Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные климатические изменения и их последствия 8
1.1. Глобальные и региональные изменения современного климата 8
1.2. Природно-климатические условия Ирака 17
Глава 2. Пространственно-временные изменения основных климатических показателей на территории Ирака 33
2.1. Изменения приземных полей температуры воздуха и атмосферного давления в Ираке в период 1948-2013 гг. по данным реанализа NCEP/NCAR 33
2.2. Пространственно-временные изменения метеорологических величин на территории Ирака в период 1979-2016 гг. по данным реанализа ERA-Interim 44
2.3. Климатические изменения в Ираке от уровня земли до высоты 64 км 57
Глава 3. Природные и социально-экономические последствия изменений климата в Ираке 87
3.1. Климатические условия на территории Ирака в 21 веке 87
3.2. Климатические условия возникновения пыльных бурь на территории Ирака 91
3.3. Ветроэнергетический потенциал Ирака 95
3.4. Биоклиматический потенциал Ирака 98
Заключение 110
Литература 112
Приложения 122
- Природно-климатические условия Ирака
- Климатические изменения в Ираке от уровня земли до высоты 64 км
- Климатические условия на территории Ирака в 21 веке
- Биоклиматический потенциал Ирака
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Одной из наиболее важных экологических проблем является современное изменение климата Земли и его регионов. Согласно Оценочного доклада (2013), подготовленного группой экспертов МГЭИК, за последнее столетие средняя годовая глобальная температура повысилась примерно на 1С. Концентрация углекислого газа достигла в 2017 г. величины 404 млн-1, что на 45% выше доиндустриального уровня (1750 г.). Все страны проявляют озабоченность относительно последствий потепления климата для природных и социально-экономических систем. В 2015 г. были приняты Парижские соглашения, направленные на сохранение климата и адаптацию к его изменениям.
Всемирный экологический форум (ВЭФ) опубликовал списки глобальных рисков на 2017 г., согласно которым первую позицию в пятерке главных глобальных рисков заняли экстремальные погодные явления, за ними следуют риски массовой вынужденной миграции, стихийные бедствия и др. [Доклад…, 2017]. Считается, что последствия будут особенно трудными для развивающихся и слабо развитых в экономическом отношении стран, к числу которых относится Ирак.
Актуальность данной работы определяется необходимостью изучения изменений климата и их последствий для малоизученной территории Ирака, сложного в физико-географическом отношении региона, где происходят динамичные политические и демографические процессы.
Цель работы. Изучение современных климатических изменений от уровня земли до высоты 64 км на территории Ирака и их природных и социально-экономических последствий для населения страны.
Для решения поставленной цели ставились задачи:
- анализ пространственно-временного распределения и межгодовых
изменений температуры воздуха, атмосферного давления, относительной
влажности воздуха, облачности и скорости ветра на территории Ирака;
- анализ вертикального распределения температуры воздуха, озона и
коэффициентов наклона линейного тренда температуры и озона до уровня 64 км,
корреляционных взаимосвязей между уровнями;
- оценка вклада циркуляционных факторов в пространственно-временные
изменения температуры воздуха;
- изучение биоклиматических индексов в качестве информативных
показателей состояния окружающей среды в Ираке и ее влияния на здоровье
населения;
- оценка будущих изменений климатических показателей в Ираке по
результатам ансамблевых расчетов климатических моделей CMIP5.
Объект исследования - климат Ирака и тенденции его изменения в современный период.
Предмет исследования:
пространственно-временное распределение климатических характеристик;
распределение температуры воздуха в тропо-стратосфере и корреляционная взаимосвязь между слоями;
- биоклиматические ресурсы на территории страны.
Методы исследования. Использованы апробированные статистические методы -
композитный, корреляционный и трендовый анализ. Визуализация полей
температуры воздуха, атмосферного давления и др. метеовеличин, а также
биометеорологических индексов выполнялась посредством ГИС-технологий.
Достоверность результатов оценивалась с помощью традиционных
статистических критериев.
