Dangerous meteorological phenomena as a constituent of natural risk(by example of the south of Tomsk Region).pdf Непременным условием устойчивого развития об-щества является безопасность человека и окружаю-щей среды, их защищенность от воздействия техно-генных, природных и социальных факторов. Толькоопасных природных явлений на территории Россиинаблюдается более 30 видов [1], но 50-70% от общегоущерба всех опасных природных явлений приходитсяна опасные явления погоды, которые являются основ-ным источником природно-техногенных бедствий икатастроф [2, 3].По оценке Всемирного банка реконструкции и раз-вития, ежегодный ущерб от воздействия опасных гид-рометеорологических явлений (ОЯ) на территории Рос-сии составляет 30-60 млрд руб. [3].Общее число ОЯ и комплексов неблагоприятныхявлений (КНЯ), включая гидрологические и агрометео-рологические, в 2010 г. составило 972. Это на 5%больше, чем в 2009 г., когда их было 923, но на 11%меньше, чем в 2008 г., когда их было 1 090. Метеороло-гические ОЯ от общего количества ОЯ в 2010 г. соста-вили около 50% (511 случаев) [4]. В настоящее времяустановлено, что в России, как и в мире, растет числоопасных метеорологических явлений, увеличиваясьежегодно на 6,3-7% [3, 4].Как видно из табл. 1, наиболее часто повторяющие-ся ОЯ связаны с ветрами штормовой и ураганной силы(24,5%), КНЯ (20,7%), очень сильными осадками - до-ждями, ливнями, снегом - (15,3%), агрометеорологиче-скими явлениями - заморозками, засухой, суховеями -(12,7%), аномально теплой и жаркой погодой (11%),аномально холодной и морозной погодой (10,6%) идругими явлениями (5,2%).Из всех федеральных округов наибольшее числоОЯ наблюдается в Сибирском федеральном округе(табл. 1). Не является исключением и Томская область,на территории которой главную опасность для населе-ния и окружающей среды представляют чрезвычайныеситуации техногенного характера, наводнения, лесныепожары [5]. Детальный же анализ опасных метеороло-гических явлений - ветров, ливней, высоких и низкихтемператур и т.п. - отсутствует. В связи с этим изуче-ние ОЯ очень актуально для южных районов Томскойобласти, где сосредоточены более 70% населения ре-гиона и основные промышленные объекты.Т а б л и ц а 1Распределение метеорологических ОЯ за 2010 г. по территории федеральных округов [4]Федеральные округа№п/п ЯвлениеСЗФО ЦФО ПФО ЮФО СКФО УФО СФО ДВФОВсего1 Ветер 12 9 16 10 7 11 46 11 1222 Сильные осадки 6 6 5 14 18 4 17 32 1023 Метель 2 0 0 0 0 5 14 16 374 Пыльная буря 0 0 0 0 0 0 0 0 05 Смерч 0 0 1 4 0 0 0 0 56 Мороз 1 1 3 0 0 11 12 3 317 Аномально холодная погода 9 4 5 1 0 11 10 0 408 Жара 5 8 7 7 4 10 7 4 529 Аномально теплаяпогода 2 7 9 0 0 0 2 1 2110 Град 0 2 0 2 3 1 3 0 1111 Гололедные явления 1 2 4 5 2 0 4 0 1812 Налипание мокрого снега 0 0 0 2 1 1 2 3 913 Заморозки 8 10 16 2 0 15 21 3 7414 Туман 0 3 4 0 0 0 1 0 8819 КНЯ 8 19 13 13 10 9 45 21 138ВСЕГО ЗА 2010 г. 54 71 83 60 45 78 184 93 668ВСЕГО ЗА 2009 г. 24 37 64 65 37 144 74 445Согласно п. 2.3 Постановления АдминистрацииТомской области № 123а от 17.08.2007 г. [6] в соответ-ствии с Постановлением Правительства РоссийскойФедерации от 21.05.2007 г. «О классификации чрезвы-чайных ситуаций природного и техногенного характе-ра», определены критерии опасных метеорологическихявлений, создающих чрезвычайные ситуации на терри-тории Томской области:- шторм со скоростью ветра (включая порывы)24,5-32,6 м/с, производящий значительные разрушенияи ломающий стволы деревьев;- ураган со скоростью ветра (включая порывы)свыше 33 м/с, производящий катастрофические разру-шения и вырывающий деревья с корнем;- очень сильный дождь (мокрый снег, дождь со сне-гом) с количеством осадков 50 мм и более за 12 ч именее;- сильный ливень с количеством осадков 30 мм иболее за 1 ч и менее;- продолжительные сильные дожди с количест-вом осадков 100 мм и более за период более 12 ч, номенее 48 ч.