ОСОБЕННОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ЮЖНОЙ ПОЛОВИНЫ КАЗАХСТАНА В ЗИМНИЕ МЕСЯЦЫ

Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 55 страниц
В избранное:

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. АЛЬ - ФАРАБИ

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

МАГИСТРАТУРА

Кафедра метеорологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

ОСОБЕННОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ЮЖНОЙ ПОЛОВИНЫ КАЗАХСТАНА В ЗИМНИЕ МЕСЯЦЫ

Исполнитель Радченко Г. С. «14» мая 2009 г.

Научный руководитель доцент к. г. н.

Турулина Г. К.

«14» мая 2009 г.

Допущен(а) к защите:

Зав. кафедрой

Профессор д. г. н.

В. С. Чередниченко

«14» мая 2009 г.

Алматы 2009

РЕФЕРАТ

Работа состоит из 60 страниц печатного текста, включает в себя 21 рисунок, 8 таблиц, 5 формул и 38 использованных источников.

Ключевые слова: температура, климат, годовой ход, среднее квадратическое отклонение, коэффициенты асимметрии и эксцесса, колебания от года к году, тенденция, экстремальные годы, циркуляция, индекс Блиновой, форма циркуляции, солнечная активность, числа Вольфа.

В данной работе были изучены климатические особенности температуры воздуха в южной половине Казахстана на 12 станциях в зимний период (декабрь-февраль), проведен анализ временного хода температуры воздуха за период с 1970 по 2009 годы и выявлена тенденция её изменения. Исследовалась статистическая структура среднемесячной температуры воздуха с помощью известных критериев, составлен календарь экстремально холодных и экстремально теплых зимних месяцев. Проанализированы характеристики атмосферной циркуляции в экстремальные по температуре месяцы. Изучен индекс Блиновой, формы циркуляции атмосферы на примере месяцев с крупной аномалией температуры, рассмотрен внешний фактор оказывающий влияние на температурный режим Земли (солнечная активность) .

СОДЕРЖАНИЕ

с. е

Введение 4

Обзор литературы 5
Физико-географическое описание станций 18
Климатические особенности распределения температуры 28
Статистическая структура средней месячной температуры воздуха 36Анализ временного хода температуры воздуха 36Крупные аномалии температуры воздуха в декабре-феврале и способы их выделения 43

5. Характеристики атмосферной циркуляции в экстремальные по температуре зимние месяцы 45

5. 1 Индекс зональности Е. Н. Блиновой 45

5. 2 Структура атмосферной циркуляции в зимний период 47

6. Влияние солнечной активности на температуру воздуха 53

Заключение 56

Список литературы 58

ВВЕДЕНИЕ

Температура является одним из основных показателей изменения климата. Резкие колебания температурного режима приводит к значительным экономическим затратам.

Суровые зимы отражаются не только на здоровье людей, перезимовке скота, озимых культур и т. п. - при низких температурах увеличивается расход энергии и топлива на промышленные, транспортные и коммунальные нужды, снижается производительность труда в промышленности, на транспорте и особенно в строительстве. Поэтому разработка и усовершенствование методов долгосрочных прогнозов суровых зим позволяет заблаговременно принимать меры по уменьшению их неблагоприятных последствий.

На протяжении истории Земли вместе с земной природой менялся и климат. Однако эти изменения охватывали сотни миллионов лет, на протяжении которых коренным образом на Земле менялось все: расположение суши и моря, орография, распределение океанических течений, вулканическая деятельность, состав атмосферы и т. д. Эти изменения климата в основном связывают с изменением солнечной активности, которая каким-то образом меняет систему общей циркуляции атмосферы. Но не стоит забывать, что и сама атмосфера обладает возможностями самостоятельного развития процессов, хотя бы и начавшегося под влиянием какого-то внешнего импульса.

Целью данной работы было:

Изучить особенности температурного режима зимних месяцев в южной половине Казахстана;
Составить каталог суровых зимних месяцев, наблюдавшихся на исследуемой территории в последние 40 лет;
Исследовать особенности атмосферной циркуляции, определяющие формирование экстремально холодных зимних месяцев.
Рассмотреть внешние факторы влияющие на экстремальные зимние месяцы.

Основные задачи - изучение среднемесячных температур воздуха, их изменения от года к году; сравнение значений температуры воздуха на метеостанциях в зимние месяцы, выявление экстремальных по температуре лет, анализ экстремальных зимних месяцев и их связь с индексом Блиновой, формами циркуляции Вангенгейма и с солнечной активностью.

В данной работе рассмотрена тенденция изменения температуры воздуха зимних месяцев в последние десятилетия.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Все процессы, происходящие в органическом и неорганическом мире, связаны с термическими условиями среды. Температура является одной из важнейших метеорологических величин, важнейшим элементом климата и предопределяет характер и режим типа погоды.

Одним из первых исследовал климат Республики Казахстан, а в частности термический режим А. С. Утешев. /1/ Он рассмотрел распределение температуры воздуха на территории республики в зависимости от широты и от рельефа. Изучил годовой ход температуры воздуха и характер его изменения, а также особенности годового режима температуры воздуха. По характеру годового распределения температуры воздуха в Казахстане выделил семь типов:

1 тип - холодная продолжительная зима и теплое влажное лето, годовые амплитуды температуры воздуха 37-38 ⁰ С (зона лесостепей и степей) ;

2 тип - холодная зима и жаркое засушливое лето, годовые амплитуды температуры 36-38 ⁰ С (зона южных степей и полупустынь) ;

3 тип - знойное лето и умеренно холодная зима, годовая амплитуда температуры 38-40 ⁰ С (район пустынь Центрального Казахстана) ;

4 тип - знойное продолжительное сухое лето и мягкая короткая зима, средняя годовая амплитуда температуры 30-35 ⁰ С (район южных пустынь - Каракумы) ;

5 тип - жаркое сухое лето и умеренно холодная зима, годовая амплитуда температуры около 30 ⁰ С (предгорья юга и юго-востока) ;

6 тип - холодная зима и прохладное влажное лето, годовые амплитуды температуры 20-25 ⁰ С и ниже (горные и высокогорные области) ;

7 тип - суровая зима и теплое умеренно влажное лето, годовые амплитуды температуры 40 ⁰ С и больше (юг Алтая и восток Восточно-Казахстанской области) .

Автор /1/ также рассмотрел изменчивость среднемесячных температур воздуха, выявил даты перехода среднесуточной температуры воздуха через различные её значения. Рассмотрел минимальные и максимальные суточные температуры воздуха. Выявил экстремально холодные и экстремально теплые годы. Описал суточный ход и суточные амплитуды температуры воздуха. Изучил заморозки, рассчитал суммы температур за теплый период. Но возможно многие его данные нуждаются в уточнении, т. к. в 1959 году об изменении климата, которое наблюдается сейчас, ещё даже не говорили.

В 1963 году американский астроном и астрофизик Дональд Мензел в своей книге «Наше Солнце» показал, не только как современная наука представляет себе мир, но и как складывались эти представления. Это один из ученых-энтузиастов, непременный участник многих экспедиций по наблюдению солнечных затмений, один из пионеров применения в астрофизике новой теории строения атома, которая бурно развивается с начала 20 века, и сразу же стала мощным оружием астрофизиков.

Наивно было бы гарантировать, что нынешние точки зрения бесспорны и не будут подвергнуты ревизии, но автор не ограничивался узкими вопросами, а «широкими мазками» рисует картину панорамы солнечных явлений/2/.

Работа /3/ является первой монографией в научной литературе, посвященная природе ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца и физике ионосферы. Дан обзор результатов исследования ионосферы и коротковолнового излучения Солнца при помощи ракет и спутников. Определено относительное содержание химических элементов на Солнце. Построена модель активных и невозмущенных областей солнечной атмосферы: особое внимание уделено области между хромосферой и короной.

Рассмотрено воздействие коротковолнового излучения Солнца на состояние ионизации в верхней атмосфере. Дано обобщение теории простого слоя, рассчитано распределение с высотой концентрации различных ионов в областях ионосферы и их изменение в течение дня и с солнечной активностью. Приведены представления о фотохимической теории, о процессах ионизации и ионно-молекулярных реакциях в ионосфере, о роли амбиполярной диффузии, о вариациях эффективного коэффициента рекомбинации. Выводы теории образования ионосферы сопоставлены с результатами измерений на ракетах и спутниках, а также с результатами наземных наблюдений. Проанализированы условия образования ночной ионосферы и обоснована корпускулярная гипотеза ионизации /3/.

Долгое время исследованием влияния солнечной активности на атмосферу Земли занималась Т. В. Покровская /4-6/. Рассматривая синоптико-климатологические исследования по проблеме «Солнце-тропосфера», изучались следующие факторы, влияющие на циркуляционные процессы и метеорологический режим в нижних слоях земной атмосферы: волновое излучение Солнца, корпускулярное излучение Солнца, космические лучи. По каждому получены существенные результаты с использованием данных по физике Солнца, межпланетного и околоземного пространства, а также обширных метеорологических материалов, включающих многолетние климатологические ряды. Рассмотрено влияние индекса Кр на формирование засух на европейской территории России, его связь с формами циркуляции. Рассмотрены циклы солнечной активности от27-дневного до векового.

Сложность проблемы гелиогеофизики в целом объясняет различие подходов и выводов у разных авторов. В ходе накопления фактических материалов и развития их анализа вполне возможны также смена представлений, как физических, так и статистических, и отход от прежних позиций, если новые факты противоречат прежним, даже устоявшимся взглядам. /6/

В работе /7/ проводится анализ результатов измерений ветра, температуры, давления в период проведения эксперимента «Солнце-атмосфера» на высотах тропосферы и нижней стратосферы. Получен вывод, что возмущения на Солнце вызывают вариации давления и температуры, изменяют циркуляцию атмосферы. Перестройка меридионального ветра коррелирует с изменением геомагнитного поля Земли.

Авторы /8/ в течение этого же эксперимента сопоставили данные с результатами аэрологических и некоторых геофизических измерений. Временной ход температуры на разных высотах обнаруживает хорошую корреляцию с характером изменения корпускулярных потоков и A _k -индекса.

Затем интерес к солнечной активности и её влияние на атмосферу Земли - уменьшился. Количество исследований в этом направлении резко сократилось, т. к. не были выявлены однозначные связи, которые непосредственно можно использовать в прогнозах погоды, и лишь в начале 21 века снова начались исследования в этом направлении.

В работе Н. В. Столыпиной и др. /9/ были рассмотрены поля средних пятилетних декадных значений геопотенциала и температуры в стратосфере (30 и 10 мбар) и тропосфере (5000 мбар) северного полушария за зимний сезон. Проведено сравнение их с полями средних месячных данных из Атласа климатических характеристик. Показано, что декадные данные в отдельных случаях выявляют значительные особенности полей рассматриваемого периода. Причем поле Н ₅₀₀ за вторую декаду января заметно отличается от остальных случаев усилением меридиональности процессов. Можно сделать вывод о существовании значительных расхождений в климатическом поле не только в отдельных зимних месяцах, но и в различных декадах оного и того же месяца, наибольшей однородностью отличается декабрь. Кроме того, несмотря на пятилетнее осреднение, в декадных данных геопотенциала в тропосфере и стратосфере прослеживается определенная взаимосвязь. /9/

С. А. Тарбеева рассмотрела поля аномалии средней декадной температуры воздуха у поверхности земли за декабрь, январь и февраль 1970-74 гг. И выявила связь между знаком и величиной аномалии в зависимости от типа стратосферной циркуляции на уровне 10 мбар в предшествующей декаде. Анализ рассмотренного материала показал, что при переходе от исходных декад любого типа к последующим не происходит резкое преобразование всего типового поля аномалии температуры и ее обеспеченности. Однако расположение и интенсивность очагов меняются. Преобразование типового поля каждого типа было рассмотрено. Также была показана схема обработки данных, для прогноза аномалий на последующую декаду. /10/

Очень сильное влияние на интенсивность температурной аномалии как в ту, так и в другую сторону оказывает зональность процессов. Наиболее четко отражает интенсивность зональной циркуляции индекс Е. Н. Блиновой. Используя статистические схемы прогноза этого индекса в зимний период с нулевой и месячной заблаговременностью, И. А. Куликова выявила метод прогноза аномалий температуры воздуха в СССР. /11/ Исходные поля представляются в виде коэффициентов разложения по естественным ортогональным составляющим. Сравнительно высокие оценки прогнозов позволяют использовать ожидаемые значения этих индексов для определения полей аномалии средней месячной температуры воздуха. В своей статье она также привела типовые распределения ΔТ и степени её однородности по знаку аномалии в декабре, выполненные для различных градаций индексов циркуляции. /11/

Влияние стратосферной циркуляции на средние и большие аномалии на территории Казахстана рассматривал М. А. Мурадов. /12/ Он рассматривал колебания продолжительности летнего антициклона в стратосфере. Затем произвел классификацию на малую, среднюю и большую продолжительность. Для каждого класса были найдены типовые распределения аномалии средней месячной температуры воздуха для холодного полугодия.

Анализ показал, что распределение крупных и экстремальных аномалий на территории Казахстана зависит от колебаний продолжительности летнего стратосферного антициклона. Обеспеченность связей увеличивается по модулю с ростом аномалии средней месячной температуры воздуха, а это означает, что при прогнозе обеспеченность в очагах будет наибольшая.

Влияние стратосферной циркуляции зимой рассматривал А. А. Скаков/13/. Были рассмотрены особенности возникновения оттепелей и сильных морозов в Казахстане в зависимости от расположения центра циркумполярного вихря. Проанализированы асинхронные связи оттепелей и сильных морозов с изменением ΔH ₅₀₀ на северном полушарии. С помощью параметра ρ выявлены наиболее информативные районы, с изменением ΔH ₅₀₀ в которых определяют возникновение изучаемых явлений.

Р. К. Кожахметова/14/ рассмотрела среднемесячные температуры и амплитуды годовых колебаний на изобарических поверхностях 850, 700, 500, 300, 200, 100, 50 и 30 гПа. Годовой ход температуры в свободной атмосфере над Казахстаном хорошо выражен на всех уровнях и соответствует годовому ходу приходящей солнечной радиации. Максимум температуры наблюдается в июле, исключением является уровень 100 гПа, где в июле он наблюдается только над центральным, северным и северо-восточным районами Казахстана. Над западным районом он смещен на июнь, в Кзыл-Орде на май, а на крайнем юго-востоке на февраль-март(Алматы) . Минимальные значения температуры в стратосфере наблюдаются значительно раньше, чем в тропосфере.

В слое 850-700 гПа минимум отмечается в январе, а на широте 50 ⁰ и севернее в феврале; В слое 500-300 гПа только в феврале, но разность температур января и февраля не превышает 1 ⁰ С. В слое 200-30 гПа минимум смещен на ноябрь-декабрь.

В Алматы на поверхности 100 гПа минимум смещен на август. Были рассмотрены кривые годового хода: до уровня 200 гПа в Алматы, Панфилове и Караганде, температура с ноября по апрель изменяется незначительно, затем от мая к июню резко повышается, а от сентября к октябрю - понижается. На уровне 100 гПа в Алматы существуют два максимума, основной в феврале-марте, вторичный - в октябре, и два минимума: в августе (основной) и в ноябре. На уровне 30 гПа для Алматы ярко выражен вторичный максимум в марте. Если рассматривать амплитуду, то на всей территории она максимальна на уровне 850 гПа, т. к. велико влияние подстилающей поверхности, и минимальна на уровне 100 гПа, затем к 30 гПа она опять несколько повышается. Причиной уменьшения амплитуды на уровне 100 гПа является повышение температуры в холодный период за счет формирования обширной климатической области тепла, и понижение её в теплый период за счет смещения приэкваториальной области холода. Также было рассмотрено количественное изменение температуры от месяца к месяцу по изобарическим поверхностям. /14/

Важной информацией является особенность временного и пространственного распределения крупных аномалий температуры воздуха и осадков. О. В. Батырева и Л. Е. Лукиянова/15/ при выявлении распределения за критерий выделения крупных аномалий приняли величину 1, 2σ. Характеристики аномальности суммировались для всех месяцев года и вегетационного периода. С помощью метода скользящих средних были выявлены квазипериодические колебания с периодом 15-20 лет и общее увеличение аномальности в 30-е и 70-е годы 20-го века. /15/

В работе /16/ М. И. Будыко и др. рассматривали физический механизм природных климатических катастроф, вызванных извержениями вулканов и падением на земную поверхность крупных небесных тел. Исследовалось геологическое прошлое Земли, в частности в середине мелового периода температура воздуха была на 10-15 ⁰ С выше современной. Главной причиной изменения средней температуры являлось колебания количества углекислого газа в атмосфере, что приводило к соответствующим изменениям парникового эффекта. Наряду с этим некоторое влияние на температуру оказывает увеличение солнечного излучения и колебания альбедо земной поверхности. За последние 100 лет, в эпоху существования мировой системы метеорологических наблюдений, климатические условия изучены гораздо лучше. Анализ средней для северного полушария аномалии температуры воздуха показывает, что на протяжении последнего столетия преобладала тенденция к повышению температуры воздуха, которая была в значительной степени замаскирована сравнительно короткопериодическими колебаниями температуры. Причиной изменений климата в данный период является колебание прозрачности атмосферы, а также увеличение количества углекислого газа в атмосфере.

Однако основной целью авторов /16/ являлось получение результатов исследования влияния крупномасштабного ядерного конфликта на климат Земли. Обосновывается вывод о вероятности катастрофического для биосферы изменения климата, вызванного ядерным столкновением.

Температура воздуха оказывает сильное влияние на все процессы происходящие в биосфере, поэтому изучением тенденций её изменения, а также определением периодов колебаний, влиянием на неё различных факторов занимались многие ученые и исследователи.

Так, Г. Н. Чичасов в /17/ рассматривая оптимальную густоту станций для измерения температуры воздуха на территории Казахстана, пришел к выводу: недостаточная густота сети является одним из основных препятствий к улучшению качества метеорологической информации и качеству прогнозов, но чрезмерное количество информации приводит к перегруженности схемы без улучшения качества прогнозов.

Территории республики соизмерима не только с барическими образованиями, но и барическими системами в целом. Термический режим равнинной части Казахстана значительно различается в пределах его обширной территории.

Для характеристики возможных колебаний средних месячных температур воздуха автором /17/ были рассчитаны их средние квадратические отклонения (σ) . Получены корреляционные функции и выполнены оценки точности интерполяции. Интерполяция средней месячной температуры воздуха в январе выполняется с гораздо большей точностью, чем в другие месяцы года. Для определения её с погрешностью, не превышающей 25% естественной изменчивости, расстояния между станциями не должны превышать зимой 1550 км, весной - 800 км, летом -960 км и осенью -1200 км. Даны рекомендации по выбору сети для целей долгосрочного прогнозирования.

Особенность распределения температуры воздуха в Казахстане определяется расположением его в глубине материка и большим разнообразием рельефа. Зимой Казахстан находится в сфере влияния азиатского антициклона, летом подвержен влиянию азиатской термической депрессии.

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.