еще недостаточны для прогрева вторгшегося воздуха, что приводит к заморозкам. Во время вторжения теплого воздуха на 30–35 % увеличивается суточный тепловой баланс.

Водяной пар сильно поглощает тепловое излучение поверхности и уменьшает эффективное излучение, создает парниковый эффект, что задерживает выхолаживание поверхности ночью или зимой. Заморозки и сильные зимние морозы на нашей территории связаны с вторжением сухого холодного воздуха и с ясной погодой, когда велико эффективное излучение.

Общая циркуляция атмосферы определяет облачность. При господстве в году или по сезонам облачной погоды резко снижается суммарная радиация, поскольку от облаков отражается до 70 % солнечной энергии. В зимний сезон при облачной и влажной погоде радиационное выхолаживание территории уменьшается. В летнее время происходит снижение температуры от резкого увеличения альбедо от верхней поверхности облаков. Облачность в летнее время снижает возможную суммарную радиацию на 30–40 % от возможной, а сумма эффективных температур может понижаться на севере области до 1550 °С и ниже, т. е. на 600 и более градусов. В 1904 г. сумма эффективных температур составила 1537 °С, среднемесячная температура воздуха за июле равнялась 15,1 °С. В 1938 г. она достигла 2576 °С, а средняя температура июля равнялась 23 °С. Разница сумм температур выше +10 °С составила в прошлом столетии 1076 °С, а разница среднемесячных июлбских температур – 7,9 °С.

Циркуляционный фактор определяет и сильные отклонения от «нормы» зимних температур. В 1940 г. средняя температура января была -17,2 °С, а в 1925 г. -2,2 °С. Разница январских температур 15,0 °С. Столь же существенны от типов общей циркуляции атмосферы и колебания годовых и особенно летних сумм осадков. В 1936 г. за июле выпало 4 мм влаги, а в 1934 – 229 мм. За июнь-август в 1934 г. выпало 372 мм, а в 1936 г. – 127 мм, почти в 3 раза меньше. В 1909 г. в июне выпало 347 мм, а в последующем 1910 г. – 23 мм. В 1941 г. снежный покров достигал 74 см, а в 1939 г. – 12 см.

Таким образом, реально складывающийся климат сезонов и лет существенно зависит от ОЦА. Средние климатические показатели в основном определяются широтой местности и господствующими типами циркуляции атмосферы.

Температурный режим

По температурам наша область относится к зоне с умеренно-мягкой зимой и теплым летом и обычной трудности для жизнедеятельности человека. Средняя многолетняя годовая температура изменяется от +4,8 °С на крайнем севере до +6,1 °С на юго-западе. Разница по отдельным годам средних годовых температур обычно незначительная, редко существенна. Средняя многолетняя температура июля +18,0 °С на севере и +19,0 °С на юге, января соответственно -8,5 °С и -7,5 °С (табл. 5).

В отдельные годы среднемесячная температура воздуха может значительно отклоняться от средней многолетней. В 1893, 1940, 1950, 1963 гг. январь был очень холодным, и среднемесячные температуры составляли -16–18 °С, а в 1925, 1936, 1944, 1962 гг. они составили в январе всего -2–3 °С. В летние месяцы отклонения температур от средней многолетней меньше, чем зимой. В 1936 и 1938 гг. средняя месячная температура июля равнялась 21–22 °С, а в 1904, 1935, 1935, 1956 и 1962 гг. она составила всего 15–16 °С (Шевченков, 2001).

Экстремальные температуры могут существенно отклоняться от среднемесячных: зимой до -42 °С, а в котловинах и до -45 °С, летом до +37–38 °С. Однако такие сильные отклонения случаются редко, менее чем 1 раз в 5 % лет. В 10 % лет абсолютный максимум летом бывает +29 °С и выше, абсолютный минимум зимой -23 °С и ниже.

Теплый период в области начинается в среднем многолетнем в конце марта и заканчивается в первой половине ноября. Общая продолжительность периода с положительными среднесуточными температурами продолжается 220–230 дней в году (около 60 % дней в году). Период с температурой выше 5 °С продолжается 180–190 дней, с середины апреля до середины октября.