Многолетними исследованиями установлено, чточрезвычайные ситуации могут создавать осадки и вет-ры меньших градаций, вызывая так называемые погод-ные риски, под которыми понимается вероятность на-ступления нежелательных событий, связанных с ме-теорологическими явлениями. В данной работе рас-смотрены два вида ОЯ, наблюдающиеся на юге Том-ской области и приносящие наибольший ущерб, -сильные ветры и осадки.Сильные (бурные) ветры, имеющие скорость 15 м/си более (7 баллов по шкале Бофорта) - одно из наибо-лее часто повторяющихся ОЯ на юго-востоке ЗападнойСибири. Их доля от общего количества ОЯ колеблетсяпо годам от 30 до 53% [3, 7]. В.И. Слуцким [8] уста-новлено, что наиболее частыми и продолжительнымибывают сильные ветры в долине р. Оби и южных рай-онах Томской области (рис. 1). В последние годы уве-личилось количество исследований сильных ветров вТомской области [9, 10] ввиду того, что такие ветрывызывают дефляцию почв, вплоть до пыльных бурь,приводят к обрывам ЛЭП и повреждению зданий, ме-шают работе авиации.Рис. 1. Расчетно-ветровое районирование Томской области [8]. Условные обозначения: в числителе - среднегодовое число бурь,в знаменателе - продолжительность бурь, возможная один раз в 5 летАнализ данных (см. рис. 1, табл. 2 и 3) позволяет сде-лать вывод о том, что бурные ветры случаются ежегоднона территории области, а их количество увеличилось запоследние 30-35 лет примерно на 30%. Расчеты другихавторов [11] также свидетельствуют о том, что в 1981-2000 гг. по сравнению с 1961-1980 гг. число дней ссильными ветрами возросло в 2,5 раза. Анализ данныхза 2005-2009 гг. по межгодовой повторяемости сильноговетра в г. Томске показывает, что она сильно изменяетсяпо годам и может различаться в 3,5 раза: от 14 случаев в2005 г. до 48 в 2008 г. и 50 в 2007 г.; всего таких случаевза указанный период зафиксировано 171 [10].Т а б л и ц а 2Статистика бурных ветров на юге Томской области [9]Метеостанция Среднее число днейс бурным ветромСреднее числобурьРасчетная средняянепрерывная повторяемость, чМаксимальная продолжи-тельность, чТомск 21 18 7,3 58Кожевниково 21 18 8,0 65Молчаново 24 23 5,2 32Первомайское 15 15 5,6 34В продолжительности бурных ветров хорошо вы-ражен сезонный ход: два максимума в переходные се-зоны и два минимума летом и зимой. Так, непрерывнаяпродолжительность бурь при среднемноголетнем зна-чении в Томске 7,3 ч (табл. 2) варьирует от 4,6 ч летомдо 6,5-9,0 ч осенью, зимой и весной [9].Более детальные исследования по естественным се-зонам годового цикла показали, что в фазу «послези-мье» создаются чрезвычайно благоприятные условиядля развития ветровой эрозии вследствие контрастадневной и ночной температур, низкой относительнойвлажности воздуха, слабого увлажнения фазы и высо-ких скоростей ветра. Повторяемость случаев со скоро-стью ветра эрозионноопасных градаций (выше 6 м/с)составляет в фазы «послезимье», а также «предлетье» и«умеренно-прохладное лето» более 50% [12]. Эти жефазы отличаются возможностью появления бурныхветров. При среднем незначительном их количестве вотдельные годы повторяемость увеличивалась в 3-13 раз (табл. 3).