ОСОБЕННОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ЮЖНОЙ ПОЛОВИНЫ КАЗАХСТАНА В ЗИМНИЕ МЕСЯЦЫ
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
1. Обзор литературы 5
2. Физико-географическое описание станций 18
3. Климатические особенности распределения температуры 28
4. Статистическая структура средней месячной температуры воздуха 36
Анализ временного хода температуры воздуха 36
. Крупные 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:
1. Изучить особенности температурного режима зимних месяцев в южной
половине Казахстана;
2. Составить каталог суровых зимних месяцев, наблюдавшихся на
исследуемой территории в последние 40 лет;
3. Исследовать особенности атмосферной циркуляции, определяющие
формирование экстремально холодных зимних месяцев.
4. 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 0С (зона лесостепей и степей);
2 тип – холодная зима и жаркое засушливое лето, годовые амплитуды
температуры 36-38 0С (зона южных степей и полупустынь);
3 тип – знойное лето и умеренно холодная зима, годовая амплитуда
температуры 38-40 0С (район пустынь Центрального Казахстана);
4 тип – знойное продолжительное сухое лето и мягкая короткая зима,
средняя годовая амплитуда температуры 30-35 0С (район южных пустынь –
Каракумы);
5 тип – жаркое сухое лето и умеренно холодная зима, годовая амплитуда
температуры около 30 0С (предгорья юга и юго-востока);
6 тип – холодная зима и прохладное влажное лето, годовые амплитуды
температуры 20-25 0С и ниже (горные и высокогорные области);
7 тип – суровая зима и теплое умеренно влажное лето, годовые амплитуды
температуры 40 0С 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 явлений2.
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 Ak-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 Н500 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. Скаков13.
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
ΔH500 на северном полушарии. С помощью параметра ρ выявлены наиболее
информативные районы, с изменением ΔH500 в которых определяют
возникновение изучаемых явлений.
Р.К. Кожахметова14 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 500 и
севернее в феврале; В слое 500-300 гПа только в феврале, но разность
температур января и февраля не превышает 1 0С. 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.Лукиянова15 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 0С 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.
В статье Г.К. Турулиной 18, изучена временная структура температуры
воздуха, к характеристикам которой могут быть отнесены: среднее
квадратическое отклонение σ, коэффициент асимметрии А и эксцесса Е.
Указанные параметры имеют самостоятельный физический смысл. Среднее
квадратическое отклонение позволяет судить о характере изменчивости средней
суточной температуры, служит показателем устойчивости термического режима.
Его значения почти одинаковы на всех станциях одной природной зоны и
небольшие различия с другими зонами. Изменчивость средней суточной
температуры от зимы к лету резко уменьшается, однако в течение почти всех
месяцев года изменчивость температуры на севере Казахстана несколько больше
чем на юге.
Если процесс протекает под влиянием большого числа независимо
действующих факторов, каждый из которых ничтожно мало влияет на его
течение, то этот процесс подчиняется нормальному закону распределения.
Многолетние ряды наблюдений за температурой можно рассматривать как
случайные величины, возникающие под влиянием множества независимо
действующих факторов. Значит можно предположить, что распределение
температуры близко к нормальному.
Но чаще на температуру воздуха влияют мощные факторы, преобладающие
над остальными и деформирующие нормальное распределение, что приводит к
асимметричности и большим значениям коэффициента эксцесса, т.е. появляются
заметные отклонения от нормы. Минимальные значения эксцесса наблюдаются при
минимальных средних квадратических отклонениях. Показатель крутизны для
большинства станций во все месяцы, кроме апреля, октября и ноября, меньше
нуля, что объясняется сравнительно малой повторяемостью нормы. В
большинстве случаев значения коэффициента эксцесса меньше критических. Это
исследование показало, распределение средней суточной температуры воздуха
на 36 станциях Казахстана отличается от нормального, и только в летние
месяцы оно близко к нормальному распределению. Данные характеристики
количественно раскрывают особенности колебаний температуры, определяемых
годовым ходом и циркуляционными процессами.18
Одним из важнейших климатообразующих факторов является атмосферная
циркуляция, Е.Н. Панова в 19 показала, что многолетние колебания
различных её типов, должны приводить и к соответствующим изменениям климата
в различных районах земного шара. Существует две формы климатических
характеристик: многолетние и эпохальные. Сравнивая среднемесячные
температуры воздуха на станциях Казахстана в различные циркуляционные
эпохи, можно сказать, что они подвержены большим изменениям при переходе от
одной эпохи к другой.
Используя коэффициенты асимметрии (А) и эксцесса (Э), также
температурный критерий Стьюдента и F-критерий Фишера была проверена
нормальность распределения среднегодовых и среднесезонных значений
температуры воздуха. Результаты расчетов показали, что среднегодовые и
среднесезонные температуры воздуха в Казахстане в различные эпохи
отличаются от многолетних средних. Эти выводы имеют значение при
прогнозирование сезонной температуры воздуха.
Но в исследуемых рядах случайная или шумовая компонента включает до
80% общей дисперсии. Поэтому при прогнозировании сезонной температуры
воздуха с учетом атмосферной циркуляции целесообразно пользоваться не
спектральными, а статистическими методами.19
Для Казахстана, одного из основных сельскохозяйственных и
животноводческих районов страны, успешное и своевременное предвидение
значительных похолоданий и потеплений представляет большой практический
интерес.
В работе Г.К. Турулиной и Е.А. Тихоновой 20 была изучена
аномальность полей средней пятидневной температуры воздуха по трем
направлениям: с помощью критерия аномальности К1, через разложение
температурных полей по естественным ортогональным составляющим и по
значению среднего квадратического отклонения. Анализ изучаемых средних
пятидневных полей по отдельным месяцам и годам показал, что количество
пятидневок с большой и малой аномальностью в различные годы неодинаково.
Исследование показало, что основным фактором, определяющим формирования
экстремального температурного поля в Казахстане, является крупномасштабная
циркуляция.
При составлении долгосрочных прогнозов погоды необходимо знание
пространственно-временного распределения прогнозируемого элемента. Целью
исследования Е.Н. Пановой 21 является изучение статистической структуры
сезонной температуры воздуха в Казахстане. Анализ средних многолетних
значений показал, что в их пространственном распределении во все сезоны
года четко проявляется зональность. Зимой между западными и восточными
областями, расположенными на одной широте, градиент температуры составляет
3,3 0С. Весной разность температур составляет 1,8 0С. В первую половину
лета температура повышается с севера от 14,6 до 23,1 0С на юге.
