Содержание к диссертации
Введение
1. История развития метеорологических наблюдений и исследований в Симбирске -Ульяновске и Казани .. 11
1.1 Метеорологические наблюдения и исследования в Симбирске-Ульяновске в XIX-XX столетиях 11
1.2 Становление и развитие метеорологических исследований в Казани 41
2. Физико-географические условия городов Казани и Ульяновска 49
2.1 Основные факторы климата 49
2.2 Физико-географическая характеристика г. Казани 52
2.3 Физико-географическая характеристика г. Ульяновска 58
3. Изменения климата в Казани и Ульяновске за период инструментальных наблюдений 62
3.1 Основные статистические характеристики температуры воздуха запериод 1877-2000гг 62
3.2 Оценки временных изменений климата Казани и Ульяновска 68
3.3 Прикладные климатические характеристики 88
4. Роль циркуляционного фактора в климатической изменчивости 104
4.1 Основные сведения о параметрах атмосферной циркуляции 104
4.2 Влияние циркуляции атмосферы на температурный режим Казани и Ульяновска 110
Заключение 127
Список литературы 131
- Метеорологические наблюдения и исследования в Симбирске-Ульяновске в XIX-XX столетиях
- Физико-географическая характеристика г. Ульяновска
- Оценки временных изменений климата Казани и Ульяновска
- Влияние циркуляции атмосферы на температурный режим Казани и Ульяновска
Введение к работе
Актуальность темы. Изучение региональных климатических изменений на фоне происходящего глобального потепления климата в современный период представляет большое научное и практическое значение. Особый интерес в связи с этим проявляется к истории инструментальных метеорологических наблюдений, служащих основой климатического мониторинга. В двух крупных городах Среднего Поволжья - Казани и Симбирске (ныне Ульяновске) эта история насчитывает около двух столетий. Сопоставление 'данных многолетних наблюдений за погодой и климатом в этих городах с другими известными источниками позволяет выявить общие закономерности и индивидуальные специфические черты, обусловленные как природными, так и антропогенными факторами, роль которых становится все более заметной в последние десятилетия. Современный период характеризуется активными процессами урбанизации, в городах проживает каждый третий житель планеты. В них под влиянием деятельности человека формируется своя экосистема, изменяется состояние воздушного бассейна, и климат по сравнению с сельской местностью и т.д. Это делает все более актуальными исследования динамики климата крупных, промышленных центров.
Тем более, что в отличии от многих крупных городов России, для которых опубликованы климатические описания, до сих пор нет книги «Климат Ульяновска».
Цель работы состоит в изучении многосторонней картины метеорологических исследований в Ульяновске (Симбирске), Казани и оценке изменений климата по данным инструментальных наблюдений, в выявлении региональных особенностей климатического режима.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: описание истории метеорологических и геофизических наблюдений и исследований в Ульяновске и Казани,выполненных в ХІХ-ХХ столетиях;
восстановление однородности ряда метеорологических наблюдений в Ульяновске за весь период наблюдений;
оценка долгопериодных изменений климата городов Казани и Ульяновска XIX-XX столетиях;
расчет прикладных климатических характеристик;
выявление роли атмосферной циркуляции в изменениях температурного режима городов Ульяновска и Казани;
Научная новизна работы состоит в следующем:
восстановлена объективная картина истории метеорологических на-блюдений в Ульяновске;
получены новые эмпирические оценки изменчивости климата в крупных промышленных центрах Среднего Поволжья -Ульяновске и Казани;
показана роль атмосферной циркуляции и городского фактора в долгопериодных изменениях термического режима городов.
Практическая значимость работы:
выводы, сделанные в диссертации, позволяют получить более полное представление о физических механизмах формирования изменений городского климата в условиях Среднего Поволжья;
восстановленный ряд температуры для Ульяновска может быть использован при производстве различных практических расчетов;
рассчитанные прикладные климатические характеристики имеют социально-экономическое значение для городского хозяйства;
Исторические сведения о метеорологических исследованиях в Ульяновске (Симбирске) использованы в экспозициях и работе единственного в России музея «Метеорологическая станция Симбирска», в вузовских и школьных курсах по краеведению.