Таблица 5. Основные климатические показатели по районам Брянской области

Вегетационный период для теплолюбивых культур со среднесуточной температурой воздуха выше 10 °С начинается в конце апреля – начале мая и заканчивается 21–26 сентября и продолжается 140–150 дней. За этот период сумма эффективных температур (среднесуточных свыше +10°) составляет в среднем от 2200 °С на севере до 2400 °С на юге области. Запас тепла достаточный для произрастания основных сельскохозяйственных культур, в отдельные годы суммы эффективных температур могут уменьшаться или увеличиваться на 300–400 °С, а в экстремальных случаях снижение достигает 600 °С, что может ограничить полное созревание некоторых агрокультур. Вероятность сильного снижения суммы эффективных температур не превышает 20 % лет.

К числу неблагоприятных агроклиматических (агротемпературных) явлений относятся заморозки. По среднемноголетним данным они прекращаются в первой декаде мая и возобновляются в конце сентября – начале октября. Период без заморозков продолжается 130–135 дней. Однако в отдельные годы они могут возникать в первой (23 %) и второй (4 %) декадах июня и в третьей декаде августа (8 %), а безморозный период может сокращаться до 115 и даже 88 дней. В котловинах и долинах заморозки наблюдаются чаще, их интенсивность по отношению к холмам и верхним частям крутых склонов на 2–5 °С сильнее, а безморозный период на 15–30 дней короче, чем на склонах (табл. 6).

Осадки

На территории области среднее многолетнее количество осадков составляет 520–660 мм. Около 70 % осадков выпадает в теплую половину года и около 30 % в холодные месяцы. В среднем за год бывает около 170 дней с осадками. Больше всего дней с осадками (до 18 в месяц) наблюдается в осенне-зимний период. В летние месяцы бывает 10–14 дней с осадками, но интенсивность осадков возрастает. Нередко (до 25–30 дней за лето) они выпадают ливнями и сопровождаются грозами, а 2–3 дня – градом. За один ливень может выпадать более 100 мм осадков.

По годам общее количество осадков и их распределение по месяцам и декадам существенно различаются: от 400 мм и менее до 980 мм осадков за год. Ежегодно наблюдаются 2–3 периода по 10–15 дней без осадков, а 3–4 года в столетие осадки не выпадают на протяжении 1,0–1,5 месяцев.

Таблица 6. Дата последнего заморозка весной (различной

интенсивности, в град.) в зависимости от местоположения

При среднем многолетнем достаточном количестве осадков и нормальном или слабо избыточном увлажнении, реальный ход увлажнения территории следует считать неустойчивым, от резко избыточного до сильно недостаточного. Аналогичная неустойчивость увлажнения наблюдается и внутри года.

Для обеспечения влагой растений в вегетационный период важнейшим является распределение осадков в теплую половину года. В среднем многолетнем за апрель – август выпадает около 340 мм осадков или 58 % от годовых норм. Испаряемость за этот период составляет около 740 мм, т. е. превышает сумму осадков на 400 мм. С учетом осенне-зимне-весеннего запаса почвенной влаги в метровом слое, который колеблется от 120 до 240 мм слоя осадков, общий запас влаги можно оценить примерно в 460–580 мм. Следовательно, коэффициент увлажнения (К_у) будет равен 0,6–0,8, а дефицит влаги летом составит от 160 до 280 мм. Только при выпадении большого количества осадков летом увлажнение будет слабо избыточным или близким к норме. Однако, в 1981 г. при общем годовом количестве осадков 645 мм за три летних месяца выпало только 145 мм осадков (60 % от нормы) при возможном испарении 440–480 мм. К_у был равен 0,3, что привело к сильной засухе и необходимости массового полива всех сельхозугодий, даже пойменных лугов. Для полива с учетом средней нормы по региону в 1440 м³/га или 143 мм слоя осадков потребность в воде составила 2,7 км³, что в три раза превышало запас летней воды в реках области. Неблагоприятными по летним осадкам были 1983, 1985 и 1992 годы. В целом вероятность длительных засух в области невелика, 5–13 % лет. Кратковременные засухи повторяются на севере области в 16 % лет, на юге в 44 % лет. Слабые засухи повторяются у нас почти ежегодно. За последние 100 лет в области в разные летние месяцы отмечалось 22 засухи: 1889, 1892, 1897, 1901, 1906, 1911, 1921, 1926, 1931, 1934, 1936, 1938, 1939, 1940, 1946, 1971, 1975, 1981, 1983, 1985, 1992 годы. Строгой последовательности в повторяемости засух не обнаруживается. Иногда они следуют через 1–2 года, реже 2 года подряд, нередко через 7–10 лет. Все засухи определяются сменой механизма циркуляции атмосферы в летний период, который в свою очередь связан с системой общепланетарной циркуляции атмосферы.

