ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А М ГОРЬКОГО
КА.ФЕДРЫ МЕТЕОРОЛОГИИ И ФИЗИЧЕСКОЙ ГЕОГРАФИИ
А. С. ШКЛЯЕВ и В. А. БАЛКОВ
ПЕРМСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ПЕРМЬ — 1963
Знание климатических условий той или иной территории имеет больше практическое значение.Метеорологические и климатические условия необходимо учитывать в сельском хозяйстве , авиации, железнодорожном и водном транспорте, энергетике, строительстве, здравоохранении и т. п. Так, изучение климата какой- либо, территории помогает проведению агроклиматического районирования этой территории для более целесообразного размещения сельскохозяйственного производства, для установления сроков основных, сельскохозяйственных работ. В лесной промыішленности пр заготовке леса, вывозке, сплаве необходимо учитывать особенности залегания снежного покрова, характер ледообразовательных процессов на реках, условия снеготаяния. Для авиации важно знание районов с частым повторением сильных ветров, гроз, туманов, метелей, ливней, гололеда и других явлений, которые препятствуют полетам. Эти явления сильно затрудняют работу и других видов транспорта — железнодорожного, автомобильного, речного.
Приведенных примеров вполне достаточно, чтобы показать, как важно изучение климата для различных областей народного хозяйства.
Метеорологические наблюдения в пределах Пермской области ведут давно. К настоящему времени накоплен значительный первичный материал по климату, позволяющий сделать ценные обобщения. Так, только в климатологических справочниках (26—32) опубликованы сведения по осадкам более чем по 100 пунктам и по температуре воздуха — более чем по 50 пунктам за 60—70-летние периоды. Правда, в этих материалах по многим метеостанциям периоды наблюдений удлинены. Однако приемы, использованные для удлинения рядов, дают основание считать, что материалы доброкачественны и могут быть использованы для климатологических обобщений.
Среди трудов, посвященных климату Пермской области, наибольший интерес представляют исследования Ф. Н. Панаева, особенно его работа «Климат Перми и Прикамья» (38), опубликованная в 1928 г. В этой работе Ф. Н. Панаев обобщил наблюдения по всем метеорологическим элементам (кроме температуры почвы) метеостанции Пермь за период 1881—1920 гг. Интересны работы С. Н. Каплинского и В. М. Костомарова (24), М. В. Ситнова (40), Е. Ф. Зубкова (19) и Л. Ф. Мельчакова (37). Кроме того, известные обобщения по климату области приведены в трудах, посвященных климатам СССР. Среди них наибольшую ценность представляют работы Б. П. Алисова (2, 3) и А. Н. Лебедева (35).
Приведенные исследования не обобщают всего имеющегося материала по климату Пермской области: некоторые из них, написанные два-три десятилетия назад (38, 40, 24), далеко не полны, другие посвящены специальным вопросам климатологии (19) или не охватывают всей территории области (37). Что же касается работ, освещающих климат СССР (2, 3) или Европейской части (35), то в них даются лишь самые общие черты климатических условий Пермской области.
Настоящее исследование в основном обобщает материалы метеорологических наблюдений за 65—75-летний период, опубликованные в справочной литературе. Так, температура воздуха обобщена с 1881 г., атмосферные осадки — с 1891 г. и т. д. Конец периода для всех метеорологических элементов приходится на 1954 г., когда в центральной части области было создано крупное водохранилище, которое нарушило однородность рядов наблюдений на станциях, расположенных вблизи него. Метеорологические элементы, имеющие меньший период наблюдений, в тексте и таблицах специально оговорены.
Основой для выполнения работы послужили материалы климатологических справочников (26—32), литература, посвященная климату различных районов СССР, а также материалы Пермского гидрометбюро за 1951 —1954 гг. В ходе работы производилось удлинение рядов наблюдений, приведение их к однородному ряду с использованием- современных методов климатологической обработки материалов (16). Так, удлинение рядов наблюдений по температуре воздуха и атмосферным осадкам для станций, не имеющих сведений за какой-либо отрезок времени, осуществлялось по методам разностей и соотношений, с предварительным анализом с помощью кривых связи отобранных станций-аналогов. В тех слу чаях, когда проводились сравнения средних многолетних значений метеорологических элементов, полученных за различные периоды наблюдений, результаты этих сравнений включены в соответствующие разделы. Такие сравнения, например, помещены в начале раздела «Атмосферные осадки».
