Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние исследований гидро-метеорологических полей балтийского моря 11
1.1 Общая характеристика Балтийского моря и особенностей климата 11
1.2 Режимообразующие факторы 14
1.3 Изменчивость гидрометеорологических параметров Юго-Восточной Балтики 16
1.4 Исследования трендов и циклов различной природы в современных климатических изменениях 21
1.5 Источники информации о природной среде и режиме изменений климатических параметров 25
1.6 Характеристика используемых данных 28
Выводы 30
Глава 2. Тенденции изменчивости положения центров действия атмосферы и поля атмосферного давления . 31
2.1 Материалы и методы исследования 31
2.2 Влияние атлантических и балтийских центров действия атмосферы на формирование изменчивости гидрометеорологических характеристик 35
2.3 Тенденции изменения поля приземного атмосферного давления 42 Выводы 46
Глава 3. Ветер и его роль в динамике береговых процессов 48
3.1 Общая характеристика ветровых условий в ЮВБ и её детализация по данным натурных метеоизмерений 48
3.2 Межгодовая и сезонная изменчивость результирующего ветра 56
3.3 Шторма по данным измерений в открытом море (МЛСП D-6) 70
3.4 Изменение направления штормовых ветров в 2004-2012 гг. и последствия этого для прибрежных процессов 77
3.5 Условия возникновения апвеллинга у берегов 88
Выводы 96
Глава 4. Пространственно-временное распределение температуры воздуха, температуры поверхности моря и ледовых условий 99
4.1 Температурный режим воздуха над акваторией ЮВ Балтики 100
4.2 Изменчивость температуры поверхности воды 109
4.3 Изменчивость температуры поверхности воды по спутниковым данным 111
4.4 Комплексный подход к оценке изменчивости ледовых условий 121
Выводы 141
Заключение 142
Список сокращений 146
Список литературы 147
- Изменчивость гидрометеорологических параметров Юго-Восточной Балтики
- Источники информации о природной среде и режиме изменений климатических параметров
- Влияние атлантических и балтийских центров действия атмосферы на формирование изменчивости гидрометеорологических характеристик
- Межгодовая и сезонная изменчивость результирующего ветра
Введение к работе
Актуальность исследования. Одна из важнейших задач океанологии
- выявление закономерностей взаимодействия гидрометеорологических
процессов и явлений, происходящих в Мировом океане, в связи
с процессами в атмосфере и литосфере, с учетом астрономических и ан
тропогенных факторов. Особенно актуальны подобные исследования для
такого интенсивно осваиваемого и экологически уязвимого бассейна как
Балтийское море. Современное развитие Балтики определяется принад
лежностью к наиболее густонаселённым и высокоразвитым регионам мира
с высокой концентрацией промышленности и интенсивным сельским хо
зяйством, поэтому исследования внутренних и внешних связей бассейна
исключительно важны для вопросов сохранения экосистемы моря, вклю
чая его берега и побережье в целом, в условиях глобальных изменений
климата, увеличения выпадающих осадков, температуры воды и воздуха,
повышения уровня моря. Эти неоспоримые факторы ставят под угрозу це
лостность экосистем и увеличивают риски, вызванные стихийными бед
ствиями. Для минимизации негативных последствий необходим более вы
сокий уровень междисциплинарных исследований, опирающихся на со
временные ГИС-технологии и достижения международных программ по
выработке принципов и норм безопасного использования природных ре
сурсов Балтики.
Предмет исследования. Данная работа посвящена исследованию пространственно-временной изменчивости гидрометеорологических процессов, происходящих в приводном слое юго-восточной части Балтийского моря (ЮВБ), в контексте глобальных и региональных изменений климата.
Цель - выявление новейших тенденций пространственной и временной изменчивости гидрометеорологических процессов в приводном слое атмосферы ЮВБ и их влияния на динамику прибрежных процессов.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
- детализировать концепцию локальных определяющих центров [Аб
рамов, Стонт, 2004], исследовать их динамику в ЮВ Балтике за последние
десятилетия и выявить связь с изменениями климата;
исследовать современные тенденции пространственно-временной изменчивости ветровых условий в регионе;
выявить современные тенденции изменчивости температурного режима Юго-Восточной Балтики.
проанализировать влияние региональных климатических изменений ветровых условий на разрушение берегов Калининградской области и динамику прибрежных вод.
Научная новизна
Впервые учтено влияние локальных центров действия атмосферы, расположенных над акваторией Балтийского моря, наряду с общепринятым использованием NAO для анализа причин климатических изменений в Балтийском регионе.
На основании выявленных тенденций (увеличение скоростей штормовых ветров - на 1,1 м/с для скоростей больше 15 м/с, поворот направления ветра к северу - возрастание доли северных и северо-западных направлений на 3 %, увеличение продолжительности штормов - 0,7 дней в год) допускается, что в ближайшее десятилетие в регионе следует ожидать возрастания повторяемости разрушительных штормов, вызываемых ветрами северных румбов.
Установлена связь и последствия ветро-волнового воздействия на Калининградское побережье в зависимости от траектории циклонов.
Статистически значимо показано, что средний рост температуры поверхности моря (ТПМ) в регионе за последнее десятилетие (приращение +0,7 С) оказался интенсивнее роста температуры воздуха (приращение +0,02 С). Основная причина этого - максимальные отрицательные приращения среднесезонной температуры воздуха приходятся на зимний период (-0,40 С/год), а температура воды связана не только теплообменом через поверхность, но и транспортом тепла течением.
