Записки метеоролога

Закономерности годового хода повторяемости сложных метеоусловий

Несмотря на то, что различные процессы, приводящие к возникновению низкой облачности, ограниченной видимости и сложных условий погоды в их комплексе носят в основном непериодический характер, всё же их периодические колебания достаточно отчётливо проявляются в их годовом и суточном ходе повторяемости.

С этой целью для всех 43 станций по полученным в таблицах значениям были построены графики повторяемости годового хода различных пределов этих элементов и их комплекса. Повторяемость в процентах рассчитывалась от общего числа наблюдений в месяц. С помощью графиков были определены основные закономерности и особенности их годового хода.

Графики годового хода высоты нижней границы облаков (НГО) строились для трёх пределов: 50, 100 и 200 метров и ниже. В результате анализа графиков, выявлены три типа распределения годового хода низкой облачности на территории Европейского Севера:

– с одним максимумом повторяемости, наблюдаемым в летние месяцы (июнь–август), характерным для прибрежных районов, островов и полуостровов Баренцева моря. Он обусловлен большим температурным контрастом между сушей и морем в летний период, в результате чего над поверхностью плавучих льдов и холодных морских вод при выносе тёплого воздуха с суши происходит его охлаждение и образование тумана и низкой облачности. С уменьшением температурного контраста в осенний период повторяемость низкой облачности начинает резко уменьшаться, достигая минимума в зимне-весенний период, когда температурный контраст между сушей и морем сглажен;

– со сложным годовым ходом, при котором разность между максимальными и минимальными значениями повторяемости составляет около 5–7%. Такой тип высоты НГО характерен для районов Большеземельской тундры и обусловлен циклонической деятельностью, развитием адвективных внутримассовых процессов и влиянием подстилающей поверхности, из которых наибольший вклад вносят адвективные процессы, характерные для осеннего периода. Имеет две разновидности, отличающиеся друг от друга по величине амплитуд и распространённые одна в пределах Большеземельской тундры, достигающая осенью повторяемости 12% (ст. Хоседа-Хард), а вторая – в предгорьях Полярного Урала, достигающая 20% (ст. Воркута);

– с двумя чётко выраженными максимумами и минимумами повторяемости годового хода; один максимум осенний – основной, второй максимум весенний – вспомогательный. Распространён на всей остальной территории. Основная особенность этого типа заключаются в наличии различий в величине амплитуды и времени наступления экстремальных величин повторяемости, что связано с влиянием рельефа на увеличение повторяемости и на образование низкой облачности. Так, над Коношско-Няндомской возвышенностью максимум повторяемости низкой облачности в осенний период достигает 35% (ст. Няндома), тогда как восточнее её на ст. Шенкурск – всего 15%.

Был рассмотрен годовой ход повторяемости наиболее встречающихся на Европейском Севере предельных значений минимумов, установленных по ограниченной дальности видимости для полётов воздушных судов: 0,8, 1,5, 2,0 и 3,0 км и менее. В результате анализа построенных графиков годового хода указанных пределов для всех 43 станций, было выявлено три типа их распределения:

– с двумя максимумами повторяемости – зимним и летним. Распространён на побережье, островах и полуостровах юго-востока Баренцева моря. Зимний максимум возникает за счёт снегопадов и метелей, наблюдавшихся вследствие интенсивной циклонической деятельности на арктическом фронте, а летний – за счёт образования адвективных туманов и дымки над поверхностью плавучих льдов и холодных вод Баренцева моря. Туманы и дымки, образующиеся над морем, как правило, захватывают и прибрежную зону;

– для второго типа характерен один зимний максимум в годовом ходе повторяемости ограниченной видимости. Он распространён в пределах Большеземельской тундры. Имеет разновидность, распространённую в предгорьях Полярного Урала на крайнем северо-востоке Европейского Севера. Основным отличием этой разновидности от всех других районов этой территории является наиболее высокая повторяемость ограниченной видимости в зимний период, достигающая для видимости менее 2 000 метров в Воркуте 28% в январе.