В предзимье на большей части территории температура отрицательна, лишь
на юго-западе и крайнем юге она больше нуля. Амплитуда температуры
составляет 14,2 0С и она является максимальной между западом и востоком
Казахстана. Но в отдельные годы могут наблюдаться значительные отклонения.
Наибольшей изменчивости подвержены температуры в холодное полугодие: в
предзимье, зимой и весной. Летом на всей территории Казахстана наблюдается
резкое уменьшение повторяемости крупных аномалий. В предзимье увеличивается
повторяемости более крупных аномалий но на большинстве станций небольшие
положительные аномалии преобладают над отрицательными. Объясняется это тем,
что повторяемости наиболее крупных отрицательных аномалий почти во все
сезоны больше положительных.
Летом отрицательные аномалии преобладают на западной половине
республики, а положительные на восточной. Осенью почти на всех станциях
положительные аномалии наблюдаются чаще отрицательных, в предзимье
повторяемость обоих знаков равновероятны.21
Как известно, значительную роль в экономике республики Казахстан
играет сельское хозяйство. Естественно, что для растений очень опасны
заморозки, особенно в конце зимы и в начале осени. Этот вопрос волнует
многих ученых, в частности К.А. Кан 22 исследовал связь между
температурным фоном перед вторжением холодного воздуха, в виде
температурной аномалии ∆t и аномалиями числа дней с заморозками ∆n для 30
станций в синхронные сроки, за период с 1951-1978 гг. для апреля, мая,
сентября и октября.
В ходе анализа была выявлена тесная связь, между заданными величинами,
обратная во всех исследуемых месяцах. Высокая средняя месячная температура
воздуха способствует уменьшению числа дней с заморозками и, наоборот, при
более низкой температуре увеличивается число дней с заморозками.
Проведенное исследование позволяет установить зависимость для любого пункта
Казахстана.
Эти данные можно использовать для двух целей. Во-первых, если будет
известна ожидаемая средняя месячная температура воздуха с высокой
обеспеченностью, то можно составить прогноз числа дней с заморозками. Во-
вторых, с помощью уравнений представляется возможным уточнение прогнозов
заморозков, составленных другими способами.22
Для детализированного прогноза аномалии средней суточной температуры
воздуха по дням внутри пятидневки на территории Казахстана З.И. Фатеева
23 использовала сезонную и синоптическую классификацию макропроцессов,
учитывала физико-географические условия республики. Сезонность учтена путем
создания архива по каждому из сезонов года. Физико-географические условия
принимались во внимание при выборе станций для расчета. Целью была оценка
оправдываемости прогнозов по разработанной методике на независимом
материале ив оперативных условиях. Показатели успешности методических
прогнозов сравнивались с инерционными. Анализ оправдываемости аномалии
температуры воздуха на третьи, четвертые, пятые сутки по сезонам года
показал, что наиболее удачно прогнозируется аномалия весной, летом, осенью.
Результаты испытаний показали, что предложенный детализированный метод
прогноза аномалии средней суточной температуры воздуха на 5 суток для
территории Казахстана имеет существенное преимущество над инерционными
прогнозами.23
Е.А. Тихонова 24 провела обстоятельные исследования многолетних
характеристик волн тепла и холода в Казахстане, для июля-августа за 1951-80
гг. в 36 пунктах. Для данного периода был составлен календарь холодных и
теплых пятидневок. За 30 лет выделено 90 холодных и 92 теплых пятидневок. В
теплых пятидневках выявлено 3 класса. В первом наибольшие значения
положительных аномалий (5,0÷6,0) отмечаются в северном, центральном и южном
Казахстане. Для второго класса, который встречается наиболее часто,
характерно увеличение положительных значений с востока на запад до 4,0 0С.
В третьем классе основной очаг положительных аномалий располагается на
севере республики, их значение в очаге равно 6,0 0С. На юго-востоке
наблюдается уменьшение аномалий до 1,0÷2,0 0С. Эти данные имеют
практическую значимость, т.к. выделенные классы могут использоваться как
объект прогноза.24
В предгорных и горных районах республики термический режим резко
отличается от равнинного. Чичасов Г.Н. в работе 25 исследовал горные
районы в отношении размещения метеорологических станций. Он рассмотрел 11
станций за 42-летний период. Типичным для горных районов является понижение
температуры воздуха с высотой, исключения наблюдаются в зимние месяцы – это
связано с радиационно-орографическими инверсиями. Самым жарким месяцем
является июль, а самым холодным январь. Вместе с изменением средних
месячных температур, пропорционально корню квадратному из их значений,
меняются и средние квадратичные отклонения σ.
Анализ показал, что до расстояний порядка 150 км наиболее точно
выполняется интерполяция средних месячных температур воздуха, в октябре, а
на расстоянии более 150 км – в апреле. Интересно, что при малых расстояниях
между станциями и при наличии ошибок наблюдений, интерполированная величина
может быть точнее, чем непосредственно измеренная в пункте наблюдений.
Поэтому считают, что расстояния между станциями не должны превышать 250 км,
тогда в любое время года погрешность не будет превышать 25%.25
На температуру воздуха в нашей республике, особенно в весенний период,
значительное влияние оказывают процессы, происходящие в стратосфере, в
частности циркумполярный вихрь (ЦПВ). Н.В. Полковникова 26 для
прогнозирования сроков устойчивого перехода средней суточной температуры
воздуха через 0, 5 и 10 0С и влияние на это ЦПВ, рассмотрела 30 станций с
1958-80 гг. Переход от зимнего циклонического вихря, в полярных широтах, к
летнему антициклоническому происходит по трем классам: ранней, средней и
поздней смены. Для каждой из смен анализ показал: при ранней перестройке
устойчивый переход температуры воздуха через 0 0С осуществляется на 4-7
дней позже нормы в южной половине республики, а в северных районах раньше
нормы на 2-4 дня.
При средних сроках переход температуры воздуха через 0 0С происходит
на 4-6 дней позже нормы на большей части территории Казахстана. Для
позднего типа весенней смены циркуляции в стратосфере переход температуры
через 0 0С по всему Казахстану осуществляется раньше нормы. На юге он
осуществляется на 14-16 дней раньше нормы, а на севере лишь на 1-2 дня
раньше. Такое распределение связано с интенсивным повышением температуры,
которое происходит за счет радиационного прогрева и адвекции теплого
воздуха с южных континентальных районов.
