Основные метеорологические процессы и элементы

Солнечная радиация. Величина поступающей на земную поверхность солнечной радиации зависит от высоты Солнца над горизонтом, продолжительности дня и облачности, определяющих продолжительность солнечного сияния и количество прямой солнечной радиации.

Приход солнечной радиации уменьшается в направлении с юга на север с 4100 до 3500 МДж / м² в год.

Джоуль – единица энергии, работы и теплоты, названная в честь Дж. Джоуля. Обозначается Дж. 1 Дж = 10⁷ эрг = 0, 2388 кал.

В годовом ходе суммарной радиации наблюдаются значительные отклонения (как по количеству, так и по составу) от ее среднегодовых показателей. В июле солнечная радиация в 9 раз больше, чем в январе и на 50—52 % состоит из прямой солнечной радиации. В январе на долю прямой радиации приходится только 20—30 % суммарной величины. Под воздействием облачности доля прямой солнечной радиации может сокращаться до 12—17 %.

Интенсивность солнечной радиации зависит от прозрачности атмосферы, то есть от запыленности, содержания водяного пара, аэрозолей и др. Прозрачность атмосферы существенно изменяется по сезонам года, увеличиваясь от лета к зиме, достигая максимальных значений в ноябре – декабре (первый максимум) и в феврале (второй максимум). Однако из-за значительной облачности в зимний период продолжительность солнечного сияния существенно сокращается.

Самыми солнечными месяцами на территории Беларуси являются июнь и июль. Именно на эти летние месяцы приходятся максимальные значения прямой солнечной радиации. На горизонтальную поверхность за год на территории Беларуси приходится в среднем около 1500—2000 МДж / м² прямой солнечной радиации.

Соотношение прямой и рассеянной солнечной радиации существенно изменяется в течение года. В целом преобладает рассеянная радиация, что особенно заметно в зимний период года. И только с мая по июль доля прямой радиации бывает несколько выше, чем рассеянной.

В годовом ходе суммарной радиации хорошо выражен максимум в июле и минимум в январе (в Минске – 623 и 40 МДж / м² (соответственно)).

Резкое возрастание суммарной солнечной радиации обычно наблюдается в марте из-за увеличения угла падения солнечных лучей, роста продолжительности дня и уменьшения облачности. На май, июнь и июль приходится почти 50 % годовой суммарной радиации, а на ноябрь, декабрь и январь – только 5 %.

Свои особенности имеет и суточный ход суммарной радиации. Летом, когда в два раза увеличивается продолжительность дня, поступление солнечной радиации на земную поверхность происходит более продолжительное время. В июне оно увеличивается до 21 часа и достигает максимума около полудня. В Минске, например, в ясные июньские дни за сутки ее поступает около 3, 17 МДж / (м² час), а в декабре – всего 0, 71 МДж /(м² час). Абсолютный полуденный максимум наблюдается в мае (3, 93 МДж / (м² час)), когда в воздухе содержится минимальное количество водяного пара и аэрозолей. Но суточная сумма радиации все же выше в июне.

В суточном ходе суммарной радиации большое значение имеет облачность. Летом при ясном небе величина суммарной радиации на 50 % выше, чем в условиях средней облачности.

Максимальная суточная радиация при средней облачности в июне в Минске составляет около 20, 79 МДж / м², а в декабре она снижается до 1, 34 МДж / м² .

Радиационный и тепловой баланс. Суммарная радиация и атмосферное излучение составляют приходную часть радиационного баланса, а отраженная радиация и земное излучение – расходную часть.

Отражательная способность земной поверхности определяется величиной альбедо. Альбедо, зависящее от характера подстилающей поверхности, существенно изменяется в течение года. В теплую часть года земная поверхность, покрытая травянистой растительностью, отражает около 20 % поступающей суммарной радиации, в ноябре – 30—40 %, а в январе – феврале, когда имеет место устойчивый снежный покров, отражается до 60—70 %. Значительное увеличение альбедо в зимнюю пору года приводит к сокращению доли поглощенной подстилающей поверхностью радиации.

