ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2014, № 1, с. 47-55
природные процессы и динамика геосистем =
УДК 551.583
Волны тепла на европейской территории россии
В начале ХХ! века*
© 2014 г. В.В. Виноградова
Институт географии РАН Поступила в редакцию 26.11.2012 г.
В последнее десятилетие возрастает повторяемость аномально жаркой летней погоды на Европейской территории России. Повышение летней температуры связано с увеличением частоты волн тепла, вызванных адвекцией сухого жаркого тропического воздуха или трансформацией умеренных воздушных масс в результате их длительного стационирования на данной территории. Такие ситуации обусловлены блокированием западного переноса на Европейской территории России. С волнами тепла тесно связаны такие опасные явления, как засухи, пожары, потери урожая, увеличение заболеваемости и смертности населения. В статье приводится оценка изменения тепловых нагрузок на человека с использованием различных характеристик волн тепла и градиентов температуры. Определены основные тенденции изменения тепловых нагрузок на человека на Европейской территории России за последнее десятилетие в связи с изменением положения Полярного фронта в летний период.
Введение. Потепление климата сопровождается возрастанием числа экстремальных климатических событий, в частности, на европейской территории России. По данным Росгидромета в последнее десятилетие значительно возросло среднее число опасных гидрометеорологических явлений со значительным экономическим и социальным ущербом [17]. За 2006-2010 гг. и в предыдущие пять лет (2001-2005 гг.) число опасных явлений было соответственно в 2.3 и 1.6 раза больше, чем в 1996-2000 гг. Увеличилось число жарких дней, тепловых волн, интенсивных осадков, засух, пожаров и сильных ветров [9]. Современное потепление климата сопровождается увеличением числа дней с экстремально высокой температурой, то есть увеличением числа волн тепла [12].
Под волнами тепла подразумевается устойчивая, продолжительная жаркая погода. Она часто вызывает увеличение смертности и заболеваемости сердечно-сосудистыми заболеваниями. К группам наибольшего риска относятся дети младшего возраста, люди пенсионного возраста, лица, профессиональная деятельность которых связана с пребыванием на открытом воздухе,
*Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 10-05-00407).
и лица с низким уровнем доходов, для которых адаптационные возможности (например, использование кондиционеров) малодоступны. Данные более 50 европейских исследований смертности населения в периоды летней жары показали, что наиболее высоки показатели смертности были среди пожилых людей, страдающих хроническими заболеваниями сердечно-сосудистой системы, органов дыхания, диабетом, госпитализированных лиц, людей, проживающих на верхних этажах, людей, проживающих в городах (по сравнению с пригородом). Летом 2003 г. в Западной и Центральной Европе в результате экстремальной жары погибли, по различным оценкам, от 27 до 40 тыс. человек [8].
На европейской территории России значительные по температуре и продолжительности волны тепла отмечались в 2001, 2002, 2007 и 2010 годах. Особенно значительной по площади, продолжительности и последствиям была температурная аномалия 2010 г. Она была связана с очень длительным - около двух месяцев - блокированием западного переноса в тропосфере средних широт Северного полушария [7]. Летом 2010 г. на Европейской территории России были превышены абсолютные максимумы температуры воздуха почти по всем станциям. Экстремально высокие значения абсолютного максимума были достигнуты в августе в Пензе (41.0 °С), Орле и Ряза-
ни (39.5 °С), в Курске (38.8 °С), а также в июле 2010 г. в Москве, ВДНХ (38.2 °С) и Саратове (41.1 °С) [6]. Спутниковый мониторинг подтверждает, что причиной аномально жаркого лета в России послужило сочетание нескольких мощных природных факторов: Эль-Ниньо 2009 г., а также потепление Арктики и обратный процесс в Антарктиде оказали влияние на межполушарные атмосферные колебания и изменили привычную структуру общей циркуляции атмосферы. Эль-Ниньо 2009 г. совместно с атмосферным колебанием между Северным и Южным полушариями привело к смещению на север Экваториальной депрессии и Азиатского антициклона, за чем последовала необычно долгая блокировка западного зонального переноса умеренных широт на границе Азиатского антициклона, оказавшаяся гораздо западнее и севернее, чем обычно [1].
Поскольку согласно модельным оценкам, при глобальном потеплении следует ожидать увеличение в первую половину года над континентами количества блокингов, их общей продолжительности, среднего времени жизни и интенсивности [7] можно ожидать дальнейшее увеличение количества волн на Европейской территории России.
Представляет также интерес исследование изменения количества волн тепла на Европейской территории России, в связи с динамикой положения Полярного фронта на этой территории в летний период. С его размещением связано изменение горизонтальных градиентов температуры [3-5]. Совместный анализ градиентов июльских значений температуры воздуха и волн тепла позволяет выявить циркуляционные особенности, способствующие возникновению волн тепла.