На защиту выносятся:
концепция локальных определяющих центров;
обоснование поворота вектора интегрального атмосферного переноса над Северной Атлантикой на 15 к северу и увеличение напряженности выноса на 0,7 гПа на градус долготы;
доказательства смещения локальных определяющих центров на юго-восток и изменения их интенсивности - основных проявлений динамики глобального климата в региональном масштабе;
обнаружение среднего роста температуры поверхности моря (приращение +0,7 С/период) и температуры воздуха (приращение +0,02 С/период).
Практическая значимость. Выявленные закономерности временной и пространственной изменчивости гидрометеорологических параметров Юго-Восточной Балтики могут быть использованы в качестве базовой информации для оценки современного состояния и прогнозирования тенденций развития абиотических и биотических компонент прибрежных экосистем, особенно важных в условиях современных климатических изменений и растущих антропогенных нагрузок. Исследование гидрометеорологических параметров необходимо для решения прикладных задач: морской
навигации, рыболовства, обеспечения безопасности и эффективной добычи полезных ископаемых, рекреации, поиска и спасения на море, охраны берегов.
Соответствие диссертации паспорту специальности. Исследование современных тенденций пространственной и временной изменчивости гидрометеорологических параметров в приводном слое и выявление закономерностей влияния гидрометеорологического режима на динамику вод и береговых и ледовых процессов является одной из задач океанологии, рассматриваемой с целью выявления процессов, определяющих состояние и изменчивость вод Мирового океана для выработки практических рекомендаций в области решения прикладных вопросов. Результаты работы соответствуют паспорту специальности 25.00.28 – Океанология, область исследования – динамические процессы (волны, вихри, течения, пограничные слои) в океане (п. 3) и взаимодействие в системе литосфера-гидросфера-атмосфера (п. 9).
Достоверность результатов обеспечена использованием многочисленных гидрометеорологических и гидрофизических натурных данных, а также обработкой спутниковых снимков и синоптических карт приземного атмосферного давления, полученных стандартными общепринятыми в океанологической практике методами.
Апробация работы. Основные положения работы были представлены на многочисленных международных и всероссийских конференциях, рабочих совещаниях, региональных конференциях. Автор представляла доклады по теме диссертации на 8th Baltic Sea Science Congress 2009 Tallinn, Estonia; 9th BSSC 2011 St.Peterburg, Russia и 10th Baltic Sea Science Congress 2013 Klaipeda, Lithuania. Была участницей международных совещаний и школ: 2nd Baltic Green Belt Forum “Towards sustainable development of the Baltic Sea coast”. 13-16.04.10 Palanga; 2nd International Conference (school) on dynamics of costal zone of non-tidal seas. Baltiysk (Kaliningrad Oblast, Russia), 26-30 June 2010; 2012 IEEE/OES Baltic International Symposium “Ocean: past, present and future. Climate change research, ocean observation & advanced technologies for regional sustainability”. Klaipeda, Lithuania, May 8-11, 2012; ECSA 51th International Symposium Research & Management of transitional waters, September 23-27, 2012 Klaipeda, Lithuania.
Автор участвовала в 16 всероссийских конференциях и рабочих совещаниях, крупнейшими из которых являются XIV съезд Русского географического общества, 2010 г.; Международная конференция «Комплексное управление, индикаторы развития, пространственное планирование и мониторинг прибрежных регионов Юго-Восточной Балтики» (март 2008 г.); Конференция, посвященная 90-летию географического факультета Санкт-Петербургского университета (декабрь 2008 г., Санкт-Петербург); VIІ Международная научно-практическая конференция молодых ученых
«ПОНТ ЭВКСИНСКИЙ - 2011», г. Севастополь, 24-27 мая 2011г.; Научно-практическая конференция «Методы защиты открытых песчаных берегов внутренних морей и концепция защиты морских берегов Калининградской области», Светлогорск (Калининградская область), 03-06 июня 2013 г.; а также на ежегодных региональных конференциях и рабочих совещаниях.
Публикации. По теме диссертации всего опубликовано 72 работы, из них девятнадцать статей в журналах, рекомендованных ВАК, и рецензируемых изданиях, а также четыре раздела в монографиях, двенадцать статей в научных сборниках и периодических научных изданиях и тридцать восемь тезисов докладов в материалах научных мероприятий.
Личный вклад. Автором были подготовлены и проанализированы массивы гидрометеорологических данных, включая параметры положений центров действия атмосферы (ЦДА) и локальных центров, определяющих погоду в регионе (ЛОЦ), снятых с карт приземного анализа; получены и обработаны с помощью программы BEAM карты температуры поверхности моря. Автор участвовала в 10 прибрежно-морских экспедициях с 2004 по 2011 гг., где была собрана значительная часть используемых данных, выполнила статистическую обработку натурных данных; детально исследовала пространственную и временную изменчивости гидрометеорологических параметров. Результаты выполненных автором исследований были представлены на 19 международных и российских конференциях и научных семинарах.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 165 страниц; содержит 71 рисунок, 18 таблиц. Список литературы включает 225 библиографических ссылок, из них 71 – на иностранных языках.