Количество поглощенной радиации обусловливает эффективное излучение, то есть разницу между длинноволновым тепловым излучением подстилающей поверхности и встречным излучением атмосферы. Максимум эффективного излучения наблюдается в мае – июле и составляет около 30 % поглощенной радиации. Но в то же время своих максимальных значений достигает и приходная часть радиационного баланса – суммарная радиация. Минимум эффективного излучения фиксируется в декабре, когда суммарной радиации поступает минимальное количество.

В целом за год 40—45 % поглощенной радиации теряется в виде эффективного излучения, что составляет в северных районах страны 1100 МДж / м², а в южных – 1300 МДж / м².

Днем эффективное излучение выше, чем ночью. Но днем больше и приход тепла. В безоблачные ночные часы за счет эффективного излучения может наблюдаться радиационное охлаждение (выхолаживание) земной поверхности, которое весной и осенью приводит к заморозкам.

Соотношение между суммарной радиацией, альбедо и эффективным излучением определяет радиационный баланс земной поверхности: положительный или отрицательный.

В среднем годовом выводе радиационный баланс на территории Беларуси положительный, увеличиваясь с северо-востока на юго-запад с 1500 МДж / м² до 1800 МДж / м². Четыре месяца в году (ноябрь – февраль) в северной и центральной частях Беларуси и три месяца (ноябрь – январь) в ее южной части радиационный баланс отрицательный. В марте и апреле радиационный баланс резко увеличивается за счет быстрого роста суммарной радиации и снижения альбедо из-за таяния снежного покрова. Затем рост месячных сумм существенно замедляется.

Самое большое среднемесячное значение радиационного баланса приходится на июнь. В Минске, например, эта величина составляет около 329 МДж / м^2.

К осени радиационный баланс уменьшается и в ноябре становится отрицательным. Переход к положительным среднесуточным значениям радиационного баланса происходит в феврале.

Днем радиационный баланс положительный (за исключением зимних месяцев), а ночью в течение всего года – отрицательный. В полдень радиационный баланс на всей территории страны достигает своего максимума.

Положительным радиационный баланс на территории Беларуси бывает 9 месяцев. Он расходуется главным образом на испарение и турбулентный теплообмен между подстилающей поверхностью и атмосферой. В среднем 84 % радиационного баланса тратится на испарение и только 16 % – на теплообмен.

Давление атмосферы. Циркуляция воздушных масс. Важнейшим климатообразующим процессом на территории Беларуси является западный перенос воздушным масс. С западным переносом со стороны Атлантического океана вместе с циклонами, образующимися на полярном (умеренном) и арктическом фронтах, приходят на территорию Беларуси морские умеренные воздушные массы. Гораздо меньшее влияние на климат страны оказывают арктические и тропические воздушные массы.

Перемещение воздушных масс зависит от особенностей барического поля, распределения давления в течение года и положения барических центров над материком и прилегающими к нему частями Мирового океана. В свою очередь, давление формируется под влиянием общей циркуляции атмосферы.

Зимой над Евразией формируется Азиатский максимум. Повторяемость погоды зимой, которая устанавливается под воздействием Азиатского антициклона, составляет 18—20 %, весной и осенью – 10—14 %. Интенсивность влияния Азиатского антициклона уменьшается в направлении с востока на запад.

Летом Азорский максимум, постоянно находящийся в тропических широтах, смещается на север и его восточное ответвление проходит к югу от Беларуси. Именно эта барическая система определяет характер погоды страны в летний период. Повторяемость погоды летом, устанавливающейся под влиянием Азорского антициклона, составляет около 18 %.

В среднем за год на территорию Беларуси приходят или непосредственно над ней формируются 15—16 антициклонов. Более заметное влияние на климат Беларуси оказывают циклоны.

Циклональная циркуляция оказывает воздействие на погоду в течение примерно 216 суток. Циклоны, приходящие на территорию страны, образуются главным образом на арктическом и полярном фронтах. Однако они могут возникать также в результате неравномерного нагревания земной поверхности.