Основные положения, которые выносятся на защиту:
многолетние метеорологические наблюдения и исследования в Среднем Поволжье в XIX-XX столетиях создали научную базу для объективной оценки изменений климата;
Долгопериодные изменения температуры воздуха в Казани и Ульяновске имеют единую физическую природу;
Атмосферная циркуляция играет важную роль в формировании термического режима в городах Среднего Поволжья;
Современное глобальное потепление климата оказало значительное влияние на окружающую среду, отразилось на величине ряда важнейших для экономики прикладных климатических характеристик;
Апробация работы и публикации Результаты работы были представлены на следующих конференциях:
Итоговой научной конференции Казанского государственного университета (2002-2006 гг.);
Первой научной конференции, посвященной ученому и краеведу С.Л. Сытину (Ульяновск, 2003);
Всероссийской научной конференции «Современные глобальные и региональные изменения геосистем» (Казань, 2004);
Международной научной конференции «Научные реконструкции в экспозиционной и образовательной деятельности музеев» (Москва, 2005);
Всероссийской научной конференции «Современные аспекты экологии и экологического образования» (Казань, 2005);
Региональной научно-практической конференции «Географические исследования и образование в регионе» (Казань, 2005);
Научные чтения, посвященные 70-летию проф. Ф.В. Аглиуллина: «Пути рационального воспроизводства, использования и охраны лесных экосистем в зоне хвойно-широколиственных лесов» (Казань, 2006)
Автором работы разработана научная методология по созданию единственного в России музея подобного профиля «Метеорологическая станция Симбирска», реализованная на практике. В фонде музея собраны уникальные материалы по истории метеорологических наблюдений в Симбирске, , коллекция метеорологических приборов ХІХ-ХХ столетий. Музей ведет большую познавательную и воспитательную работу среди школьников и студентов Ульяновска.
Основные результаты диссертации опубликованы в 14 работах, в том числе в 1 монографии и 1 очерке.
Результаты работы неоднократно обсуждались на научных "семинарах кафедры метеорологии, климатологии и экологии атмосферы Казанского университета, в период 2002-2006 гг.
Проблема глобальных и региональных изменений окружающей среды и климата становится в настоящее время как никогда актуальной в связи с усиливающимся влиянием антропогенных факторов, в том числе с продолжающимся ростом концентрации С02 и других парниковых газов в атмосфере. Согласно новейшим расчетам с использованием глобальных климатических моделей, к концу XXI в. средняя глобальная температура воздуха может повыситься на 1,5 - 5,8С, если концентрация С02 удвоится (Израэль и др., 2001). Отметим, что наиболее яркой особенностью в изменении климата минувшего XX столетия является его глобальное потепление. По имеющимся оценкам (Груза, Ранькова, 2003) средняя годовая глобальная температура приземного слоя воздуха за последние 100 лет увеличилась на 0,6 + 0,2С. Анализ ее временных рядов позволил выявить неоднородный характер отмеченного потепления (рис 1): в период 1910-1946 гг. происходило потепление, в 1947 - 1975 гг. - слабое похолодание и, начиная с 1976 г., отмечается фаза наиболее интенсивного потепления, которое продолжается и по настоящее время (2005 г.). Согласно климатическим прогнозам, темпы глобального потепления в XXI в., как минимум, удвоятся (Всемирная конференция по изменению климата, 2003).
13,4 І і і і і і і і і і і і і і і—і і і і і і і і і і і і і і і
Рис. 1. Многолетний ход глобальной температуры воздуха и ее долгопериодной компоненты с периодом более 30 лет и линейный тренд
Особенностью потепления последних десятилетий, зафиксированного мировой сетью инструментальных метеорологических наблюдений, согласно данным Межправительственной группы экспертов по изменениям климата (МГЭИК), является то, что оно охватывает также и тропическую зону. При этом в умеренных и высоких широтах Северного полушария оно выражено главным образом в холодное время года, тогда как в период 1910-1940 гг. потепление происходило одновременно зимой и летом. Естественно, возникает вопрос - каковы же причины современного глобального потепления и что следует ожидать в будущем. Однозначного ответа на этот вопрос ныне не существует. В настоящее время широко обсуждаются в основном две версии объяснения происходящего потепления - антропогенная (рост температуры за счет быстрого повышения концентрации парниковых газов - парниковый эффект) и естественная.
8 Первой позиции придерживается МГЭИК, подготовившая доклад по этой проблеме (Изменения климата, 2001). Недавней ратификацией Киот-ского протокола Россия по существу признала эту версию официально.