В работе, помимо описания общей характеристики климатических условий Пермской области, сделана попытка выявления целого ряда закономерностей, которые не были освещены прежде. Сюда можно отнести закономерности распределения температуры воздуха и атмосферных осадков в зависимости от широты и высоты места, распределение осадков по территории области в зависимости от траекторий циклонов, особенности колебания климата и др. По-новому решается вопрос о сезонах.
Авторы считают своим долгом выразить глубокую признательность доцентам Г. И. Куликову и Е. Ф. Зубкову за ценные замечания и предложения, которые были учтены при выполнении работы.
Введение
Основные климатообразующие факторы. Существует несколько определений климата, не противоречащих друг другу. Почти все они рассматривают климат или как многолетний режим погоды в данной местности, т. е. совокупную и последовательную смену погоды, или как «закономерную последовательность атмосферных процессов, создающуюся в данной местности в результате взаимодействия солнечной радиации, атмосферной циркуляции и физических явлений, происходящих на подстилающей поверхности и обусловливающей в этой местности характерный для нее режим погоды» (33). При этом под подстилающей поверхностью понимается растительный покров, верхний слой почвы и воды, снежный и ледяной покров. Таким образом, климат формируется под воздействием физических (климатообразующих) процессов, которые происходят в атмосфере и подстилающем слое. Климат также подвергается воздействию географических факторов, определяющих характер протекания этих процессов в конкретных природных условиях.
Основными климатообразующими факторами (процессами) являются: 1) солнечная радиация (приход-расход тепла); 2) циркуляция атмосферы; 3) влагооборот; 4) географические условия (географическое положение, удаленность от океанов, рельеф, растительность и пр.)
Климатообразующие факторы, действуя в совокупности, непрерывно взаимодействуют друг с другом. Приход (и расход) лучистой энергии определяет теплообмен и влагообмен. В то же время влагообмен существенно влияет на приход и расход тепла.
Солнечная радиация. Солнечная радиация играет ведущую роль в формировании климата, так как под ее воздействием протекают все физические процессы в атмосфере и на поверхности земли. Количество солнечной энергии, поступающей на поверхность земли, неодинаково и зависит от географической широты. Наибольшее количество тепла получает экваториальная зона, наименьшее — полярные страны и районы полюсов.
Пермская область, расположенная на северо-востоке Европейской части СССР и протянувшаяся с севера на юг почти на 600 км (между 56° 06' с. ш. и 61° 39' с. ш.), получает разное количество солнечной энергии (табл. 1).
В течение года север области получает на 14% меньше солнечного тепла, чем юг. Однако в отдельные месяцы это соотношение сильно меняется, что объясняется значительной разностью в высоте солнца над горизонтом в полдень в зимнее время, которая сглаживается летом (табл.2).
Из таблицы следует: 1) отношение годовых величин суммарной солнечной радиации, получаемых на севере и юге области, почти равно отношению высоты солнца в полдень, на этих же широтах в дни весеннего и осеннего равноденствий; 2) в день летнего солнцестояния отношение между высотой солнца в полдень на севере и юге области почти вдвое больше, чем в день зимнего солнцестояния. На изменение соотношения между теплом, получаемым в отдельные месяцы на севере и юге области, влияет также продолжительность дня. Зимой на севере продолжительность дня меньше, чем на юге, а летом она больше, что увеличивает продолжительность поступления солнечной энергии в северной части области при почти одинаковой полуденной высоте солнца над горизонтом.