Взаимодействие барических максимумов и минимумов, формирование антициклонов и циклонов, траектории их перемещения определяют основные атмосферные процессы над территорией страны: особенности и распределение барического поля, преобладающий перенос воздушных масс, адвекцию (приход, поступление) тепла и холода, количество и режим осадков.

Атмосферное давление в среднем за год постепенно возрастает с севера и северо-запада на юг и юго-восток. Например, в Витебске оно составляет 994, 9 Па, а в Гомеле – 1 001, 5 Па. Среднее же давление на уровне моря – 1 013, 2 Па.

Паскаль (Па) – единица давления и механического напряжения, названная в честь Б. Паскаля; обозначается Па. 1 Па = 1 Н/м² = 10 дин / см² = 0, 102 кгс/м²=10^-5 бар=7, 50 х 10^{-3 мм. рт. ст. = 0,102 мм вод.ст.}

Максимальное давление над всей территорией страны устанавливается в январе. Изобары января простираются с юго-запада на северо-восток. Летом над прогретой сушей давление понижается. В пределах Беларуси падение атмосферного давления летом происходит с запада на восток. Наименьшее атмосферное давление на территории страны фиксируется в июле.

Годовой ход атмосферного давления приводит к тому, что зимой преобладают ветры западных и юго-западных направлений, а летом – западных и северо-западных направлений. В системе общей циркуляции атмосферы наблюдается периодическая смена зонального западного переноса воздушных масс на меридиональный перенос с перемещением воздушных масс с юга на север или с севера на юг. Характер атмосферной циркуляции определяет тип и свойства приходящих на территорию страны воздушных масс.

1 Умеренные воздушные массы господствуют над территорией страны в течение всего года.

Морские умеренные воздушные массы попадают на территорию Беларуси с циклонами, зарождающимися над Атлантическим океаном и Средиземным морем на арктическом и умеренном (полярном) фронтах.

Зимой над территорией страны морские воздушные массы господствуют на протяжении 50—60 % зимнего периода. Вторжение морского умеренного воздуха сопровождается потеплением, оттепелями, облачностью, повышением влажности и выпадением осадков.

Летом морской умеренный воздух поступает в основном с запада и северо-запада. Он также приносит влагу, но, будучи более холодным, понижает температуру. Двигаясь на восток, морские воздушные массы быстро прогреваются и трансформируются в теплый континентальный воздух.

Континентальные умеренные воздушные массы,формирующиеся только над сушей, проникают на территорию страны с востока и юго-востока. Зимой они приносят похолодание, а летом – потепление и сухость. Наибольшая повторяемость умеренного континентального воздуха характерна для северо-восточной части Беларуси.

2 Арктические воздушные массы попадают на Беларусь в системе циклонов, которые образуются на арктическом фронте и перемещаются в основном в восточном и северо-восточном направлениях.

Морские арктические воздушные массы формируются над относительно теплой поверхностью Атлантического океана и в западном направлении перемещаются на территорию страны. Сталкиваясь с умеренными воздушными массами, они образуют холодные фронты, которые сопровождаются выпадением осадков и усилением ветров северных направлений.

Континентальные арктические воздушные массы приходят на Беларусь с севера и северо-востока, с Карского и Баренцева морей, принося сильные ветры и обильные снегопады.

Арктические воздушные массы бывают над территорией Беларуси около 40 – 70 суток в году. Зимой и летом они вызывают похолодание, весной – поздние заморозки, а осенью – ранние заморозки.

3 Тропические воздушные массы менее характерны для Беларуси, чем умеренные и арктические. Средняя их повторяемость составляет около 20—25 %. Тропические воздушные массы приходят на территорию страны летом с юго-запада и юго-востока.

Морские тропические воздушные массы приносят относительно высокую температуру и повышенную влажность.

Континентальные тропические воздушные массы на территорию страны поступают значительно реже, принося высокую температуру и сухой воздух.