Методологической основой послужили труды известных российских и зарубежных ученых, разработавших научные основы фундаментальной и прикладной климатологии, научные статьи, посвященные исследованию современных глобальных и региональных изменений климата и их последствий, оценочные доклады МГЭИК и основополагающие материалы Всемирной метеорологической организации (ВМО).
Информационной базой исследования стали ежемесячные данные приземных метеорологических наблюдений на 12 метеостанциях Ирака (1981-2016 гг.), индексы атмосферной циркуляции NAO, AO, SCAND (1961-2014 гг.), данные реанализов NCEP/NCAR (1948-2013 гг.), Университета Делавер и ERA-Interim (1979-2016 гг.).
Научная новизна результатов. Впервые для Ирака на основе современных данных:
- показана динамика метеорологических величин в период 1948-2016 гг. до
высоты 64 км;
- методами корреляционного и композитного анализа оценена роль
циркуляционных мод в термическом режиме региона;
- дана оценка степени комфортности погодно-климатических условий на
территории страны.
Практическая значимость работы. Полученные автором результаты нашли
применение:
- в учебном процессе на кафедре метеорологии, климатологии и экологии
атмосферы при чтении лекций по курсам «Климатология», «Природные и
социально-экономические последствия изменения климата»;
- в учебном процессе на кафедре метеорологии университета Аль-
Мустансирия (г. Багдад).
На защиту выносятся следующие положения:
-
Климатические изменения, происходящие на территории Ирака, связаны с современным глобальным потеплением;
-
Изменения структурных компонент тропо-стратосферы являются следствием физических процессов и взаимодействия между слоями атмосферы;
-
Оценка ветроэнергетических и биоклиматических ресурсов как показателей природного потенциала Ирака.
Обоснованность и достоверность результатов и выводов подтверждается:
- применением большого массива первичной метеорологической информации;
- использованием статистических критериев для оценки достоверности
полученных выводов;
- соответствием полученных результатов основным положениям физической
метеорологии и климатологии.
Личный вклад соискателя. Соискатель совместно с научным руководителем определил цель и задачи исследования. Анализ полученных карт, результатов статистической обработки метеоданных осуществил лично. Все основные результаты, вынесенные на защиту, получены автором.
Апробация работы. Основные и промежуточные результаты докладывались автором на IV Всероссийской научной конференции «Проблемы военно-прикладной геофизики и контроля состояния природной среды (Санкт-Петербург, 2016); III Всероссийской научной конференции «Экология и космос» (Санкт-Петербург, 2017); III Международной научной конференции «Окружающая среда и устойчивое развитие регионов: экологические вызовы XXI века» (Казань, 2017); а также на итоговых научных конференциях и семинарах кафедры метеорологии, климатологии и экологии атмосферы КФУ (2016-2018 гг.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 статьи и одна принята в печать в журналах, рекомендованных ВАК для кандидатских и докторских диссертаций, 2 работы опубликованы в материалах конференций.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и Приложения. Общий объем работы 134
страницы, в том числе 30 таблиц, 43 рисунка, 6 Приложений. Библиографический список включает 102 наименования.
Благодарности. Автор выражает свою искреннюю благодарность за оказанную помощь в подготовке диссертации своему научному руководителю профессору Ю.П. Переведенцеву, а также доценту кафедры метеорологии, климатологии и экологии атмосферы КФУ К.М. Шанталинскому, кандидату географических наук ассистенту Т.Р. Аухадееву и инженеру кафедры А.В. Антоновой.
Природно-климатические условия Ирака
К числу ключевых факторов окружающей среды, играющих ведущую роль в формировании определенных режимов, относятся абиотические, среди которых наибольшую пространственно-временную изменчивость имеют факторы метеорологического и климатического характера.
Исследование роли климатических факторов среды имеет важное значение при рассмотрении условий формирования ареалов распространения отдельных видов организмов и является основой комплексной системы их адаптации к изменяющимся природно-климатическим условиям. Изменения климата оказывают влияние как на окружающую, так и на социальную среду [Султан, 1986; Хусейни, 2012].
В ряде регионов нашей планеты происходят различные метеорологические явления, в том числе экстремальные, которые приносят существенный ущерб окружающей среде и хозяйству. Среди них следует назвать волны тепла и холода, смерчи и ураганы, пыльные бури. Некоторые из них уже сегодня представляют собой серьезную угрозу странам Ближнего Востока, включая Ирак [Григорьев, Кондратьев, 2001].