Автор глубоко благодарна своему научному руководителю дф-мн И.П. Чубаренко за поддержку и постоянное внимание к работе. С особой благодарностью отмечаю роль кгн Р.В. Абрамова в годы совместной работы. Автор искренне признательна за помощь, полезные советы и комментарии в процессе работы над диссертацией зав. лаб. геоэкологии кг-мн В.В. Сивкову и зав. лаб. прибрежных систем АО ИО РАН кф-мн Б.В. Чубарен-ко, кф-мн О.А. Гущину и дгн В.Ф. Дубравину. Благодарна коллегам за заинтересованные обсуждения и полезные рекомендации: кф-мн Н.Н. Голен-ко, дф-мн В.А. Гриценко, кгн В.П. Бобыкиной, кгн С.Е. Навроцкой, сотрудникам лабораторий геоэкологии, прибрежных систем и морской экологии АО ИО РАН и многим другим. Особая благодарность ООО «ЛУКОЙЛ-КМН» и О.Е. Пичужкиной, ООО «Морское венчурное бюро» и В.И. Буканову.
Изменчивость гидрометеорологических параметров Юго-Восточной Балтики
Рассмотрим изменчивость отдельных параметров среды Юго-Восточной Балтики. Ветер. Осенью и зимой в южной Прибалтике преобладают юго-западные и южные ветра, на побережье – юго-восточные. Летом преобладают западные и юго-западные ветра. Наибольшая средняя месячная скорость ветра наблюдается зимой; в январе на побережье 5,5-7,5 м/с. Наименьшая – 3,5-5,0 м/c, наблюдаемая в летние месяцы. Соответственно средняя годовая скорость на берегу моря 4,6-6,0 м/с, на берегу заливов (Шилуте, Мамоново, Калининград) – 4-4,3 м/с. На побережье, особенно летом на косах, хорошо выражен суточный ход направления ветра: днем ветер дует с моря на сушу, ночью – с суши на море, при этом вращение ветра происходит по часовой стрелке (Справочник…, 1966).
В работе (Борисов, Баринова, 1972) район Куршской косы по ветровому режиму выделен в отдельный район двухсторонних бризов. Подчеркивается, что здесь бризовая циркуляция имеет сложную структуру. Западные ветра с моря сливаются с бризами и подавляют бризы в Куршском заливе; восточные ветра, с которыми сливаются дующие о другой стороны на косу бризы залива, подавляют западный морской бриз. В антициклональных условиях дневные бризы дуют на косу с обеих сторон: «бриз с моря дует на косу и с залива также на косу».
От направления ветра зависят значения других метеорологических элементов. Наиболее теплые – восточные ветра, наиболее холодные – северные, северозападные. Контрасты температур достигают до 8,5, различия относительной влажности достигают 32 % (с моря ветер влажный, с континента – сухой). Наиболее низкие температуры в теплый сезон (май-сентябрь) на интервале 1948-1957 гг. наблюдались при вторжении морских воздушных масс (ЮЗ,3,СЗ), сопровождаемом сильными (более 10 м/с) ветрами (Грицюте, Климене, 1980).
Характер распределения ветра с высотой, зависимость этого распределения от характера подстилающей поверхности (лед, водная поверхность), способы расчета ветра на различных уровнях километрового слоя в зависимости от полей давления и температуры на приземной карте погоды, а также характеристика скорости ветра над Южной Прибалтикой рассматриваются в ряде работ (Гавриш, 1979; Joffre, 1978; Буз, 1988). Сборник (Погодообразующие процессы…, 1988) посвящен погодообразующим процессам и опасным явлениям погоды над Литвой и Калининградской областью: грозам, шквалам, тромбам, сильному граду, обильным дождям и условиям их выпадения, условиям образования гололеда, сильным снегопадам и метелям, вопросам прогноза скорости ветра и характеристикам температуры воздуха. В книге приводится характеристика погодообразующих процессов, особое внимание уделяется конвективным туманам, и рассматривается влияние физико-географических условий на погоду и климат. Штормы. В узкой прибрежной зоне и на косах число дней с сильным ветром (15 м/с и более) составляет 22-38, в отдельные годы (1954,1956) – 45-60 дней; в отдельные месяцы (XII,I) бывает до половины штормовых дней. Скорость ветра достигает 34 (Клайпеда, 1956) и даже 40 м/с (Швентойи, 1951) (Справочник…, 1966). В 1966-1985 гг. ежегодно отмечалось в среднем 26 случаев штормов (при скоростях ветра более 12 м/с продолжительностью не менее 6 часов). Наименьшее их количество (8-10) наблюдалось в 1979 и 1982 гг., наибольшее (66) – в 1984 г. (Гидрометеорологические условия…, 1992). В работе (Тупикин, 1980) на интервале 1961-1971 гг. рассмотрены траектории циклонов и антициклонов над Южной Балтикой, приводящих к штормовым ситуациям и аэросиноптические условия этих ситуации. Наиболее часты штормы в циклонах, приходящих из западного квадранта, их средняя продолжительность 19 ч; в целом на циклоны приходится 84 % штормовых ситуации (Тупикин, 1980); была предпринята типизация ситуаций (Тупикин, 1988). Для каждого типа были рассчитаны типовые термобарические карты с положением осевой линии. В (Гидрометеорологические условия..., 1992) рассмотрение этих вопросов получило дальнейшее развитие на материале последующих