Таким образом, для климата Беларуси характерно поступление различных воздушных масс, которые приносят тепло или холод и определяют выпадение осадков. Смена воздушных масс, взаимодействие циклонов и антициклонов, динамика атмосферных фронтов обусловливают перемену температур и неустойчивость режима погоды.

Температура воздуха. Основным результатом западного переноса воздушных масс является адвекция тепла в зимний период года, что в значительной степени сглаживает среднегодовые амплитуды температур. В годовом ходе температур наблюдается следующая закономерность: среднегодовые температуры повышаются с северо-востока (4,4 °С) на юго-запад (7,4 °С). Годовые изотермы идут с северо-запада на юго-восток. В этом же направлении увеличивается и продолжительность теплого периода, достигая 250—260 суток на юго-западе страны. На северо-западе продолжительность теплого периода составляет около 220—230 суток.

Температура воздуха на территории Беларуси характеризуется изменчивостью и непостоянством. Минимальные среднемесячные температуры наблюдаются в январе, а максимальные – в июле. В Минске, например, средняя многолетняя температура января составляет – 6,9 °С. Однако один раз в четыре года она бывает ниже –9 °С (или выше – 4 °С). Средняя многолетняя температура июля в Минске составляет + 17,8 °С. Но один раз в 30 лет она превышает +30 °С.

Абсолютный максимум, составляющий около +38 °С, отмечен на юго-востоке страны в июне 1956 г. (Василевичи, Лельчицы, Жлобин (Гомельская область)), а абсолютный минимум, составляющий –44 °С, зарегистрирован на севере страны в 1940 г. на станцииЛужесна (Витебский район).

Январские изотермы вытянуты с северо-запада на юго-восток. Наиболее низкие температуры (–8,5 °С) января наблюдаются на северо-востоке страны (Витебская область), а наиболее высокие (–4,5 °С) – на юго-западе (Брестская область).

Июльские изотермы близки к широтному простиранию, что объясняется широтным поступлением солнечной радиации и ослаблением влияния Атлантики в летний период года. В июле температура повышается с 17 °С на севере до 19,7 °С на юге (городской поселок Комарин Брагинского района Гомельской области).

Годовые амплитуды температур повышаются с запада на восток (соответственно 23 °С и 26 °С) и показывают усиление континентальности климата.

Суточный ход температур на территории Беларуси также имеет свои специфические особенности, характеризуясь тем, что температурный максимум наблюдается после полудня, примерно в 15—16 часов, а минимум – перед восходом Солнца. Амплитуды суточных температур зависят главным образом от облачности. При ясном небе они самые большие, а при облачном – самые малые.

Для зимнего периода характерны частые оттепели, связанные с приходом морских умеренных воздушных масс. Количество дней с оттепелями уменьшается с 40—50 на юго-западе до 23—30 на юго-востоке.

Влажность воздуха. Осадки.Влажность воздуха, циркуляция воздушных масс и тепловой режим определяют особенности режима осадков и влагооборота в целом.

Влажность воздуха – содержание водяного пара в воздухе; одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата. Количественно влажность воздуха может определяться: 1) упругостью водяного пара; 2) абсолютной влажностью; 3) относительной влажностью; 4) дефицитом влажности; 5) точкой росы.

1 Упругость водяного пара – основная характеристика влажности воздуха, определяемая психрометром, – парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе; измеряется в мм рт. ст. или в мбар.

2 Абсолютная влажность воздуха – количество водяного пара (в граммах), содержащегося в 1 м³ воздуха.

3 Относительная влажность воздуха – отношение (в процентах, (%)) фактического содержания водяного пара в 1 м³ к возможному при данной температуре.

4 Дефицит влажности – разность между насыщающей упругостью водяного пара в атмосфере приданных температуре и давлении и фактической его упругостью.

5 Точка росы – температура, до которой должен охладиться воздух, для того чтобы содержащийся в нем пар достиг насыщения и начал конденсироваться, то есть появилась роса.