Республика Ирак расположена в Юго-Западной части континента Азии. Ее территория ограничена широтами (29,5 – 37,2с.ш., 38,45 – 48,45в.д.) (рис. 1.3).
Расположенный в самом сердце Ближнего Востока, Ирак граничит с рядом стран региона: Турцией, Ираном, Кувейтом, Саудовской Аравией, Иорданией и Сирией [Все страны мира…, 2003].
В топографическом отношении территория Ирака имеет форму бассейна, большая часть его территория состоит из Великой Месопотамской аллювиальной равнины, которая расположена в долинах рек Тигр и Евфрат. В месте слияния этих рек и их впадения в Персидский залив образовались многочисленные болота. Хребты Армянского и Иранского нагорий расположены на севере и востоке страны. На запад от Евфрата расположена Сирийская пустыня [Карбел, 1986; Thacker, 2011].
В дословном переводе Месопотамия означает землю между двумя реками (междуречье). Эта равнина окружена горами на севере и востоке, достигающими высоты 3550 м над уровнем моря. Такова же высота гор и в пустынных районах на юге и западе страны. Горные районы занимают более 40% площади страны.
Принято выделять 4 природных района: горный север и северо-восток, Верхнюю Месопотамию (равнина Эль-Джазира), аллювиальные равнины Нижней Месопотамии и пустынные плато юго-запада.
Население Ирака за последние годы несколько снизилось и в настоящее время составляет порядка 32 665 000 человек. Столица Ирака – город Багдад, с населением около 7 216 040 человек.
Климат Ирака. Климат Ирака весьма специфичен. Он представляет собой своеобразное сочетание субтропического и средиземноморского климатов с жарким сухим летом и теплой дождливой зимой. Наиболее отчетливо выражены два сезона года: продолжительное знойное лето (май-октябрь) и более короткая и прохладная, а иногда и холодная зима (декабрь-март) [Султан, 1986; Abdul-Kareem et al, 2013; Al-Salihi et al, 2014].
Летом погода обычно безоблачная и сухая. В течение четырех месяцев осадки вообще не выпадают, а в остальные месяцы теплого сезона составляют менее 15 мм.
Во многих районах Ирака зарегистрированы значительные сезонные и суточные перепады температуры, иногда достигающие 30С. В наибольшей степени это характерно для северных районов.
Средние температуры июля 32-35С, максимальные 40-43С, минимальные 25-28С, абсолютный максимум 57С. Средние температуры января 10-13С, средний январский максимум 16-18С, минимум 4-7С.
Осадки выпадают преимущественно зимой (в декабре-январе), причем их немного в центральных и южных районах страны: среднее годовое количество осадков в Багдаде 180 мм, на юго-западе – около 100 мм, в Басре – 160 мм. По мере продвижения на север страны суммарное количество осадков увеличивается и составляет около 300 мм на равнинах и 500-800 мм в горах. В целом по стране среднегодовое количество осадков составляет 216 мм, уменьшаясь от 1200 мм на северо-востоке до 100 мм и менее на юге страны (рис. 1.4).
Уменьшение количества дождей в последние годы и параллельное с этим повышение температуры привели к тому, что более 85 % площади Ирака в той или иной степени подвержено засухе. Особенно сильно процессы засухи и опустынивания развиваются в пустынных районах и полупустынях. В настоящее время большая часть территории Ирака в значительной степени ощутимо страдает от опустынивания [Alimimi et al, 2013; 2014].
Ближний Восток, как и Северная Африка, является засушливым регионом. Нехватка воды в этом регионе, представляет собой чрезвычайно важный фактор для его стабильности и экономического развития. Ирак стал исключением из-за наличия рек Тигра и Евфрата. После 1970-х годов ситуация начала ухудшаться из-за непрерывного использования ресурсов этих рек и ожидается их иссушение к 2040 г., что приведет к многочисленным негативным последствиям.