Т а б л и ц а 3Количество случаев с бурными ветрами по фазам вегетационной части годового цикла [12]Количество дней со скоростью ветра ≥ 15 м/с за фазу«Послезимье»(среднемноголетние даты началаи конца фазы -с 14 апреля по 24 апреля)«Предлетье»(25 апреля - 21 мая)«Умеренно-прохладное лето»(22 мая - 11 июняМетеостанция )среднее максимальное, год среднее максимальное, год среднее максимальное, годБакчар 0,8 3 (1969, 1985) 2,3 16 (1981) 1,9 7 (1990)Первомайское 0,6 5 (1993) 1,6 8 (1976) 1,1 8 (1990)Томск 0,5 3 (1993) 0,8 6 (1971) 0,5 5 (1970)Кожевниково 0,3 4 (1993) 1,2 4 (1968, 1980) 1,6 7 (1970, 1980)При возведении различных сооружений необходи-мо учитывать не только статическую, но и динамиче-скую части ветровых нагрузок [13], т.е. принимать вовнимание эффект воздействия порывов ветра. Коэффи-циент порывистости - это отношение максимальногопорыва ветра за интервал ƒƒ к средней скорости ветра,осредненной за этот интервал. Методика сетевых ме-теорологических наблюдений с использованием М-63предлагает измерение средней за 10 минут скоростиветра и максимального порыва за последующие 2 ми-нуты [9]. Порывы ветра фиксируются при средней ско-рости 5 м/с, если они превышают ее на 5 м/с [14].Было проведено исследование режима порывистоговетра [14] по данным авиаметрической станции аэро-порта Томск (Богашево) за период 1996-2003 гг., в хо-де которого установлено среднее число дней с порыви-стым ветром (41,3) и максимальное значении за год -(55). Анализ зависимости частоты порывов ветра от егосредней скорости показал, что она выше при среднейскорости 7-10 м/с (табл. 4).Т а б л и ц а 4Повторяемость порывов при различной скорости ветра [14]Скорость ветра, м/с 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 15-16 17-18Повторяемость порывов, % 7,8 36,7 38,4 12,1 2,6 1,1 1,5Непрерывная продолжительность порывов ветра в60-80% случаев не превышает одного часа, но в зим-ний и переходные сезоны года она может быть 10 ч иболее. В годовом ходе абсолютная повторяемость по-рывистого ветра максимальна в зимний период и ми-нимальна летом.В зимнее время порывы ветра активно формируютпоземки или сопровождаются метелями и снегопадами.Весной нами неоднократно проводились наблюденияанемометром АРИ-49 за порывами ветра в полевыхусловиях. Так, на пашне вблизи с. Лучаново (Томскийрайон) 31 марта 1989 г. на высоте 1 м от поверхностипочвы были зафиксированы порывы ветра 21-25 м/спри средних значениях скорости 3-5 м/с. Во время по-рывов происходит сдувание снега с возвышенных уча-стков пашни и наветренных склонов, а затем - отрывмерзлых комочков почвы диаметром до 3-4 мм с обна-женных гребней пашни и перенос их на различные рас-стояния. На снеге за сутки может накопиться до23,6 г/м. почвы. Подобные случаи наблюдаются еже-годно с 2002 г. В переходные сезоны года в районег. Томска дефляционный потенциал ветра значителен,и с учетом порывов ветра это приводит к дефляциипочв от слабой до очень сильной [15].С приближением холодного фронта и формировани-ем мощных кучевых и дождево-кучевых облаков связа-но возникновение шквалов - внезапного резкого усиле-ния ветра на 8 м/с и более за короткий промежуток вре-мени (не более двух минут) с изменением направления.За период 1991-1997 гг. в Томске было зафиксировано32 случая шквала [12], за 1991-2004 гг. - 64 [16]. Сред-няя скорость ветра при шквале за период 1991-2004 гг.составила 10,4 м/с; максимальный порыв ветра - 30 м/с(5 июля 1997 г.), а минимальный - 10 м/с (21 июля1992 г.). Средняя скорость ветра с учетом порывов заисследуемый период была около 16 м/с [16-18]. Вероят-ность максимальных порывов ветра при шквалах (более20 м/с) в районе г. Томска невысокая, она составляетоколо 10%, а чаще всего наблюдаются порывы умерен-ной силы со скоростью 15-19 м/с (табл. 5).