Годовой ход абсолютной влажности воздуха в целом совпадает с годовым ходом температур: максимум наблюдается летом, а минимум – зимой.

Относительная влажность воздуха достигает максимальных значений в зимний период года, составляя 88—90 %. Весной и летом она снижается до 65—70 %. Среднегодовое значение – около 80 %. Самая низкая относительная влажность воздуха (около 30 %) наблюдается в мае и июне, что приводит к засушливой погоде (особенно на юго-востоке страны).

Суточный ход относительной влажности лучше всего выражен летом: максимум наблюдается перед восходом Солнца, а минимум – в 15—16 часов. При этом амплитуда относительной влажности может достигать 25—40 %.

Конденсация водяного пара, содержащегося в атмосфере, приводит к образованию облаков, туманов и выпадению атмосферных осадков. Огромную роль в формировании облачности играют восходящие движения (скольжения) воздушных масс по линии атмосферных фронтов в циклонах.

Облачность, как известно, определяется количеством и формой облаков и выражается в баллах или процентах. Одним из показателей величины облачности является количество пасмурных дней в году.

Количество пасмурных дней в Беларуси колеблется от 135 на юго-востоке до 175 на северо-западе страны в год. На возвышенностях, которые задерживают влагу, облачность существенно увеличивается.

Годовой ход облачности и пасмурного состояния неба в целом совпадает с годовым ходом относительной влажности, достигая максимума зимой (более 80 % дней с пасмурным небом) и минимума (около 45—55 % дней) летом.

В холодный период года максимальная повторяемость пасмурного неба наблюдается в утренние часы, а минимальная – в вечерние. В теплый период года максимальная повторяемость пасмурного неба наблюдается днем, а минимальная – ночью. Осенью и зимой преобладают слоистые облака, а летом – кучевые и перистые.

С высокой относительной влажностью связана и частая повторяемость туманов, которые образуются при относительной влажности близкой к 100 % при условии отсутствия ветра или при очень слабом ветре. Чаще всего туманы возникают в замкнутых котловинах, на озерах или болотах. На территории Беларуси регистрируется от 35 до 100 дней в году с туманами.

Территория Беларуси расположена в зоне достаточного увлажнения. Среднегодовое количество осадков колеблется от 500 до 700 мм в год. На распределение осадков оказывают влияние рельеф и характер циклонической деятельности. Количество осадков увеличивается на возвышенностях, особенно на их наветренных (западных) склонах. Низменности и подветренные склоны возвышенностей получают осадков значительно меньше. В целом в распределении осадков по территории Беларуси прослеживается следующая закономерность: количество осадков уменьшается с северо-запада на юго-восток.

Среднегодовая сумма осадковв центре и на северо-западе страны составляет 600—650 мм, а в отдельных районах повышается до 700 мм. Больше всего осадков получают наветренные склоны Новогрудской возвышенности (более 700 мм осадков в год). На крайнем юге и юго-востоке (Гомельская область) выпадает наименьшее для Беларуси количество осадков – 500—550 мм (рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема распределения осадков по территории Беларуси

На территории страны наблюдаются значительные отклонения от средних многолетних данных. В засушливые годы количество осадков может снижаться до 300 мм и менее. Например, в 1961 г. в Пинске (Брестская область) выпало всего 280 мм осадков. Максимальное количество выпавших осадков было зарегистрировано в 1906 г. в районе городаВасилевичиГомельской областии составило около 1016 мм.

Годовой ход осадков близок к годовому ходу температур и абсолютной влажности воздуха. Самыми влажными месяцами в году на территории страны являются июль и август, а самыми «сухими» – январь и февраль. Около 70 % всех осадков выпадает в теплую пору года – с апреля по октябрь. В среднем на территории страны бывает 160 – 190 дней с осадками. В зимне-осенний период из-за снижения температуры воздуха часто случаются моросящие дожди и мало интенсивные снегопады.

Поиск по сайту: