ВЛИЯНИЕ АРКТИЧЕСКИХ ВТОРЖЕНИЙ НА ЗАМОРОЗКИ И ЗАСУХИ В ОРЕНБУРГСКОМ ПРЕДУРАЛЬЕ
INFLUENCE OF ARCTIC INTRUSIONS ON FREEZINGS AND DROUGHTS IN THE ORENBURG URALS
О.Б.Попова, С.Н.Пырьева
O.B.Popova, S.N.Pyryeva
Оренбургский государственный университет
(г. Оренбург, пр. Победы, 13)
Orenburg State University
(Orenburg, Pobedy prospect, 13)
e-mail: meteoosu@yandex.ru
Обосновано влияние вторжений арктических воздушных масс весной на прохождение, связанных с ними, неблагоприятных агроклиматических явлений заморозков и засухи на территории Оренбуржья. Проанализирована статистика наблюдений явлений за 70 лет. Изложены основные факторы, влияющие на характер и продолжительность этих явлений.
Justified by the influence of intrusions of Arctic air masses in spring on the formation of frost and drought in the Orenburg steppe. Analyzed the statistics of the observations of phenomena for 70 years. The basic factors influencing the nature and duration of these phenomena.
К характерным и ежегодно наблюдаемым неблагоприятным явлениям на территории Оренбургского Предуралья относятся заморозки и засуха. Заморозки отмечаются в мае-июне и сентябре, периоды с засухой приходятся на май-август. Весной и в начале лета оба эти явления значимые для многих отраслей хозяйства Оренбуржья связаны с вторжениями арктических воздушных масс.
В большинстве случаев в возникновении адвективных заморозков, обусловленных вторжением холодных масс воздуха, играет роль как предварительная адвекция массы холодного воздуха в данный район, так и последующее ночное излучение, охлаждающее почву, а от неё и воздух до отрицательных температур.
Циркуляционные условия при заморозках характеризуются образованием гребня полярного максимума, простирающегося от бассейнов Баренцева и Карского морей до 40-50 с.ш., а иногда и южнее. При этом над Оренбургской областью и северным Казахстаном часто формируется устойчивый антициклон, который регулярно получает с Арктики дополнительные порции холода (на рисунках 1, 2 температура воздуха на уровне 850 гПа - около 1,5 км над уровнем моря). Вторжения арктических воздушных масс в мае-июне и провоцируемые ими заморозки оказывают влияние на урожайность зерновых и плодовых культур, и, в целом, на сокращение вегетационного периода.
Рисунок 1. Примеры арктических вторжений 17.05.1997г. и 07.05.1999г. [2, 3]
Рисунок 2. Арктические вторжения 04.06.1978г., 06.06.2003 и 05.06.2004 [4]
Губительное действие заморозков на сельскохозяйственные культуры и плодовые деревья объясняется непосредственным действием низкой температуры на живую клетку, при которой происходит вымораживание воды из клеточного сока, образование ледяных кристаллов в межклеточных пространствах и обезвоживание протоплазмы [5, 6]. Следует отметить, что при температурах даже 2°С выше ноля на поверхности листовой пластинки отмечается понижение температуры до 0°С, что приводит к существенному повреждению растений.
Анализ повторяемость дней с заморозками (по данным метеостанции Оренбург [1] за период с 1891 по 1954гг.) показывает, что начало заморозков (от +2°С до -5°С) приходится на первую декаду апреля, а поздние весенние заморозки отмечаются даже в первой декаде июня (ниже +2°С и 0°С). Ранние осенние заморозки наблюдаются в первой декаде сентября. Безморозный период длится ежегодно всего лишь примерно 80 дней.
В работе изучен ряд наблюдений [3, 5] за заморозками, наблюдавшимися в последнее пятнадцатилетие (1993-2007 гг.). Анализ показал, что за указанный период регулярно, с перерывом в один - два года (1997, 2002, 2005гг.), в первой декаде мая отмечаются заморозки (градации: ниже +2°С, 0°С, -1°С и -3°С). Обращает на себя внимание тот факт, что на первую декаду мая, а в частности на 4, 5 и 6 мая приходится 99% повторяемости всех весенних заморозков. Июньские заморозки отмечались крайне редко по сравнению с предыдущим периодом (таблица 1).
