Туманы на территории юго-востока Западной Сибири | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 347.

Туманы на территории юго-востока Западной Сибири

Рассмотрены основные характеристики и пространственная структура числа дней с туманом на территории юго-востока Западной Сибири. Материалом для исследования послужили данные метеорологических ежемесячников за период с 1966 по 2008 г. по 124 станциям юго-востока Западной Сибири (территории Томской, Новосибирской, Кемеровской областей и Алтайского края). Для оценки пространственного распределения числа дней с туманом на территории юго-востока Западной Сибири был использован модуль геостатического анализа GA (Geostatical Analyst) гис-программы ArcGis 9.3.

Fogs in the southeast of Western Siberia.pdf Устойчивое развитие экономики в различных при-родно-климатических условиях требует тщательногоизучения природных ресурсов, одним из которых явля-ется климат. Ресурсный подход к изучению климатапозволяет учитывать климатические факторы прифункционировании многих отраслей народного хозяй-ства. В частности, к основным специализированнымпоказателям климатических ресурсов для автомобиль-ного и железнодорожного транспорта относят числодней с метелями и туманами [1].Туман является одним из наиболее опасных атмо-сферных явлений для всех видов транспорта [2, 3]. На-личие туманов снижает мощность электростанций, ра-ботающих на солнечной энергии, а увлажнение тума-нами конструкций ведет к их коррозии, утечкам и про-боям в электро- и радиоаппаратуре и т.п.Рассматриваемая территория занимает три ланд-шафтные зоны с большим разнообразием физико-географических условий, различными формами релье-фа, режимом увлажнения и теплообеспеченности.Лесные районы находятся в зоне избыточного ув-лажнения, где в теплые месяцы года коэффициент ув-лажнения больше единицы, что при большом естест-венном испарении и малых скоростях ветра создает вы-сокую влажность в нижних слоях воздуха. В конце летанаблюдаются общее падение температуры воздуха иувеличение суточных амплитуд. Все названные факто-ры создают благоприятные условия для образованиярадиационных и адвективно-радиационных туманов.На данной территории наблюдаются радиационные,адвективно-радиационные и адвективные туманы. Наи-более часто радиационные туманы возникают в ночноевремя перед восходом солнца при малооблачной погоде,слабом ветре и повышенной влажности воздуха. К ра-диационным туманам относятся также туманы вымора-живания. Радиационные туманы чаще возникают в низ-ких местах (котловина, долина, низина) или на болотах ина местности обычно лежат пятнами. Адвективно-радиационные и адвективные туманы связаны с адвек-цией в Западную Сибирь теплого и влажного воздуха,особенно в холодное время года. Они образуются в теп-лых секторах циклонов, смещающихся из Казахстанаили из центральных районов ETC [4].Следует отметить, что наблюдения за атмосферны-ми явлениями (в том числе и за туманами) ведутся ви-зуально и всегда содержат элемент субъективности,методика наблюдений неоднократно менялась. Все этипричины сказываются на качестве исходного материа-ла и затрудняют обработку [5].Материалом для исследования послужили данныеметеорологических ежемесячников за период с 1966 по2008 г. по 124 станциям юго-востока Западной Сибири(территории Томской, Новосибирской, Кемеровскойобластей и Алтайского края).В обработку были включены: туманы (т), туманы,просвечивающие (тп), туманы ледяные (тл), туманыледяные просвечивающие (тлп), туманы поземные (тз),туманы ледяные поземные (тлз) и туманы в окрестно-сти станции (тос).Включение туманов в окрестности станций вызва-но тем фактом, что при размещении и строительстверазличных объектов, на режим работы которых отри-цательно влияет туман, большое значение приобретаетвопрос образования тумана не только в районе самогообъекта, но и возможного выноса тумана ветром изприлегающей к объекту местности. Днем с туманомсчитается день, в течение которого отмечен хотя быодин из перечисленных видов тумана.Основными климатическими характеристиками ту-манов является число дней с туманом за каждый месяц,сезон и год, среднее и наибольшее число дней с тума-ном, вероятность различного числа дней с туманом дляотдельных месяцев.Для оценки пространственного распределения числадней с туманом по территории юго-востока ЗападнойСибири был использован модуль геостатического анали-за GA (Geostatical Analyst) гис-программы ArcGis 9.3.Используя измеренные значения в опорных точках, спомощью модуля Geostatistical Analyst можно интерпо-лировать значения в других точках в пределах даннойтерритории, для которых измерения не проводились.Инструменты исследовательского анализа пространст-венных данных, включенные в модуль GeostatisticalAnalyst, применяются для оценки статистическихсвойств данных, таких как изменчивость пространствен-ных данных, их зависимость и глобальные тренды. Гео-статистический анализ данных происходит в два этапа:1) моделирование вариограммы или ковариации дляанализа свойств поверхности; 2) кригинг.