Необходимо также отметить, что вне горных районов на севере и северо-востоке, большая часть населения Ирака постоянно проживает в условиях сухого или полусухого климата, где количество выпадающих осадков не более 150 мм, в этих же районах страны наблюдается и чрезвычайно высокий уровень испарения (рис. 1.4). Все это приводит, согласно критериям работы [Бучинский, 1976], к засушливому климату.
Еще одной негативной особенностью климата Ирака является постепенное опустынивание территории (рис. 1.5).
В целом на одного жителя Ирака приходится 2400 м3 пресной воды в год, что явно недостаточно. Поэтому широко используются в качестве источника пресной воды атмосферные осадки.
Следует отметить, что только 31% территории Ирака может быть отнесено к категории земель более или менее пригодных для аграрного использования. После многочисленных войн, которые проходили в регионе Персидского залива с начала 1990-х годов, ситуация на территории Ирака только усугубилась.
В результате применения исключительно нерациональных методов ведения сельского хозяйства и нерационального использования водных ресурсов усугубились последствия сухого климата. Все это также способствует дальнейшему повышению темпов опустынивания. В настоящее время примерно 39% площади современного Ирака пострадали от опустынивания [Аль-Джбури, 2000].
Важными природными факторами, влияющими на расширение территории опустынивания, являются песчаные дюны, высокие показатели температуры воздуха, большая разница между дневной и ночной температурами, низкая относительная влажность воздуха, пыльные бури [Сабри, 2011; Фараджи, 2011; Хусейни, 2012].
Роза ветров на территории Ирака специфична. Летом (в мае-июне) непрерывно дуют ветры северо-западных румбов несущие массы песка (пыльные бури) а зимой преобладают северо-восточные ветры особенно сильные в феврале.
Рассмотрим вкратце распределение климатических характеристик по территории Ирака за последние десятилетия.
В качестве исходного материала использовались данные метеонаблюдений в период 1981-2010 гг. на 12 метеостанциях, расположенных на территории всей страны. Рассчитывались средние многолетние значения максимальной Tmax и минимальной Tmin температуры, относительной влажности, скорости ветра, а также их средние квадратические отклонения (СКО) для оценки межгодовой изменчивости. Результаты расчетов представлены в таблицах 1.1-1.4.
Климатические изменения в Ираке от уровня земли до высоты 64 км
Современные измерительные и вычислительные технологии позволяют анализировать атмосферные процессы до больших высот. Здесь рассмотрены особенности термического режима над Ираком в тропосфере, стратосфере и нижней мезосфере. Известно, что воздух в тропосфере нагревается от земной поверхности, в стратосфере нагревание происходит вследствие поглощения молекулами озона ультрафиолетовой радиации. И если в тропосфере температура воздуха понижается с высотой, то в стратосфере, наоборот, повышается, а в мезосфере снова понижается. Согласно [Mohanakumar, 2008], тропосфера, стратосфера и мезосфера имеют фундаментальные различия с точки зрения радиационного режима, вертикального распределения температуры, химического состава. В работах авторов [Переведенцев и др., 2007; 2013] рассматривалась динамика полей температуры воздуха и циркуляции атмосферы в Северном полушарии, в работах [Тарасенко, 1988; Fahrutdinova et al, 2001] исследовались структура и циркуляция стратосферы и мезосферы Северного полушария, корреляционные связи между параметрами нижней и средней атмосферы. Рассмотрим распределение ТВ, вертикального градиента температуры и массовой доли озона над Ираком.
В табл. 2.7 и 2.8 представлено распределение по вертикали низкочастотной изменчивости средних значений температуры воздуха, массовой доли озона и величины наклона линейных трендов температуры (С/год) и массовой доли озона (10-3 /год) на 26 изобарических поверхностях. Как видно из таблицы 2.7, в январе и июле наблюдается понижение температуры в тропосфере и нижней стратосфере: в январе она уменьшается в слое 1000-70 гПа от 12,31 до -65,72С, а в июле от 38,79 до -74,70С в слое 1000-100 гПа. Летом происходит более значительное понижение температуры с высотой, чем зимой. Далее в январе в более высоких слоях стратосферы наблюдается инверсия температуры (в слое 50-1 гПа она повышается до -14,07С), а затем в нижней мезосфере вновь температура падает до значения -39,87С на уровне 0,1 гПа. В июле инверсия заканчивается на уровне 0,8 гПа (t=-10,49С), затем наблюдается сильное понижение температуры воздуха до -48,28С на уровне 0,1 гПа. В летний период в стратосфере и мезосфере ТВ достигает более низких значений, однако в слое 50-0,51 гПа ее значения более высокие, чем в зимний, что свидетельствует о неоднородности термических процессов.