Увеличение повторяемости в Воркуте по сравнению с близлежащим прибрежным районом Баренцева моря, где она и так достаточно велика (18%, ст. Варандей), обусловлено главным образом влиянием Полярного Урала на выпадение снега и возникновение метелей.

Во-первых, Полярный Урал задерживает перемещение циклонов и атмосферных фронтов, вызывая тем самым восходящие движения воздуха ещё до поднятия по склону, что приводит к дополнительным осадкам предвосхождения. По этой причине, например, в Воркуте годовая сумма осадков составляет 650 мм, а на западных склонах Полярного Урала 1 000 мм и более, в то время как на побережье Баренцева моря (Варандей) их выпадает менее 600 мм.

Во-вторых, при определённых условиях Полярный Урал оказывает влияние на усиление ветра, которое происходит при воздушных потоках, направленных как в сторону гор, так и вдоль гор при южных ветрах. Кроме того, ветер усиливается перед горами при приближении фронта вследствие сужения воздушного потока между фронтом и препятствием. Предфронтальное усиление ветра может быть заметно на расстоянии 200–300 км перед фронтом. С ним и связано увеличение повторяемости метелей и ограниченной видимости в них.

При общей повторяемости видимости менее 2 км в январе в Воркуте 28% приходится: на мглу, образующуюся от производственных шахтных выбросов, – около 4%, на туман и дымку – 10,6%. Без этих явлений повторяемость идимости в осадках и метелях под влиянием Полярного Урала в Воркуте возрастает по сравнению с Варандеем на 8%.

В отдельный подрайон выделяются предгорья Полярного и Северного Урала, протянувшегося от Инты на юг. Здесь повторяемость ограниченной видимости меньше, чем на северо-востоке, что связано с ослаблением циклонической деятельности, однако задерживающее влияние Уральских гор ещё существенно сказывается на увеличении количества выпадающих осадков и ограниченной видимости в них по сравнению с близлежащими к Предуралью станциями. Так, средняя сумма осадков в январе на станциях Верхний Щугор и Дутово составляет 73 и 49 мм.

– третий тип с двумя максимумами (весенним и осенним) и двумя минимумами распространён на остальной наиболее обширной части территории. По сравнению с первым и вторым типами, при этом типе ограниченная видимость имеет меньшую повторяемость и отличается большим разнообразием в годовом ходе вследствие влияния географического положения, рельефа местности и других факторов.

Для многочисленных низменных равнин, таких, как Молого-Шекснинская, Сухонская, Северо-Двинская, Мезенская, Верхне-Печорская, Нижне-Печорская, на которых наблюдается меньшая повторяемость ограниченной видимости по сравнению с другими районами, время наступления максимумов и их величина выражены недостаточно чётко, амплитуда между максимумами и минимумами невелика.

Гораздо лучше годовой ход повторяемости выражен на станциях Няндома и Шенкурск, на графиках которых чётко выделяется два максимума – весенний и осенний, причём осенний больше весеннего; значительной является амплитуда между максимумами и минимумами.

Повторяемость ограниченной видимости на ст. Няндома значительно превышает значения её для ст. Шенкурск, что обусловлено расположением этих станций относительно склонов Коношско-Няндомской возвышенности. Ст. Няндома находится на возвышенности, а Шенкурск – к востоку от неё, в результате чего в Няндоме в ноябре выпадает 70 мм осадков, тогда как в Шенкурске – всего 51 мм, соответственно этому повторяемость видимости менее 2 км составляет 7,6 и 6,1%.

Расчёт сложных метеорологических условий производился для трёх степеней сложности: М (0,5/50); М (1/100); М (2/200). По построенным графикам этих значений выявлены основные особенности годового хода повторяемости сложных метеоусловий в различных районах Европейского Севера.