Согласно другой (конкурирующей) версии глобальное потепление, наметившееся со времени завершения малой ледниковой эпохи, объясняется в основном действием факторов естественного происхождения. Сторонники указанной концепции (Даценко, Монин, Сонечкин и др., 2004) указывают, что период наиболее интенсивного роста глобальной температуры XX столетия (90-ые годы) приходится на восходящую ветвь 60-летнего колебания, выявленного ими в индексах, характеризующих термическое и циркуляционное состояние атмосферы. При этом высказывается предположение, что современные колебания климата являются следствием нелинейных реакций климатической системы (КС) на квазипериодические внешние воздействия (чандлеровские биения полюсов Земли, циклы лунно-солнечных приливов и солнечной активности, циклы обращения наиболее крупных планет солнечной системы вокруг общего центра и т.п.).
Такая неопределенность объясняется исключительной сложностью КС с ее многочисленными обратными связями между компонентами и многомасштабной нелинейной динамикой, дефицитом информации о ее состоянии.
Большое внимание в последние годы стало уделяться природным и социально-экономическим последствиям глобальных и региональных изменений климата. Четко прослеживается антропогенное воздействие на земную поверхность, океаны, побережья и атмосферный воздух, а также на биоразнообразие, круговорот воды и биогеохимические циклы, которые выходят за пределы природной изменчивости. По мнению (Осипов, 2001), изменение температуры воздуха вызывает развитие ряда процессов в геосферных оболочках Земли, способных оказать как положительное, так и отрицательное воздействие на природную среду. С последним связано снижение безопасности общества и рост ущербов от стихийных бедствий. Так, в 1995 - 1999 гг.
9 ежегодных крупных стихийных бедствий по отношению к 1965 - 1969 гг. в среднем стало втрое больше. Только в Азиатско-Тихоокеанском регионе за последние 30 лет погибло почти 1,4 млн., пострадало же около 4 млрд. человек (Угрозы земных стихий, 2005). Огромный ущерб понесли США, Мексика, Куба и др. страны от тропических ураганов, разыгравшихся осенью 2005 г.
Современный период характеризуется активными процессами урбанизации. Стремительно растут города, в которых сегодня проживает каждый третий житель планеты. Воздействие современного города на окружающую природную среду велико и многообразно (Владимиров, 1999). В то же время в крупных городах (принято называть так города с населением 500 тыс. человек) под влиянием деятельности человека формируется своя экосистема, изменяется состояние воздушного бассейна (воздух загрязняется) и климата. Характерным для крупных городов является рост температуры в центре города на 1 - 2С по сравнению с окрестностями, формирование «острова тепла», снижение скорости ветра, происходят заметные изменения в метеорологическом режиме. Изучению специфики формирования метеорологических и климатических условий в крупных городах посвящена обширная литература. В последние годы ряд интересных материалов по этой проблеме опубликован в Докладах РАН (Кондратьев, Матвеев, 1998, 2005). Этот интерес вполне закономерен, так как постоянно ухудшающаяся экологическая обстановка на планете особенно ярко проявляется на территориях, подвергшихся урбанизации (Романова и др., 2000). Не являются исключением и крупные города Среднего Поволжья - Казань и Ульяновск, где метеорологические наблюдения проводятся не одно десятилетие. В последующих главах рассматриваются вопросы, связанные с формированием системы мониторинга климатических изменений в физико-географических условиях Среднего Поволжья на примере двух крупных промышленных центров, результаты статистической обработки многолетних метеорологических наблюдений, позволивших
10 вскрыть основные закономерности региональных климатических изменений в XIX-XX столетиях.
Работа вписывается в общий контекст научных исследований„ выполняемых под эгидой Всемирной программы исследований климата (ВПИК), главными целями которой являются - оценка предсказуемости климата и степени антропогенного воздействия на климат, что неразрывно связано с описанием и пониманием физических процессов, отвечающих за изменчивость и предсказуемость климата в сезонных, межгодовых, десятилетних и столетних масштабах на основе использования имеющихся данных наблюдений и интерактивных моделей климатической системы (Кондратьев, 2005). Автор выражает свою искреннюю благодарность и глубокую признательность научному руководителю д.г.н., профессору Ю.П. Переведенцеву, а также к.г.н., доценту К.М. Шанталинскому, к.г.н., доценту Э.П. Наумову, к.г.н., доценту А.А. Николаеву и другим сотрудникам кафедры метеорологии, климатологии и экологии атмосферы Казанского университета за оказанную помощь в работе.