Эти данные имеют прогностическое значение, т.к. позволяют составлять
фоновый прогноз дат перехода температуры воздуха через 0, 5 и 10 0С с
заблаговременностью до одного месяца.26
С.Х. Кутхужин 27 исследовал аномальность полей температуры воздуха и
опасных для отгонно-пастбищного животноводства метеорологических явлений. С
помощью критерия Н.А. Багрова выявлены типы большой, средней и малой
аномальности с равной повторяемость для аномалий средней месячной
температуры воздуха по 18 станциям Казахстана за 35-летний период
наблюдений (1950-1984) и числа дней с опасными для выпаса овец
метеорологическими явлениями по 5 станциям за 23-летний ряд (1962-1984).
Изучена повторяемость этих типов. Для типизации влияния опасных
метеоявлений рассматривается отдельно вклад каждого из них в
неблагоприятные для выпаса погодные условия.27
Вообще для сельского хозяйства республики серьезную угрозу
представляют засухи и суровые зимы. В книге Б.И. Сазонова 28 исследована
природа засух и суровых зим. Приведены каталоги индексов суровости зим и
засушливости по регионам северного полушария за последние 60-100 лет.
Еще большую проблему представляет высокая заблаговременность прогноза
опасного метеорологического явления. Г.Н. Чичасов в своей монографии 29
систематизирует критический анализ методов долгосрочных прогнозов погоды.
Рассматривает статистическую структуру полей предикторов и предиктантов.
Там же оценена погрешность определения средней месячной температуры воздуха
и количества осадков на площади в зависимости от густоту сети.
Дан анализ эффективности использования в моделях прогноза в качестве
предсказателей различных характеристик, описывающих начальное состояние
атмосферы и подстилающей поверхности.
Изложена технология прогнозов погоды на месяц и сезон. Приведены и
проанализированы результаты её оперативного использования.29
В последние 15 лет во всем мире отмечается тенденция к повышению
температуры воздуха. Для территории Казахстана эту проблему исследовали Г.Н
Чичасов, И.Б. Есеркепова, С.А. Долгих и др. В частности С.А. Долгих 30
анализировала тенденцию изменения климата региона в течение последнего
столетнего периода. Для более детального анализа пространственного
распределения тенденций проведено также сравнение климатических условий
двух тридцатилетних периодов: 1931-60 гг. и 1961-90 гг.
Были получены следующие выводы. На основе данных с 1894 по 1977 годы
исследованы вековые тенденции термического режима региона. Тенденция
средней годовой температуры воздуха на рассматриваемых станциях имеет
положительный знак, и за редким исключением, статистически значима. В
среднем по региону повышение температуры составило 0,18 0С10 лет – зимой,
0,19 0С10 лет – весной, 0,08 0С10лет – летом, 0,07 0С10 лет – осенью.
Рост средней годовой температуры составил 0,13 0С10 лет.
Во-вторых, исследованы различия между термическими режимами двух
тридцатилетних периодов. Показано, что в большинстве месяцев и на большей
части региона температура базового периода выше предшествующего. Разность
средн6их годовых температур также положительна и статистически значима
практически на всей территории региона. Разность между осредненными по
региону средними многолетними годовыми температурами за эти два периода
составила 0,7 0С10 лет.
На основе данных 70 станций региона рассчитан комплекс статистических
характеристик режимов температуры и осадков базового периода (1961-90 гг.)
который служит основой определения аномальности текущих климатических
условий. Анализ территориального и сезонного распределения характеристик
линейного тренда показал, что летом на значительной части территории
региона наблюдается существенный рост температуры воздуха в среднем 0,4
0С10 лет, при тенденции к уменьшению количества осадков (4,5 мм10
лет).30
Изменение температуры воздуха, которые связаны с физико-географическим
положением станций, можно рассмотреть при сравнении станций на одной из
частей Казахстана.
Для Западного Казахстана в работе Т.В.Яковлевой и Е.В.Боголюбовой 31
были рассмотрены изменения средней многолетней температуры воздуха и
характеристик её вариации на пяти метеостанциях: Актюбинск, Кульсары,
Уральск, Атырау и Форт-Шевченко. Для этих станций были рассчитаны средние
многолетние значения месячных температур с 1951 по 2001 гг. и сравнили эти
значения с нормами климатического справочника. Оказалось, что вычисленные
средние многолетние значения несколько выше, чем в климатическом
справочнике, особенно зимой. Наибольшие значения наблюдаются на
метеостанции Актюбинск, а минимальные на метеостанции Форт-Шевченко, что
связано с более мягким типом климата на ней.
Была построена линия тренда, анализ которой показал, что у всех
метеостанций есть общая особенность – постепенный рост среднегодовой
температуры. Причем если рассматривать температуру отдельно в теплый и
холодный периоды, то видно, что средняя за год температура увеличивается в
основном за счет повышения рассматриваемой величины в холодный период. В
теплый период она практически не повышается, за исключением метеостанции
Атырау.
На метеостанциях Форт-Шевченко и Кульсары, из-за мягкого климата,
наблюдается самое незначительное повышение температуры – на 0,9 0С. На
остальных метеостанциях повышение среднегодовой температуры воздуха
происходит в пределах 1÷2 0С. В данной работе 31 была уловлена тенденция
к повышению среднегодовых и полугодовых температур на Западе Казахстана.
Сложную проблему представляют собой долгосрочные прогнозы погоды,
особенно низкую оправдываемость имеют прогнозы, составленные на месяцы
холодного полугодия. Д.Н. Ботамбеков 32 проанализировал статистическую
структура поля декадной температуры воздуха зимних месяцев в Северном
Казахстане, с 1966 по 2000 гг. на восьми метеостанциях. Были рассчитаны
статистические характеристики средней декадной температуры для всех зимних
месяцев. Анализ коэффициентов асимметрии и эксцесса показал, что при
допущении отличия коэффициентов от нуля на 5 % или 10 %, 39 зимних декад не
удовлетворяют условиям нормальности, а 33 декады удовлетворяют.
Практический интерес представляет сравнение рассчитанных средних
декадных значений температуры за исследуемый период с данными, приведенными
в приложении к месячным прогнозам. Практически все вычисленные
среднемноголетние температуры воздуха выше на 1÷2 0С за все зимние декады,
чем данные приложения. Это подтверждает исследования тенденции потеплении
климата Казахстана. Также был получен вывод, что с середины 80-х годов,
произошло существенное изменение в повторяемости экстремальных зимних
декад, причем повторяемость экстремально теплых декад увеличивается, а
экстремально холодных уменьшается.32
В исследовании Д.А. Нурмагамбетовой 33 был рассмотрен регион
Прибалхашья с 1961 по 2000 год на четырех станциях. При анализе
среднемесячных температур воздуха было выявлено, что абсолютные
максимальные значения температуры воздуха отмечались в последние
десятилетия в период с 1981 по 2000 гг., а абсолютные минимумы
зафиксированы до 80-х годов. Анализ данных показал, что в период с 1961 по
1970 гг. по всем станциям общее число положительных аномалий больше общего
числа отрицательных. В последние три десятилетия (1971-80, 1981-90, 1991-
2000 гг.) число положительных аномалий превышает число отрицательных в 2-3
раза. Выявлено, что отмечается слабый рост линии тренда по станциям в
зимний период и значительный рост в летний.
Если рассматривать всю территорию Казахстана в летний период с 1970 по
1999 годы при крупных аномалиях температуры, то С.П. Рязанцевой 34 были
сделаны выводы. В большинстве случаев отмечалась тенденция к повышению
температуры за последние 30 лет, понижение наблюдалось в июне в Усть-
Каменогорске и Павлодаре, и незначительное в июле в Жезказгане. В целом
можно отметить тенденцию повышения температуры воздуха.
Анализ среднего квадратического отклонения показал, что наибольшие
значения наблюдаются на севере и на западе Казахстана во все летние месяцы,
а наименьшие в июле на юге и юго-востоке республике. В целом значения
среднего квадратического отклонения распределено по территории достаточно
равномерно. Значения коэффициентов асимметрии и эксцесса на большинстве
рассматриваемых станций не превышают критические, поэтому распределение
приближенно можно считать нормальным.
Кроме того, исследовались крупные аномалии в температуре воздуха.
Наибольшее число месяцев с такими аномалиями отмечается в августе, при этом
наблюдалось небольшое преобладание положительных аномалий над
отрицательными.
Этот краткий обзор литературы показал, что в настоящее время все
исследователи сходятся во мнении о повышении температуры воздуха в
последние десятилетия по всей территории Казахстана.30-34
Анализируя одну из брошюр, выпускаемых Всемирной Метеорологической
организацией 35, можно сказать, что конечно технология информационной эры
открывает для человечества многообещающие перспективы в деле получения
пользы от применения научно-технических достижений. Информационная
технология важна для каждого. Радио, телевидение и Интернет позволяют
быстро передать широким слоям населения предупреждения о штормах,
наводнениях и засухах. В то же время люди получают информацию о
разрушительных последствиях этих явлений.
Средства массовой информации предоставляют научные сведения о погоде,
климате, воде и окружающей среде. Общественные СМИ –весьма важные партнеры
в передаче авторитетной научной информации по проблемам атмосферы, климата
и воды. В этой связи абсолютно необходимо, чтобы метеорологические и
гидрологические службы эффективно работали со средствами массовой
информации.
Необходимо поощрять достижения в области новых технологий, которые
следует использовать в полной мере для уменьшения неблагоприятных
воздействий погоды, климата и воды и для получения пользы от позитивных
аспектов этих ресурсов окружающей среды. Особое внимание следует уделить
нуждам развивающихся стран, поскольку от поддержки их национальных
метеорологических и гидрологических служб выигрывает весь мир в целом.
Проблемы и дилеммы 21 века требуют активизации внимания к
метеорологической науке, внедрения современных, экологически
ориентированных технологий, а также полномасштабного использования новых
систем научной коммуникации и средств связи общественного пользования. 35
2 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАНЦИЙ
Исходным материалом при исследовании служили средне-месячные
температуры (декабрь-февраль) по двенадцати станциям: Аккудук, Алматы,
Балхаш, Бахты, Жезказган, Казалинск, Кызылорда, Сам, Талдыкорган, Тараз,
Туркестан, Шымкент за 1970-2009 годы. Ниже приведено их физико-
географическое описание.36
Аккудук (Ак-кудук). История станции: Пустынная метеорологическая
станция Аккудук (с собственной радиостанцией) была организована в октябре
1949 года. Метеорологические наблюдения начаты 15 октября 1949 года и
ведутся по программе 2 разряда, без перерыва до настоящего времени.
Название станции не менялось, переноса станции не было. Осадкомер
Третьякова был установлен при организации станции, флюгер с тяжелой доской
- 2 октября 1958 года.
Физико-географическое описание. Станция Аккудук расположена в 90 км к
востоку от Каспийского моря, на западной окраине песков Карынжак.
Окружающая местность относится к равнинным песчаным пустыням пустынного
Устюртско-Мангыщлакского равнинного района Казахстана. Пески Карынжак
занимают западную половину довольно обширной Карынжакской впадины, с
востока ограниченной Западным чинком Устюрта. Восточная, более пониженная
половина впадины (абсолютная высота 70-90 м), занята солончаками. В
северной части впадины (25-40 км от станции) имеется несколько довольно
крупных соленых озер. Других водных объектов в районе станции нет.
Преобладающий рельеф окрестностей – песчаные барханы. К западу в 1,2
км более крупный песчано-каменистый холм, превышающий уровень станции на
100 м. Почвы песчаные, лишь в понижениях в почве имеется примесь глины,
несколько скрепляющей песок. Поверхность почвы покрыта редкой травяной
растительностью и отдельными кустами саксаула.
Метеорологическая площадка расположена на ровном месте. К востоку и
юго-востоку в 100-150 м начинаются гряды песчаных барханов, различной
высоты и формы, отдельные из которых до 20 м превышают уровень площадки. К
югу в 75 метрах имеется единственное строение –одноэтажный дом станции с
надворными постройками. Почва песчаная, однородная до глубины 1 м,
бесструктурная, поверхность её покрыта редкой травяной растительностью
(верблюжья колючка, полынь), отдельными кустами саксаула. Грунтовая вода на
глубине 40-45 м, вода соленая.
Алматы (Алма-ата). История станции: метеонаблюдения были начаты в 1935
году, по программе метеостанции второго разряда. За период с 1947 по 1953
г. площадка дважды ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
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
1. Обзор литературы 5
2. Физико-географическое описание станций 18
3. Климатические особенности распределения температуры 28
4. Статистическая структура средней месячной температуры воздуха 36
Анализ временного хода температуры воздуха 36
. Крупные 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:
1. Изучить особенности температурного режима зимних месяцев в южной
половине Казахстана;
2. Составить каталог суровых зимних месяцев, наблюдавшихся на
исследуемой территории в последние 40 лет;
3. Исследовать особенности атмосферной циркуляции, определяющие
формирование экстремально холодных зимних месяцев.
4. 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 0С (зона лесостепей и степей);
2 тип – холодная зима и жаркое засушливое лето, годовые амплитуды
температуры 36-38 0С (зона южных степей и полупустынь);
3 тип – знойное лето и умеренно холодная зима, годовая амплитуда
температуры 38-40 0С (район пустынь Центрального Казахстана);
4 тип – знойное продолжительное сухое лето и мягкая короткая зима,
средняя годовая амплитуда температуры 30-35 0С (район южных пустынь –
Каракумы);
5 тип – жаркое сухое лето и умеренно холодная зима, годовая амплитуда
температуры около 30 0С (предгорья юга и юго-востока);
6 тип – холодная зима и прохладное влажное лето, годовые амплитуды
температуры 20-25 0С и ниже (горные и высокогорные области);
7 тип – суровая зима и теплое умеренно влажное лето, годовые амплитуды
температуры 40 0С 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 явлений2.
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 Ak-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 Н500 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. Скаков13.
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
ΔH500 на северном полушарии. С помощью параметра ρ выявлены наиболее
информативные районы, с изменением ΔH500 в которых определяют
возникновение изучаемых явлений.
Р.К. Кожахметова14 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 500 и
севернее в феврале; В слое 500-300 гПа только в феврале, но разность
температур января и февраля не превышает 1 0С. 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.Лукиянова15 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 0С 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.
В статье Г.К. Турулиной 18, изучена временная структура температуры
воздуха, к характеристикам которой могут быть отнесены: среднее
квадратическое отклонение σ, коэффициент асимметрии А и эксцесса Е.
Указанные параметры имеют самостоятельный физический смысл. Среднее
квадратическое отклонение позволяет судить о характере изменчивости средней
суточной температуры, служит показателем устойчивости термического режима.
Его значения почти одинаковы на всех станциях одной природной зоны и
небольшие различия с другими зонами. Изменчивость средней суточной
температуры от зимы к лету резко уменьшается, однако в течение почти всех
месяцев года изменчивость температуры на севере Казахстана несколько больше
чем на юге.
Если процесс протекает под влиянием большого числа независимо
действующих факторов, каждый из которых ничтожно мало влияет на его
течение, то этот процесс подчиняется нормальному закону распределения.
Многолетние ряды наблюдений за температурой можно рассматривать как
случайные величины, возникающие под влиянием множества независимо
действующих факторов. Значит можно предположить, что распределение
температуры близко к нормальному.
Но чаще на температуру воздуха влияют мощные факторы, преобладающие
над остальными и деформирующие нормальное распределение, что приводит к
асимметричности и большим значениям коэффициента эксцесса, т.е. появляются
заметные отклонения от нормы. Минимальные значения эксцесса наблюдаются при
минимальных средних квадратических отклонениях. Показатель крутизны для
большинства станций во все месяцы, кроме апреля, октября и ноября, меньше
нуля, что объясняется сравнительно малой повторяемостью нормы. В
большинстве случаев значения коэффициента эксцесса меньше критических. Это
исследование показало, распределение средней суточной температуры воздуха
на 36 станциях Казахстана отличается от нормального, и только в летние
месяцы оно близко к нормальному распределению. Данные характеристики
количественно раскрывают особенности колебаний температуры, определяемых
годовым ходом и циркуляционными процессами.18
Одним из важнейших климатообразующих факторов является атмосферная
циркуляция, Е.Н. Панова в 19 показала, что многолетние колебания
различных её типов, должны приводить и к соответствующим изменениям климата
в различных районах земного шара. Существует две формы климатических
характеристик: многолетние и эпохальные. Сравнивая среднемесячные
температуры воздуха на станциях Казахстана в различные циркуляционные
эпохи, можно сказать, что они подвержены большим изменениям при переходе от
одной эпохи к другой.
Используя коэффициенты асимметрии (А) и эксцесса (Э), также
температурный критерий Стьюдента и F-критерий Фишера была проверена
нормальность распределения среднегодовых и среднесезонных значений
температуры воздуха. Результаты расчетов показали, что среднегодовые и
среднесезонные температуры воздуха в Казахстане в различные эпохи
отличаются от многолетних средних. Эти выводы имеют значение при
прогнозирование сезонной температуры воздуха.
Но в исследуемых рядах случайная или шумовая компонента включает до
80% общей дисперсии. Поэтому при прогнозировании сезонной температуры
воздуха с учетом атмосферной циркуляции целесообразно пользоваться не
спектральными, а статистическими методами.19
Для Казахстана, одного из основных сельскохозяйственных и
животноводческих районов страны, успешное и своевременное предвидение
значительных похолоданий и потеплений представляет большой практический
интерес.
В работе Г.К. Турулиной и Е.А. Тихоновой 20 была изучена
аномальность полей средней пятидневной температуры воздуха по трем
направлениям: с помощью критерия аномальности К1, через разложение
температурных полей по естественным ортогональным составляющим и по
значению среднего квадратического отклонения. Анализ изучаемых средних
пятидневных полей по отдельным месяцам и годам показал, что количество
пятидневок с большой и малой аномальностью в различные годы неодинаково.
Исследование показало, что основным фактором, определяющим формирования
экстремального температурного поля в Казахстане, является крупномасштабная
циркуляция.
При составлении долгосрочных прогнозов погоды необходимо знание
пространственно-временного распределения прогнозируемого элемента. Целью
исследования Е.Н. Пановой 21 является изучение статистической структуры
сезонной температуры воздуха в Казахстане. Анализ средних многолетних
значений показал, что в их пространственном распределении во все сезоны
года четко проявляется зональность. Зимой между западными и восточными
областями, расположенными на одной широте, градиент температуры составляет
3,3 0С. Весной разность температур составляет 1,8 0С. В первую половину
лета температура повышается с севера от 14,6 до 23,1 0С на юге.
В предзимье на большей части территории температура отрицательна, лишь
на юго-западе и крайнем юге она больше нуля. Амплитуда температуры
составляет 14,2 0С и она является максимальной между западом и востоком
Казахстана. Но в отдельные годы могут наблюдаться значительные отклонения.
Наибольшей изменчивости подвержены температуры в холодное полугодие: в
предзимье, зимой и весной. Летом на всей территории Казахстана наблюдается
резкое уменьшение повторяемости крупных аномалий. В предзимье увеличивается
повторяемости более крупных аномалий но на большинстве станций небольшие
положительные аномалии преобладают над отрицательными. Объясняется это тем,
что повторяемости наиболее крупных отрицательных аномалий почти во все
сезоны больше положительных.
Летом отрицательные аномалии преобладают на западной половине
республики, а положительные на восточной. Осенью почти на всех станциях
положительные аномалии наблюдаются чаще отрицательных, в предзимье
повторяемость обоих знаков равновероятны.21
Как известно, значительную роль в экономике республики Казахстан
играет сельское хозяйство. Естественно, что для растений очень опасны
заморозки, особенно в конце зимы и в начале осени. Этот вопрос волнует
многих ученых, в частности К.А. Кан 22 исследовал связь между
температурным фоном перед вторжением холодного воздуха, в виде
температурной аномалии ∆t и аномалиями числа дней с заморозками ∆n для 30
станций в синхронные сроки, за период с 1951-1978 гг. для апреля, мая,
сентября и октября.
В ходе анализа была выявлена тесная связь, между заданными величинами,
обратная во всех исследуемых месяцах. Высокая средняя месячная температура
воздуха способствует уменьшению числа дней с заморозками и, наоборот, при
более низкой температуре увеличивается число дней с заморозками.
Проведенное исследование позволяет установить зависимость для любого пункта
Казахстана.
Эти данные можно использовать для двух целей. Во-первых, если будет
известна ожидаемая средняя месячная температура воздуха с высокой
обеспеченностью, то можно составить прогноз числа дней с заморозками. Во-
вторых, с помощью уравнений представляется возможным уточнение прогнозов
заморозков, составленных другими способами.22
Для детализированного прогноза аномалии средней суточной температуры
воздуха по дням внутри пятидневки на территории Казахстана З.И. Фатеева
23 использовала сезонную и синоптическую классификацию макропроцессов,
учитывала физико-географические условия республики. Сезонность учтена путем
создания архива по каждому из сезонов года. Физико-географические условия
принимались во внимание при выборе станций для расчета. Целью была оценка
оправдываемости прогнозов по разработанной методике на независимом
материале ив оперативных условиях. Показатели успешности методических
прогнозов сравнивались с инерционными. Анализ оправдываемости аномалии
температуры воздуха на третьи, четвертые, пятые сутки по сезонам года
показал, что наиболее удачно прогнозируется аномалия весной, летом, осенью.
Результаты испытаний показали, что предложенный детализированный метод
прогноза аномалии средней суточной температуры воздуха на 5 суток для
территории Казахстана имеет существенное преимущество над инерционными
прогнозами.23
Е.А. Тихонова 24 провела обстоятельные исследования многолетних
характеристик волн тепла и холода в Казахстане, для июля-августа за 1951-80
гг. в 36 пунктах. Для данного периода был составлен календарь холодных и
теплых пятидневок. За 30 лет выделено 90 холодных и 92 теплых пятидневок. В
теплых пятидневках выявлено 3 класса. В первом наибольшие значения
положительных аномалий (5,0÷6,0) отмечаются в северном, центральном и южном
Казахстане. Для второго класса, который встречается наиболее часто,
характерно увеличение положительных значений с востока на запад до 4,0 0С.
В третьем классе основной очаг положительных аномалий располагается на
севере республики, их значение в очаге равно 6,0 0С. На юго-востоке
наблюдается уменьшение аномалий до 1,0÷2,0 0С. Эти данные имеют
практическую значимость, т.к. выделенные классы могут использоваться как
объект прогноза.24
В предгорных и горных районах республики термический режим резко
отличается от равнинного. Чичасов Г.Н. в работе 25 исследовал горные
районы в отношении размещения метеорологических станций. Он рассмотрел 11
станций за 42-летний период. Типичным для горных районов является понижение
температуры воздуха с высотой, исключения наблюдаются в зимние месяцы – это
связано с радиационно-орографическими инверсиями. Самым жарким месяцем
является июль, а самым холодным январь. Вместе с изменением средних
месячных температур, пропорционально корню квадратному из их значений,
меняются и средние квадратичные отклонения σ.
Анализ показал, что до расстояний порядка 150 км наиболее точно
выполняется интерполяция средних месячных температур воздуха, в октябре, а
на расстоянии более 150 км – в апреле. Интересно, что при малых расстояниях
между станциями и при наличии ошибок наблюдений, интерполированная величина
может быть точнее, чем непосредственно измеренная в пункте наблюдений.
Поэтому считают, что расстояния между станциями не должны превышать 250 км,
тогда в любое время года погрешность не будет превышать 25%.25
На температуру воздуха в нашей республике, особенно в весенний период,
значительное влияние оказывают процессы, происходящие в стратосфере, в
частности циркумполярный вихрь (ЦПВ). Н.В. Полковникова 26 для
прогнозирования сроков устойчивого перехода средней суточной температуры
воздуха через 0, 5 и 10 0С и влияние на это ЦПВ, рассмотрела 30 станций с
1958-80 гг. Переход от зимнего циклонического вихря, в полярных широтах, к
летнему антициклоническому происходит по трем классам: ранней, средней и
поздней смены. Для каждой из смен анализ показал: при ранней перестройке
устойчивый переход температуры воздуха через 0 0С осуществляется на 4-7
дней позже нормы в южной половине республики, а в северных районах раньше
нормы на 2-4 дня.
При средних сроках переход температуры воздуха через 0 0С происходит
на 4-6 дней позже нормы на большей части территории Казахстана. Для
позднего типа весенней смены циркуляции в стратосфере переход температуры
через 0 0С по всему Казахстану осуществляется раньше нормы. На юге он
осуществляется на 14-16 дней раньше нормы, а на севере лишь на 1-2 дня
раньше. Такое распределение связано с интенсивным повышением температуры,
которое происходит за счет радиационного прогрева и адвекции теплого
воздуха с южных континентальных районов.
Эти данные имеют прогностическое значение, т.к. позволяют составлять
фоновый прогноз дат перехода температуры воздуха через 0, 5 и 10 0С с
заблаговременностью до одного месяца.26
С.Х. Кутхужин 27 исследовал аномальность полей температуры воздуха и
опасных для отгонно-пастбищного животноводства метеорологических явлений. С
помощью критерия Н.А. Багрова выявлены типы большой, средней и малой
аномальности с равной повторяемость для аномалий средней месячной
температуры воздуха по 18 станциям Казахстана за 35-летний период
наблюдений (1950-1984) и числа дней с опасными для выпаса овец
метеорологическими явлениями по 5 станциям за 23-летний ряд (1962-1984).
Изучена повторяемость этих типов. Для типизации влияния опасных
метеоявлений рассматривается отдельно вклад каждого из них в
неблагоприятные для выпаса погодные условия.27
Вообще для сельского хозяйства республики серьезную угрозу
представляют засухи и суровые зимы. В книге Б.И. Сазонова 28 исследована
природа засух и суровых зим. Приведены каталоги индексов суровости зим и
засушливости по регионам северного полушария за последние 60-100 лет.
Еще большую проблему представляет высокая заблаговременность прогноза
опасного метеорологического явления. Г.Н. Чичасов в своей монографии 29
систематизирует критический анализ методов долгосрочных прогнозов погоды.
Рассматривает статистическую структуру полей предикторов и предиктантов.
Там же оценена погрешность определения средней месячной температуры воздуха
и количества осадков на площади в зависимости от густоту сети.
Дан анализ эффективности использования в моделях прогноза в качестве
предсказателей различных характеристик, описывающих начальное состояние
атмосферы и подстилающей поверхности.
Изложена технология прогнозов погоды на месяц и сезон. Приведены и
проанализированы результаты её оперативного использования.29
В последние 15 лет во всем мире отмечается тенденция к повышению
температуры воздуха. Для территории Казахстана эту проблему исследовали Г.Н
Чичасов, И.Б. Есеркепова, С.А. Долгих и др. В частности С.А. Долгих 30
анализировала тенденцию изменения климата региона в течение последнего
столетнего периода. Для более детального анализа пространственного
распределения тенденций проведено также сравнение климатических условий
двух тридцатилетних периодов: 1931-60 гг. и 1961-90 гг.
Были получены следующие выводы. На основе данных с 1894 по 1977 годы
исследованы вековые тенденции термического режима региона. Тенденция
средней годовой температуры воздуха на рассматриваемых станциях имеет
положительный знак, и за редким исключением, статистически значима. В
среднем по региону повышение температуры составило 0,18 0С10 лет – зимой,
0,19 0С10 лет – весной, 0,08 0С10лет – летом, 0,07 0С10 лет – осенью.
Рост средней годовой температуры составил 0,13 0С10 лет.
Во-вторых, исследованы различия между термическими режимами двух
тридцатилетних периодов. Показано, что в большинстве месяцев и на большей
части региона температура базового периода выше предшествующего. Разность
средн6их годовых температур также положительна и статистически значима
практически на всей территории региона. Разность между осредненными по
региону средними многолетними годовыми температурами за эти два периода
составила 0,7 0С10 лет.
На основе данных 70 станций региона рассчитан комплекс статистических
характеристик режимов температуры и осадков базового периода (1961-90 гг.)
который служит основой определения аномальности текущих климатических
условий. Анализ территориального и сезонного распределения характеристик
линейного тренда показал, что летом на значительной части территории
региона наблюдается существенный рост температуры воздуха в среднем 0,4
0С10 лет, при тенденции к уменьшению количества осадков (4,5 мм10
лет).30
Изменение температуры воздуха, которые связаны с физико-географическим
положением станций, можно рассмотреть при сравнении станций на одной из
частей Казахстана.
Для Западного Казахстана в работе Т.В.Яковлевой и Е.В.Боголюбовой 31
были рассмотрены изменения средней многолетней температуры воздуха и
характеристик её вариации на пяти метеостанциях: Актюбинск, Кульсары,
Уральск, Атырау и Форт-Шевченко. Для этих станций были рассчитаны средние
многолетние значения месячных температур с 1951 по 2001 гг. и сравнили эти
значения с нормами климатического справочника. Оказалось, что вычисленные
средние многолетние значения несколько выше, чем в климатическом
справочнике, особенно зимой. Наибольшие значения наблюдаются на
метеостанции Актюбинск, а минимальные на метеостанции Форт-Шевченко, что
связано с более мягким типом климата на ней.
Была построена линия тренда, анализ которой показал, что у всех
метеостанций есть общая особенность – постепенный рост среднегодовой
температуры. Причем если рассматривать температуру отдельно в теплый и
холодный периоды, то видно, что средняя за год температура увеличивается в
основном за счет повышения рассматриваемой величины в холодный период. В
теплый период она практически не повышается, за исключением метеостанции
Атырау.
На метеостанциях Форт-Шевченко и Кульсары, из-за мягкого климата,
наблюдается самое незначительное повышение температуры – на 0,9 0С. На
остальных метеостанциях повышение среднегодовой температуры воздуха
происходит в пределах 1÷2 0С. В данной работе 31 была уловлена тенденция
к повышению среднегодовых и полугодовых температур на Западе Казахстана.
Сложную проблему представляют собой долгосрочные прогнозы погоды,
особенно низкую оправдываемость имеют прогнозы, составленные на месяцы
холодного полугодия. Д.Н. Ботамбеков 32 проанализировал статистическую
структура поля декадной температуры воздуха зимних месяцев в Северном
Казахстане, с 1966 по 2000 гг. на восьми метеостанциях. Были рассчитаны
статистические характеристики средней декадной температуры для всех зимних
месяцев. Анализ коэффициентов асимметрии и эксцесса показал, что при
допущении отличия коэффициентов от нуля на 5 % или 10 %, 39 зимних декад не
удовлетворяют условиям нормальности, а 33 декады удовлетворяют.
Практический интерес представляет сравнение рассчитанных средних
декадных значений температуры за исследуемый период с данными, приведенными
в приложении к месячным прогнозам. Практически все вычисленные
среднемноголетние температуры воздуха выше на 1÷2 0С за все зимние декады,
чем данные приложения. Это подтверждает исследования тенденции потеплении
климата Казахстана. Также был получен вывод, что с середины 80-х годов,
произошло существенное изменение в повторяемости экстремальных зимних
декад, причем повторяемость экстремально теплых декад увеличивается, а
экстремально холодных уменьшается.32
В исследовании Д.А. Нурмагамбетовой 33 был рассмотрен регион
Прибалхашья с 1961 по 2000 год на четырех станциях. При анализе
среднемесячных температур воздуха было выявлено, что абсолютные
максимальные значения температуры воздуха отмечались в последние
десятилетия в период с 1981 по 2000 гг., а абсолютные минимумы
зафиксированы до 80-х годов. Анализ данных показал, что в период с 1961 по
1970 гг. по всем станциям общее число положительных аномалий больше общего
числа отрицательных. В последние три десятилетия (1971-80, 1981-90, 1991-
2000 гг.) число положительных аномалий превышает число отрицательных в 2-3
раза. Выявлено, что отмечается слабый рост линии тренда по станциям в
зимний период и значительный рост в летний.
Если рассматривать всю территорию Казахстана в летний период с 1970 по
1999 годы при крупных аномалиях температуры, то С.П. Рязанцевой 34 были
сделаны выводы. В большинстве случаев отмечалась тенденция к повышению
температуры за последние 30 лет, понижение наблюдалось в июне в Усть-
Каменогорске и Павлодаре, и незначительное в июле в Жезказгане. В целом
можно отметить тенденцию повышения температуры воздуха.
Анализ среднего квадратического отклонения показал, что наибольшие
значения наблюдаются на севере и на западе Казахстана во все летние месяцы,
а наименьшие в июле на юге и юго-востоке республике. В целом значения
среднего квадратического отклонения распределено по территории достаточно
равномерно. Значения коэффициентов асимметрии и эксцесса на большинстве
рассматриваемых станций не превышают критические, поэтому распределение
приближенно можно считать нормальным.
Кроме того, исследовались крупные аномалии в температуре воздуха.
Наибольшее число месяцев с такими аномалиями отмечается в августе, при этом
наблюдалось небольшое преобладание положительных аномалий над
отрицательными.
Этот краткий обзор литературы показал, что в настоящее время все
исследователи сходятся во мнении о повышении температуры воздуха в
последние десятилетия по всей территории Казахстана.30-34
Анализируя одну из брошюр, выпускаемых Всемирной Метеорологической
организацией 35, можно сказать, что конечно технология информационной эры
открывает для человечества многообещающие перспективы в деле получения
пользы от применения научно-технических достижений. Информационная
технология важна для каждого. Радио, телевидение и Интернет позволяют
быстро передать широким слоям населения предупреждения о штормах,
наводнениях и засухах. В то же время люди получают информацию о
разрушительных последствиях этих явлений.
Средства массовой информации предоставляют научные сведения о погоде,
климате, воде и окружающей среде. Общественные СМИ –весьма важные партнеры
в передаче авторитетной научной информации по проблемам атмосферы, климата
и воды. В этой связи абсолютно необходимо, чтобы метеорологические и
гидрологические службы эффективно работали со средствами массовой
информации.
Необходимо поощрять достижения в области новых технологий, которые
следует использовать в полной мере для уменьшения неблагоприятных
воздействий погоды, климата и воды и для получения пользы от позитивных
аспектов этих ресурсов окружающей среды. Особое внимание следует уделить
нуждам развивающихся стран, поскольку от поддержки их национальных
метеорологических и гидрологических служб выигрывает весь мир в целом.
Проблемы и дилеммы 21 века требуют активизации внимания к
метеорологической науке, внедрения современных, экологически
ориентированных технологий, а также полномасштабного использования новых
систем научной коммуникации и средств связи общественного пользования. 35
2 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАНЦИЙ
Исходным материалом при исследовании служили средне-месячные
температуры (декабрь-февраль) по двенадцати станциям: Аккудук, Алматы,
Балхаш, Бахты, Жезказган, Казалинск, Кызылорда, Сам, Талдыкорган, Тараз,
Туркестан, Шымкент за 1970-2009 годы. Ниже приведено их физико-
географическое описание.36
Аккудук (Ак-кудук). История станции: Пустынная метеорологическая
станция Аккудук (с собственной радиостанцией) была организована в октябре
1949 года. Метеорологические наблюдения начаты 15 октября 1949 года и
ведутся по программе 2 разряда, без перерыва до настоящего времени.
Название станции не менялось, переноса станции не было. Осадкомер
Третьякова был установлен при организации станции, флюгер с тяжелой доской
- 2 октября 1958 года.
Физико-географическое описание. Станция Аккудук расположена в 90 км к
востоку от Каспийского моря, на западной окраине песков Карынжак.
Окружающая местность относится к равнинным песчаным пустыням пустынного
Устюртско-Мангыщлакского равнинного района Казахстана. Пески Карынжак
занимают западную половину довольно обширной Карынжакской впадины, с
востока ограниченной Западным чинком Устюрта. Восточная, более пониженная
половина впадины (абсолютная высота 70-90 м), занята солончаками. В
северной части впадины (25-40 км от станции) имеется несколько довольно
крупных соленых озер. Других водных объектов в районе станции нет.
Преобладающий рельеф окрестностей – песчаные барханы. К западу в 1,2
км более крупный песчано-каменистый холм, превышающий уровень станции на
100 м. Почвы песчаные, лишь в понижениях в почве имеется примесь глины,
несколько скрепляющей песок. Поверхность почвы покрыта редкой травяной
растительностью и отдельными кустами саксаула.
Метеорологическая площадка расположена на ровном месте. К востоку и
юго-востоку в 100-150 м начинаются гряды песчаных барханов, различной
высоты и формы, отдельные из которых до 20 м превышают уровень площадки. К
югу в 75 метрах имеется единственное строение –одноэтажный дом станции с
надворными постройками. Почва песчаная, однородная до глубины 1 м,
бесструктурная, поверхность её покрыта редкой травяной растительностью
(верблюжья колючка, полынь), отдельными кустами саксаула. Грунтовая вода на
глубине 40-45 м, вода соленая.
Алматы (Алма-ата). История станции: метеонаблюдения были начаты в 1935
году, по программе метеостанции второго разряда. За период с 1947 по 1953
г. площадка дважды ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