Рассматривая их сезонные различия, для этой территории выявлены три типа повторяемости годового хода сложных метеоусловий: первый тип – с двумя максимумами (летним и зимним) и двумя минимумами (зимне-весенним и осенним); второй тип – со сложным годовым ходом и с одной разновидностью и третий тип – с двумя максимумам (весенним и осенним) и значительным превышением осеннего максимума над весенним. Каждый из указанных типов характерен для определённой авиационно-климатической области, в которой он формируется. Наличие некоторых разновидностей в пределах одной и той же климатической области обуславливается особенностями циркуляции атмосферы, радиационного режима и рельефа подстилающей поверхности.

Первый тип распределения распространён в прибрежных районах, островах и полуостровах юго-востока Баренцева моря. Зимний максимум возникает за счёт снегопадов и метелей, связанных с активной циклонической деятельностью, а летний – за счёт образования низкой облачности, туманов и дымки над плавучими льдами и холодной поверхностью моря вследствие большого температурного контраста между сушей и морем. Уменьшение температурного контраста между сушей и морем в зимне–весенний период и осенью обусловливает появление минимумов повторяемости сложных метеоусловий. В частности, зимне-весенний минимум совпадает с наибольшей ледовитостью на юго-востоке Баренцева моря.

Второй тип сложных метеоусловий, имеющий сложный годовой ход (несколько максимумов и минимумов), распространён в пределах Большеземельской тундры. Такой годовой ход указывает на неоднородный характер формирования сложных метеоусловий, обусловленный разнообразием атмосферных процессов, адвективными и радиационными факторами. Отдельная разновидность арктического типа годового хода сложных метеоусловий отмечается в районе предгорий Полярного Урала.

Основное отличие этого района от других заключается в наиболее высокой повторяемости сложных метеоусловий в течение большей части года, лишь в отдельные месяцы она может быть меньше, чем на других станциях. Увеличение повторяемости сложных метеоусловий обусловлено влиянием Уральских гор на выпадение осадков и возникновение метелей с ограниченной видимостью.

Третий тип годового хода сложных метеоусловий охватывает большую часть Европейского Севера. Общие черты годового хода сложных метеоусловий определяют их принадлежность к единой авиационно-климатической провинции.

Однако вся область не является однородной, в отдельных её районах имеются различия по времени и величине наступления экстремумов сложных метеоусловий. Также как в случаях с годовым ходом низкой облачности и ограниченной видимости, на увеличение повторяемости сложных метеоусловий большое влияние оказывает рельеф. Так, над Коношско-Няндомской возвышенностью, где находится станция Няндома, повторяемость сложных метеоусловий намного превышает их значения на ст. Шенкурск, расположенной восточнее возвышенности, максимум сложных метеоусловий в ноябре в Няндоме составляет 53% и имеет наибольшее значение на всей рассматриваемой территории Европейского Севера, на 32% больше, чем в Шенкурске. Аналогичное влияние на увеличение повторяемости сложных метеоусловий оказывает Тиманский кряж.

Сезонное распределение по территории сложных метеоусловий

Для выявления особенностей распределения низкой облачности, ограниченной видимости и сложных метео условий были построены карты повторяемости низкой облачности ниже 200 м, ограниченной видимости менее 2000 м и сложных условий погоды комплекса М (2/200) за центральные месяцы сезона. Анализ карт показал, что, несмотря на равнинный характер территории Европейского Севера, указанные элементы и их комплекс в каждом сезоне распределяются неравномерно.

Рассмотрим сезонные особенности распределения низкой облачности ниже 200 м. Синоптические процессы, развивающиеся в осенний период характеризуются активизацией циклонической деятельности, которая и определяет основные черты распределения высоты низких облаков.

Циркуляция относительно тёплого и влажного воздуха в системе циклонических образований, а также адвекция воздуха с юго-запада, запада и северо-запада при внутримассовых процессах создают наиболее благоприятные условия для образования низкой облачности.

Несмотря на то, что в этот период времени на большей части территории формируется основной максимум низкой облачности, всё же она распределяется крайне неравномерно, образуя очаги повышенной и пониженной повторяемости.

Очаги наиболее высокой повторяемости, более 30%, наблюдаются над Коношско-Няндомской возвышенностью, в междуречьях Онеги, Пинеги и Северной Двины, над Тиманским кряжем и в предгорьях Полярного Урала. Очаги пониженной повторяемости около 10% протянулись вдоль границы Вологодской и Архангельской областей и севернее реки Вычегда. В осенний период сглаживается температурный контраст между континентом и Баренцевым морем, что приводит к резкому уменьшению повторяемости низкой облачности. На побережье Баренцева моря исчезает очаг максимальной повторяемости низкой облачности ниже 200 м, наблюдавшийся здесь в летний сезон.

В зимний период положение очагов повышенной и пониженной повторяемости низкой облачности имеет большое сходство с их осенним расположением, постепенно уменьшаясь до 20–25% в январе в очагах повышенной повторяемости, достигая минимума в феврале–марте, а в очагах пониженной повторяемости снижается до 5–9%. В этот период внутримассовая облачность является преобладающей. Чаще всего она возникает при выносе относительно тёплого и влажного воздуха.

Основная роль принадлежит трансформационному понижению температуры воздуха. Такие условия наблюдаются на западной периферии антициклонов и гребней, в поле прямолинейных изобар.

Наиболее благоприятным условием для образования низкой облачности является наличие инверсии температуры в приземном слое воздуха. Зимой инверсии образуются вследствие радиационного охлаждения воздуха у земной поверхности, при адвекции тёплого воздуха над холодной подстилающей поверхностью, а также при упорядоченных нисходящих движениях воздуха выше слоя трения. Фронтальная облачность зимой наблюдается реже, чем внутримассовая. При фронтальных процессах низкие облака чаще всего образуются в зоне тёплых и малоподвижных фронтов, смещающихся с северо-запада, запада и юго-запада со скоростью 20–30 км/ч.

Низкая облачность в весенний период чаще всего образуется в результате прохождения циклонических образований и связанных с ними фронтальных разделов. Роль внутримассовых процессов в это время снижается. Весной существенных изменений в распределении высоты низких облаков, по сравнению с зимним периодом, не наблюдается. Исключением являются лишь прибрежные районы Баренцева моря и предгорья Полярного Урала, где отмечается увеличение повторяемости низких облаков.

Летом, в связи с изменением характера синоптических процессов, изменяется и характер распределения высоты низких облаков. Основной особенностью летнего распределения низкой облачности является наличие очага с повышенной повторяемостью более 25%, который формируется в прибрежных районах Баренцева моря. В остальных районах отмечается уменьшение повторяемости низкой облачности по сравнению с весенним периодом. Летом между сушей и морем наблюдаются большие контрасты температур, которые создают благоприятные условия для образования низкой облачности и туманов и выноса их на побережье. В районах, удалённых от побережья, повторяемость низкой облачности небольшая, но она в основном образуется при прохождении фронтальных разделов.

Рассмотрим сезонные особенности распределения ограниченной видимости менее 2 000 м на территории Европейского Севера. С ноября по март, а в северных районах включая и апрель, наблюдается повышенная повторяемость видимости менее 2 км, хотя по территории она распределена неравномерно, образуя отдельные очаги повышенной и пониженной повторяемости. Наиболее высокая повторяемость наблюдается в районах побережья юго-востока Баренцева моря и Полярного Урала, где отмечаются значительные градиенты изменения видимости.

Очаги повышенной повторяемости хорошо прослеживаются в районе Коношско-Няндомской возвышенности, Тиманского кряжа, а также на юго-западе Вологодской области. Очаги пониженной повторяемости ограниченной видимости отчётливо выражены в районах многочисленных низменных равнин, вытянутых вдоль крупных рек. Положение этих очагов мало меняется от месяца к месяцу и в основном сохраняется в течение всего холодного сезона.

В апреле–мае с увеличением притока солнечной радиации и перестройкой атмосферной циркуляции от зимнего к весеннему сезону процессы, игравшие главную роль зимой, уступают место трансформации воздушных масс. Вследствие этого происходит ослабление очагов и уменьшение повторяемости ограниченной видимости, минимум которой достигается в июне–июле по всей территории, за исключением прибрежной части юго-востока Баренцева моря. В этот период на побережье наблюдается наиболее высокая на всём Европейском Севере повторяемость ограниченной видимости. Её возникновение обусловлено охлаждением воздушных масс над холодной поверхностью юго-восточной части Баренцева моря и выносом образовавшихся над морем туманов и дымки на побережье.

Осенью перестройка барического поля от летнего к зимнему режиму начинается в конце августа и заканчивается к концу октября. Она характеризуется активизацией исландской депрессии и усилением циклонической деятельности. Указанная перестройка барического поля, а также уменьшение притока солнечной радиации влекут за собой изменения в распределении ограниченной видимости в сторону постепенного увеличения повторяемости, достигая максимума в октябре–ноябре на всей материковой части.

Исключение составляет лишь прибрежная часть Баренцева моря, где в это время повторяемость ограниченной видимости достигает минимума, что связано, как отмечалось выше, с уменьшением контрастов температуры между сушей и морем. В ноябре устанавливается зимний режим атмосферной циркуляции, определяющей повышенную повторяемость ограниченной видимости.

Для выявления сезонных особенностей распределения сложных метеоусловий были построены карты средней месячной повторяемости М (2/200).

Анализ карт показал, что сложные метеоусловия в каждом сезоне распределяются неравномерно и имеют много общих черт с составляющими их низкой облачностью и ограниченной видимостью. Осенью на большей части территории наблюдается наиболее высокая повторяемость сложных метеоусловий в течение всего года. Они распределены неравномерно, образуя очаги повышенной и пониженной повторяемости. Очаги повышенной повторяемости 25–30% располагаются в междуречьях Онеги, Северной Двины и Пинеги с центрами в районе станций Няндома (53%) и Верхняя Тойма (35%), вдоль Тиманского Кряжа и в районе Полярного Урала, а также в южной части Вологодской области.

Очаги пониженной повторяемости вытянулись с запада на восток узкой полосой вдоль границы Архангельской и Вологодской областей, достигая минимума на станциях Вытегра и Вельск (8%). Далее к востоку от этих очагов в междуречье Вычегды и Мезени располагается ещё один очаг пониженной повторяемости. Кроме того, пониженная повторяемость наблюдается в Большеземельской тундре (ст. Мишвань – 8%), в верхнем и среднем течении реки Печоры. Небольшую повторяемость (около 10%) имеют сложные метеоусловия в прибрежных районах Баренцева моря.

В зимний период повторяемость сложный метеоусловий в большинстве районов Европейского Севера уменьшается, однако общие черты положения очагов повышен

ной

и

пониженной

повторяемости

по

сравнению

с

осенним периодом сохраняются, причём их интенсивность

к

январю

уменьшается

в

два

раза

и

составляет

на

станциях

Няндома 27%, Вельск 4%, Мишвань 5%. В этот же период

наблюдаются минимальные температуры воздуха, которые

обусловливают

уменьшение

повторяемости

низкой

облачности. Тенденция уменьшения повторяемости сложных

метеоусловий

сохраняется

в

течение

всей

зимы.

С наступлением весны, в конце марта–апреле, происходит небольшое увеличение повторяемости сложных метеоусловий, главным образом за счёт ливневых конвективных осадков, ограничивающих видимость при прохождении холодных фронтов, тыловых частей циклонов и их ложбин.

С увеличением притока солнечной радиации и перестройкой атмосферной циркуляции от зимнего к весеннему сезону процессы адвекции, игравшие главную роль осенью и зимой, уступают место трансформации воздушных масс. Вследствие этого происходит резкое уменьшение повторяемости сложных метеоусловий, достигая минимума в июне–июле по всей территории, за исключением прибрежной части Баренцева моря.

Районирование территории по режиму сложных метеоусловий

Для выявления авиационно-климатических районов на территории Европейского Севера был применён метод районирования, в основу которого положен характер годового хода повторяемости низкой облачности, ограниченной видимости и их комплекса сложных метеоусловий, а также отношение их суммарной продолжительности тёплого периода к холодному. В результате анализа материалов наблюдений (главным образом, графиков годового хода) были выявлены основные типы и разновидности годового хода низкой облачности 200 м и ниже, ограниченной видимости 2 000 м и менее и их комплекса сложных условий погоды М (2/200) и менее. Все типы и разновидности указанных метеорологических элементов и комплекса, которые были подробно рассмотрены выше, сведём в таблицу.

Типы и разновидности годового хода повторяемости низкой облачности, ограниченной видимости и сложных условий погоды

Отметим только некоторые особенности указанных типов и разновидностей годового хода повторяемости. Первый и третий типы повторяемости совпадают для всех авиационно-климатических элементов и комплекса, годовой же ход второго типа повторяемости ограниченной видимости отличается от низкой облачности и сложных условий погоды. В формировании годового хода повторяемости сложных метеоусловий второго типа преобладающее влияние вносит низкая облачность по сравнению с ограниченной видимостью, что проявляется в однотипности годового хода сложных метеоусловий с низкой облачностью.

Для авиационно-климатического районирования, кроме графиков годового хода сложных метеоусловий и их составляющих элементов в отдельности, были построены карты распределения по территории сезонных коэффициентов, являющихся мерой влияния атмосферных процессов тёплого и холодного периодов года на формирование этих условий.

Для подсчёта сезонных коэффициентов (К) можно использовать либо суммарную продолжительность либо суммарную повторяемость, учитывая, что повторяемость, выраженную в процентах, легко перевести в часы суммарной продолжительности. К = Рт/Рх, где Рт – суммарная повторяемость низкой облачности (либо ограниченной видимости и сложных метеоусловий) в тёплый период года (апрель–сентябрь); Рх – соответственно в холодный период (октябрь–март). Рассчитанные таким образом сезонные коэффициенты имеют следующие значения:

– для низкой облачности – от 0,33 до 1,99;

– для ограниченной видимости – от 0,32 до 1,67;

– для сложных метеоусловий – от 0,32 до 1,83. Большие колебания сезонных коэффициентов свидетельствуют о том, что рассматриваемая территория по режиму сложных метеоусловий является неоднородной и подразделяется на отдельные районы. Значения сезонных коэффициентов для каждой из 43 станций были нанесены на бланки карт Европейского Севера.

Изолинии на картах проводились через 0,2. Границы между районами проводились в зоне сгущения изолиний, разделяющих различный характер годового хода сложных условий погоды.

На картах распределения сезонных коэффициентов сгущение изолиний наблюдается вдоль побережья Баренцева моря, причём сгущение сезонных коэффициентов распространено вглубь континента, в то время как сгущение коэффициентов ограниченной видимости располагается севернее – вдоль побережья, сложных метеоусловий между теми и другими На крайнем северо-востоке Европейского Севера выделяется замкнутая область сезонных коэффициентов низкой облачности и сложных метеоусловий, отделяющаяся от других районов сгущения сезонных коэффициентов.

Некоторое отличие в пределах указанного района имеет распределение сезонных коэффициентов ограниченной видимости, которые образуют здесь две замкнутые области, между которыми наблюдается сгущение сезонных коэффициентов, разделяющих область на две части – западную и восточную. Последняя из них, по-видимому, характеризует распространение влияния Полярного Урала на увеличение повторяемости ограниченной видимости.