Метеорологические наблюдения и исследования в Симбирске-Ульяновске в XIX-XX столетиях
Для гидрометеорологической науки большое методологическое и познавательное значение имеют исследования, связанные с изучением истории становления и развития метеорологических наблюдений и исследований как в целом по России, так и по отдельным регионам. Не случайно поэтому, что в последние годы в ознаменование 275-летия начала инструментальных наблюдений в России, 165-летия Гидрометеорологической службы России и 150-летия Главной геофизической обсерватории Гидрометеоиздатом опубликованы наиболее полные очерки по истории гидрометеорологической службы России (Бедрицкий, Борисенков, Пасецкий и др., 1997, 1999, 2002). Ранее профессор А.Х. Хргиан (1948) в «Очерках по развитию метеорологии» систематизировал материал по развитию представлений, методов исследования и основных научных теорий в области познания человеком явлений, свойств и законов воздушной оболочки Земли - атмосферы, начиная с глубокой древности и до нашего времени.
Становление и развитие метеорологических наблюдений и исследований в России, как и в других странах, связано, как правило, с крупными городами и университетскими центрами и стимулировалось потребностями практики, экономики, сельского хозяйства, транспорта и т.д.
В последние года опубликован ряд материалов, касающихся истории метеорологии в отдельных регионах России (Переведенцев, 2001; Френкель, 2002; Потапов, 2003 и др.). В работе (Салахова, 2005) впервые представлен наиболее полный материал по становлению и развитию метеорологических наблюдений и исследований в Симбирске-Ульяновске. Как известно, 280 лет назад, 1 декабря 1725 года, по инициативе Академий наук России академиком Майером в Санкт-Петербурге были начаты инструментальные наблюдения. Начиная с этого времени, система метеорологических наблюдений стала строиться на достаточно серьезной научной и организационно-технической основе.
Россия в то время была одной из немногих стран мира, где система регулярных метеорологических наблюдений, сеть станций и служба погоды создавались на образцовом уровне, и долгие годы многие западные специалисты восхищались постановкой этого дела в России и брали с нее пример ( Очерки, 1997).
Президент Академии наук Ф.П.Литке, много сделавший для повышения престижа службы погоды, писал «Физика, химия, астрономия... могут развиваться и двигаться вперед везде, но исследования климатических и вообще физических условий России никто, кроме нас самих, не может и не будет делать. Эти исследования мы должны производить для нашей же пользы».
История метеорологических наблюдений в Симбирске является частью истории развития метеорологии в России. Начало метеорологическим наблюдениям в Симбирске было положено в 1812 году бывшим тогда учителем математики Симбирской гимназии Дмитрием Матвеевичем Перевощи-ковым (впоследствии экстраординарным академиком Императорской Академии наук). Он, в качестве любителя, проводил метеорологические наблюдения и выписки из них доставлял в Казанский университет.
Д. М. Перевощиков родился 17 апреля 1788 года, происходил из дворян Пензенской губернии. Образование получил в Казани: в 1805 году окончил Казанскую гимназию и в том же году был зачислен в Казанский университет. Д. М. Перевощиков являлся одним из первых студентов этого учебного заведения. В 1809 году он окончил университет со званием кандидата.
Педагогическая и научная деятельность Д. М. Перевощикова началась в Симбирской гимназии. В том же, 1809 году, он начал службу в гимназии в должности старшего учителя математики и физики. И.Я.Христофоров, автор «Очерков по истории Симбирской гимназии 1809-1825 гг.» характеризует Перевощикова как «одного из самых даровитых и деятельных учителей, как в ученом, так и в литературном отношении. Он принимал к сердцу гимназистов и не относился к ним с холодным равнодушием».
Для истории метеорологических исследований очень важно, что именно Д. М. Перевощиков первый положил начало метеорологическим наблюдениям при Симбирской гимназии, которые только в 30-х годах были введены в гимназиях Казанского округа как обязательные занятия преподавателей физики.
Согласно Уставу 1828 года метеорологические наблюдения вменены были в обязанность преподавателям физики и с 1835 года при Симбирской гимназии производились систематически. По поручению попечителя округа Мусина-Пушкина метеорологическая обсерватория была установлена по указаниям профессора Э. А. Кнорра, профессора физики и физической географии Казанского университета, который пользовался поддержкой А. Гумбольдта.
