Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Энергетический (радиационный и тепловой) баланс земной поверхности 9
1.1. Соотношение тепла и влаги как один из факторов ландшафтной дифференциации 9
1.2. Составляющие энергетического (теплового) баланса 14
1.3. Обзор исследований энергообмена в различных ландшафтах 19
Глава 2. Природные условия минусинской котловины 23
2.1. Физико-географические условия территории 23
2.2. Характеристика климата 33
2.3. Геосистемы 38
Глава 3. Анализ исходных данных и методы исследования 46
3.1. Характеристика исходных данных 46
3.2. Методы анализа временных рядов 50
3.2.1. Анализ данных наблюдений по приходу коротковолновой солнечной радиации на территорию Минусинской котловины 52
3.2.2. Оценка облачности для расчета действительных сумм радиации 60
3.2.3. Тенденции изменения количества атмосферных осадков , 65
3.3. Методические приемы энергетической оценки геосистем 72
Глава 4. Тепловлагообеспеченность открытых участков (метеоплощадок) минусинской котловины 74
4.1. Теплообеспеченность 74
4.1.1. Суммарная радиация 74
4.1.2. Альбедо и поглощенная радиация 81
4.1.3. Эффективное излучение и радиационный баланс 84
4.2. Увлажнение 86
4.3. Оценка тепловлагообеспеченности 89
Глава 5. Радиационный и тепловой баланс геосистем минусинской котловины 92
5.1. Радиационный баланс 92
5.2. Тепловой баланс 107
Заключение. 122
Литература 125
Приложения 144
- Составляющие энергетического (теплового) баланса
- Характеристика климата
- Анализ данных наблюдений по приходу коротковолновой солнечной радиации на территорию Минусинской котловины
- Альбедо и поглощенная радиация
Введение к работе
Актуальность работы. Состояние окружающей среды во многих регионах Сибири достигло критического уровня, что связано с ростом хозяйственной деятельности человека, антропогенным загрязнением атмосферы, гидросферы, почвы и последствиями планетарного потепления климата. Все эти факторы приводят к преобразованию естественной подстилающей поверхности, изменению ее свойств, в связи с чем энергетическая оценка геосистем приобретает прогнозный характер.
Для количественной оценки природных энергетических ресурсов территории необходимы сведения о радиационном режиме и тепловом балансе, но материалов по региональным исследованиям радиационного и теплового балансов крайне мало. Энергетическая оценка геосистем Минусинской котловины требует использования новых подходов, поскольку задача количественной оценки прихода радиации к растительному покрову в горных условиях значительно сложнее, чем на равнине. Недостаток данных постоянных ак-тинометрических наблюдений как в днище котловины, так и в горах, отсутствие данных теплобалансовых наблюдений, приуроченность станций к открытым местоположениям определяют актуальность исследований тепло и влагообмена в этом регионе.
Развитие геосистемы определяется прежде всего интегративной динамикой всех природных процессов. Солнечная радиация, поступающая в геосистему, вступает во взаимодействие с ее компонентами. Тепловой баланс выступает как один из частных природных режимов. Из теплового баланса выделяется радиационный баланс. Устойчивые соотношения элементов баланса определяют его структуру, что дает возможность энергетической оценки геосистем в настоящее время и возможность предсказать изменения в будущем в зависимости от характера изменений природных условий.
Цель работы - выполнить оценку энергетического (радиационного и теплового) баланса геосистем, включая количественную оценку составляющих радиационного баланса для открытых участков (метеоплощадок) и геосистем Минусинской котловины, определить их соотношения для возможности экстраполяции данных и выявить геосистемы с различными типами структур теплового баланса.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
раскрыть задачу энергетического (радиационного и теплового) баланса подстилающей поверхности и обосновать возможность исследования энергообмена в различных геосистемах;
на основе данных наблюдений метеорологических и актинометриче-ских станций проанализировать многолетний ход и тенденции изменения прихода солнечной радиации и годового количества осадков, рассчитать величины теплообеспеченности открытых участков и охарактеризовать увлажнение геосистем с точки зрения поступающей влаги; проанализировать соотношения тепла и влаги на рассматриваемой территории и сопоставить с размещением геомов на ландшафтной карте;
дать количественную оценку составляющих радиационного баланса геосистем для вегетационного и годового периодов;
выявить соотношения величин радиационного баланса геосистем к радиационному балансу открытых участков для возможности экстраполяции данных с метеоплощадок на геосистемы;
провести расчет структуры теплового баланса для геосистем Минусинской котловины - геомеров (интегрированных ареалов геосистем, однородных по отражательной способности растительного покрова, геомов) и геохор (провинций, макрогеохор) - и выявить геосистемы с различными типами структур теплового баланса.