Таблица 1
Повторяемость заморозков в Оренбургской области
|
Год |
Месяц |
|
|
Май |
Июнь |
|
|
1993 |
д/о** |
д/о** |
|
1994 |
н/о* |
В первой декаде на поверхности. почвы 1°С, в понижениях около 0°С |
|
1995 |
В первой декаде до -1, -6°С, на почве -3, -8°С |
н/о* |
|
1996 |
Во второй декаде 0, -3°С, на западе и в центре до 1, 3 0С; 24 и 26 мая до 0, -7°С на поверхности почвы |
На западе минимальная до -6°С, -10°С |
|
1997 |
н/о* |
н/о* |
|
1998 |
18-20 мая -1, -6°С, на поверхности почвы -3,-8°С |
н/о* |
|
1999 |
05-06.05 +1+2°С, 07-08.05 до -3°, -9оС, на поверхности почвы до -3, -11оС (такое наблюдалось ещё только в 1969 г.) |
н/о* |
|
2000 |
02-05.05 температура воздуха опускалась ниже 0°С |
д/о**На территории области пострадали посевы овощных и зерновых культур на площади более 35 тыс.га. материальный ущерб составил 13,5 млн.руб. |
|
2001 |
До 0°С, местами на севере до -1, -2°С., последний заморозок на поверхности почвы отмечен 11-16 мая в Троицком Тюльганского р-на. 6 дней отмечались заморозки на поверхности почвы и в воздухе интенсивностью 0, -4°С. |
06-07.06 на поверхности почвы до 0, -2°С (г. Кувандык)
|
|
2002 |
д/о** |
д/о** |
|
2003 |
05.05 +2°С; минимальная за месяц от 1 до -6°С |
06.06 +2°С (рис. 3) |
|
2004 |
05.05 +2°С; минимальная за первую декаду до -3°С |
05.06 +2°С (рис.3) |
|
2005 |
н/о* |
н/о* |
|
2006 |
01.05 до -2°С; 02.05 +2°С; 06.05 +2°С |
н/о* |
|
2007 |
04.05 +2°С |
04.06 и 12.06 +2°С |
Примечание: н/о* - заморозки не отмечались; д/о** - данные отсутствуют
На повторяемость и интенсивность заморозков большое влияние оказывает рельеф местности, близость водоёмов и хозяйственная деятельность человека. На вершинах холмов и в городе заморозок слабее. Это объясняется отсутствием застаивания холодного воздуха в первом случае и наличием острова тепла – во втором. В долинах рек холмистой местности и на полянах в лесу весенние заморозки длятся на 5-10 дней дольше и сильнее на 1,5-2°С, чем на равнинных междуречьях (таблица 2).
Таблица 2
Влияние местных условий на интенсивность заморозков и их продолжительность [5]
|
Местность |
Заморозок по сравнению с ровным открытым местом |
Заморозки прекращаются |
||
|
Интенсивнее на: |
Слабее на: |
Раньше (дни) |
Позднее (дни) |
|
|
Вершины и верхние части склонов |
|
2°С |
10 |
|
|
Долины в холмистой местности |
1,5-2°С |
|
|
6-10 |
|
Поляны |
2°С |
|
|
11 |
|
Города |
|
2-3°С |
5 |
|
Весенняя засуха в Оренбуржье также связана с арктическими вторжениями. Сухой холодный воздух, опускаясь из верхних слоёв атмосферы, вследствие адиабатического сжатия сильно нагревается и у поверхности земли становится сухим и горячим. Обилие солнечной радиации и сухость воздуха создают повышенную испаряемость (атмосферная засуха), и запасы почвенной влаги без пополнения их дождями истощаются (почвенная засуха). Арктический воздух имеет низкую температуру и низкую относительную влажность. При продвижении на юг воздушная масса начинает прогреваться, при этом относительная влажность воздуха понижается (при засухе до 40…20% и ниже). Таким образом, создаётся дефицит влаги, который начинает компенсироваться воздушной массой за счёт испарения почвенной влаги, что провоцирует почвенную засуху. Показатели засухи таковы: сильная засуха – температура на 3-4°С выше нормы и количество осадков менее 50% от нормы; средняя засуха - положительная аномалия температуры 1-1.5°С, а осадков 70-80% от нормы, наиболее надежный показатель - данные о влажности почвы [6]. Весенняя засуха особенно опасна для ранних зерновых культур; летние – причиняют сильный вред как ранним, так и поздним зерновым и другим однолетним культурам, а также плодовым растениям.
Весенние заморозки и засухи наблюдаются, конечно, не только в Оренбуржье, но и над другими районами Урала, Сибири, ЕТР, а также равнинами Канады и США.
Предполагаемым обстоятельством формирования данной ситуации является смена циркуляции в стратосфере, что выражено в годовом изменении направления ветра. Хорошо известно, что в стратосфере ритмически отмечается переход от западного направления движения воздуха зимой к восточному летом. Это объясняется тем, что воздух в стратосфере нагревается непосредственно от солнечной радиации. Зимой в условиях полярной ночи в высоких широтах происходит охлаждение воздуха, в результате в тропосфере и стратосфере устанавливается западный перенос, а с переходом к полярному дню разность температур между экватором и полюсом уменьшается и в стратосфере возникает циркумполярный антициклон, циркуляция в котором имеет составляющую с востока на запад [6].
В Гидрометеорологическом научно-исследовательском центре России проанализировали результаты многолетних наблюдений за сменой направлений ветра в стратосфере и колебаниями полюсов Земли [7]. Выяснилось, что между двумя этими явлениями существует взаимосвязь. В ходе вращения полюса нашей планеты испытывают периодические колебания, это так называемое чандлеровское биение. Колебания полюсов вызывают в атмосфере и океанах полюсные приливы. А приливы, в свою очередь, приводят к смене направления ветров в стратосфере. В то же время, как мы полагаем, именно полюсные приливы являются причиной глубоких вторжений арктических воздушных масс в низкие широты и тропических – в высокие. Остаётся неразрешённым вопрос об условиях сдвига волн тепла или холода в тот или иной сектор умеренных широт. Решение данной задачи дало бы возможность прогнозировать весенние заморозки и засуху - опасные явления, как для территории степного Оренбуржья, так и других районов России.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