В целом и в январе и в июле в тропосфере происходит повышение ТВ, о чем свидетельствуют положительные значения КНЛТ. При этом в слое 1000-150 гПа значения КНЛТ температуры воздуха в январе более значительны, чем в июле. Так, в январе на уровне 1000 гПа значения =0,059С/год, а в июле лишь 0,016 С/год, что свидетельствует о более активных процессах в зимний период. В стратосфере от уровня 100 гПа до уровня 2 гПа как в январе, так и июле наблюдается отрицательный тренд температуры, происходит охлаждение стратосферы, что соответствует парниковой теории современного потепления климата. В нижней мезосфере наблюдается обратный процесс – КНЛТ 0 в январе в слое 1-0,1 гПа и в июле в слое 1-0,29 гПа. В целом в нижней мезосфере в январе скорость роста ТВ несколько превышает аналогичный показатель для лета. Следует отметить, что в январе в слое 5-0,29 гПа отмечаются наибольшие значения КНЛТ температуры воздуха всей рассматриваемой вертикали.
Анализ рис. 2.16 с многолетним ходом температур воздуха на территории Ирака на различных уровнях тропо-стратосферы и мезосферы показывает, что, начиная с уровня 5 гПа, наблюдаются хорошо выраженные долговременные колебания с периодом 8-10 лет температуры с большими амплитудами. Процессы в более высоких слоях атмосферы менее устойчивые, что не исключает влияния внешних воздействий со стороны гелиогеофизических факторов.
Распределение массовой доли озона (S) (табл. 2.8), рассчитываемой в 10-3 промиллей (), по вертикали (на 26 изобарических поверхностях) показывает, что в летней тропосфере в слое 1000-300 гПа концентрация озона более высокая, чем в зимней, однако в слое 250-30 гПа наблюдается обратная картина - в январе показатель массовой доли озона становится выше, чем в июле. В более высоких слоях атмосферы (20-1 гПа) массовая доля озона в июле становится больше, чем в январе. При этом максимальных значений концентрация О3 достигает в слое 20-5 гПа, где ее показатель выше 10. Следовательно, в июле за счет усиления потока ультрафиолетовой радиации происходит большая активизация фотохимических реакций образования озона, чем в январе. Что касается долговременного изменения массовой доли озона в период 1979-2016 гг., то в тропосфере в июле она имеет отрицательный тренд, в слое 50-1 гПа есть определенная перемежаемость в знаке тенденции: в слое 50-20 гПа отмечается рост, в слое 10-5 гПа падение, в слое 3-2 гПа рост и, начиная с 1 гПа до 0,1 гПа, прослеживается отрицательная тенденция содержания озона (рис. 2.17). Все это свидетельствует о сложном механизме процессов в страто-мезосфере, где помимо фотохимических факторов необходимо учитывать и динамические (циркуляционные и вертикальный обмен между слоями). В январе до уровня 100 гПа существенных изменений нет, лишь в нижней мезосфере наблюдается устойчивая отрицательная тенденция понижения массовой доли озона.