Исходные материалы. В работе использованы материалы многолетних наблюдений метеорологических и актинометрических станций Красноярского управления по мониторингу и охране окружающей среды, опубликованные в климатических справочниках, метеорологических и актинометрических ежемесячниках за различные периоды наблюдений. Для выявления тенденций изменения приходящей коротковолновой солнечной радиации основой послужили данные актинометрических станций Солянка, Хакасская, Кызыл, для сравнения вычисленных величин суммарной радиации с непосредственно измеренными привлекались данные наблюдений для станции Енисейск. Многолетние данные по общей и нижней облачности по 24 станциям Минусинской котловины использовались для расчета месячных и годовых значений суммарной радиации при средних условиях облачности. Исходными данными при картировании атмосферных осадков послужили средние многолетние годовые значения осадков с поправками к показаниям осадко-мера за 1891-1964 гг. по 118 станциям и постам.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований явились геосистемы Минусинской котловины, как геомеров (10 интегрированных ареалов геосистем, однородных по отражательной способности растительного покрова, 5 геомов и агроландшафты), так и геохоры (5 провинций и 10 макрогеохор). В качестве основы для их выделения использовалась ландшафтная карта Минусинской котловины (Лысанова, 2001), которая была преобразована в соответствии с задачами настоящей работы.
Методологической основой работы послужили положения учения о геосистемах (Сочава, 1978). В работе использовались методика энергетической оценки равнинной территории с учетом разнообразия растительного покрова (Буфал и др., 1980; Природа ... , 1987) и метод климатологических расчетов составляющих теплового баланса, при этом величины возможной радиации рассчитывались по уравнениям связи, выявленным для региона Сибири (Буфал, Башалханова, Сорокина, 1991). Были привлечены также методы матема-
тической статистики (корреляционный анализ, анализ временных рядов), картографический и сравнительно-географический.
Научная новизна работы заключается в том, что в результате исследований показана возможность применения методики энергетической оценки равнинной территории с учетом разнообразия растительного покрова на территории со среднегорным рельефом. Для экстраполяции данных открытых участков (метеоплощадок) на геосистемы Минусинской котловины получены соотношения величин радиационного баланса геосистем и открытых участков (метеоплощадок) за годовой и вегетационный периоды. Выявлены геосистемы с различными типами структур теплового баланса.
В соответствии с результатами исследований сформулированы основные положения, составляющие предмет защиты диссертации:
1. Определение радиационного баланса геосистем при недостатке данных непосредственных наблюдений за режимом солнечной радиации требует применения расчетных методов, основой определения его составляющих являются рассчитанные величины суммарной радиации.
Для энергетической оценки горно-котловинных геосистем с использованием методики энергетической оценки равнинной территории необходима генерализация контуров геомеров в интегрированные ареалы геосистем, однородных по отражательной способности растительного покрова.
Устойчивость структуры теплового баланса геосистем дает возможность комплексно охарактеризовать энергетические ресурсы территории путем вычисления его составляющих по величине радиационного баланса и выделить геосистемы различными типами структур теплового баланса по относительному весу двух его основных расходных статей - затрат тепла на испарение и турбулентный теплообмен.
Практическая значимость работы определяется тем, что дифференцированная энергетическая оценка района с использованием показателей структуры теплового баланса дает возможность комплексно охарактеризовать
энергетические ресурсы территории, прогнозировать характер преобразования подстилающей поверхности в результате хозяйственного освоения, определить подходы к оптимизации природопользования.
Работа выполнялась в рамках тем плана научно-исследовательских работ Института географии СО РАН «Выявление пространственно-временных закономерностей проявления физико-географических процессов в естественных и преобразуемых геосистемах юга Средней Сибири», «Эволюционно-динамический анализ геосистем юга Средней Сибири» и инициативного проекта РФФИ «Выявление и отображение пространственно-временной организации геосистем юга Средней Сибири с использованием данных стационарных исследований».