В модуле Geostatistical Analyst возможно использо-вание целого ряда методов, основанных на кригинге,включая методы ординарного, простого, универсально-го, индикаторного, вероятностного и дизъюнктивногокригинга.При построении карты использовался геостатиче-ский метод интерполяции - ординарный кригинг. Этотметод, как интерполятор, не выдвигает к данным тре-бования нормальности распределения. Но для созданиякарт вероятности и карт квантилей подчинение данныхэтому закону является обязательным, поэтому былапроведена проверка нормальности распределения дан-ных.Анализ исходных данных показал, что распределе-ние соответствует логнормальному. Для приведенияданных к нормальному виду было использовано лога-рифмическое преобразование. На рис. 1 показана гис-тограмма распределения исходных данных до и послеих преобразования, а также нормальный график КК(квантиль-квантиль), который показывает, что послепреобразования большинство точек расположено близ-ко к прямой линии, соответствующей нормальномураспределению.Рис. 1. Гистограмма исходных данных до и после преобразованияЧасто в исходных данных присутствует тренд,представляющий собой неслучайную (детерминист-скую) составляющую поверхности, которая можетбыть описана какой-либо математической формулой.Рассмотрим аддитивную модель [6]:Z(s) = m(s) + e(s), (1)где Z(s) - исходная переменная; m(s) - некоторая де-терминистская поверхность (тренд); e(s) - случайнаяпространственно коррелированная ошибка.Символ s в формуле указывает на положение точки(её координаты - долгота и широта). Тренд может бытьпростой константой либо функцией пространственныхкоординат, где тренд представлен полиномом второйстепени и является регрессией пространственных ко-ординат x, y:m(s) = b0 + b1x + b2y + b3x2 + b4y2 + b5xy. (2)Метеорологическим примером тренда может бытьнаблюдаемое постепенное изменение какой-либо ме-теорологической величины в зависимости от широтыили долготы. Наблюдения для каждого конкретногодня отражают локальные отклонения, которые возни-кают вследствие различных причин (движения фрон-тальных масс, различий свойств подстилающей по-верхности и т.п.), являющихся трудно предсказуемы-ми. Следовательно, локальные отклонения моделиру-ются как автокоррелирующие.Рис. 2. Проверка данных на наличие трендаПроверка данных с помощью инструмента анализатренда GA показала, что в них присутствует простран-ственный тренд. На рис. 2 показаны данные, спроеци-рованные в трехмерном изображении. Координаты ис-ходных точек нанесены на плоскость x, y. В каждойопорной точке высотой отрезка является значениесреднегодового числа дней с туманом. Значения спрое-цированы на боковые поверхности x, z и z, y. Трендпредставлен полиномом второй степени.При интерполяции учитывалось наличие тренда, атакже было использовано логарифмическое преобразо-вание данных. Была построена карта-схема среднегочисла дней с туманом за год на рассматриваемой тер-ритории (рис. 3).При построении изолиний территория РеспубликиАлтай (из-за большой неоднородности территории порельефу) была исключена из выборки (среднее числодней с туманом для данной территории на карте обозна-чено в цифровом виде рядом с обозначением станций).Анализ изменения числа дней с туманом показал,что они довольно значительны: стандартное отклоне-ние для станций Томской области менялось в пределахот 4,8 до 8,4 дней (Ср. Васюган), для Новосибирскойобласти - от 4,3 до 21 дня (Сузун), в Кемеровской об-ласти этот диапазон еще шире: 4,1-28 (Усть-Кабырза).На территории Республики Алтай и Алтайского краястандартное отклонение находится в пределах от 1,8 до21,3 (Кызыл-Озек).Рис. 3. Среднее число туманов за годАнализ распределения среднего числа туманов загод по территории юго-востока Западной Сибири пока-зывает, что оно крайне неравномерно и зависит от мно-гих причин: синоптических условий, свойств подсти-лающей поверхности, близости водоемов и населенныхпунктов, рельефа, экспозиции склонов.На карте выделяются районы с максимальным чис-лом туманов: Горная Шория и западные предгорья Са-лаирского кряжа, где ежегодно отмечается более 30-40 дней с туманом. Наибольшее среднее число дней стуманом на станциях Кондома (98,4), Усть-Кабырза(95,8), Междуреченск (68,3) и Кузедеево (61,6).Второй очаг с высоким числом дней с туманом отме-чен в районе станции Маслянино (51,3 дня). Также боль-шое число дней зафиксировано на станциях Турочак(49,5 дня), Катанда (42,7 дня) и Кызыл-Озек (37,6 дня).Повышенное среднее число дней с туманом (20-30 дней) наблюдается и в Барабинской степи, на право-бережье Оби до предгорий Кузнецкого Алатау.На большей части Томской области, Алтайскогокрая число дней с туманом находится в пределах 10-20. Такое же среднее число дней с туманом наблюдает-ся в центральной и западной частях Новосибирскойобласти, в западной части Кемеровской области.В северо-восточной части Томской области количест-во дней с туманом уменьшается и составляет на станцииВанжиль-Кынак 4,7 дня, на станции Батурино - 7,9 дня,такое же значение отмечено и на станции Майск.