Анализ высотно-временных разрезов первых разностей низкочастотных компонент (НЧК) с периодом более 10 лет температуры воздуха (С/год) в январе и июле показал, что в январе процессы протекают более активно, чем летом, особенно в слое 0-30 км (рис. 2.18). Очаги повышенных значений разностей НЧК ТВ в многолетнем разрезе (0,4С/год) возникают в период 1980-1986 гг. в январе, а в июле картина достаточно спокойная, наблюдается плавное чередование областей с положительной и отрицательной тенденцией изменения ТВ. В январе в страто-мезосфере (с 30 км и выше) происходит чередование четко выраженных очагов с отрицательными и положительными значениями разностей. При этом следует отметить, что в июле колебания рассматриваемого параметра происходят примерно в те же годы. Так, в 1980-1994 гг. первые разности отрицательные, что свидетельствует о похолодании среды, а с 1994 по 2004 гг. наблюдается значительное потепление в слое 40-64 км, как в январе, так и в июле. Затем идет похолодание и, начиная с 2008 г. в январе, а в июле с опозданием в 4 года, началось потепление в верхних слоях. Следует, однако, отметить, что в январе картина более сложная (мозаичная), чем в июле. Что касается структуры аналогичного разреза для массовой доли озона, то здесь основные процессы происходят в слое 20-50 км (рис. 2.19), где наблюдается максимальная концентрация озона в озоносфере. Требуется специальное исследование для установления связей между характером поведения ТВ и О3.
Климатические условия на территории Ирака в 21 веке
Начиная с 1988 г. Межправительственная группа экспертов по вопросам изменения климата (МГЭИК, IPCC) регулярно публикует оценочные доклады о состоянии климата и его прогнозе на 21 столетие.
Прогноз основан на использовании ансамбля климатических моделей.
Последний доклад МГЭИК был опубликован в 2013г. (CMIP5).
Сведения об использованных климатических моделях (страна, разрешение, RCP) содержатся в работе [Павлова и др., 2014]. С помощью этих моделей в работе дана оценка будущих изменений климата на территории Ирака. Модели CMIP5 усовершенствованы по сравнению с предыдущими проектами, в блок параметризации физических процессов включены биогеохимические компоненты, поэтому расчеты климатических характеристик с помощью моделей общей циркуляции атмосферы и океана стали более достоверными. Для повышения успешности воспроизведения средних климатических характеристик и их прогноза используется осреднение по ансамблю моделей. Это связано с тем, что систематические ошибки отдельных моделей при осреднении по ансамблю взаимно компенсируются.
В использованных моделях учитываются прогнозы эволюции содержания парниковых газов в атмосфере. В качестве эквивалента изменению состава атмосферы служит индекс радиационного воздействия РВ. Индекс сценария обозначается величиной глобального антропогенного РВ, достигаемого в 2100г., а именно 2,6; 4,5; 6,0 и 8,5 Вт/м2- RCP 2,6; RCP 4,5; RCP 6,0; RCP 8,5 соответственно. Здесь RCP - репрезентативные траектории (изменения) концентраций примесей. Отсюда видно, что RCP 8,5-сценарий, соответствующий максимальным антропогенным выбросам, а RCP 2,6- минимальным. В последнем сценарии предполагается, что максимум РВ, равный 3,0 Вт/м2, будет достигнут во 2-й половине XXI в., но затем РВ уменьшится до 2,6 Вт/м2 к 2100г. [Школьник и др., 2014] (табл. 3.1).
С использованием данных климатических моделей CMIP5 в настоящей работе представлены прогностические оценки изменения температуры воздуха на территории Ирака до конца 21 столетия. В табл. 3.2 и 3.3 представлены данные о средних температурах воздуха для территории Ирака и о коэффициентах наклонного линейного тренда (КНЛТ) температуры воздуха (С/10лет), осредненных по 30 узлам регулярной географической сетки на территории Ирака для различных сценариев RCP и периодов времени.
В табл. 3.2 в ее верхней части представлены значения температуры воздуха воспроизведенные с помощью ансамбля моделей CMIP5. Полученные величины соответствуют реальным значениям температуры. Из рассчитанных прогностических значений температуры воздуха по 20-летним периодам и для различных сценариев RCP наиболее правдоподобными следует считать значения соответствующие RCP 4,5. Этот сценарий считается «мягким» в отличие от «жесткого» сценария RCP 8,5. Согласно выполненным оценкам, при RCP 4,5 наблюдается плавное повышение температуры воздуха во все месяцы на протяжении 21 века. Это повышение с 2011 до 2099 гг. колеблется в пределах 1,3-1,9С. По сценарию RCP 8,5 прирост температуры составит от 3,5 до 4,8С.