Апробация и публикация результатов исследований. Материалы исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях лаборатории комплексных физико-географических проблем, на X научном совещании географов Сибири и Дальнего Востока (Иркутск, 1999), конференциях «Экология ландшафта и планирование землепользования» (Иркутск, 2000), «Географические идеи и концепции как инструмент познания окружающего мира» (Иркутск, 2001), «Природно-ресурсный потенциал Азиатской России и сопредельных стран: пути совершенствования использования» (Иркутск, 2002).
Содержание работы изложено в 9 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 149 страницах, иллюстрирована 15 рисунками, содержит 15 таблиц и 5 приложений. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения и приложений. Список использованной литературы включает 228 наименований.
Составляющие энергетического (теплового) баланса
Поступающая от Солнца на Землю радиация является единственной формой прихода лучистой энергии, определяющей тепловой баланс и термический режим Земли. Вклад всех других источников энергии ничтожно мал. Количество лучистой энергии Солнца, приходящей на верхнюю границу атмосферы, принято характеризовать солнечной постоянной. Международная комиссия по радиации рекомендовала в качестве стандартного значения солнечной постоянной величину 1,37 кВт/м2.
Поступающая на поверхность атмосферы солнечная радиация не вся достигает поверхности земли. Физическими процессами, обуславливающими ослабление солнечной радиации в атмосфере, являются поглощение ее термодинамически активными примесями и рассеяние. Представляет интерес та часть инсоляции, которая доходит до подстилающей поверхности в виде прямой (S1) и рассеянной (D) радиации. Эту радиацию называют суммарной солнечной радиацией (Q): S +D=Q. Большое влияние на ослабление солнечной радиации оказывает облачность. Если под влиянием безоблачной атмосферы поток солнечной радиации ослабляется в среднем на 20 %, то облачность ослабляет солнечную радиацию еще на 20-30 %. Таким образом, земной поверхности достигает в среднем 50-60 % солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу атмосферы. Существуют различные зависимости суммарной радиации от количества облачности. Ослабление солнечной радиации в атмосфере является одним из многочисленных механизмов взаимодействия атмосферы с другими звеньями климатической системы, совокупность которых при соприкосновении с атмосферой образует некоторую граничную поверхность, называемую подстилающей поверхностью.
Коротковолновая солнечная радиация, достигшая поверхности земли, не поглощается полностью. Часть ее отражается. Долю отраженной части суммарной радиации Солнца характеризует альбедо (а). Следовательно, можно определить поглощенную часть суммарной радиации или баланс коротковолновой радиации, следующим образом: Bk = Q(l-a). Альбедо принадлежит большая роль в радиационном балансе подстилающей поверхности. Теоретически значения альбедо могут изменяться от нуля для абсолютно черной поверхности до единицы для поверхности, полностью отражающей электромагнитные волны. Имеющиеся данные экспериментов показывают, что значения альбедо естественных подстилающих поверхностей меняются практически в указанных пределах, находясь в зависимости от их физических свойств. Изменение отражательной способности в известной мере объясняет различие в температурном режиме разных типов местности.
Характер подстилающей поверхности меняется в течение года, поэтому альбедо имеет годовой ход. Подстилающая поверхность, получая коротковолновую радиацию Солнца, нагревается и излучает энергию. Поскольку температура поверхности Земли намного ниже температуры Солнца, то в соответствии с законом смещения длины волны (закон Вина) излучаемая земной поверхностью энергия приходится на инфракрасный участок спектра (А 0,4 мкм). Как и земная поверхность, атмосфера излучает радиацию в инфракрасном диапазоне. Но излучение атмосферы имеет более сложный характер, чем излучение земной поверхности. Разность между излучением поверхности Земли In и встречным излучением атмосферы 1а называется эффективным излучением, или балансом длинноволновой радиации: 1эф = 1п-1а.