лет. Волнение. Так как число дней с ветром на побережье достигает 96 % в году, преобладающим является ветровое волнение; как и ветер, волны приходят из западного сектора. Продолжительные и сильные ветра формируют волны высотой 6-6,5 м длиной около 70 м большой разрушительной силы (Телышева, 1972). Подробные характеристики волнения приводятся в гидрологических разделах справочников и статьях (Гидрометеорологические условия…, 1983; Гидрометеорологические условия…, 1985; Амбросимов и др., 2012; Амбросимов и др., 2013). Уровень воды в море и заливах также тесно связан с метеорологической обстановкой. В обстоятельной работе по гидрологии устьев крупных южнобалтийских рек (Маркова, Нечай, 1960) подробно анализируются сгонно-нагонные колебания в Юго-Восточной Балтике в целом и в заливах (в основном, в Вислин-ском), рассматриваются характерные синоптические ситуации. Это нагон по всему морю при сильных 3 и ЮЗ ветрах из Северного моря; нагон у ЮВ побережья при небольшом (0,2-0,3 м) сгоне у берегов Швеции; сгон в центре и на юге при длительных и сильных В и ЮВ ветрах; сгон у ЮВ побережья, незначительный нагон у Швеции при сильных ЮВ ветрах; повышение уровня у ЮВ побережья на 25-40 см при местных сгонных ветрах и нагонной волне из Западной Балтики. В Калининграде средний за год радиационный баланс больше чем в Москве, по Калининградской области в целом он положителен в течение всего года и оказывается заметно выше, чем на тех же широтах в России. Повышенным значениям радиационного баланса соответствуют увеличенные суммы солнечной радиации, что объясняется в (Борисов, 1972) уменьшением облачности над побережьями в летнее время и связывается с рельефом («характерная особенность климата плоских побережий»).
Структура теплового баланса земной поверхности и его изменчивость, а также изменчивость его составляющих в различных погодных условиях рассматриваются достаточно часто (Циприс, Ковалева, 1981; Пемпайте, 1984). Тепловой баланс атмосферы в районе Балтийского моря по данным 26 станций радиозондирования исследуется на интервале 1963-1970 гг. в работе (Speth, Skаde, 1977). Получено, что горизонтальные градиенты температуры наиболее велики в январе, когда температура поверхности моря выше температуры воздуха в среднем на 2. В мае-июне наиболее резко выражена противоположная ситуация: температура воздуха на 1 выше температуры воды. Удельная влажность имеет максимум в июле. Климатический максимум осадков на территории Литвы вблизи побережья Балтийского моря в (Буз, 1979) объясняется преобладанием здесь в течение всего года входящих движений воздуха. В теплый период года они связаны с конвергенцией воздушных масс на фронте морского бриза, в холодный – с переходом воздушного потока, идущего со стороны моря, на сушу, на более шероховатую подстилающую поверхность (Буз, 1974; Буз, 1975). Что касается тесно связанных с вертикальными движениями гроз, то по (Буз, 1979) дневные грозы теснее связаны со стратификацией, а ночные – с крупномасштабными вертикальными движениями. В целом погодные условия сильно зависят от типа барического образования, фронтов между воздушными массами и свойств самих воздушных масс различного происхождения, входящих в регион с разных направлений (Буз, 1988); повторяемость жарких погод (свыше 25-30) и сильных морозов (-20, -25, -30) и сопутствующих им условий, а также суточный ход температуры воздуха и его зависимость от местоположения станции, облачности и ветра рассматриваются в (Буз, Пячюре-не, 1988). По данным метеостанции Кёнигсберг-Калининград, температурный режим которой считается репрезентативным для Южной Балтики в целом, проведена типизация зим по сумме аномалий средних месячных температур воздуха на интервале декабрь-март; температурная «суровость» отождествляется с климатической и считается связанной с ледовой суровостью. Выявлена степень ледовитости в заливах Калининградской области в зависимости от типа зимы (Сергеева, 1983). Работа (Грицюте, 1976), напротив, исходит из того, что степень суровости погоды на территории Южной Прибалтики определяется, в основном, скоростью ветра. По данным 24 метеостанций рассчитаны на интервале 1946-1957 гг. коэффициенты суровости климата S, при S 1,0 достигается оптимальная суровость, наблюдающаяся при полном отсутствии ветра (имеется индекс «напряжения погоды», помимо температуры и ветра включающий влажность воздуха (The weаther stress index, 1983; Исаев, 2001)).
По данным наблюдений 8 прибрежных и морских метеорологических станции рассматриваются температуры воздуха и поверхностного слоя воды в Датских (Балтийских) проливах на интервале 1951-1960 гг. Наибольшие разности «вода-воздух» (15 – 20) отмечаются в ноябре и мае. Наиболее суровые зимы случаются тогда, когда центр атмосферной депрессии от Исландии смещается в сторону Баренцева моря (Holec, 1982).
Сведения о суровости зим на Балтике в доинструментальную эпоху приводятся в (Бетин, Преображенский, 1962): «В 1047 г. зима была такой суровой, что волки из Норвегии перебегали в Данию по льду». Широкий спектр явлений природной среды по историческим источникам, в том числе для интересующего нас региона, можно найти в (Борисенков, Пасецкий, 1988), например: 1424 г., Литва – необычайно теплая зима, в январе-феврале цвели фиалки и сады; 1534 г., Беларусь, Литва, Польша – «пришла саранча и поела жито, и ярыну, и траву»; 1573 г., Прибалтика – перед Троицей по льду люди переходили из Швеции в Ревель; летом и осенью не видели Солнца.
Источники информации о природной среде и режиме изменений климатических параметров
Одним из важнейших аспектов проблемы изучения климата и его изменений является сбор и накопление информации о природной среде за весь период инструментальных наблюдений и получение обобщенных данных о режиме изменений климатических параметров. Оценки статистических характеристик, вычисляемые по данным метеорологических наблюдений, публикуются в виде различных спра-вочно-климатических пособий, атласов, отличающихся большим разнообразием как по набору расчетных параметров, так и по объему обработки исходной информации. К основным пособиям такого рода можно отнести климатические справочники (Справочник по климату СССР…, 1966; Научно-прикладной справочник…, 1989; Научно-прикладной справочник…, 2011).
Гидрометеорологической службой СССР в 70-х годах прошлого столетия была проделана огромная работа по составлению и публикации Справочника по климату СССР, который до сих пор используется как норма при анализе метеорологических процессов. К побережью Юго-Восточной Балтики относится Выпуск 6 с данными по Калининградской области и Литовской Республики. Относящийся к региону выпуск (Справочник по климату СССР…, 1966) состоит из пяти частей. Каждая часть представляет собой отдельный выпуск, посвященный какому-либо метеорологическому элементу: Часть I Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние, где приводятся общие характеристики радиационного режима региона; Часть II Температура воздуха и почвы с подробным описанием термического режима и его особенностей, связанных с условиями формирования климата; - Часть III Ветер, где освещены вопросы ветрового режима в середине XX века с приведением сезонной повторяемости направлений ветра и штилей; Часть IV. Влажность воздуха, атмосферные осадки, снежный покров, где приводятся сведения о режиме увлажненности побережья юго-восточной части Балтийского моря; Часть V. Облачность и атмосферные явления, где кроме облачности отражены туманы, метели, грозы, град. Охарактеризованный выше фундаментальный труд из пяти частей не имел в последующие годы адекватного продолжения. Интервал лет 1960-1980 гг. отражен в справочнике (Научно-прикладной справочник…, 1989) для сокращенного списка станций (из прибрежных осталась лишь Клайпеда). В расчеты были включены данные по 1980 год. Последнее справочное издание, содержащие климатические характеристики по метеостанциям России, было издано в 2013 г. Это - Научно-прикладной справочник «Климат России» (http://www.meteo.ra/pogodа-i-klimаt/197-nаuchno-priklаdnoj-sprаvochnik-klimаt-rossii) - справочник нового поколения. Он подготовлен в электронной форме по данным до 2012 года включительно, но в нём нет ни одной станции Прибалтики. В предыдущие годы были выпущены следующие справочные издания: 1. Климатический справочник по СССР. Многолетние данные. Год издания 1932-1933 гг. Справочник организован по управлениям Гидрометслужбы бывшего СССР. В расчеты включены данные с начала наблюдений на станциях по 1915 год. 2. Климатический справочник по СССР. Многолетние данные. Год издания 1952-1956 гг. Справочник организован по УГМС. В расчеты включены данные по 1950 год. 3. Справочник по климату СССР. Многолетние данные. Год издания 1965-1968 гг. В расчеты включены данные по 1964 год. 4. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Год издания 1984-1989 гг. Справочник организован по территориям УГМС. В расчеты включены данные по 1980 год. 5. Научно-прикладной справочник по климату России. Год издания 2013 г. Справочник организован по территориям УГМС. В расчеты включены данные по 2012 год. Даже из простого перечня этих изданий видно, что справочники регулярно переиздавались каждые 15 лет, причем не только с включением в расчеты послед них данных, но и с постоянным расширением климатических характеристик. Это связано как с возросшими возможностями вычислительной техники и новыми методическими разработками климатологической науки, так и с развивающимися запросами практической деятельности в различных отраслях экономики. Наиболее полный перечень климатических характеристик представлен в последнем из упомянутых выше изданий(http://www.meteo.ru/pogodа-i-klimаt/197-nаuchno-priklаdnoj-sprаvochnik-klimаt-rossii), но охват территории ограничен. Этот Справочник подготовлен в электронной форме по данным вплоть до 2012 года и состоит из 14 частей.
Информация о метеорологических параметрах среды над побережьем ЮВ Балтики и его окрестностях содержится также в справочнике по Балтийскому морю (Гидрометеорологические условия шельфовой зоны морей СССР…, 1983, 1985). Это первый том фундаментального труда по шельфовым морям России. К нашему району относятся выпуски 1 и 3.