Т а б л и ц а 5Повторяемость скорости максимального порыва ветра при шквалах в г. Томске [16]Скорость ветра при шквале, м/сПоказатель10-14 15-19 20-24 ≥ 25Повторяемость, % 26,6 64,1 6,2 3,1По мнению Л.Г. Анановой [16], возникновениюшквалов в районе г. Томска способствуют следующиеметеорологические условия: относительная влажностьвоздуха у земли 50-70%; атмосферное давление менее1005 гПа; потоки южных и западных румбов на уровнеАТ-700; температура точки росы утром 10-17°C. По-вторяемость направлений ветра при возникновении иокончании шквалов в районе г. Томска такова: ветерюжного и юго-западного направлений сменяется за-падным, а западного направления - северо-западным исеверным. Это связано с прохождением холодныхфронтов, ориентированных с юго-запада на северо-восток или с юга на север.В сезонном аспекте шквалы приурочены к вегета-ционной части года. Максимальная их повторяемостьприходится на фазы «умеренно-теплое лето» - с12 июня по 16 августа (38%), «предлетье» и «умеренно-прохладное лето» (25 и 20% соответственно) [12]. Ис-следования по пятидневкам позволили выявить по-следнюю пятидневку мая, четвертую пятидневку июня,вторую и пятую пятидневки июлякак наиболее веро-ятные для появления шквалов [18].Шквалы возникают во второй половине дня - в пе-риод максимального развития конвекции - с 16 до 22 чпо местному времени, имея среднюю продолжитель-ность 15 минут при временных вариациях от 5 до60 минут. Несмотря на кратковременность этого метео-рологического явления, шквалы могут приносить ог-ромный ущерб, особенно если они сопровождаются гро-зой и осадками. Только 6,3% - это так называемые «су-хие» шквалы. В этих случаях относительная влажностьвоздуха составляла всего 27-42%, создавая опасностьпроявления дефляции на незадернованных почвах.В 93,7% случаев шквалы сопровождаются осадками, втом числе в 24,9% случаев - грозами с ливнями. Опас-ным для сельского хозяйства является град при прохож-дении шквалов, он отмечается в 9,4% случаев [16].Интенсивные и продолжительные осадки такжеотносятся к наиболее опасным метеорологическим яв-лениям, создающим чрезвычайные ситуации на югеТомской области.Дело в том, что над территорией области формиру-ется очаг интенсивной ливневой деятельности, сохра-няющий свое местоположение в течение теплого пе-риода года [19]. Осадки летом выпадают преимущест-венно на холодных фронтах циклонов и носят ливне-вой характер.В соответствии с исследованиями Л.И. Трифоновой[20], осадки слоем более 10 мм за сутки принималисьнами за ливневые, причем они подразделены на круп-ные ливни (20-30 мм) и выдающиеся (более 30 мм).В среднем за лето в виде ливней выпадало 46-51% осадков, а число дней с такими осадками достига-ло 6-7 при существенных пространственно-временныхвариациях. Например, экстремальными в этом отноше-нии были 1987 г., когда таких дней зафиксировано от 8(Бакчар) до 10-11 (Томск и Первомайское соответст-венно) и 1996 г. - от 9 (Бакчар) до 12-13 (Первомай-ское и Кожевниково). Максимум числа дней со значи-тельными осадками был характерен для фаз «умерен-но-теплое лето» и «спад лета» [12].Анализ осадков, выпавших за фазы «умеренно-теплое лето» и «спад лета» показал, что в виде ливнейвыпадает 37-46% осадков от общего их количества залето, доля их в виде ливней слоем выше 10 мм соста-вила 29-33%, доля крупных ливней - 8-12% [12].