Пределы изменения элементов влагооборота в атмосфере и метод их расчета
В.Ш. Цомая1, Н.Г. Кочламазашвили2
Институт гидрометеорологии АН Грузии; 2Тбилисский государственный педагогический университет им. С-С. Орбелиани
Статья поступила в редакцию 28 мая 2004 г. Представлена членом редколлегии А.Ф. Глазовским
Характеризуются пределы изменения общих, адвективных и конвективных осадков, поверхностного стока и испарения; дана новая схема их расчета.
Введение
В гляциогидрометеорологической литературе [3, 5] большое внимание уделяется характеристикам элементов влагооборота в атмосфере. Предложены формулы для их расчета, одна из которых имеет вид:
Ра = / (Р ,1) и Рк = / (Р ,1) .
(5)
Р = Ра + Рк ,
(1)
где Р — общее количество осадков, мм; Ра — адвективные осадки, принесенные внешними воздушными массами (океанического происхождения), мм; Рк — конвективные осадки, образованные местным испарением, мм. При этом величина Р измеряется на метеорологических станциях, а Рк определяется путем вычислений и равна половине расчетного испарения для территорий, линейные размеры которых меньше 1500 км [3]. В таких случаях в расчетах водного баланса часто получается невязка, объясняемая неточностями расчетных характеристик испарения [3].
Новая схема расчета
Во избежание этого недостатка, на основе анализа многих данных по осадкам и поверхностному стоку 0 были получены формулы для расчета Ра и Рк в виде:
Ра =
Рк =
Р + О
р - о
а их сумма
Ра+Рк=Р+е+Р^е=Р .
(2)
(3)
(4)
Соответствующие кривые (Ра) представлены на рис. 1, согласно которому значения Ра увеличиваются с ростом величины Р и тем интенсивнее, чем ниже температура воздуха; при ? <-10—15°С адвективные осадки равны осадкам, выпавшим из принесенных воздушных масс, и это равенство служит верхней границей распространения Ра; те же осадки уменьшаются с повышением температуры воздуха, и при ?>+20—25°С величина Ра равна половине общего количества осадков Р, и это равенство служит нижней границей распространения Ра.
По установленным зависимостям были получены формулы для определения Ра (табл. 2). Аналогично можно вывести формулы для расчета 0 и Е, которые фактически получаются из уравнений, приведенных в табл. 2, если подставить значения Ра в выражения (2) и (3) и решить их относительно 0 и Е. Например, по формуле (2) с учетом (6) имеем:
0 = 2Ра - р = 2 ■ 0,54Р - Р = 0,08Р или по формуле (3)
Е = 2Рк = 2Р--° = Р - 0,08Р = 0,92Р
2
и т.д.
Уравнение (4) подтверждает правильность выражения (1), согласно которому измеряемое на метеорологических станциях количество осадков состоит из адвективных и конвективных. Подтверждением этому служат результаты расчета, приведенные в табл. 1 и полученные по данным, заимствованным из [3] для Азии.
Аналогичные результаты получены для всего Кавказа по данным, заимствованным из [1], где осадки, сток, испарение приведены по 500-метровым высотным зонам. Согласно этим расчетам, значения Ра и Рк изменяются с высотой, и эти изменения определяются вариациями общих осадков Р и температуры воздуха ?, т.е.
Результаты проверки на независимых материалах
Достоверность полученных формул на примере уравнений (6) и (9) (см. табл. 2) была проверена по независимым материалам. Для этой цели использованы данные для 21 метеорологической станции, полученные по методу М.И. Будыко и заимствованные из [4] (табл. 3). Как видно из этой таблицы, результаты расчета стока вполне удовлетворительны; средняя ошибка составляет 3,5% , максимальная не превышает 12,9% (станция Сухуми).