Материалы и методика. Важным фактором, влияющим на условия жизни человека, является повторяемость волн тепла. Обычно под волнами тепла понимают длительный период чрезмерно жаркой погоды, которая может сопровождаться высокой влажностью. Этот термин чаще всего используется в сравнении с обычными климатическими условиями в данном регионе.
Существует несколько определений волн тепла. Так, Всемирная метеорологическая организация (ВМО) определяет волну тепла как период, когда ежедневная максимальная температура больее чем в течение пяти последовательных дней превышает среднюю максимальную температуру воздуха на 5 °С (9 °F) по сравнению с нормой 1961-1990 [14]. А.Т. Бароуз в 1900 г. определил волну тепла как период в три или более дня в каждый, из которых максимальная температура достигает или превышает 32 °С (90 °F). Американский Метеорологический словарь называет волной
тепла период с аномально жаркой и чаще всего влажной погодой. Чтобы быть волной тепла, период должен продолжаться по крайней мере один день, но обычно он длится от нескольких дней до нескольких недель [16]. В странах северной Европы под волной тепла понимают период длительностью, по крайней мере, пяти последовательных дней, когда максимальная температура превышает 25 °С (77 °F) при условии, что, по крайней мере, в течение трех дней за этот период максимальная температура была выше 30 °С (86 °F).
Для исследования использовались суточные данные 136 метеостанций, расположенных на европейской территории России за 2000-2010 гг. [15]. По данным этих метеостанций были рассчитаны характеристики волн тепла. Были выбраны наиболее характерные для данного региона параметры этих волн: температура выше 30 °С, превышение которой в течение 5 дней и более можно считать волной тепла для всей европейской территории России, а также волны тепла по определению, рекомендованному ВМО, как наиболее универсальному для любых территорий, и волны тепла по определению А.Т. Бароуза, которое более применимо для южных районов. Для летних месяцев (май-сентябрь) были рассчитаны:
- число дней с максимальной температурой воздуха выше 30 °С за май-сентябрь;
- число дней с температурой выше 30 °С в течение 5 дней подряд и более;
- число дней с температурой выше 30° С за июль-август;
- число дней с температурой на 5° С выше средней максимальной температуры воздуха в течение пяти дней подряд и более;
- число дней с температурой выше 32 °С в течение трех дней подряд и более.
Также была рассчитана максимальная продолжительность и частота волн тепла за июль-август для каждой градации.
Результаты были представлены на картах для двух пятилетних периодов: 2001-2005 гг. и 20062010 гг.
Были построены графики изменения количества волн тепла на данной территории в широтном и меридиональном направлениях.
Для исследования волн тепла в связи с динамикой положения полярного фронта в летний период были рассчитаны горизонтальные градиенты температуры в июле для территории 42-68° с.ш. 20-60° в.д. Использовались данные метеостанций, проинтерполированные на сетку 1 х 1°. Для исследования изменений положения полярного фронта были выбраны следующие периоды осреднения: 2001-2005 годы и 2006-2010 годы.
Модуль температурного градиента Gt имеет размерность (градус Цельсия / 1 градус широты) и рассчитывался по формуле:
вг = {Ох2 + Оу2
где
ву ( ] +1 + 1, ] + 1 ] +1, ]
)/2
вх = (гг
1, ] + +1, ] +1
- ] - ]+,)/(2* 008{)
Здесь / — индекс ячейки по долготе (увеличивается в восточном направлении), ] — индекс ячейки по широте (увеличивается в северном направлении), { — широта ячейки [5].
Затем были построены графики и карты распределения градиентов температуры воздуха для двух периодов: 2001-2005 гг. и 2006-2010 гг.
основные результаты и их обсуждение. Волны тепла и их влияние на смертность и заболеваемость человека изучались в Греции, Португалии, Германии и Соединенных Штатах Америки, Польше. Все исследования указывают на влияние жары на заболевания системы кровообращения и общую смертность [10], на состояние физиологических реакций в организме человека. При повышении температуры кожи потовые железы активизируются, одновременно усиливается периферический кровоток, устраняющий избыток тепла. Это приводит к риску дегидратации, снижению артериального давления и увеличению частоты сердечных сокращений. Так, например, в Соединенных Штатах почти 45% жертв вызваны жаркой погодой [11].
На европейской территории России с конца ХХ в. происходило нарастание тепловых нагрузок, связанных с воздействием волн тепла как по продолжительности, так и по интенсивности [2]. Волны тепла теперь все чаще можно наблюдать не только на юге европейской России, а также в центре и на севере Русской равнины.
Число дней с температурой выше 32 °С. На европейской территории России в начале века возрастало среднее число дней с температурой выше 32 °С в течение тре
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.