Еще большие изменения в величинах суммарной солнечной радиации наблюдаются по сезонам. В декабре значения суммарной солнечной радиации в 13 (на юге) и 32 раза (на севере) меньше, чем в июне. Это обусловливается как уменьшением продолжительности дня и полуденной высоты солнца над горизонтом в зимнее время, так и наличием снежного покрова, который отражает 80— 85% поступающей на его поверхность солнечной радиации. В то же время летом отражение составляет не более 15—20%. По ориентировочным данным Т. Г. Берлянд (8), север Пермской области в летнее время относится к районам наименьших значений альбедо. В это время подстилающая поверхность отражает только около 15% солнечной энергии, что можно объяснить наличием больших массивов хвойных лесов, имеющих малые величины альбедо, и значительной влажностью почвы. По данным В. Л. Гаевского (10), альбедо вершин елей равно 10%, сосен — 14%, зеленой травы — 26% и парового поля при влажной поверхности — 5—7%. Так как леса занимают почти 62% территории области (39), то в летнее время их поверхность отражает небольшое количество солнечной энергии
Радиационный баланс поверхности земли (представляющий разность между приходом и расходом лучистой энергии, которую поглощает и излучает земная поверхность) изменяется от сезона к сезону. В холодное полугодие (ноябрь — март) его значения отрицательны — меньше 1 ккал/см2. В апреле, в связи с сильным увеличением прихода суммарной радиации и уменьшением альбедо подстилающей поверхности (так как площадь, занимаемая снегом, сильно сокращается), радиационный баланс становится положительным и изменяется по территории области от 0,6—0,7 ккал/см2 на севере, до 2 ккал/см2 — на юге. В июне он достигает 7 ккал/см2. Со второй половины лета радиационный баланс начинает уменьшаться и уже в сентябре составляет около 2 ккал/см2 (8).
Атмосферная циркуляция. Циркуляционные процессы оказывают большое влияние на климат. С атмосферной циркуляцией связан перенос воздушных масс, имеющих различное географическое происхождение. Так как солнечная радиация распределяется на поверхности земли неравномерно, то нагревание воздуха и подстилающей поверхности происходит в неодинаковой степени. Это вызывает различия в атмосферном давлении, которые приводят к возникновению воздушных течений, играющих основную роль в переносе тепла и влаги. Поэтому атмосферная циркуляция оказывает влияние не только на режим атмосферных осадков, но и на термический режим.
Согласно общей схеме циркуляции по Б. П. Алисову (2) зимой над огромной территорией Азиатской части СССР удерживается область высокого давления, называемая Сибирским антициклоном. Отрог этой области распространяется на южную половину Европейской территории СССР примерно по 50-й параллели. Европейский отрог усиливается арктическими антициклонами, идущими с северо-запада и севера и застаивающимися в юго-восточ ных районах. Однако над Европейской территорией СССР, в том числе и над Пермской областью, зимой часто развивается циклоническая деятельность, наблюдаемая между периодами развития над материком областей высокого давления и вхождений арктического воздуха.
Циклоны продвигаются как с Атлантического океана,, так и из области Арктики. Поэтому они могут перемещаться с запада, юго- запада и северо-запада.
Летом территория Пермской области подвержена воздействию трех центров действия атмосферы: Азорского антициклона, Исландского минимума и максимума над Северным Ледовитым океаном. Отрог Азорского антициклона действует на южную половину Русской равнины. В силу этого летом, так же как и зимой, над территорией Пермской области наблюдается циклоническая деятельность, с развитием которой связано интенсивное выпадение атмосферных осадков.
О повторяемости циклонов и антициклонов на территории Среднего Урала можно судить по материалам табл. 3. Подсчет повторяемости проведен К. В. Кувшиновой по сборнокинематическим картам, составленным Б. Л. Дзердзеевским за период 1934— 1948 гг.
Таблица показывает, что в теплую часть года (апрель — октябрь) наблюдается преобладание циклонов, а в холодный период (ноябрь — м арт)— антициклонов. Исключение составляет март, когда также преобладают циклоны. Чередование циклонов и антициклонов обусловливает смену погод. Зимой с развитием антициклонической деятельности чаще всего связана ясная морозная погода, летом — жаркая и сухая. Развитие циклонической деятельности обусловливает выпадение атмосферных осадков, а поэтому погода в это время сменяется на облачную, дождливую в теплую часть года и теплую со снегопадами, иногда с сильными ветрами и метелями, — зимой.
К числу основных климатообразующих факторов относятся также географические условия территории, в том числе подстилающая поверхность. Ее характер определяет особенности климата данной местности. Наличие и отсутствие снежного покрова, водных пространств, растительности, низменностей и возвышенностей накладывает несомненный отпечаток на климат той или иной местности. Поэтому вопрос о влиянии подстилающей поверхности на климат Пермской области, так же как вопрос о влиянии географических факторов, будет рассмотрен в соответствующих разделах, посвященных особенностям климата, характеристике метеорологических элементов и отдельных сезонов Общие черты климата. Климат Пермской области континентальный, о чем свидетельствуют значительные годовые и суточные колебания почти всех метеорологических элементов. Особенно резким колебаниям подвержена температура воздуха. Так, амплитуда колебания среднемесячных температур воздуха для Чердыни (север области) составляет около 34°, для Перми (средняя часть области)— более 33° и для Куеды (юг области) — более 34°. Еще больших значений достигают абсолютные амплитуды (т. е. разность между абсолютным минимумом и максимумом), которые составляют для Красновишерска 88°, а для Перми — 82°.
Степень континентальности климата можно определять по методу, предложенному Н. Н. Ивановым (22). В основе этого метода лежит вычисление разности между годовой амплитудой температуры воздуха данного пункта (А1) и средней широтной годовой амплитудой температуры воздуха для той параллели, на которой этот пункт расположен (А0). Эта разность определяется по формуле: К = А1 — А0, где К — степень континентальности климата в градусах. Вполне естественно, что в районах морского климата, где преобладают океанические воздействия, А1<А0, а поэтому значение К будет отрицательным; в районах континентального климата годовая амплитуда колебания температуры воздуха данного пункта (А1) будет значительно превышать среднюю широтную годовую амплитуду (А0) и значения К будут положительными. Наконец, в районах, где океанические и материковые воздействия одинаковы, значения К будут равны 0°. Мировой максимум континентальности находится в районе Верхоянска, здесь К=+33°, в Москве К = 0°, а в Ленинграде К = —5,5°
В пределах Пермской области значения К изменяются от 0°,9 до 4°,7, т. е. имеют положительный знак, что свидетельствует о континентальности климата (табл. 6 и рис. 3)
Большое влияние на распределение атмосферных осадков и температурный режим оказывает атмосферная циркуляция. Вторжения холодных арктических масс воздуха вызывают похолодания в теплую часть года, а воздействие сибирского антициклона — сильные морозы зимой. В то же время с притоком теплых воздушных масс с Атлантического океана связаны потепления и даже оттепели в зимнее время. Поэтому, несмотря на континентальность климата почти во все месяцы теплой части года, температуры воздуха могут падать до отрицательных значений, а в холодное полугодие подниматься выше нуля. Часто можно наблюдать случаи, когда после «трескучих» морозов (особенно в конце декабря) наступаете резкое потепление и снег начинает таять; в мае и начале июня жара может смениться снегопадом.
На климат области влияет также рельеф местности, снежный покров, удерживающийся до 170—190 дней, распределение водных объектов (рек и озер), растительный покров и др. На распределение температуры воздуха, атмосферных осадков и других метеорологических элементов воздействует характер строения поверхности области, особенно Уральские горы, расположенные на востоке. Поэтому суммы атмосферных осадков постепенно возрастают к востоку и северо-востоку. В этом же направлении убывают средние годовые температуры воздуха, продолжительность теплого сезона, средние месячные температуры воздуха весны, лета и осени и возрастает продолжительность зимы.
На климат области оказывают некоторое влияние Кама и Камское водохранилище. Зимой в долине реки застаивается холодный воздух, весной значительная часть тепла затрачивается на таяние льда. Все это приводит к понижению температуры воздуха. Осенью, наоборот, Кама и Камское водохранилище действуют отепляюще, так как медленно охлаждающаяся вода нагревает воздух. В это время в долинах крупных рек возрастает число дней с туманами.
Таковы общие черты климата Пермской области.
Характеристика климата по основным метеорологическим элементам