То же самое получается для сильно аридных районов, к каковым относятся очень холодные (Антарктида и Арктика) и очень теплые (Африка и Австралия) регионы, где ? <-10—15°С и >+20—25°С, соответственно. В Африке и Австралии при такой жаркой погоде выпадает еще и большое количество осадков — до 3000—6000 мм, что влияет на параметры влагооборота. Поэтому для этих континентов предложены общие
197 -
2
2
Материалы гляциологических исследований, вып. 102
Таблица 1
Результаты расчета элементов влагооборота по данным о водном балансе речных бассейнов Азии [3]
Река Исходные данные Расчет по формулам
осадки сток испарение невязка Pa (2) Pk (3) E=2Pk невязка
P, мм Q, мм E, мм баланса, мм баланса, мм
Обь 543 130 400 13 336 206 412 1
Енисей 560 237 320 3 398 162 324 1
Лена 462 214 272 -24 338 124 148 0
Колыма 420 212 210 2 316 104 208 0
Камчатка 870 580 276 15 725 145 290 0
Анадырь 525 314 207 4 420 106 212 1
Амур 605 191 389 25 398 207 414 0
Хуанхе 458 89 370 16 274 189 368 1
Янцы 1100 550 605 -55 825 275 550 0
Хонхга 1690 885 722 83 1287 403 806 1
Риони 1700 950 650 100 1325 375 350 0
Гильменд 240 48 224 18 144 96 192 0
Нармогда 1120 380 582 158 751 370 740 2
формулы (16)-(17) (см. табл. 2). Кроме того, они служат для проверки верхнего и нижнего пределов изменения Ра, Рк, 0 и Е. С этой целью использованы данные В.М. Котлякова и Е.С.Короткевича по Антарктиде, В.В. Иванова по Арктике, А.Я. Рыбкина по Африке и Т.Э. Григоркиной по Австралии, заимствованные из [3]. Как видно из табл. 4, результаты расчета вполне удовлетворительные. Исключение составляет сток, при расчете которого ошибка достигает 10 мм при среднем его значении 27—28 мм (Африка) и 18—22 мм при среднем значении 144—155 мм (Антарктида). Однако определенная расчетным способом величина испарения полностью соответствует рассчитанной другими авторами. Следовательно, можно полагать, что и сток определен правильно. Но имеющи-
еся все же расхождения вызваны разными обстоятельствами. Например, средние значения элементов водного баланса для островной части Арктики условны и не могут отражать всего разнообразия ее климатических и других природных условий [3]. Расхождения для ледниковой части (на примере Антарктиды) можно объяснить положением В.М. Котлякова [2] о том, что ледниковая поверхность в отдельных частях повышается, в других — понижается. Это положение полностью подтверждается результатами сравнения измеренных значений абляции и уровней поверхности льда методом нивелирования на постоянных поперечных профилях ледников Кавказа [6], представленных на рис. 2. Как видно, точки на графике отклоняются от средней линии на 20—25%, что вызвано про-
-е-
Рис. 1. Зависимость Pa от Р для высотных зон ниже 500 (1), 1000 (2), 3000 (3) и 4000 (4) м для Кавказа Fig. 1. Dependence of Pa on P for the zones below 500 (1), 1000 (2), 3000 (3), and 4000 (4) m for Caucasus
198
В.Ш. Цомая, Н.Г. Кочламазашвили Таблица 2
Формулы для расчета Pa
Районы (высотные зоны), где: Формулы Достоверность Номер
высота осадки температура аппроксимации формулы
Н, м P, мм воздуха t, °С
<500 <500 9,0-14,5 Pa=P (1,00-10-5-P +0,540) 0,8949 (6)
>500 9,0-14,5 Pa=P (12,5-10-5-P +0,589) 0,9999 (7)
500-1000 10,6-7,8 Pa=P (8,00-10-5-P +0,635) 0,9962 (8)
1000-1500 7,8-5,0 Pa=P (7,00-10-5-P +0,680) 0,9965 (9)
1500-2000 5,0-2,0 Pa=P (6,00-10-5-P +0,730) 0,9971 (10)
2000-2500 2,0-0,8 Pa=P (5,00-10-5-P +0,765) 0,9945 (11)
2500-3000 от -0,8 до -3,3 Pa=P (4,00-10-5-P +0,800) 0,9958 (12)
3000-3500 от -3,3 до -6,2 Pa=P (3,00-10-5-P +0,870) 0,9971 (13)
3500-4000 от -6,2 до -10,0 Pa=P (1,00-10-5-P +0,937) 0,9975 (14)
>4000 <-10,0 Pa=P (1,00-10-5-P +0,960) 0,9981 (15)
Африка >20-25 Pa=P (7,90-10-5-P +0,540) 0,9930 (16)
Австралия >20-25 Pa=P (8,90-10-5-P +0,594) 0,998 (17)
Таблица 3
Результаты расчета элементов влагооборота по материалам метеорологических станций Колхидской низменности (по данным М.И. Будыко [4])
Метеорологическая Высота, Исходные данные Расчетный сток
станция м по формуле (9)
осадки, температура сток, мм разность,
мм воздуха, °С мм %
Сухуми 116 1366 14,5 815 710 12,9
Гали 63 1569 13,7 894 895 -0,1
Анаклиа 3 1458 14 842 791 6,1
Зугдиди 117 1616 13,8 940 941 -0,1
Мухури 260 2097 13,8 1430 1473 -3
Цаленджиха 222 1825 13,3 1221 1158 5,2
Ахути 172 1719 14,1 1002 1045 -4,3
Сенаки 40 1669 14,5 1020 993 2,6
Поти 1 1768 14,1 1235 1096 11,3
Даблацихе 221 1818 13,8 1147 1150 -0,3
Самтредиа 25 1375 14,4 749 717 4,3
Хони 114 1646 14,3 972 970 0,2
Цхалтубо 121 1692 14,6 983 1017 -3,5
Орпири 344 1569 12,8 909 895 1,5
Кутаиси 114 1380 14,5 770 722 6,2
Ланчхути 20 1824 33,8 1206 1156 4,1
Ацана 196 2084 13,3 1395 1457 -4,4
Супса 7 2192 13,5 1596 1591 0,3
Шрома 150 2243 14 1635 1657 -1,3
Анасеули 158 2115 13,6 1522 1495 1,8
Кобулети 7 2320 13,9 1774 1759 0,8
Средний 3,5
Рис. 2. Зависимость изменения уровня поверхности ледника АН от абляции Аб за период абляции (1) и за год (2) на постоянных поперечных профилях ледников Кавказа Fig. 2. Dependence of change of glaciers surface level АН on ablation Аб for the period of ablation (1) and for the year (2) on invariable cross-sections of Caucasian glaciers
Аб,м
- 199 -
Материалы гляциологических исследований, вып. 102
Таблица 4
Результаты расчета Pa, Q и E для аридных бассейнов
Территория, материковая часть осадки, мм P Pa Исходные данные сток, испарение, невязка мм мм стока, мм Pa мм % Расчетные данные Q E мм % мм % невязка стока, мм
Африка
Область внутреннего стока 196 104 11 167 18 106 1,9 16 45,5 180 10,2 0
склона бассейна
Атлантического океана
Область внутреннего стока 262 139 16 229 17 141 2,2 20 25,0 242 5,7 0
Р. Дра 240 134 28 200 12 130 3,0 20 28,6 220 10,0 0
Р. Оранжевая 367 197 27 352 12 202 0,5 37 37,0 330 6,3 0
Джуба 410 224 38 375 3 221 1,3 33 13,2 378 1,3 0
Австралия
Бассейн оз. Эйр 280 142 4 259 21 151 6,3 22 258 0 0
Западное плато 267 134 1 265 2 144 7,5 21 246 7,2 0
Вся область 270 136 2 263 7 146 7,4 22 247 5,7 0
Антарктида
Атлантический бассейн 166 155 144 0 -22 160 3,2 154 6,9 12 0
Индийский бассейн 173 164 155 0 -18 166 1,2 159 2,6 14 0
Бассейн Тихого океана 190 192 193 0 3,0 183 4,7 176 8,8 14 0
Всего 177 171 165 0 12 170 0,6 163 1,2 14 0
Арктика
Гренландия 349 342 334 15 335 2,0 321 3,9 28 0
Шпицберген 692 672 652 40 664 1,2 636 2,4 56 0
Земля Франца-Иосифа 381 374 367 14 366 2,1 351 4,4 30 0
Новая Земля 499 462 424
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.