Приток солнечного тепла, Основные факторы формирования климата
Радиационный баланс поверхности моря R с октября по март отрицательный, а с апреля по сентябрь — положительный с максимальным значением в июне, что обусловлено соответствующими изменениями потока солнечной радиации в течение года. Степень рассеивания зависит от яруса облаков и достигает наибольших значений при облаках нижнего яруса. Альбедо, т. Для определения указанных характеристик, также как и данных табл.
В теплое время года происходит прогревание водной поверхности в связи со значительным притоком солнечной радиации в течение длинного полярного дня. На большей части моря число часов с солнечным сиянием составляет — за год, из них на лето приходится — ч. В Онежском и Кандалакшском заливах продолжительность солнечного сияния равна около ч за год, за летний период— — ч [32].
Максимальная продолжительность солнечного сияния приходится на июль, когда отмечается минимум облачности. В это время на большей части моря насчитывается в среднем — ч в месяц с солнечным сиянием, на заливах— — ч. Минимальная продолжительность солнечного сияния приходится на декабрь и составляет 0—6 ч. В это же время число дней без солнца колеблется от 27 до Солнечная радиация поступает на поверхность моря в виде прямой радиации и рассеянной атмосферой и облаками. В приполярных шпротах вследствие преобладания пасмурной погоди и небольших высот Солнца рассеянная радиация в среднем за год больше прямой [24].
Снежный покров увеличивает рассеянную радиацию и в зимние месяцы она превышает прямую в 2—4 раза. Только летом, когда уменьшается облачность и возрастает высота Солнца, прямая радиация становится равной рассеянной или превосходит ее. Количество суммарной радиации определяется теми же факторами, которые влияют на ее слагаемые.
Альбедо, т. В среднем за год эффективное излучение поверхности моря, т.
Кроме того, в Воронке в теплое время года повторяемость пасмурного неба особенно по нижней облачности и туманов больше, чем в южной части моря, что увеличивает противоизлучение атмосферы и компенсирует часть потерн тепла поверхностью моря. С октября по февраль радиационный баланс имеет отрицательный знак — В марте он близок или равен нулю, а с апреля по сентябрь баланс положителен.
Энергия, соответствующая радиационному балансу, частично передается воздуху, но основное количество энергии накапливается в водной массе, преобразуется и участвует в адвективном обмене тепла течениями.
Общий приход—расход тепла в деятельном слое моря составляет тепловой баланс. Для акватории Белого моря в любые сезоны года характерна частая смена воздушных масс, связанная с прохождением барических образований. Состояние подстилающей поверхности в той или иной степени влияет на циркуляцию атмосферы. Над относительно теплыми атлантическими водами в холодный период года воздушные массы интенсивно прогреваются в нижних слоях, создавая дополнительные условия для поддержания повышенной циклонической деятельности над морем, что подтверждается положением траекторий циклонов, направленных вдоль теплых течений [19, ].
Береговая зона, острова и архипелаги также оказывают влияние на атмосферные процессы. Под воздействием арх. Новая Земля нарушается обычное движение циклонов в восточном направлении [19]. Особенно существенно искажающее влияние их на ветровой поток. Оно выражается в завышении повторяемости определенных направлений ветра.
В долинах рек, фьордах, заливах и губах южного побережья, ориентированных меридионально, возрастает повторяемость преобладающих в сезоне направлений ветра или смежных с ними южной четверти зимой, северной — летом. Результатом видоизменения общего движения атмосферы под влиянием рельефа Новой Земли является известное всем явление новоземельской боры.
Деформация существующего общего потока воздуха под воздействием Новоземельской возвышенности сказывается как на направлении, так и на его силе, создавая своеобразный ветровой режим [53]. По исследованиям 3. Прик [], преобладающее горизонтальное расстояние, на которое распространяются такие местные ветры в сторону моря, составляет 20—30 км.
Обычно влияние местных условий горноберегового рельефа в западном секторе Арктики составляет 2—8 км. При равнинном береговом рельефе или пересеченном на правление ветра, наблюдаемое на береговой станции, может характеризовать район моря на расстоянии — км от берега.
Шпицберген []. В узких долинах и проливах, ориентированных по направлению преобладающих ветров, средняя скорость воздушного потока возрастает Кольский залив, прол. Маточкин Шар. Происходит усиление ветра на выступающих мысах в районе Канина Носа, у северного побережья о.
Колгуев и в других районах. Зимой охлаждающее, а летом — прогревающее влияние континентов проявляется в относительном увеличении горизонтальных градиентов температуры воздуха вдоль побережья. Хотя такие дни здесь крайне редки []. О влиянии подстилающей поверхности как климатообразующего фактора на режим отдельных метеорологических величин и явлений в различные сезоны будет более подробно сказано в соответствующих главах. Для определения границ естественных климатических сезонов применяются разные критерии.
Одни авторы используют повторяемость и продолжительность различных типов атмосферной циркуляции [], другие — характеристики метеорологических величин: температуры, облачности, давления [54, J. Королькова [] для арктических районов использовала графики годового хода средней месячной температуры воздуха, среднего месячного давления и повторяемости пасмурного неба 8—10 баллов по многолетним данным, при этом годовой ход давления воздуха взят в качестве вспомогательного критерия.
Климатический сезон года характеризуется определенным соотношением климатообразующих факторов: радиационных и циркуляционных процессов, состояния подстилающей поверхности.
Распределение очагов тепла и холода способствует возникновению определенной формы циркуляции, соответствующей сезону. Состояние подстилающей поверхности усиливает или ослабляет механизм общей циркуляции атмосферы [76]. Возникновение аномалий в энтальпии вод, в направлении и интенсивности океанических течений, изменение ледовитости морей, сход и залегание снежного покрова так или иначе влияют на атмосферные процессы.
А изменение в циркуляции атмосферы влияет через поле облачности на ход солнечной радиации. В конечном итоге структура и границы сезонов тесно связаны с циркуляцией атмосферы — развитием циклонической и антициклоничеокой деятельности в конкретных районах, с определенной направленностью воздушных течений, с проявлением преобладающей сезонной формы циркуляции в режиме различных метеорологических величин, т.
Наступление сезона сопровождается определенными явлениями, местными признаками, увеличением или уменьшением изменчивости элементов метеорологического режима. Давление воздуха определяет физическое состояние всей толщи атмосферы, обусловливает возникновение определенных ветровых потоков.
Поэтому наиболее обоснованным для деления года на сезоны является изменение циркуляции атмосферы. Зимой ложбина исландского минимума, направленная вдоль теплого Северо-Атлантического течения, простирается на Баренцево море. Над Арктикой находится область повышенного давления [19].
Такая картина распределения давления сохраняется до апреля включительно, хотя в апреле ложбина вырисовывается на фоне более высокого давления, чем в середине зимы. Признаком смены зимнего сезона весенним может служить довольно резкое изменение барического рельефа, исчезновение зимней ложбины, с чем связано уменьшение повторяемости ветров юго-западной четверти горизонта на юге моря.
Как видно из табл. В северо-восточной части моря на ст. Мыс Желания повторяемость ветров преобладающего юго-восточного направления в апреле такая же, как и в середине зимнего сезона, и лишь в мае эти ветры наблюдаются заметно реже.
Средняя месячная температура воздуха на большей части моря в апреле сохраняется на уровне температуры декабря—января, а в некоторых районах даже несколько ниже. Минимальная температура воздуха в северной половине моря приходится на март. Рост температуры от марта к апрелю меньше, чем в последующие месяцы. Судя по средним квадратическим отклонениям температуры воздуха, вычисленным на каждую дату года, резкое уменьшение изменчивости средней суточной температуры происходит в третьей декаде апреля.
Нарушение стационарности процесса изменений температуры свидетельствует о перестройке в циркуляции атмосферы в конце этого месяца. Весной создаются наиболее благоприятные условия для зональной циркуляции.
В мае на Баренцевом море преобладает малоградиентное поле давления [76], возрастает повторяемость ветров северо-восточной четверти горизонта. Из-за большой протяженности моря с севера на юг наступление весны на акватории моря происходит неодновременно. Наиболее интенсивный рост температуры воздуха в юго-западной части моря наблюдается от апреля к маю, а таяние льдов на юге моря начинается в среднем во второй половине мая. На севере температура воздуха быстрее всего растет от мая к июню, а таяние льдов начинается лишь в середине июня.
Во второй половине июня наблюдается переход на летний режим. Вода всюду холоднее воздуха. Вследствие этого над холодной подстилающей поверхностью в июле оформляется местный максимум давления с центром севернее о.
Медвежий [76]. Лето характеризуется почти ровным ходом температуры воздуха, малой междусуточной и межгодовой изменчивостью ее. Ровный ход изменчивости температуры воздуха стационарность процесса наблюдается при этом с середины июня до середины августа.
Во второй половине августа заметен явный перелом. В сентябре становится заметным влияние исландского минимума на поле давления над Баренцевым морем.
В октябре вновь оформляется барическая ложбина в южной части моря, с углублением которой в ноябре начинается зимний режим циркуляции атмосферы с характерными метеорологическими условиями.
Хотя естественные границы климатических сезонов не могут совпадать с началом календарных месяцев, условно принято такое деление: зима ноябрь—апрель , весна май—-июнь , лето июль—август , осень сентябрь—октябрь. Климат Баренцева моря нельзя считать однородным. Он изменяется в зависимости от широты, характера циркуляции атмосферы и водных масс с их различными теплофизическими характеристиками, от состояния поверхности моря, удаленности от побережий континента.
Летом ослабленная атмосферная циркуляция при большом притоке солнечной радиации на все море и относительно однородная по состоянию водная поверхность существенно сглаживают различия в климатических условиях между районами.
В холодный период года, наоборот, атмосферные процессы протекают гораздо интенсивнее и длительнее, с частой сменой воздушных масс, поверхность моря становится неоднородной вследствие образования ледяного покрова на большей части моря, поэтому и климатические различия проявляются резче. Между районами, куда еще проникают теплые течения и где их влияние существенно мало, зимой возникают большие контрасты температуры воздуха.
Выявляются районы повышенной повторяемости штормовых ветров и слабых скоростей, большой изменчивости температуры, значительного количества осадков.
Климатическое районирование Баренцева моря было выполнено рядом авторов. Однородные климатические районы Н. Коноплевым [] и Г. Головиным [76] выделены на основе учета атмосферных потоков и морских течений. Горбацкий [81] выполнил физико-географическое районирование на основе учета целого комплекса природно-климатических показателей, выделив пять районов: юго-западный Медвежин- ский ; северо-западный Восточно-Шпицбергенский ; северный район Земли Франца-Иосифа ; северо-восточный Западно-Новоземельский ; юговосточный Колгуево-Вайгачский.
Прик при климатическом районировании Арктики [19, ] относит юго-западную часть Баренцева моря к Атлантико-Бвропейской области Субарктической зоны, а всю остальную акваторию моря—к Атлантической области Арктической зоны, в которой выделяет два района: северный и южный.
К северному району относится ВосточноШпицбергенское течение и Земля Франца-Иосифа, к южному — вся остальная часть Атлантической области Баренцева моря рис.
Это районирование следует, вероятно, признать достаточно удачным, однако при этом целесообразно все же выделить юго-восточный район, который по климатическим условиям существенно отличается от центральной и северо-восточной частей моря, особенно в теплое время года, как это будет видно из материалов, представленных в последующих главах. В этот период большая роль в передаче тепла с поверхности в глубину принадлежит динамическому перемешиванию.
Длительность периода весеннего нагревания в небольших озерах невелика — несколько дней после вскрытия. В глубоких озерах, например Телецком, метровая толща прогревается до июля; в среднем к 15 июля заканчивается период весеннего нагревания в Ладожском озере. Отметим, что решение в виде одиночной бегущей волны с постоянной амплитудой, несмотря на всю его упрощенность, очень неплохо воспроизводит наблюдаемые зональные поля температуры, зональной скорости и трехъячейковой меридиональной циркуляции, а также атмосферный энергетический цикл.
Улучшение теплового режима почв основывается на осуществлении приемов, регулирующих приток тепла солнечной радиации и ослабляющих или повышающих его потери за счет теплоотдачи в атмосферу. Теоретическим пределом охлаждения воды воздухом я ется та температура воды , при которой приток тепла от духа?
.jpg)
В северо-восточной части территорий восточные ветры в зимнее время вызывают резкие потепления, обусловленные притоком теплых масс морского полярного воздуха с Тихого океана.
Восточные ветры, перевалив Анадырское нагорье, имеют местами характер фёна. Замкнутая стационарная циркуляция может существовать в земной атмосфере только в том случае, если приток тепла происходит при более высоком давлении, чем отдача тепла т. На территории России в зонах достаточного увлажнения первичная продуктивность увеличивается с севера на юг, с увеличением притока тепла и продолжительности вегетационного периода сезона.
В результате понижается температура приземных слоев воздуха и уменьшается приток тепла в почву. Кроме того, при этом уменьшаются влажность грунта, а соответственно и его теплопроводность. В случае сезонного протаивания почв запас влаги после уничтожения растительного покрова - прекрасного термоизолятора вечной мерзлоты - уменьшается в два раза и более. Это связано с изменением притока тепла и более глубоким протаиванием грунта по сравнению с ненарушенными участками.
В результате нарушения мохово-лишайникового покрова и верхнего горизонта почвы бурно развиваются эрозионные, солифлюкционные и термокарстовые процессы, образуются сыпучие пески, оползни, просадочные формы рельефа, овраги. Эти процессы сильно изменяют растительность тундры. Рыхлодерновинные и корневищные растения лишь задерживают эрозионные процессы, но полностью не останавливают.
Земная поверхность обладает в целом положительным радиационным балансом и вследствие этого она является основным источником энергии для атмосферных процессов. От земной поверхности в атмосферу тепло поступает в явном виде при их контактном теплообмене. Потоки скрытого тепла обусловлены фазовыми переходами воды на земной поверхности, прежде всего испарением с нее. Радиационный приток тепла к атмосфере обусловлен эффективным излучением земной поверхности.
Тепло, поступающее от земной поверхности на нижнюю границу приземного слоя, распространяется затем в верхние слои атмосферы путем турбулентной теплопроводности. Турбулентный теплообмен, несомненно, происходит во всей атмосфере и в верхних слоях водоемов, однако он наиболее интенсивен в приземном слое атмосферы и в деятельном слое водоемов.
В удаленных от поверхности слоях атмосферы и водоемов турбулентный теплообмен уменьшается. Это происходит прежде всего вследствие уменьшения в них вертикальных градиентов температуры, а в атмосфере еще и влагосодержания.
Чтобы проверить наличие минимума скорости обмена энтропией с внешней средой, изучим экстремальные свойства простейших стационарных моделей климата Будыко [5] и Норса [6], различающихся деталями механизмов притоков тепла. В стационарном случае при варьировании подобно [3] по потокам тепла производство энтропии, определяемое этими потоками, также произвольно варьируется.
Тогда при некотором распределении потоков можно достигнуть минимума скорости обмена энтропией с внешней средой, функциональный вид которой при этом является заданным. Воздействия на агроэкосистемы будут весьма сложными и неоднозначными.
Вследствие увеличения концентрации углекислого газа несколько возрастут величины фотосинтеза и, возможно, урожай. В районах, где земледелие лимитируется притоком тепла например, в России и Канаде , вероятность повышения урожая увеличится.
В аридных и семиаридных районах, где оно ограничено наличием доступной для растений влаги, изменение климата отразится неблагоприятным образом. Потребности в воде для орошения найдут серьезную конкуренцию с другими потребителями водных ресурсов - промышленностью и коммунальным водоснабжением.
Более высокие температуры воздуха будут способствовать ускорению естественного разложения органического вещества почвы, снижая ее плодородие. Вероятность распространения вредителей и болезней растений увеличится.
Цель подготовительного первого приема рубки - сделать древостой ветроустойчивым, подготовить его к плодоношению и обсеменению, создать благоприятные напочвенные условия для прорастания семян. Разреживанием в этот прием создают благоприятные условия освещения, усиливают приток тепла к поверхности почвы, улучшают почвенное и воздушное питание деревьев, а тем самым и условия для их плодоношения. В разреженном древостое усиливается движение воздуха и деревья постепенно приобретают более высокую ветроустойчивость, кроме того, больший приток тепла, света и влаги благоприятно сказывается на разложении подстилки.
Таким образом, в формировании фоновых значений фазового сдвига годовых температурных колебаний в воде и в воздухе преобладающую роль играет поглощение солнечной радиации в нижних слоях атмосферы. В то же время локальные максимумы фазовых сдвигов формируются в основном благодаря адвекции тепла течениями. Этот результат является правомерным, поскольку для поддержания в течение достаточно длительного периода времени больших потоков тепла необходим постоянный адвективный приток тепла в океане и отток тепла в атмосфере.
Под этим принято понимать направление лесосеки по длине относительно стран света: с севера на юг, с запада на восток, с северо-востока на юго-запад и т. От направления лесосеки во многом зависят прорастание семян и жизнеспособность молодого поколения леса, так как при различном направлении лесосеки неодинаково поступление солнечного тепла.
При направлении с севера на юг лесосека больше всего освещена солнцем в дневные часы. Такое направление рекомендуется в северных районах, где мало тепла и много влаги, так как при этом обеспечивается больший приток тепла и усиленное испарение. Изменение температуры почвы в течение года называется годовым ходом. Обычно график годового хода строится по средним месячным температурам почвы. Годовой ход температуры поверхности почвы определяется в основном различным приходом солнечной радиации в течение года.
Максимальные средние месячные температуры поверхности почвы в умеренных широтах северного полушария наблюдаются обычно в июле, когда приток тепла к почве наибольший, а минимальные — в январе - феврале.