В целом за эти две фазы бывает 5 дней с ливневымиосадками, причем крупные ливни повторяются ежегод-но на всей территории, а выдающиеся - раз в полторагода (Томск), два (Бакчар) или три года (Первомайское,Кожевниковоc2). Наши наблюдения свидетельствуют отом, что подобные ливни формируют большой объемповерхностного стока и производят большой смывпочвы. Для примера охарактеризуем выдающиеся лив-ни летнего сезона 1987 г., изучаемые на полустациона-ре «Лучаново» (район г. Томска). 30 июня 1987 г. вы-пало 53,7 мм осадков за один ливень продолжительно-стью 5,5 часов. Второй ливень шел 1 июля в течение4 часов, за которые выпало 20,6 мм осадков. Совмест-ное воздействие этих двух ливней оказалось очень раз-рушительным - с выпуклого склона длиной 50-100 мкрутизной 3-11° снесено только в 145 струйчатых раз-мывах 4-5 м./га почвы. Там же, но на прямом склонедлиной 400-500 м и крутизной 3-8°, занятом посадкамикартофеля и рапса, обнаружено много струйчатых раз-мывов и промоин. Длина наиболее крупной из них со-ставила 200 м при ширине от 0,3 до 1,5 м и средней глу-бине 0,4 м. Общий объем снесенного материала соста-вил 40-100 м./га.Другой замер был осуществлен к юго-западу отпос. Аникино на территории лесопитомника, где былизаложены три площадки размером 20.10 м на склонедлиной 50 м крутизной 3-5°. По ним тянулся струйча-тый размыв, образованный этими же двумя ливнями, изкоторого было вынесено 1,5-4 м. почвы [21]. Согласношкале М.Н. Заславского [22], интенсивность эрозиипочв, вызываемая ливнями, изменяется от слабой (0,5-1,0 т/га) до сильной (более 10 т/га), особенно под про-пашными культурами и на парах.Ливни в фазы «умеренно-теплое лето» и «спад ле-та» опасны не только из-за большого количества осад-ков, но и из-за большой их интенсивности. Фазы «уме-ренно-теплое лето» и «спад лета» отличаются самойвысокой средней интенсивностью осадков (0,16 и0,11 мм/мин соответственно) при наибольшей повто-ряемости дождей интенсивностью, равной 0,03-0,05 мм/мин (23 и 30% случаев за фазы) [20]. Толькодля «умеренно-теплого лета» характерны дожди с ин-тенсивностью более 0,4 мм/мин, их вероятность со-ставляет 13,5%. Большое влияние на сток и смыв почвоказывают пики интенсивности в период выпадениядождя. Исследования показали, что в Томске макси-мальная интенсивность имеет следующую повторяе-мость: 41,7% - дожди с максимальной интенсивностью0,11-0,5 мм/мин, 21,7% - 0,51-1 мм/мин, 34,9% - 1-3 мм/мин, и лишь отдельные дожди (1,7%) имели мак-симальную интенсивность более 3 мм/мин. На другихметеостанциях такие исследования не проводились[12]. Согласно исследованиям В.М. Катцкова с соавт., всередине XXI в. летом на значительной части террито-рии следует ожидать увеличения числа случаев с осад-ками большой интенсивности на 2-6% [23].Весьма опасны ливни и в другие фазы вегетацион-ной части года, например, «предлетье» (май) и «ста-новление осени» (сентябрь), когда почва на пашне незадернована (5 и 9 сентября 2002 г. со склонов пашниЛучановского стационара было смыто от 3 до 8 м./гапочвы в зависимости от разной крутизны и длинысклонов, а также агрофона).Среди ливней теплого периода наибольшей эрози-онной опасностью обладают ливни, следующие за про-должительными дождями, успевшими хорошо промо-чить почву с поверхности. Нами установлено, что по-добная ситуация происходит во влажные и очень влаж-ные по режиму увлажнения сезоны. Частота таких сов-падений составила 50% случаев за период 1967-1997 гг. В целом на юге Томской области в отдельныедни может выпадать почти месячная норма осадков(табл. 6), а крупные и выдающиеся ливни фиксируютсяежегодно.