Влияние атлантических и балтийских центров действия атмосферы на формирование изменчивости гидрометеорологических характеристик
Изменчивость параметров положения Азорского максимума и Исландского минимума невелика. Средние годовые значения параметров и их рассеяние, невзирая на сезонный ход, близки между собой. Широтное и долготное положение, а также давление в центре, в общем, стабильны. Наиболее подверженным случайным влияниям оказалось долготное положение обоих центров – оно происходит без преодоления сил, связанных с меридиональным градиентом давления (прежде всего обусловленного температурой подстилающей поверхности), таблица 2.1. Рассеяние давления в центре Исландского минимума в 4 раза больше, чем дисперсия давления в центре Азорского антициклона, которое имеет минимальное годовое рассеяние. Если рассматривать географические координаты Азорского максимума, то выявляется тенденция его смещения к северу, т.е. центры действия в Атлантике сближаются (Переведенцев, 2009). Перенос над Северной Атлантикой в 2004-2012 гг., как и в прежние годы, неизменно направлен с запада на восток (рисунок 2.2).
Определяющие свойства параметров ЦДА заключаются в их относительной устойчивости. Траектория сезонных миграций складывается в основном из маятниковых подвижек различных направлений с преобладанием составляющих движения запад – северо-запад – восток – юго-восток Исландского минимума и запад-юго-запад – восток-северо-восток Азорского максимума. Локализация средних центров к югу от Исландии (Ic. L) и к западу от Пиренейского полуострова (Аz. H) фиксируется визуально и подтверждается близостью средних значений приводимых параметров и умеренной величиной их межгодового рассеяния (таблица 2.1, рисунок 2.2). Примечание: dP – разность давления между центрами (гПа); dS – расстояние между центрами в градусах меридиана; dP/dS – напряженность переноса (средний градиент давления) Нельзя не обратить внимания на устойчивость от года к году среднего положения центров действия и направления градиента, иллюстрируемого перпендикулярной к градиенту стрелкой, среднее положение которой за 10 лет (2004-2012 гг.) представлено на рисунке 2.3. Угол, который она составляет с параллелью, варьирует, увеличивается или уменьшается северная составляющая (Абрамов, Стонт, 2004, с. 28).
В последние годы превалирует северная составляющая (таблица 2). Приращение по тренду за 9 лет составило 15 к северу. Увеличилась напряженность выноса (dP/dS – градиент давления) – приращение +0,7 гПа/град. Но в целом перенос над Северной Атлантикой неизменно направлен с запада на восток.
Перенос, который над Северной Атлантикой остается западно-восточным, при подходе к европейскому материку следует генеральному направлению простирания берега, при этом образуется три ветви: северная проходит через Шотландию на Скандинавию, центральная вдоль Балтийского моря, южная через Средиземное море. Центральная ветвь круто меняет направление вместе с изменением направления берега в Юго-Восточной Балтике на 90 с зонального западно-восточного на меридиональное с юга на север (Абрамов, Стонт, 2004).
Определяющие ежедневную погоду барические центры распределены над территорией Европы и акваторией прилегающих морей. Циклоны могут находиться в океане за Британскими островами, у островов Шпицберген и Ян-Майен, у пролива Карские ворота, и на юге вплоть до Причерноморья. От них в сторону Балтийского моря протягиваются ложбины. Центры антициклонов могут располагаться в Дуврском проливе на западе, а на востоке за Волгой, за Уральскими горами и даже за Обью, откуда в сторону региона протягиваются гребни и отроги. Антициклонические центры нередки над Скандинавией и над Балканами. Перемещаясь по направлению ведущего атмосферного потока, циклоны с замыкающими антициклонами в общем как будто могут оказаться над любым участком области, границы которой намечены выше.
Средние месячные центры располагаются более компактно, рисунок 2.4. Их ареалы взаимно перекрываются, накладываясь один на другой. При этом центры циклонов тяготеют к СЗ, центры антициклонов – к ЮВ по отношению к центральной части распределения, каковой можно считать Южную Скандинавию и Ютландию. Средние годовые центры группируются ещё более кучно: циклонические – в Южной Швеции, антициклонические – в Юго-Восточной Балтике. Рассеяние средних годовых и средних многолетних значений невелико (таблица 2.2).
Сезонные миграции средних циклонических и средних антициклонических центров представляются хаотическими, но они не смешиваются. В межмесячных перемещениях средних антициклонов преобладает зональная составляющая, в перемещениях средних циклонов – меридиональная составляющая. Пограничная зона между группами точек, образующих упомянутые сезонные траектории, проходит приблизительно от озера Веттерн на Северные Фризские острова.
Определяющие барические центры и того и другого знака (циклоны и антициклоны) в среднем локализуются при входе в Балтийское море со стороны Атлантического океана центральной циклонической ветви. Можно ожидать, что в районе северной ветви с Шотландии на Скандинавию и в районе южной ветви между Европой и Африкой-Азией имеются аналогичные черты миграций и локализации определяющих местную погоду барических центров. На севере и на юге, однако, имеются орографические особенности, отсутствующие в середине, где на тысячи километров от «входа» простирается плоская низменная равнина. Статистика определяющих центров локального переноса над Балтийским морем отличается от океанской. Наряду с влиянием антициклонов и циклонов региональная циркуляция бывает выражена слабо и определяется лишь знаком поля. Эти случаи аналогичны случаям отсутствия Азорского антициклона и Исландского минимума (рисунок 2.1, в, г). Аналогично западно-восточному переносу над Северной Атлантикой в 2004-2012 гг. перенос над Юго-Восточной Балтикой в целом был направлен также с запада на восток (таблица 2.2, рисунок 2.4). Рисунок 2.4 – Среднемесячные положения барических центров, определявших региональную погоду над ЮВ Балтикой в 2004-2012 гг. (циклоны - , антициклоны - x), а также среднемноголетнее положение центров циклонов (1) и антициклонов (2) и направление результирующего переноса Определяющие ежедневную региональную погоду барические центры, перемещаясь по направлению ведущего атмосферного потока, распределены в основном над акваторией Балтийского моря в целом и над территорией, прилегающей к нему части Европейского континента. Средние месячные центры располагаются более компактно. Их ареалы взаимно перекрываются, накладываясь один на другой. При этом центры циклонов тяготеют к СЗ, центры антициклонов - к ЮВ по отношению к региону. Средние годовые центры группируются более кучно: циклонические - над Южной Швецией, антициклонические - над Юго-Восточной Балтикой (рисунок 2.4).