В табл. 3.3 представлены скорости роста температуры (С/10 лет). Как видно из таблицы значения КНЛТ при «жестком» сценарии значительно превосходят аналогичные показатели при «мягком» сценарии. Следует отметить неравномерный характер изменения КНЛТ во времени. Так, для RCP 4,5 они максимальны в период 2011-2030 гг. и минимальны в период 2080-2099 гг.
Осадки согласно сценариям RCP, в основном уменьшатся. При сценарии RCP 2,6 их годовая сумма возрастет на 4 мм, а при остальных сценариях, наоборот, уменьшится. Так, при RCP 4,5 сумма осадков уменьшится на 8 мм, а при жестком сценарии RCP 8,5 на 15мм. Все это свидетельствует об ухудшении климатических условий в регионе, что будет способствовать усилению пыльных бурь в будущем. В табл. 3.4 представлены тренды изменения атмосферных осадков, осредненных за период 1977-2100 гг., согласно которой по сценариям RCP 4,5; RCP 6,0; RCP 8,5 количество осадков в годовом осреднении свидетельствует об их убывании и росте засушливости на фоне повышения температуры воздуха.
Биоклиматический потенциал Ирака
Авторами ряда работ [Экологическая…, 1980; Хентшел, 1988; Хайнес и др., 2004; Ревич, Малеев, 2011; Ревич, Шапошников, 2012; Fouillet et al, 2008] установлено, что экстремальные климатические события негативно влияют на здоровье человека.
Для оценки биоклимата предложены методики определения влияния различных метеорологических факторов (температура – влажность воздуха, температура – скорость ветра, температура – атмосферное давление) на обнаженное тело человек или на человека в одежде с различными теплозащитными свойствами [Золотокрылин и др., 1992; Руководство…, 2008; Виноградова, 2012; Переведенцев и др., 2015]. При этом в зависимости от температуры, давления и упругости водяного пара меняется содержание кислорода О2 в воздушной массе.
Величина парциальной плотности кислорода (2) в г/м3 рассчитывается, согласно В.Ф. Овчаровой, по формуле [Исаев, 2001]: где p – атмосферное давление в гПа, е – упругость водяного пара в гПа, Т – температура воздуха, К.
Из формулы (3.9) следует, что в условиях равнины воздух тем боле насыщен кислородом, чем выше атмосферное давление и тем ниже температура и упругость водяного пара.
Согласно выполненным расчетам, плотность 2 является достаточно изменчивой характеристикой содержания кислорода в воздушных массах на территории Ирака в центральные месяцы сезонов. В январе парциальная плотность О2 меняется от 265 (крайний северо-восток – возвышенная территория) до 295 г/м3 в центре и на юге страны, в апреле происходит небольшое снижение содержания О2 в атмосферном воздухе до 250 (северо-восток) и 275 г/м3 (центр и юго-восток). В июле в условиях жары наблюдается минимальная величина парциальной плотности О2, ее минимум формируется на крайнем северо-востоке 235 г/м3, в центре и на юго-востоке страны значения 2 возрастают до 260 г/м3. В октябре в связи с понижением температуры и ростом давления величина 2 увеличивается до 245 (северо-восток) и 275 г/м3 в центре и на юго-востоке. Таким образом, изменения парциальной плотности кислорода в течение года колеблются на территории Ирака в пределах 30-35 г/м3. Интересно отметить, что в Москве в условиях умеренно-континентального климата годовая амплитуда 2составляет порядка 30 г/м3 [Исаев, 2001].
Степень комфортности условий погоды в отечественной и зарубежной практике часто оценивается с помощью биометеорологических индексов, которые являются косвенными индикаторами оценки состояния окружающей человека среды, характеризуя в физическом отношении особенности ее тепловой структуры [Исаев, 2001; Houghton, Yagloglou, 1923; Tromp, 1980; Jendrizky, 1991]. Так, оценку воздействия высоких температур и повторяемости душных погод на человека рекомендуется проводить с использованием эффективной температуры ТЕ, впервые предложенной в работе [Missenard, 1937] и представленной в виде формулы: где Т - температура воздуха, C; f- относительная влажность воздуха, %.