Метеорология как наука возникла в Казанском университете со времени его основания. В феврале 1805 года под руководством адъюнкта кафедры физики И. И. Запольского были начаты метеорологические наблюдения. В январе 1812 г. метеорологическая станция получает титул Метеорологической обсерватории, и ее работа становится регулярной. По длительности непрерывных наблюдений Метеорологическая обсерватория Казанского университета занимает третье место в России ( после Санкт - Петербурга и Москвы).
При Э. А. Кнорре было завершено строительство метеорологической обсерватории. Э.А. Кнорр осуществлял общее руководство сетью станций Казанского учебного округа, разработал специальную инструкцию « Наставление учителям Казанского учебного округа для делания метеорологических наблюдений», что способствовало упорядочению и развитию метеорологи 14 ческих и климатических исследований. В « Ученых записках» Казанского университета в 1835 г. им была опубликована статья « Ход температуры в Казани из наблюдений 1833 года». Для изучения края Э.А. Кнорр совершал научные путешествия по территории Казанского учебного округа.
В 1836 году профессор посетил все метеорологические станции на Волге, в том числе и Симбирск. По составленному им плану, наблюдения заключались в определении атмосферного давления, температуры воздуха, направления ветра и состояния неба по 4 раза в сутки: в 9 часов утра, в полдень, в 3 часа дня и в 9 часов вечера.
" О производстве метеорологических наблюдений при Симбирской гимназии с 1836 по 1864 гг. ежегодно упоминалось в отчетах по округу, помещавшихся в «Начальственных распоряжениях по Казанскому учебному округу».
В 1849 г. в России открылось первое в мире научное метеорологическое учреждение - Главная физическая ( ныне геофизическая) обсерватория. Согласно «Положению для Главной физической обсерватории», утвержденному 1 апреля 1849 г., задачей этого научного учреждения являлось « производство физических наблюдений и испытаний в обширном виде и вообще для исследования России в физическом отношении». Основание Главной физической обсерватории следует считать блестящей победой академика А.Я. Купфера, первого ее директора победой во имя науки, оказавшей глубокое влияние не только на судьбы отечественной геофизики, но и на развитие метеорологии во всем мире.
Физико-географическая характеристика г. Ульяновска
Территория г. Ульяновска, как и вся Ульяновская область, расположена на восточной части Русской платформы, охватывающей почти всю европейскую территорию СНГ. Фундамент Русской платформы слагается наиболее древними архейскими и протерозойскими метаморфическими и изверженными породами, образовавшимися 570 - 4000 млн. лет назад. В осадочном покрове платформы представлены породы палеозойской, мезозойской и кайнозойской групп, накопление которых происходило в течение последних 570 млн. лет.
Территория г. Ульяновска находится в северной части области на левом и правом берегах Куйбышевского водохранилища. Геологическая карта показывает, что в отдельных частях области на поверхность выходят различные по возрасту породы. Заволжье сложено почти исключительно неогеновыми и четвертичными отложениями, в то время как в Предволжье выходят породы более древние - от верхнеюрских до палеогеновых включительно. Эта неоднородность объясняется, прежде всего, условиями залегания пластов осадочных пород и характером современного рельефа.
Широкое распространение неоген-четвертичных отложений в Заволжье объясняется тем, что эта толща континентальных песчано-глинистых образований заполняет здесь огромную древнюю долину Волги. В Предволжье они занимают небольшие площади, и основная роль в строении этой части области принадлежит более древним породам юры, мела, палеогена.
Территория г. Ульяновска расположена в пределах Уральской антек-лизы - одной из крупнейших тектонических структур Русской платформы, охватывающей почти все Среднее Поволжье. Системой тектонических разломов антеклиза разбита на ряд крупных блоков, образующих сводные поднятия и впадины.
Город Ульяновск расположен в пределах Токмовского свода, который является самой крупной тектонической структурой всей Уральской антеклизы. Его вершина расположена в Мордовии, в 50-60 км западнее Саранска. Буровые скважины вскрывают здесь кровлю кристаллического фундамента на глубине около 900 м. Вся северо-западная часть Ульяновской области лежит на юго-восточном крыле Токмовского свода.