Небольшое среднее число дней с туманом зафикси-ровано на юге Алтайского края, в районе станцийЗмеиногорск (7,8), Краснощеково (8,1) и Шипуново(8,8), а также в западных предгорьях Республики Ал-тай: Кара-Тюрек (0,7) и Ак-Кем (4).Также были рассчитаны суммы дней с туманом запериод с 1966 по 2008 г. и построена карта распределе-ния суммы дней с туманом. Распределение сумм анало-гично распределению среднего числа дней с туманом,поэтому карта распределения не приводится. Наи-большие суммы дней с туманом наблюдаются на стан-циях Кондома (4233), Усть-Кабырза (4119), Междуре-ченск (2935), Кузедеево (2648). Наименьшая сумманаблюдается на станции Кара-Тюрек (28).Годовой ход туманов зависит от физико-геогра-фических условий исследуемой территории. При иссле-довании годового хода числа дней с туманом какой-либотерритории необходима их типизация. Одна из первыхтипизаций годового хода предложена в работе [7]. Онабыла создана для территории СССР, в ней условно быливыделены четыре типа. Ввиду обширности территориистраны эта типизация часто модернизировалась, в неевводились новые подтипы [8]. Районирование Б.П. Али-сова было использовано в работе [9] при исследованиипространственно-временного распределения туманов натерритории всей Сибири за период с 1936 по 1965 г.В работе была использована типизация, основаннаяна особенностях годового хода для станций исследуе-мого района с использованием современных данных.Были построены графики годового хода для каждо-го пункта наблюдений; в зависимости от особенностейраспределения числа дней с туманом по месяцам былапроизведена их условная классификация. В таблицеприведены типовые графики для станций рассматри-ваемого района.Для первого типа характерным является один мак-симум в летнее время (август). Второй тип характери-зуется двумя максимумами: весной (март) и летом (ав-густ), летний больше весеннего. Третий тип характе-ризуется тремя максимумами, из которых наибольшуювеличину имеет весенний (март); летний (август) иосенний (ноябрь) имеют несколько меньшее значение.У четвертого типа два максимума, весенний (март) -больший и осенний (ноябрь) - меньший. Для пятоготипа характерно наличие двух максимумов, большегоосеннего (сентябрь) и зимнего (декабрь). Шестой типимеет один зимний максимум в январе. Седьмой типимеет два максимума, весной (май) и осенью (август).Типовые графики годового хода на станциях юго-востока Западной СибириТип График годового хода Тип График годового хода10,00,51,01,52,02,53,03,51 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12МесяцСр. число дней с туманом20,00,51,01,52,02,53,03,51 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12МесяцСр. число дней с туманом30,00,51,01,52,02,53,03,54,01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12МесяцСр число дней с туманом40,00,51,01,52,02,53,03,54,04,51 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12МесяцСр. число дней с туманом50,00,51,01,52,02,53,01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12МесяцСр. число дней с туманом60,00,51,01,52,02,53,03,54,01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12МесяцСр. число дней с туманом70,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12МесяцСр. число дней с туманом1-й тип - один максимум в летнее время (август);2-й тип - два максимума: весной (март) и летом (август),летний больше весеннего;3-й тип - три максимума, наибольшую величину имеет весен-ний (март), летний (август) и осенний (ноябрь) имеют меньшеезначение;4-й тип - два максимума, больший - весенний (март) и мень-ший - осенний (ноябрь);5-й тип - два максимума, больший - в сентябре, меньший -в декабре;6-й тип - один зимний максимум в январе;7-й тип - два максимума, весной (май) и осенью (август)В горных районах пространственно-временное рас-пределение имеет сложную картину, трудно выделитьареалы с однотипным годовым ходом, как уже отмеча-лось, определенную роль играет местная циркуляция воз-духа, экспозиция склонов, высота, расположение станцийв котловинах, долинах [9], поэтому на этой территориинаблюдаются самые разные типы годового хода.Для характеристики территории по виду годовогохода с использованием предложенной типизации былапостроена карта-схема распределения типов по терри-тории (рис. 4).На всей территории Томской области отмечаетсяодинаковый тип годового хода с одним максимумом вавгусте. На территории других областей картина рас-пределения годового хода более разнообразна, особенноразличаются типы годового хода в горных районах, чтообусловлено большой неоднородностью территории.В Новосибирской области встречаются 1, 2, 3 и 4-йтипы, наибольшую повторяемость имеет 2-й и 1-й ти-пы. В Кемеровской области встречаются 1, 2, 5-й типы,преобладающим типом также является 1-й тип. В Ал-тайском крае встречаются 1, 2, 3-й типы и 4-й, повто-ряемость которого довольно значительна. В Республи-ке Алтай наблюдаются типы 1, 3, 5, 6 и 7-й.Изучение динамики изменения числа дней с тума-ном показало, что в последние годы (по отношению кпериоду 1966-1990 гг.) среднее число дней с туманом вгод на территории Томской области уменьшилось по-всеместно. На рис. 5 приведена динамика для станцииТомск, на рис. 6 - для станции Ванжиль-Кынак.Как видно из рис. 5, для станции Томск среднеечисло дней с туманом в год за период 1966-1990 гг.составляло 17,5 дня, а в 1991-2008 гг. - 16 дней. Осо-бенно это заметно для станции Ванжиль-Кынак, гдесреднее число дней с туманом за период 1966-1990 гг.составляло 7,6 дня, а с 1991 по 2008 г. - 1 день.Анализ динамики числа дней с туманом за год надругих станциях рассматриваемой территории пока-зал, что тенденция к уменьшению, отмеченная в Том-ской области, в других областях обнаруживается не навсех станциях. На многих станциях наблюдается ростчисла туманов за год. На рис. 7 приведена карта-схема, на которой показаны тенденции изменениячисла дней с туманом на различных станциях. Выяс-нение причины таких различий требует дополнитель-ных исследований.Рис. 4. Характеристика территориипо типу сезонного хода242122211818161826212312161312211415182316199810182025281518121111141015141117221211051015202530196619691972197519781981198419871990199319961999200220052008ГодыСумма дней с туманомсумма дней с туманомсреднее за в есь периодсреднее за период с 1966-1990 гг.среднее за период с 1991-2008 гг.Рис. 5. Динамика числа дней с туманом за год.Томск (1966-2008 гг.)711131914137 768324142021569113014010 0201 1340 0 010 0 0 0 0510152025196619691972197519781981198419871990199319961999200220052008ГодыСумма дней с туманомсумма дней с туманомсреднее за весь периодсреднее за период с 1966-1990 гг.среднее за период с 1991-2008 гг.Полиномиальный (сумма дней с туманом)Рис. 6. Динамика числа дней с туманом за год.Ванжиль-Кынак (1966-2008 гг.)В связи с большой изменчивостью числа дней с ту-маном представляло интерес рассмотрение повторяе-мости различного числа дней с туманом по градациям.Повторяемость числа дней с туманом на станциях Том-ской области представлена на рис. 8.Вероятность отсутствия тумана (градация 0) меня-ется от 81,3% на станции Ванжиль-Кынак до 44,4% настанции Томск, вероятность градации 1-2 дня состав-ляет 2,2-13,4%, 3-4 дня - 0,2-8,2%, 5-6 дней - 0,2-3,9%, 7-8 дней - 0-2,3%.Рис. 7. Тенденции изменения числа дней с туманом на территории юго-востокаЗападной Сибири (1966-2008 гг.). П - падение; Р - рост01020304050607080900 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Число днейПовторяемость, %АлександровскоеВанжиль-КынакСр.ВасюганУсть-ОзерноеПарабельТомскБатуриноРис. 8. Повторяемость числа дней с туманом в Томской области(1966-2008 гг.), %Распределение числа дней по градациям для другихстанций аналогично за исключением станций: Междуре-ченск, Кузедеево, Кондома, Таштагол, Усть-Кабырза (Ке-меровская область), Маслянино, Сузун, Убинское, Кре-щенка (Новосибирская область), Турочак, Кызыл-Озек,Катанда (Республика Алтай), для которых графики повто-ряемости сильно вытянуты в сторону больших градаций(до 30 дней на станции Усть-Кабырза), рис. 9.0510152025300 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30Число днейПовторяемость, %МеждуреченскКузедеевоКондомаТаштаголУсть-КабырзаРис. 9. Повторяемость числа дней с туманомв Кемеровской области (1966-2008 гг.), %Таким образом, на большей части рассматриваемойтерритории наибольшую повторяемость имеют туманыпродолжительностью от 1 до 6 дней за исключением не-которых станций, где могут наблюдаться туманы про-должительностью до 30 дней (станции Усть-Кабырза).Исходя из вышесказанного можно сделать следую-щие выводы:1. Наибольшее среднее число дней с туманом за-фиксировано на станциях Кондома (98,4), Усть-Кабырза (95,8), Междуреченск (68,3), Кузедеево (61,6),Маслянино (51,3 дня), Турочак (49,5 дня), Катанда(42,7 дня) и Кызыл-Озек (37,6 дня).2. На большей части Томской области, Алтайскогокрая, в центральной и западной частях Новосибирскойобласти, в западной части Кемеровской области числодней с туманом находится в пределах 10-20.3. В северо-восточной части Томской области коли-чество дней с туманом уменьшается и составляет настанции Ванжиль-Кынак 4,7 дня, на станции Батури-но - 7,9 дня, такое же значение отмечено и на станцииМайск.4. Небольшое среднее число дней с туманом зафик-сировано на юге Алтайского края, в районе станцийЗмеиногорск (7,8), Краснощеково (8,1) и Шипуново(8,8), а также в западных предгорьях Республики Ал-тай: Кара-Тюрек (0,7) и Ак-Кем (4).5. Наибольшие суммы дней с туманом наблюдаютсяна станциях Кондома (4233), Усть-Кабырза (4119),Междуреченск (2935), Кузедеево (2648). Наименьшаясумма наблюдается на станции Кара-Тюрек (28).6. Тенденция к уменьшению числа туманов, отме-ченная в Томской области, в других областях обнару-живается не на всех станциях. На многих станциях на-блюдается рост числа туманов за год.7. Наибольшую повторяемость имеют туманы про-должительностью от 1 до 6 дней за исключением неко-торых станций, где могут наблюдаться туманы про-должительностью до 30 дней (станция Усть-Кабырза).