Эффективная температура – температура насыщенного влагой неподвижного воздуха, которая будет давать то же ощущение комфорта (дискомфорта), что и реальная температура окружающего воздуха с определенным уровнем влажности. Для оценки теплового стресса на основании эффективной температуры используется ее следующая классификация [Исаев, 2001]: выше 30С – сильные тепловые нагрузки, от 30 до 24С – умеренные тепловые нагрузки, от 24 до 18С – «тепло», от 18 до 12С – «умеренно тепло», от 12 до 6С – «прохладно», от 6 до 0С – «очень прохладно». Зона комфорта по значениям эффективной температуры находится в пределах значений индекса 22,5–24,5С.
Из формулы (3.10) следует, что при температуре воздуха ниже 10С сухой воздух кажется теплее, чем влажный, а при температуре выше 10С, наоборот, – холоднее.
Как следует из [Емелина и др., 2014], группа американских ученых провела сравнительный анализ нескольких широко используемых алгоритмов расчета эффективной температуры и пришла к выводу, что наиболее полным является алгоритм, доработанный Стедменом в 1994 г. [Steadman, 1994]. Для разработки этой модели были проведены лабораторные исследования с использованием широкого ряда биометрических измерений, рассчитывали скорость охлаждения или нагревания кожи человека вследствие конвективного теплообмена: эта модель эффективной температуры объединяет физиологические факторы тела и кожного покрова, физические особенности одежды и воздушного слоя, находящегося в непосредственной близости к телу, а также метеорологические факторы окружающей среды. Формула Стедмена имеет вид:
Риск термической опасности по значениям ЕТС считается следующим образом: 18 – минимальная опасность, 18-22 – средняя, 23-28 – высокая, 28С – экстремальная.
Наряду с эффективной температурой широко используется эквивалентно-эффективная температура (ЕТ), представляющая собой сочетание метеорологических величин, производящих тот же тепловой эффект, что и неподвижный воздух при 100% относительной влажности и определенной температуре и оценивает теплоощущения обнаженного по пояс человека. Величина ЕТ рассчитывается по формуле А. Миссенарда [Missenard, 1937]:
Установлено, что данный показатель наиболее хорошо отражает влияние климатических условий на состояние человека. Изменение ряда физиологических функций организма идет параллельно с изменением значений эквивалентно-эффективной температуры ЕТ [Jendrizky, 1991].
В работе [Исаев, 2001] приводится классификация ЕТ, позволяющая оценить теплоощущения человека (табл. 3.8).
В России для совместной оценки воздействия T, f и V используется так называемая эквивалентно-эффективная температура (ЭЭТ), предложенная автором [Айзенштат, 1964]:
Наибольший интерес представляет зона комфорта. Ее можно определить как совокупность метеорологических условий, в которых человек получает субъективно хорошее теплоощущение, удерживает нормальный теплообмен, сохраняет нормальную температуру тела и не выделяет пота. По повторяемости оценок ЭЭТ в пределах 17–22С определяют потенциальные климатические ресурсы местности: менее 30% – минимальные, 30-50% – достаточные, 50-70% - оптимальные, более 70% - наиболее оптимальные [Исаев, 2001].
Для оценки кратковременных воздействий погодных условий на самочувствие и здоровье человека рассчитывался суммарный метеорологический индекс патогенности I, предложенный В.Г. Бокшей и Б.В. Богуцким [Бокша, Богуцкий, 1980]:
I = It + If + Iv+In+IAp+ IAtl (3.14)
где It - индекс патогенности температуры воздуха: It=0,02(18)2 при температуре меньшей или равной 18С; It=0,02(t-18)2 при D 18С; t -среднесуточная температура, 1М - индекс патогенности межсуточного изменения температуры At; If - индекс патогенности влажности воздуха;/-среднесуточная относительная влажность (%); Iv -индекс патогенности ветра; V - среднесуточная скорость ветра (м/с); 1п - индекс патогенности облачности, которую определяют по 11-балльной шкале: 0 соответствует полное отсутствие облаков, 10 баллов - сплошная облачность, п - балл облачности; 1Ар - индекс патогенности межсуточного изменения атмосферного давления Ар.