При сравнении направлений переноса над Северной Атлантикой и над Юго-Восточной Балтикой, видно, что в Европу перенос приходит от северной половины горизонта WNW, над ЮВБ имеет место направление от SW.
Рассчитанные тренды изменения положения (широта , долгота , глубина/мощность гПа) барических образований, определяющих погоду в регионе, за период 1994-2012 гг. (19 лет) показали, что среднемесячное давление в центрах атмосферных вихрей претерпело изменение: циклоны стали менее глубокими (+0,02 гПа/год), антициклоны - менее мощными (-0,10 гПа/год), сами центры сместились южнее (0,10/год - циклоны, 0,10/год - антициклоны). Произошла подвижка центров также и на восток, причем скорость смещения циклонов оказалась в 1,5 раза больше, чем антициклонов (0,14/год и 0,10/год соответственно) (рисунок 2.5).
Межгодовая и сезонная изменчивость результирующего ветра
Данные с МЛСП D-6 более репрезентативны по сравнению с береговыми точками наблюдений, т.к. платформа открыта всем ветрам (рисунок 3.5). Розы всех ветров симметричны вдоль оси W-Е, и все направления, исключая преобладающее западное, равновероятны (рисунок 3.5 а). На западные румбы приходится 50 % всех ветров, из них в 23 % всех случаев измерены чисто западные ветра, вторые по повторяемости северо-западные - 6 %. Часто встречаются южные ветра - 16,3 %. Остальные направления встречались не больше чем в 11 % случаев. Гистограмма повторяемости одномодальная. Максимальная повторяемость у 4-балльных умеренных ветров (5,3-7,4 м/с). В обоих направлениях от максимальной моды происходит равномерное убывание повторяемости. В трех случаях при 8-срочных наблюдениях был отмечен штиль, по одному разу измерен 10 и 11-балльный шторм (скорость ветра 25 м/с).
В течение 7 месяцев 2006 года наблюдался перенос от западных румбов (май, июнь, август-декабрь); в феврале отмечен перенос от юго-востока и в июле от востока. Результирующий перенос происходил южных румбов (205) со средней векторной скоростью 2,7 м/с (таблица 3.3). Ветра западных румбов отмечены почти в половине всех случаев (47 %), из них преобладал чисто западный румб (21 %). На остальные румбы приходится от 8 % (северо-восток) до 14 % (северо-запад). По скорости ветра господствовали 3-4 балльные ветра (3-7 м/с). Свежих и сильных ветров меньше (по 17 %). В 0,4 % измерены 9-10-балльные ветра.
В 2007 году в течение 10 месяцев наблюдался результирующий месячный перенос от западных румбов (январь, апрель-декабрь). Исключение составили февраль с юго-восточным и март с южным переносом. Годовой результирующий вектор направлен на северо-восток, средняя векторная скорость переноса 3,1 м/с (таблица 3.3). Роза ветров 2007 г. растянута вдоль оси запад-восток. Отмечается преобладание западных румбов в ущерб восточным. В половине случаев (50 %) наблюдались ветра западной четверти (SW-W-NW). На основные румбы (N, Е, S) приходится по 10-11 %. Диаграмма повторяемости бимодальная: 4- и 6-балльные ветра встречаются одинаково часто - в 19 % случаев. По 1 случаю приходится на штиль (0 б) и жестокий шторм (11 б).
В течение 7 месяцев 2008 года наблюдался перенос от западных румбов (февраль, март, июнь-август, октябрь, ноябрь). 2 месяца отмечался восточный (апрель, сентябрь) и 2 месяца (январь, декабрь) - южный результирующий перенос. В мае, как исключение, - перенос от севера (10). Результирующий перенос за год происходил от юго-запада (235) со средней векторной скоростью 2,2 м/с (таблица 3.3). Повторяемость от основных румбов распределилась следующим образом: западные ветра 26 %, южные 13 %, северные 11 %, восточные 9 %. При преобладании чисто западных (26 %) ветров повторяемость ветров западных румбов составила 50 %. Диаграмма силы ветра бимодальная. Основной пик (21 %) приходится на ветра скоростью 10-12 м/с (6 б по шкале Бофорта); второй пик - на 4-балльные ветра (18 %). 5-балльные (7,5-9,8 м/с) ветра были измерены в 17 % случаев. Одинаково мало (по -1,5 %) было тихих (1 б) и штормовых (9 б) ветров; 10-балльные ветра отмечены в 0,1 % всех случаев (4 случая).