Ключевые слова

туман, основные характеристики, пространственная структура, fog, basic characteristics, spatial structure

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Журавлёв Георгий ГеоргиевичТомский государственный университеткандидат географических наук, доцент кафедры метеорологии и климатологии геолого-географического факультетаggz@mail.tsu.ru
Задде Геннадий ОсвальдовичТомский государственный университетпрофессор кафедры метеорологии и климатологии, доктор физико-математических наук, зав. кафедрой метеорологии и климатологии геолого-географического факультетаmeteo@ggf.tsu.ru
Ахметшина Анна СергеевнаТомский государственный университетаспирант кафедры метеорологии и климатологии геолого-географического факультетаA8Anuta@mail.ru
Всего: 3

Ссылки

Энциклопедия климатических ресурсов Российской Федерации / Под ред. Н.В. Кобышевой и К.Ш. Хайруллина. СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. 320 с.
Дробышев А.Д., Кошинский С.Д., Корулина Л.Г., Лучицкая И.О. Опасные явления погоды на территории Сибири и Урала. Ч. 1. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 382 с.
Бёер В. Техническая метеорология. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. 292 с.
Справочник по климату СССР. Облачность и атмосферные явления. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. Вып. 20. 324 с.
Дроздов О.А., Васильев В.А., Кобышева Н.В. и др. Климатология. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 568 с.
Джонсон К., Хоеф Д.М., Криворучко К., Лукас Н. ArcGis Geostatical Analyst. Руководство пользователя. М.: ДАТА +, 1998. 278 с.
Пастух В.П., Анапольская Л.Е. Некоторые особенности годового хода туманов на территории СССР // Труды ГГО. 1960. Вып. 113. С. 3-5.
Алисов Б.П. Климат СССР. М.: Высшая школа, 1969. 104 с.
Приходько Л.Г. Пространственно-временное распределение туманов на территории Сибири // Труды ЗСРНИГМИ. 1975. Вып. 16. С. 114-121.
 Туманы на территории юго-востока Западной Сибири | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 347.

Туманы на территории юго-востока Западной Сибири | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 347.

Полнотекстовая версия