Радиационный баланс подстилающей поверхности, являющийся одной из наиболее важных энергетических характеристик, представляет собой остаточную радиацию, или разность между приходящими к земной поверхности и уходящими от нее потоками коротковолновой и длинноволновой лучистой энергии. Для радиационного баланса земной поверхности можно записать следующую формулу: R = Q(l-a)-b4 . Радиационный баланс подстилающей поверхности характеризует ту часть лучистой энергии, которая в конечном счете ею приобретается или теряется за определенный промежуток времени. При положительном радиационном балансе подстилающая поверхность поглощает коротковолновую радиацию больше, чем излучает в области длинных волн, и нагревается. Преобладание эффективного излучения над поглощенной радиацией вызывает охлаждение подстилающей поверхности. Как в том, так и в другом случае температура подстилающей поверхности изменяется, что в соответствии с законом сохранения энергии приводит к возникновению физических процессов, под воздействием которых происходит теплообмен между атмосферой и подстилающей поверхностью, а также между подстилающей поверхностью и более глубокими слоями суши и океана. Физические механизмы теплообмена можно представить уравнением теплового (энергетического) баланса подстилающей поверхности: В = LE+P+A+(K+M+N+F), где LE - поток тепла, связанный с фазовыми преобразованиями воды, Е -турбулентный поток влаги, L - удельная теплота парообразования; Р - турбулентный поток тепла; А- поток тепла между подстилающей поверхностью и нижележащими слоями почвы или воды; К - затраты тепла на таяние снега и льда; М - тепло, переносимое осадками; N - тепло, связанное с диссипацией кинетической энергии при трении воздуха о подстилающую поверхность; F - биологический теплообмен, связанный с преобразованием радиационной энергии в химическую в процессе фотосинтеза и выделением тепла при окислении биомассы. Члены, стоящие в скобках, характеризуют процессы со сравнительно небольшими затратами энергии. Поэтому при рассмотрении баланса тепла подстилающей поверхности в задачах климатической направленности ими можно пренебречь. Таким образом, с учетом основных процессов теплообмена уравнение теплового баланса имеет вид: R = LE + Р + А. Это уравнение означает, что радиационный баланс компенсируется потерей тепла на испарение (притоком тепла конденсации), турбулентным потоком тепла и переносом тепла в нижележащие суши и океана. В некоторых случаях уравнение теплового баланса может не содержать какого-либо из членов правой части. Например, поскольку верхние слои почвы в среднем за год не охлаждаются и не нагреваются, для среднего многолетнего годового периода А полагают равным нулю. Следовательно, уравнение теплового баланса принимает вид: R = LE + P.
Характеристика климата
На формирование климата межгорных котловин существенное влияние оказывают удаленность от морских бассейнов, орографическая изолированность, характер подстилающей поверхности и абсолютная высота днища. Климат Минусинской котловины, как и климат любого другого района, формируется при взаимодействии циркуляционных и радиационных факторов с условиями подстилающей поверхности. Роль и значение каждого из этих факторов в процессах формирования климата котловины определяются ее положением в центральной части Азиатского континента в пределах Алтае-Саянской горной области. Вместе с тем внутри котловины метеорологический режим, а следовательно, и климат отдельных районов подвержены резким пространственным изменениям.
Основные особенности климата Минусинской котловины - наличие V концентрической поясности в распределении метеорологических элементов. Климатические контрасты здесь столь велики, что мы можем наблюдать климаты, начиная от засушливых (степных) до избыточно увлажненных (таежных). Причины, обусловливающие разнообразие и контрасты климатических зон, заключаются в том, что под воздействием деятельной поверхности (в первую очередь рельефа и растительности) происходит перераспределение лучистой энергии, что вызывает различия в тепловом режиме районов. Одновременно возмущения, вносимые орографией в ход атмосферных процессов, определяют своеобразный режим выпадения осадков и создают резкие контрасты в условиях увлажнения территории. В свою очередь, атмосферная циркуляция и подстилающая поверхность определяют режим облачности, которая воздействует на приток радиации.
Существует мнение (Гавлина, 1954; Щербакова, 1961; Щербаков, 1962), что основные особенности климата Минусинской котловины - наличие концентрической поясности в распределении ряда метеорологических эле- и ментов - обусловлены искажением циркуляционного режима и всех следствий его проявления (адвекция тепла и влаги, режима облачности и т.д.) под влиянием орографии. Как отмечает В.Ф.Дурнев (1980а), по преобладающим процессам климатообразования в котловине и ее горном обрамлении выделяются три района. Первый из них - это собственно Минусинская впадина, условной границей которой принято считать изогипсу 500_м. В пределах ее і/ территории процессы климатообразования имеют ярко выраженный сезонный характер: летом здесь преобладают циркуляционные факторы, зимой -процессы, обусловленные радиационными факторами. Второй и третий районы - это горное обрамление котловины. Преобладающим климатообразую-щим процессом в течение всего года здесь является циркуляционный режим.