Город Ульяновск расположен по обе стороны Волги. Характер рельефа не везде одинаков. Различия наблюдаются между Предволжьем и Заволжьем, равнины которых отличаются по высотам, глубинам расчленения, внешнему облику, геологическому строению. Правобережная часть города превосходит по площади левобережную часть. Город входит в состав Приволжской возвышенности -это высокая ступенчатая равнина, глубоко расчлененная речной и овражно-балочной сетью. Средняя высота ее 200 м. Приволжская возвышенность возникла на месте Ульяновско-Саратовского прогиба в результате тектонического поднятия, начавшегося в конце палеогена. В морфноструктурном отношении Приволжская возвышенность представляет собой денудационное синклинальное плато.
Старый Симбирск возник на месте наибольшего сближения Волги и Свияги, на сниженном узком водоразделе и оползневых склонах. Районы промышленного и городского строительства Ульяновска вышли на широкое плато Волго-Свияжского междуречья и на древние надпойменные террасы реки Свияги (Засвияжье). Особенно удобны для крупного строительства высокие надпойменные террасы, ибо они приближены к речным артериям, что имеет значение для водоснабжения и транспорта.
В соседних областях крупнейшие автозаводы в Тольятти и Набережных Челнах построены на древних террасах Волги и Камы. В 70-80-х гг. крупное промышленное строительство развернулось на высокой среднечет-вертичной террасе Волги в Заволжье.
Иной характер имеет рельеф левобережной части города и области, входящей в состав Низкого Заволжья - низменной равнины, протянувшейся вдоль Волги. Средние высоты низменности Заволжья всего лишь около ,м. Здесь располагается левобережная часть города Ульяновска (Заволжский / район). Происхождение низкой равнины Заволжья связано с деятельностью
Волги. В рельефе Низкого Заволжья отчетливо выделяются три главные ступени, различные по высотам, возрасту, происхождению и морфологии. Это ступени молодых четвертичных низких террас, древних четвертичных высоких террас и позднеплиоценовой аккумулятивной равнины.
В связи с созданием водохранилища ступень низких террас затоплена. Лишь самые высокие песчаные гривы поднимаются выше уровня водохранилища, образуя отдельные острова (в пределах Ульяновска - Пальцинский остров). Кроме того, в черте города выше железнодорожного моста небольшой участок второй надпойменной террасы огражден дамбами и не затоплен, хотя поверхность его лежит ниже уреза водохранилища. Среди разнообразных физико-геологических явлений и процессов, наблюдающихся на территории Ульяновской области, особое внимание заслуживают оползневые явления.
Общая причина возникновения оползней заключается в потере устойчивости горных пород, слагающих склон или откос. Яркую картину оползневого рельефа можно наблюдать на правобережном Волжском косогоре у северной окраины г. Ульяновска, где на протяжении 4-5 км можно насчитать десятки оползневых цирков и межцирковых гребней.
Оценки временных изменений климата Казани и Ульяновска
В самом теплом месяце года - июле средняя многолетняя температура в Казани равно 20,08С. Наиболее холодным (16,1) был июль 1926 г., а наиболее жарким (24,0) - июль 1931 г. В Ульяновске климатическая норма для июля составила 19,65С, наиболее холодным был июль 1926 г. (16,0), а наиболее теплым - июль 1931 г. (25,0С). Таким образом, экстремальное значение среднеиюльской температуры в Ульяновске выше, что объясняется его более южным расположением и предрасположенностью к весенне-летним засухам. Согласно (Колобов, 1968), Ульяновская область относится к той части Среднего Поволжья, где засухи возникают сравнительно часто (30-35% лет).
Большие междумесячные изменения температуры воздуха отмечаются в Казани и Ульяновске в переходные сезоны года, особенно весной, что видно из данных табл. 1. Все это свидетельствует о континентальном характере климата региона.
Изменения температуры воздуха по средним месячным значениям от месяца к месяцу неодинаковы. Так, от января к февралю изменение температуры воздуха незначительно, оно равно 1,0С для Казани и 0,57 для Ульяновска. От марта к апрелю эта разница достигает 9,92С в Казани и 10,54С в Ульяновске. При этом повышение температуры воздуха весной происходит интенсивнее, чем ее понижение осенью.
Для оценки изменчивости температуры от года к года в зависимости от циркуляции атмосферы используют средние квадратические отклонения а температуры. Как видно из табл. 1, наибольшей изменчивостью отличается температурный режим зимних месяцев: январь (сг=3,70), февраль (о-=3,51), декабрь (3,47) в Казани, в Ульяновске в январе сг =3,83, в феврале 3,85 и в декабре сг=3,43, т.е. изменчивость температуры во втором случае (Ульяновск) несколько превышает первый (Казань). В теплый период изменчивость средних месячных температур воздуха в 1,5-2,5 раза меньше, чем в холодный, что свидетельствует о большей зависимости средних температур от особенностей и характера циркуляции в холодный период.
Так как распределения средних месячных значений температуры воздуха, упругости водяного пара и давления атмосферного воздуха в большей части случаев, особенно летом, могут считаться нормальными как у поверх-ности земли, так и в свободной атмосфере (Кобышева, Наровлянский, 1978), то можно считать, что в пределах t ± 2 т укладывается около 95% всех значений. Следовательно, если средняя месячная температура января в Казани -12,51 (в Ульяновске -12,7бС), то с 95%-ной вероятностью можно считать, что наиболее высокая средняя температура января не превышает -5,11С, а наиболее низкая не опустится ниже -19,91С (для Казани). Для Ульяновска соответственно получил: -5,10 и -20, 42С. При средней температуре июля 20,08 и сг=1,83 (Казань), с той же вероятностью, средняя температура не опустится ниже 16,42С и не поднимется выше 23,74С, что неплохо согласуется с эмпирически рассчитанными значениями средних месячных минимальных и максимальных температур (см. табл. 1). Для Ульяновска рассчитанный диапазон вероятных среднеиюльских температур составит: 16,07; 23,23С соответственно, что хорошо согласуется с данными 2-х нижних строчек таблицы 1 для июля.
Сравнение статистических характеристик температуры двух городов за весь период 1877-2000 гг. указывает на их значительное сходство, что объясняется их географической близостью, однородностью физико-географических условий и общим циркуляционным фоном. Этот вывод относится и к распределению по месяцам года коэффициентов асимметрии и эксцесса.
Авторы (Кобышева, Наровлянский, 1978), характеризуя характер кривых распределения метеорологических величин, отмечают, что симметричные распределения свойственны тем величинам, значения которых не имеют достижимых физических пределов. В умеренных широтах температура воздуха, атмосферное давление, упругость водяного пара и абсолютная влажность приблизительно симметрично или слегка асимметрично распределяются обычно в теплую половину года, а зимой, когда образуется снежный покров, распределение тех же элементов становится умеренно асимметричным. Это обусловлено для Европейской территории России возникновением синоптических ситуаций с адвекцией тепла или холода.
Так, в Казани за исключением двух месяцев (август А=0,61, ноябрь А=-0,52) асимметрия достаточно мала. В Ульяновске в годовом плане отмечается та же картина (август А=0,63, ноябрь А=-0,55). Интересно отметить, что в период интенсивного потепления климата, начиная с 1976 г., в ноябре стали чаще отмечаться аномалии холода, что и привело к левосторонней скошенности.
Принято считать асимметрию малой при 0,25и большей прил( 0,50. Как следует из таблицы 1, для Казани за исключением 2-х указанных месяцев асимметрия мала и кривая распределения температуры близка к нормальной. Характер распределения характеристики крутости распределения (коэффициента эксцесса) также свидетельствует о близости кривой распределения температуры воздуха к нормальному типу. Величина Е не столь значительна (коэффициент эксцесса нормального распределения равен нулю, если Е 0, то кривая более островершинная, чем нормальная, если Е 0, то кривая менее заостренная и при значениях Е близких к — 2 вдавлена).
Влияние циркуляции атмосферы на температурный режим Казани и Ульяновска
Для оценки степени взаимосвязанности между различными характеристиками теплого периода была рассчитана корреляционная матрица. Так как продолжительность теплого периода имеет тенденцию к росту за счет смещения даты перехода через 0С весной в сторону более раннего, а осенью более позднего времени года, коэффициент корреляции г между продолжительностью ТП и датой перехода среднесуточной температуры через 0С весной составил -0,70, а осенью +0,77. В данном случае знак корреляции имеет вполне объяснимый физический смысл. Аналогичного характера связи получены между продолжительностью периодов с температурой превышающей 5, 10, 15 и соответствующими датами ее переходов через 5, 10, 15С весной и осенью.
Рассматривались также статистические параметры основных характеристик различных температурных периодов по данным ст. Казань, университет и за более длительный период: 1900-2003 гг. Анализировались характеристики следующих периодов: холодного (среднесуточные температуры ниже 0С), теплого (t 0C), вегетационного (t 5C), невегетационного (i 5C), отопительного (1 8С), неотопительного (t 8). Начало (конец) периода определялись по дате, после которой в течение 5 дней удерживались соответствующие наступающему (заканчивающемуся) периоду среднесуточные температуры. Холодный период (ХП) в среднем начинается на 309 сутки года (5 ноября), заканчивается на 90 сутки (31 марта). Средняя продолжительность составляет 146 дней. При этом наблюдается тенденция более позднего наступления и более раннего завершения холодного периода. Продолжительность холодного периода сокращается со скоростью 18,8 дней/100 лет. В то же время средние температуры холодного периода испытывают тенденцию к росту со скоростью 1,4С/100 лет. За период исследования (104 года) средняя температура ХП составила -8,6С.
Теплый период (ТП) имеет среднюю продолжительность 219 дней, его средняя температура в XX столетии составила 12,9С. Наблюдается увеличение его продолжительности со скоростью 18,8 дня/100 лет. Однако температуры ТП обнаруживают слабую тенденцию к падению (-0,4/100 лет).
Для жизнедеятельности растений важную роль играет продолжительность вегетационного периода (ВП), когда среднесуточные температуры устойчиво превышают 5С. Оказалось, что средняя продолжительность ВП составила в Казани 179 дней и эта величина испытывает тенденцию к росту со скоростью 11,3 дней/100 лет. При этом средняя температура ВП составила 15,2С. Однако эта величина имеет слабую тенденцию к понижению со скоростью —0,2С/100 лет, что обусловлено увеличением продолжительности ВП за счет увеличения периода с более низкими температурами. Важно отметить, что в вегетационный период наблюдается тенденция увеличения числа дней с осадками ( 2 дня/100 лет) при среднем их значении 80,8 дней. Сумма осадков также растет со скоростью 79,3 мм/100 лет. Средняя величина суммы осадков за ВП составляет 291,4 мм.
Естественно, что продолжительность невегетационного периода в XX столетии сокращалась (скорость - 11,3 дня/100 лет), температура росла со скоростью 1,8/100 лет при среднем значении за весь исследуемый период (-6,3 С). Средняя продолжительность этого периода составила 186,2 дня. Кроме того, отмечается рост осадков со скоростью 32,4 мм/100 лет, среднее значение суммы осадков составило 219,2 мм, а число дней с осадками в среднем 110,9 (при скорости их увеличения 15 дней/1 ООлет). Таким образом, в XX и в начале XXI столетия в Казани наблюдалась тенденция к улучшению биоклиматических условий жизнедеятельности флоры, что является положительным фактором.
Важное значение для экономики города имеет характер отопительного периода (ОП), когда среднесуточная температура воздуха устойчиво держится ниже 8С. Начинается ОП в Казани в среднем 6 октября (на 279 день года) и заканчивается 25 апреля (115-й день года). При этом наблюдается тенденция к более позднему наступлению ОП в осенний период со скоростью в 1 день/1 ООлет и его более заметному сокращению со скоростью 5,2 дня/100 лет в весенний период.
Таким образом, в среднем продолжительность отопительного периода сокращается и эта тенденция составила за исследуемый период 6 суток. Важно также отметить, что имеет место заметно выраженная тенденция к росту температуры ОП со скоростью 2С/100 лет при средней температуре ОП равной -5,2С. Безусловно, все это имеет важное экономическое значение для городского хозяйства, так как расходы на отопление по РФ составляют не менее 30-40% общих расходов вырабатываемой тепловой энергии (Кобышева и др.,2004). Заметим при этом, что вышеуказанные авторы по данным за период 1941-2000 гг. получили для Республики Татарстан - как субъекта РФ следующие параметры отопительного периода - продолжительность 215 дней, средняя температура минус 5,6С, для Ульяновской области соответственно 212 дней и -5,0С. Согласно составленного под руководством Н.В. Кобышевой в ГГО им. А.И. Воейкова климатологического прогноза продолжительности отопительного периода на период 2071-2090 гг. по ансамблю моделей МГЭИК, произойдет его существенное уменьшение до 170-190 дней. При этом выявляется значительная временная неустойчивость продолжительности ОП.