В 2009 году в течение 7 месяцев наблюдался перенос от западных румбов (февраль, июнь-ноябрь); весной (март-май) отмечен перенос от востока и в январе-декабре от юга. Результирующий перенос за год происходил юго-запада (220) со средней векторной скоростью 1,1 м/с (таблица 3.3). Повторяемость от основных румбов распределилась следующим образом: западные ветра 22 %, южные 15 %, восточные 11 %, северные 10 %. Ветра западных румбов преобладали в январе, мае, июне - октябре (от 42 до 60 %). Максимальная повторяемость западных ветров ( 60 %) в июле и сентябре. С февраля по апрель наблюдался восточный перенос, ЮВ Балтика оказалась под преимущественным влиянием антициклонов и малоградиентных полей разного знака. Повторяемость ветров южных румбов составила 30 %. Основная мода приходится на ветра скоростью 5,3-7,4 м/с (4 б по шкале Бофорта) - 21 %; вторая мода - на сильные ветра 9,9-12,4 м/с (6 баллов), 20 %. Одинаково мало (по 1,8 %) было тихих (1 б) и очень крепких (8 баллов) ветров. В октябре 2009 г. отмечено 8 случаев 10-балльных ветров (до 25 м/с), в целом за год таких случаев 13.
В течение 6 месяцев 2010 г. наблюдался перенос от западных румбов (март-август); 4 месяца отмечался перенос от восточных румбов (январь, февраль, сентябрь, ноябрь) и 2 месяца - от южных (октябрь, декабрь). Результирующий перенос за год происходил от юга (180) со средней векторной скоростью 1,1 м/с (таблица 3.3). Повторяемость от основных румбов распределилась следующим образом: западные ветра 19 %, южные 13 %, восточные 13 %, северные 11 %. Ветра западных румбов преобладали в марте, апреле, августе, ноябре и декабре (от 42 до 65 %). Максимальная повторяемость западных ветров ( 60 %) в марте. Ветра восточных румбов являются преобладающими в январе, феврале, сентябре при господстве ан-тициклональных условий. Повторяемость ветров южных румбов составила в январе 60 % и в октябре 50 %. Диаграмма скоростей ветра бимодальная: основная мода приходится на ветра скоростью 3,4-5,2 м/с (слабые, 3 балла по шкале Бофорта) - 18 %; вторая мода - на сильные ветра (6 баллов), 18 %. 5-балльные (7,5-9,8 м/с) ветра были измерены в 16 % случаев. Мало было тихих 1 б (1,8 %) и очень крепких 8 баллов (3 %) ветров. За год отмечено по 1 случаю штиля (0 б) и сильного шторма (10 б).
Повторяемость от основных румбов распределилась следующим образом: западные ветра 27 %, южные 11 %, северные 7 %, восточные 7 %. Максимальная повторяемость западных ветров ( 80 %) в сентябре. Ветра восточных румбов являются преобладающими в феврале ( 50 %) и июле ( 40 %) на восточной периферии циклонов, смещающихся на север при блокировке процессов антициклоном над ЕТР. Повторяемость ветров южных румбов составила в мае и июне до 30 %. Максимальная повторяемость северных ветров наблюдалась в июне 55 %. Диаграмма скоростей ветра бимодальная: основной максимум приходится на ветра скоростью 9,9-12,4 м/с (6 баллов). Повторяемость 5-балльных (7,5-9,8 м/с), 4-балльных (5,3-7,4 м/c) и 3-балльных (3,4-5,2 м/с) составила около 17 %. 2- и 7-балльных ветров было по 11 % всех случаев. Мало было тихих 1 б (1,8 %) и очень крепких 8 баллов (3,8 %) ветров. За год отмечено по 3 случая штиля (0 б) и ураганного ветра 29 м/c (11 б).
В течение 8 месяцев 2012 г. наблюдался устойчивый перенос от западных румбов (январь, март, июнь-ноябрь); в феврале и декабре отмечен перенос от юга, в апреле от востока и в мае от севера. Годовой результирующий перенос происходил от юго-запада со средней векторной скоростью 2,1 м/с. Повторяемость от основных румбов распределилась следующим образом: западные ветра 24 %, южные 16 %, северные 11 %, восточные 10 %. Ветра западных румбов преобладали в январе -марте, июне - ноябре (от 38 до 70 %). Максимальная повторяемость западных ветров в сентябре (68 %). Ветра восточных румбов являются преобладающими в апреле (больше 40 %); северные ветра господствовали в мае (больше 40 %), осенью (октябрь-ноябрь) возросла доля южных ветров (до 26 %), что хорошо согласуется с данными справочника (Справочником по климату …, 1966).
Диаграмма скоростей ветра одномодальная, симметричная: максимум приходится на ветра скоростью 5,3-7,4 м/с (4 балла, умеренные). Повторяемость 3-балльных (3,4-5,2 м/с), 5-балльных (7,5-9,8 м/с) и 6-балльных (9,9-12,4 м/c) составила около 17 %. 2-балльных ветров было 13 % случаев, 7-балльных - в 1,4 раза меньше. Мало было тихих 1 б и очень крепких 8 б ( по 3 %) ветров. За год отмечено 4 случая штиля (0 б), 4 случая сильного шторма (10 б) и 1 случай 11-балльного шторма - 29 м/с.