В 70 % случаев засухам предшествовал сухой осенне-зимний сезон (1885, 1891, 1892, 1897, 1901, 1906, 1911, 1920, 1921, 1924 и другие годы.), что особенно неблагоприятно для растений, поскольку почвы имели малый запас продуктивной влаги. Реже засухи наблюдались за влажной осенью (1923 г.). В 70 % случаев наблюдалась ранняя весна и в 20 % случаев – поздняя (1911, 1924 гг.). Летняя или месячная сумма осадков была на 35–60 % меньше нормы (Шевченков, 2001).

Во время продолжительных и сильных засух урожай пшеницы по отношению к среднему многолетнему понижается до 30 %. В нашей области особенно сильными были засухи в 1936, 1946, 1975, 1983 годах. Следует отметить, что в засушливые периоды температуры лета обычно на 4–5° выше нормы, на 20–30 % увеличивается сумма эффективных температур, заметно возрастает суммарная радиация, что при регулярном искусственном поливе создает благоприятные условия для получения высоких урожаев.

Для озимых культур и многолетних насаждений важное значение имеет снежный покров. В среднем многолетнем устойчивый снежный покров образуется в начале декабря на севере области и в начале второй декады декабря на юге и юго-западе области. Обычно ему предшествуют 2–3 «предзимка», когда выпадает снег, но затем полностью тает. В отдельные годы устойчивый снежный покров устанавливается в конце октября или 11–13 января. Сходит снежный покров в среднем 23 марта – 1 апреля, но нередко в конце февраля – начале марта или 10–17 апреля. Средняя продолжительность залегания снежного покрова 110–145 дней, а его высота к началу марта достигает 22–30 см. Среднемноголетний запас воды в снежном покрове – 70–85 мм. По годам он колеблется от 13 до 152 мм. Запас воды в снеге, особенности его таяния и режим осадков весной определяют весеннее половодье на реках области, высоту уровня половодья и расход воды за половодье.

Ветры

Под воздействием крупных вихрей – циклонов и антициклонов направление ветра у земной поверхности изменяется. Дополнительные искажения направления приземного ветра происходят под влиянием местного рельефа. На ветры западных румбов (З, СЗ, ЮЗ) приходится 47 %, на ветры восточных румбов (В, СВ, ЮВ) – 36 % времени в году. На северные ветры приходится 7 %, а на южные 10 % повторяемости. Около 95–97 % времени наблюдается слабый и умеренный ветер. Сильные ветры со скоростью более 15 м/с наблюдаются в течение 10–18 дней (3–5 % времени).

Наибольшие скорости ветра отмечаются на станциях, расположенных на возвышенностях. Например, число дней с сильным ветром в г. Карачеве в 1,5–2 раза больше, чем в Брянском лесничестве и в Навле. В зимние месяцы скорости ветра заметно возрастают, в 1,5–2 раза меньше зимой по сравнению с летом дней со штилями. Ураганные ветры периодически проявляются локально. Они связаны со смерчами, возникающими при прохождении холодного фронта, и с мощными кучево-ливневыми облаками с грозами. С ними связаны лесоповалы, разрушения строений, полегание и «скручивание» посевов зерновых.

В связи с увеличением площади пашни и сведением лесов, распашкой песчаных массивов в последние десятилетия усиливаются негативные полеледствия от ветров даже умеренной силы. Так, постепенно расширяется зона заметной ветровой эрозии. Она уже охватила при засухах до 40 % пахотного клина. Ветрозащитных же полос на полях области крайне мало. Усиливается и иссушающее воздействие ветров на почву, особенно при засухах и сильном дефиците влаги в воздухе и почве. В связи с этим и сами засухи в почве стали проявляться чаще. Ранней весной сухие ветры быстро испаряют снег, что уменьшает речной сток и общие запасы продуктивной влаги в почве.

Поиск по сайту: