ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 457, № 5, с. 603-607
ГЕОГРАФИЯ
УДК 551.467.3:551.5:532.5
ледовый режим азовского моря
и климат в начале xxi века
© 2014 г. Академик Г. Г. Матишов, А. Л. Чикин, Л. В. Дашкевич, В. В. Кулыгин, Л. Г. Чикина
Поступило 25.02.2014 г.
БО1: 10.7868/80869565214230200
Успех социально-экономического развития во многом зависит от прогнозирования и моделирования климата. Для этого следует развивать существующие модели процессов, оказывающих влияние на климат, и разрабатывать новые с учетом региональных особенностей. В настоящее время все больше известных климатологов, утверждающих, что за последние годы никакого роста средней температуры на Земле не наблюдается. Так, в [1] показано, что внутривековые климатические изменения ледовитости Евразийских арктических морей носят полициклический характер по причине колебания солнечной постоянной. Слабое место основных климатических глобальных сценариев — игнорирование на практике, в расчетах природной цикличности и регионального развития климата, например в Южном океане и Антарктиде или на юге России [2, 3]. Есть конкретные работы, в частности [4], которые на основе временных трендов в рядах сроков появления льда на реках европейской территории России предсказывают дальнейшее потепление климата к 2020 г. Для р. Дон и Азовского моря это не соответствует реальным наблюдениям ЮНЦ РАН в 2004-2013 гг.
Кроме архивных и литературных данных [5] в основу нашей работы положены гидрометеорологические наблюдения на морском посту ЮНЦ РАН в Кагальнике. Пост расположен на южном краю авандельты р. Дон на востоке Таганрогского залива.
Южный научный центр Российской Академии наук, Ростов-на-Дону Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра Российской Академии наук Институт аридных зон Южного научного центра Российской Академии наук, Ростов-на-Дону Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону
АНАЛИЗ КЛИМАТА АЗОВСКОГО МОРЯ С НАЧАЛА XXI В.
Климат Азовского моря формируется в зоне степей и относится к умеренно континентальному с недостаточным увлажнением. Совокупность метеорологических условий определяют жаркое лето (24-27°С) и холодная зима (обычно ниже 0°С, местами до -25°С и ниже), а также неустойчивое количество осадков (200-450 мм в год). В зависимости от суровости зимы акватория моря то почти свободна ото льда, то полностью или большей частью покрыта льдом [7, 8]. Наибольшего развития и толщины (20-60 см) ледовый покров на Азовском море достигает в феврале. В фокусе нашей работы находится анализ динамики зимних температур и особенности замерзания Азовского моря, соленость которого 0.5-13%с.
Вследствие мелководности Азовского моря и, следовательно, небольшого теплозапаса ледовые условия на море подвержены достаточно резким колебаниям в связи с изменением погоды. В периоды становления ледяного покрова и очищения акватории ото льда возможно неоднократное появление и исчезновение льда, чередование процессов таяния и замерзания. Ледовый сезон в Азовском море начинается с появления льда в вершине Таганрогского залива. Невысокая соленость обусловливает начало ледообразования уже при температуре вод -0.5°С. Среднее число дней со льдом в Таганрогском заливе 75-100 [5, 6].
Для анализа межгодовой динамики зимних условий обычно используют такой показатель, как сумма среднесуточных отрицательных температур воздуха. В [5] деление зим в азовском регионе на три типа определено следующим образом: для суровых зим сумма средних суточных отрицательных температур воздуха за октябрь-апрель более 400, для умеренных 200-400, для мягких менее 200°С. Следует отметить, что этот показатель достаточно устойчивый для региона.
604
МАТИШОВ и др.
й л
5 ^
4500
о В
§ й 4000
£ I
о е
ей
О
-250 500
2005 2006 2007 2008
5000 г
2009 2010
2011 2012 2013 Годы
□ Отрицательные температуры
□ Положительные температуры
□ Лед
0
20 дн
40 ло
60 у 80 £
м о
ьдо
л о
о
Рис. 1. Сумма среднесуточных положительных (апрель-духа и продолжительность ледостава в 2005-2013 гг.
октябрь), отрицательных (октябрь-апрель) температур воз-
При построении графиков сезонной динамики температуры воды и воздуха на береговой ст. Кагальник обработку первичной информации (всего измерений около 17 тыс.) производили следующим образом. Первоначальные сведения срочных наблюдений (5 раз в сутки) осреднялись до среднесуточных величин. Затем были посчитаны суммы положительных и отрицательных температур за теплый и холодный периоды года (рис. 1). Кроме того, температуры воздуха были осредне-ны до среднемесячных значений. Для представления внутригодовой динамики температур воды и воздуха на график наносили среднедекадные значения за все месяцы в году (рис. 2). Данные о продолжительности ледостава отражали с момента образования припая в пункте наблюдения до даты разрушения льда. С помощью бура в восточной части Таганрогского залива измеряли толщину азовского льда.
На рис. 1 четко выделяются суровые зимы 2005/2006, 2011/2012 гг. и мягкая зима 2006/2007 гг., которые удовлетворяют приведенным выше критериям, остальные зимы относятся к умеренным. Что касается распределения отрицательных температур воздуха внутри зимнего периода, то пик холодов приходился на январь в 2005/2006, 2007/2008, 2008/2009, 2009/2010 гг.; на февраль в 2004/2005,2006/2007,2010/2011, 2011/2012, на декабрь в 2012/2013.
На рис. 2 представлена среднемесячная температура воздуха за 9 лет наблюдений на береговой ст. Кагальник. Отмечено чередование наиболее холодных и теплых месяцев в межгодовой динамике. Так, после очень холодного января 2006 г. отмечен крайне теплый январь 2007 г., аналогично февраль 2012, 2013 гг., декабрь 2012, 2011 гг., ноябрь 2011, 2010 гг., март 2005, 2006 гг. В теплый период года контрасты среднемесячных температур в межгодовой динамике выражены слабее.
Однозначности в тенденциях динамики температуры воздуха за период наблюдений не прослеживается.
В исследуемый период 2005-2013 гг. самыми ледовитыми (рис. 1, 2) были зимы 2005/2006, 2007/2008, 2010/2011, 2011/2012 гг. (65-72 дней со льдом), зимы 2004/2005, 2008/2009, 2009/2010, 2012/2013 гг. можно считать умеренными. Толщина льда в зимний период 2007/2008-2012/2013 гг. по данным береговых наблюдений в п. Кагальник достигала 30-50 см.
Анализ ледового режима Таганрогского залива за 10 лет наблюдений показал существование двух видов ледостава: первого с неоднократным становлением/таянием льда и второго с единственным за зиму замерзанием залива (рис. 2), связи с типом зимы не выявлено. Однократное становление льда наблюдали в 2005/2006 (суровая зима), 2006/2007 (мягкая), 2010/2011 гг. (умеренная). Непродолжительный ледостав (3-5 дней) в начале зимы и длительный в конце отмечен в 2004/2005, 2007/2008, 2011/2012 гг. (умеренные и суровая зимы). Длительный ледостав в первой половине зимы и краткое становление льда в конце холодного периода наблюдали в 2008/2009, 2012/2013 гг. (умеренные зимы). Сильные колебания температуры воздуха зимой 2009/2010 гг. (от +12 до —21°С) не способствовали стабильности ледового покрова (ледостав наблюдался 4 раза за холодный период). Зимой 2013/2014 гг. наблюдали неоднократное становление ледяного покрова вследствие колебаний температуры воздуха от +5°С до -25°С. Зима 2013/2014 гг. - вторая по экстремальности температур воздуха за последние 10 лет (после 2005/2006 гг.) - при сумме отрицательных температур за холодный период соответствует умеренному типу.
ледовый режим азовского моря
605
Сентябрь Ноябрь Январь Март Май Июль Август Октябрь Декабрь Февраль Апрель Июнь
Сентябрь Ноябрь Январь Март Май Июль Август Октябрь Декабрь Февраль Апрель Июнь
Рис. 2. Начало ледостава в Таганрогском заливе в XXI в. Среднесуточная (по декадам) температура воды (1, 3) и воздуха (2, 4) с максимальными (в теплый период), минимальными (в холодный период) значениями и продолжительность ледостава (5).
606
МАТИШОВ и др.
Толщина льда, см 35
30
25
20
15
10
01_
11.01 18.01 25.01 01.02 08.02 15.02 22.02 01.03 08.03
Дата
— Наблюденные данные — Расчет по (1)
.....Расчет по (2) — Расчет по скорректированной
формуле
Рис. 3. Изменение толщины льда с 11.01.2011 г. по 08.03.2011 г.
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЛЕДООБРАЗОВАНИЯ В ТАГАНРОГСКОМ ЗАЛИВЕ
Для исследования динамики ледообразования в Таганрогском заливе положены ежедневные гидрометеорологические наблюдения за период 2005—2012 гг. на береговой научно-экспедиционной базе (НЭБ) ЮНЦ РАН "Кагальник" на побережье Таганрогского залива (ст. Кагальник).
Большинство методов расчета толщины льда основано на решении уравнения Стефана. Поток тепла из толщи льда в атмосферу в общем случае рассчитывают из уравнения теплопроводности. Однако используют предположение о линейности профиля изменения температуры в толще льда. В частности, на этом предположении основаны методы из [9, 10].
Если воспользоваться методом [10], то для расчета толщины льда получим
£ = -
\ксн
к
Ау
1
\ксн
Ау
I + 2к£(-Тв),
(1)
где Xл = 9.2 • 105, Xсн = 2 • 105 — теплопроводности льда и снега, Та — среднесуточная температура
воздуха, V — скорость ветра, Нсн — высота снежно-
го покрова, 2,0 — толщина льда и начальная на данный промежуток времени толщина льда, к — коэффициент, зависящий от теплофизических ха-
рактеристик льда и принятый равным 0.57 • 10-4, А= 41.1 — коэффициент пропорциональности. Однако данная формула перестает работать при штилевой погоде, когда скорость ветра равна нулю.
Методика [11] позволяет проводить расчеты без учета силы ветра:
+ ТлМ,
(2)
где рсн — плотность снежного покрова, Ь — удельная теплота фазового превращения. Температуру поверхности рассчитывают по связи между температурой поверхности льда или снега и температурой воздуха Тл = а Тв.
При расчете толщины льда в восточной части Таганрогского залива, где воду можно считать пресной, использовали (1), учитывающую ветер, и (2) при штиле. Непосредственное использование (1) давало заниженное значение толщины льда. Это происходило, скорее всего, вследствие увеличенного значения А. По этой причине пришлось значение А скорректиров
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.