Циркуляция атмосферы над Азиатской территорией нашей страны имеет четко выраженный сезонный характер. Формирование барических образований здесь (зимой - азиатского антициклона, летом - барической депрессии) происходит при взаимодействии термических, динамических и орографических факторов (Сохрина, Челпанова, Шарова, 1959; Сергеев, 1966; и др.). Территория района исследования в холодный период находится вблизи центра антициклона, который формируется уже в сентябре, а с февраля по май разрушается, замещаясь летней барической депрессией. С увеличением циклонической деятельности связан летний максимум осадков в Минусинской котловине, распределение которых в значительной степени обусловлено также особенностями орографии. Хребты Кузнецкого Алатау, расположенные на пути основного западно-восточного переноса воздушных масс, вносят основной вклад в перераспределение тепла и влаги, образуя область «динамической тени» в западной части рассматриваемой котловины, отличающейся наименьшим количеством осадков (менее 250 мм/год). По мере продвижения от этой области в любом направлении количество осадков возрастает и достигает 1400 мм/год в высокогорных районах Западного Саяна. В Минусинской котловине за холодный период (X-IV) выпадает 15-25 % осадков и в теплый 75-85 % (Справочник по климату, 1969).
Снежный покров в высокогорье устанавливается в первой декаде октября, а в степной зоне устойчивый снежный покров формируется очень поздно (ноябрь-начало декабря). Разрушение устойчивого снежного покрова в верхнетаежной зоне происходит в конце апреля, в степных же районах - в третьей декаде марта. В Оленьей Речке на высоте 1400 м снежный покров держится 247 дней, в степных районах Минусинской котловины - 140-160 дней (Справочник по климату, 1969). Максимальные снегозапасы обычно формируются в степях впадины в феврале, а в горах - в марте-апреле. Их величины колеблются в очень больших пределах: 0-30 мм во впадине и 400-500 мм на высотах Саян (Бахтин, 1967).
Общий ветровой режим Минусинской котловины определяется сложным взаимодействием основных климатообразующих процессов и в первую очередь общей циркуляцией атмосферы. С этой точки зрения район можно назвать районом западного переноса, если судить по направлению преобладающих ветров в слое атмосферы выше горного обрамления (Дурнев, 19806).
В Минусинской котловине отчетливо выделяется слой местных воздушных течений, мощность которого подвержена хорошо прослеживающимся сезонным колебаниям - от 500 м в холодный до 750 м в теплый и переходные сезоны года. Масштабы воздействия орографии на макроструктуру воздушных течений в исследуемом районе позволяют считать возможным существование здесь (наряду с широким классом локальных ветров) в значительной степени автономной внутрикотловинной циркуляции (Дурнев, 19806).
Преобладающими направлениями ветра являются юго-западное и западное во все сезоны года (60-70 %). Для Минусинской котловины характерно большое количество штилей у поверхности земли - 56 % зимой и 40 % летом. В годовом ходе скоростей ветра наблюдаются максимумы (4-4,5 м/с) в переходные сезоны и минимумы (2-2,5 м/с) зимой.
Радиационный режим - один из основных элементов климата. Количество часов солнечного сияния является косвенным показателем условий прихода лучистой энергии. Продолжительность солнечного сияния в центральных районах котловины превышает 2000 ч., тогда как в горах она составляет 1500-1900 ч. (Справочник по климату СССР, 1967). Эти различия сохраняются как в теплый, так и в холодный период, так как в течение всего года количество нижней облачности, наиболее сильно влияющей на приход суммарной радиации, в горных районах больше.
Высокие годовые суммы радиационного баланса расходуются в зависимости от свойств и характера подстилающей поверхности. В исследуемом районе затраты тепла на испарение составляют 40-50 % от радиационного баланса, 50-60 % приходится на турбулентный теплообмен (Башалханова, Буфал, Русанов, 1989). Условия прихода коротковолновой солнечной радиации и ее перераспределение на деятельной поверхности рассматриваются в главе 3.
Анализ данных наблюдений по приходу коротковолновой солнечной радиации на территорию Минусинской котловины
Годовые суммы радиации в МДж/м2 за различные периоды наблюдений представлены в таблице 1. Для сравнения с многолетними средними величинами радиации даны средние величины за те же периоды наблюдений, вычисленные по данным актинометрических ежемесячников.
Рассматривая средние многолетние величины годового прихода прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность (So) при ясном небе (т.е. возможный приход) за период 1955-1980 гг. (Научно-прикладной справочник ... , 1990) по отношению к периоду 1955-1963 гг. (Справочник по климату, 1967), мы видим, что на всех станциях отмечается общая тенденция к понижению прямой радиации на 4-6 % (табл. 2).
Согласованное увеличение рассеянной радиации на 7 % при одновременном уменьшении прямой отмечается на станциях Солянка и Кызыл, что в какой-то мере может свидетельствовать о возросшей мутности атмосферы. Исключение составляет станция Хакасская, где рассеянная радиация уменьшается при уменьшении прихода прямой солнечной радиации.
Причинами, приводящими к циклическим колебаниям коротковолновой радиации являются планетарные, региональные, локальные факторы. К первым из них можно отнести изменения оптических свойств и состава атмосферы, ко вторым - изменчивость барическо-циркуляционного и облачного режимов, к третьим - воздействие городской среды (Будыко, 1974). Городские условия и близость больших промышленных предприятий оказывают влияние на альбедо естественных поверхностей, находящихся в их черте и окрестностях, вследствие чего альбедо актинометрической станции Хакасская в течение всего года меньше, чем на других станциях (Справочник по климату, 1967).
Облачность значительно уменьшает поступление прямой солнечной радиации по сравнению с возможной в среднем на 50-55 %. В то же время облачность увеличивает рассеянную радиацию в 1,6-1,9 раза. В результате при реальных условиях облачности приход суммарной радиации колеблется от 65 до 75 % возможного.
При построении скользящих средних (рис. 4-6) хорошо видна устойчивая многолетняя тенденция к уменьшению прихода коротковолновой солнечной радиации. Наиболее существенное уменьшение происходит с конца 60-х годов, в связи с чем каждый исходный ряд был разделен на две части: 1) с момента начала наблюдений по 1966 г. и 2) с 1967 г. по 1991 г.
Изменчивость коротковолновой радиации детально рассмотрена при помощи регрессионного анализа. В отличие от средних характеристик, которые сами по себе еще не говорят о тенденции изменения того или иного элемента, линейные тренды позволяют оценивать скорость и направленность происходящих процессов. Для каждого периода рассчитывались значимость и доверительные интервалы (для вероятности 95 %). Все линейные тренды статистически значимы.
Период 1955-1966 гг. отличается более высокими значениями всех компонентов солнечной радиации, при этом на ст. Солянка и Кызыл при уменьшении прихода прямой радиации соответственно на 163 МДж/м2 за 10 лет и 13 МДж/м2 за 10 лет, наблюдается согласованный рост рассеянной радиации, в то время как на ст. Хакасская при незначительном росте прямой на ] 3 МДж/м2 за 10 лет растет и рассеянная радиация 97 МДж/м2 за 10 лет (табл. 3).
Альбедо и поглощенная радиация
Отражательная способность деятельной поверхности - альбедо (сс)-яв-ляется основным фактором, определяющим количество поглощаемой ею коротковолновой радиации и в значительной степени формирующим полный \ радиационный баланс поверхности. Расход солнечной энергии вследствие s отражения и излучения подвержен большим изменениям как по широте, так и по сезонам года с минимумом в летний период и максимумом зимой. В котловине на станции Хакасская альбедо летнего периода составляет 15-16 %, зимой 55-60 % (Справочник по климату, 1967).
Средние месячные значения альбедо поверхности метеорологических площадок при средних условиях облачности задавалось по широтным значениям (Кондратьев, 1965), а также учитывались многолетние средние даты схода и появления снежного покрова, установления и разрушения устойчивого снежного покрова, учитывалась высота снежного покрова, даты перехода средней суточной температуры через 10 С, что примерно соответствует датам начала и конца вегетации. Полученные величины Вк (прил. 3) характеризуют площадки метеостанций и сходные по характеру растительности участки вокруг них. Распределение поглощенной радиации по территории котловины в общих чертах повторяет распределение суммарной радиации. Зимой (ноябрь - февраль) баланс коротковолновой радиации изменяется в пределах 15-95 МДж/м2, причем отмечается, как и для суммарной радиации его уменьшение с юга на север из-за увеличения широты и альбедо. Летом (май - август) поглощенная радиация достигает 400-544 МДж/м2.
В среднем за год суммы поглощенной радиации Вк колеблются от 2800 МДж/м2 в северной части территории до 3360 МДж/м2 в южной, а максимальных значений достигает в районе сухих степей - 3523 МДж/м2, где отмечается максимальный приход солнечной радиации и минимальное альбедо в течение всего года. По расчетам Л.Б.Башалхановой, В.В.Буфала, В.И.Русанова (1989) суммы поглощенной радиации изменяются, уменьшаясь с юга на север от 75-85 ккал/см2, что соответствует 3199-3626 МДж/м2.
В горах и предгорьях при меньшем приходе суммарной радиации увеличивается продолжительность залегания снежного покрова на высотах 800-1200 м. Расчетные величины Вк составляют 2726 МДж/м2 на высоте 1200 м на склоне Кузнецкого Алатау (ст. Ненастная) и 2473 МДж/м2 на северном склоне Западного Саяна на высоте 1400 м (ст. Оленья Речка). По данным Н.П.Бахтина (1967) за период 1959-1962 гг. годовая величина поглощенной радиации составила 2099 МДж/м2, что на 18 % меньше расчетных величин. На ст. Хакасская отклонение наблюдаемой величины поглощенной радиации (3352 МДж/м2) от измеренной (3468 МДж/м2) составило 3%.
В сезонном ходе наименьшие значения поглощенной радиации приходятся на декабрь (14-50 МДж/м2), максимальные - на июнь (457-555 МДж/м2). Величина поглощенной радиации за год составляет 69-78 % от величины суммарной радиации, в горных районах эта величина равна 58-64 %. Для оценки величин радиационного баланса использовалась корреляция баланса с поглощенной радиацией. В общем случае зависимость между радиационным балансом и поглощенной радиацией определяется формулой: В = Вк - 1эф, где 1эф - эффективное излучение. В связи с тем, что величина эффективного излучения сравнительно мало меняется по территории и в годовом ходе (Берлянд, Мухенберг, 1963), можно ожидать, что должна существовать прямая связь В и Вк. Для выявления этой связи был проведен анализ радиации для 5 станций: Солянка, Хакасская, Енисейск, Кызыл и высокогорной станции Ильчир. Исходными материалами послужили данные по суммарной радиации, альбедо, радиационному балансу при средних условиях облачности (Справочник по климату, 1967, 1970; Научно-прикладной справочник ..., 1990; Метеорологический ежемесячник, 1955-1991).
Зависимость между поглощенной радиацией Вк и радиационным балансом В для станций Солянка, Хакасская, Енисейск, Кызыл тесная и имеет линейный характер, что может быть выражено уравнением регрессии: В = 0,79 Вк — 60 для периода март - сентябрь и В=0,56 Вк - 46 для периода октябрь - февраль. Для высокогорной станции Ильчир уравнение связи имеет вид: В=0,91Вк-128 Для того, чтобы проверить уравнение регрессии на независимом материале, были выбраны 3 актинометрические станции: Тулун, Хомутово, Ки-ренск, расположенные на тех же широтах, что и исследуемая территория. По значениям коротковолновой радиации по формулам 2,3 был рассчитан радиационный баланс, который сравнивался с радиационным балансом, измеренным на актинометрической станции. Установлено, что уравнения связи позволяют рассчитывать месячные величины радиационного баланса с ошибкой, 2-5 % в летний период до 30 % в зимний и переходные периоды, когда состояние деятельной поверхности изменяется. Но так как годовые значения радиационного баланса формируются в основном за счет летних месяцев, то вклад значений радиационного баланса зимних месяцев небольшой и отклонение годовых расчетных значений баланса от измеренных составляет 6-10 %. По данным других авторов погрешность вычисления величин баланса составляет в среднем ±10 %.
По уравнению радиационного баланса выполнялся расчет месячных и годовых сумм эффективного излучения (прил. 4). Максимальные месячные суммы эффективного излучения отмечаются в конце весны и летом при повышенных значениях поглощенной радиации и высоких температурах относительно сухой почвы: в это время (с апреля по август) они составляют 152-174 МДж/м2 незначительно уменьшаясь с юга на север. Зимой эффективное излучение минимальное и в декабре равно 52-68 МДж/м2 в днище котловины и достигает 130 МДж/м2 в горах. В среднем за год на исследуемой территории величины эффективного излучения составляют 1440 МДж/м2, причем в днище котловины максимум приходится на наиболее засушливые участки Уйбатской степи (1492 МДж/м2), в горах эффективное излучение достигает величин 1758-1783 МДж/м2 (ст. Оленья Речка и Ненастная соответственно).