Т а б л и ц а 6Примеры крупных и выдающихся ливней на юге Томской областиДата выпадения Количество осадков, мм Дата выпадения Количество осадков, ммТомск Кожевниково30 июня 1987 г. 53,7 1 августа 1969 г. 33,21 июля 1987 г. 20,6 16 июля 1970 г. 49,822 июля 1988 г. 29,8 9 августа 1974 г. 56,728 июля 1988 г. 21,1 28 августа 1989 г. 41,73 августа 1988 г. 36,9 2 июля 1994 г. 41,15 августа 1988 г. 42,8 Первомайское16 августа 1994 г. 80,5 10 августа 1985 г. 74,413 июня 2002 г. 44,7 19 июня 1991 г. 38,422 июня 2003 г. 28,0 12 июля 1994 г. 41,110 июля 2005 г. 39,5 28 июля 1996 г. 35,722 июля 2007 г. 24,7Так, в июле 2011 г. на юге Томской области выпало155-170 мм осадков, или 240-270% нормы. Основнойвклад внесли два ливня: в г. Томске в ночь с 12 на13 июля выпало 47 мм осадков за 12 часов, или 65% ме-сячной нормы, а 27 июля в Томске за 1 час 22 минутывыпало 21 мм осадков, или 75% декадной нормы [24].Ливни, как и затяжные дожди, способствуют подъ-ему уровня воды в реках, подтоплению селитебныхзон, наносят ущерб не только сельскому, но и город-скому хозяйству. Например, сильнейший ливень27 июля 2011 г. привел к подтоплению 286 домовг. Томска, в том числе в Ленинском районе - 200 до-мов, в Советском - 26, в Октябрьском - 56, в Киров-ском районе - 4 дома. Кроме того, пострадали подъез-ды и кровли домов.В нескольких районах города разрушился асфальт,смыто покрытие из щебня, подготовленное для укладкидорожного полотна, пострадали бордюры, было за-труднено передвижение по городу из-за поднявшегосяуровня воды, размыта Эуштинская дамба. В пос. Кир-завода, что недалеко от Октябрьского рынка, вода под-топила дома и уничтожила урожай на приусадебныхучастках.Отключения электроэнергии в Томске во времяливня в основном были связаны с перебоями в работетрех подстанций в районе р. Басандайки, ул. Профсо-юзной и микрорайона Черемошники, повреждениемсети в селах Тимирязевское и Дзержинское (южныйпригород Томска) [25]. Согласно Постановлению [6]этот ливень не представляет опасности, но на самомделе он привел к тяжелым последствиям, и ущерб под-считывается.Таким образом, юг Томской области подверженопасным метеорологическим явлениям, среди которыхнаибольший ущерб наносят сильные ветры и ливни.Часто они сопутствуют друг другу (КНЯ), усиливая не-гативное воздействие на все стороны хозяйственнойдеятельности людей. Около 70-85% ОЯ, приносящихсоциальный и экономический ущерб, приходится натеплый период (апрель-октябрь) года. Именно в этотпериод отмечается основная тенденция роста числа слу-чаев ОЯ. Ежегодный прирост количества ОЯ в теплыйпериод в среднем составляет девять явлений в год. Этатенденция сохранится и в дальнейшем до 2015 г. [3].По оценкам Всемирной метеорологической органи-зации, Всемирного банка реконструкции и развития иряда других организаций, в настоящее время отмечает-ся устойчивая тенденция увеличения материальныхпотерь и уязвимости общества из-за усиливающегосявоздействия опасных природных явлений. В связи сэтим обоснованным является призыв Всемирной ме-теорологической организации прилагать усилия куменьшению опасности от ОЯ, так как один доллар,вложенный в обеспечение готовности к бедствиям,может предотвратить экономический ущерб, связанныйс бедствием, на сумму в семь долларов, что представ-ляет собой значительную отдачу от данной инвестиции[26]. Возможность эффективной борьбы с опаснымиприродными процессами заключается в знании нетолько их генезиса, но и характера развития. В связи сэтим в условиях наблюдающегося изменения климатанемаловажное значение приобретает мониторинг опас-ных явлений погоды как одна из важнейших его харак-теристик.

Скачать электронную версию публикации