Г. Алексеев - Метеорологические и геофизические исследования

– исследованы тенденции временных изменений повторяемости ясных и пасмурных дней, как в целом за год, так и отдельно для каждого месяца;

– исследованы изменения суточных сумм приходящей коротковолновой радиации, в целом за сезон, так и отдельно для каждого месяца;

– исследовано влияние изменения количества облачности на приходящую коротковолновую солнечную радиацию;

– рассчитаны по данным стандартных приземных метеорологических наблюдений величины длинноволнового излучения атмосферы;

– исследованы многолетние и внутригодовые (сезонные) изменения длинноволнового излучения атмосферы;

– выявлена взаимосвязь между тенденцией потепления климата архипелага (рост приземной температуры воздуха) и изменения количества облачности и длинноволнового излучения.

На первом этапе исследований авторами были получены срочные данные по количеству общей облачности из различных отечественных и зарубежных источников. Этими источниками являются: National Climatic Data Center (США), база данных ВНИИГМИ-МЦД, гидрометфонды ААНИИ и Мурманского УГМС, архивы ГМО «Баренцбург», а также некоторые интернет ресурсы. Период, который в совокупности охватывают эти наблюдения, составляет 44 года: с 1966 по 2009 гг. Все данные, полученные из различных источников, были объединены и представлены в 10-балльной системе ( Код…, 1989 ). После этого было выполнено суточное осреднение полученного ряда и определены виды функции плотности вероятности распределения количества облачности в пределах каждого месяца, сезона и года. Осреднение количества облачности в пределах суточного интервала времени не является достаточно корректным, но преследует цель получить для анализа максимально продолжительный ряд наблюдений без каких либо пропусков. Функция распределения количества общей облачности является бета-распределением, причем с асимметрией для всех месяцев. Наибольшая повторяемость отмечается для облачности равной 9–10 баллам (пасмурное небо). Из «U-образного» типа распределения повторяемости облачности вытекает необходимость анализа этой характеристики по повторяемости градаций 0–2 и 8–10 баллов за соответствующие периоды ( Makshtas, et al., 1999 ). Параметры, характеризующие бета-распределение количества облачности в каждом месяце, позволили выделить климатические сезоны и их продолжительность, а именно 2 основных и 2 переходных сезона. Для каждого условного сезона характерны свои величины повторяемости крайних градаций (0–2 и 9–10). Для условно зимнего сезона, который длится с декабря по апрель включительно, характерны следующие повторяемости. Для облачности 0–2 балла, повторяемость, в среднем, составила 17 % за месяц, а для облачности, равной 9–10 баллам, она оказалась равной, в среднем, 30–35 %. Для условно летнего сезона, который, в свою очередь, длится с июня по октябрь, характерны следующие повторяемости. Для облачности 0–2 балла, в среднем, менее 5 % за месяц, для 9–10 баллов, в среднем, порядка 50–60 %. Таким образом, можно сделать заключение, что летний сезон на архипелаге Шпицберген характеризуется значительной повторяемостью пасмурного неба и заметно сниженной повторяемостью ясной погоды. Переходные сезоны – условно весенний и осенний, которым соответствуют в нашей классификаци май и ноябрь, – характеризуются следующими оценками повторяемости облачности: 0–2 балла – 10 %, 9–10 баллов – 45 %. На рис. 1 показаны типичные для каждого из сезонов распределения повторяемости облачности, представленные отдельным месяцем.

Рис. 1. Распределение повторяемости количества общей облачности в различные месяцы

Следующим этапом наших исследований стала обработка имеющихся данных приходящей коротковолновой солнечной радиации. Был сформирован электронный архив суточных сумм суммарной радиации ГМО «Баренцбург», охватывающий период с 1985 по 2009 гг. Для оценки межгодовой изменчивости были вычислены годовые суммы суммарной радиации и рассмотрены их временные изменения за весь вышеуказанный период. Изменения во времени годовых сумм суммарной радиации, а также данные об изменении величин повторяемости пасмурного и ясного неба представлены на рис. 2.

Как следует из представленного рис. 2, наблюдается тенденция увеличения повторяемости пасмурного неба и одновременно с ней тенденция уменьшения количества приходящей солнечной коротковолновой радиации. Необходимо отметить наличие прямой зависимости повторяемости ясного неба и сумм суммарной радиации и обратной зависимости для повторяемости пасмурного неба. При этом стоит отметить, что между повторяемостями ясного и пасмурного неба зависимость обратная, что при бета-распределении не является тривиальным результатом. Именно поэтому метод оценки характеристик облачности, основанный на анализе отдельных ее градаций (0–2 и 8–10 баллов), более корректен, чем оценка облачности с помощью величины среднего арифметического. Использование последней не позволяет выявить влияние облачности на приходящую суммарную радиацию, поскольку увеличение максимума и уменьшение минимума на оценку среднего арифметического в общем случае влияет слабо.

Рис. 2. Изменения во времени и линейные тренды повторяемостей ясного и пасмурного неба и годовых сумм суммарной радиации

Мы выполнили совместный анализ изменения характеристик облачности и приходящей суммарной радиации за отдельные месяцы и в среднем за год. Оказалось, что в период с июня по август долговременные тенденции сходны с тенденциями в изменении годовых величин. Многолетняя изменчивость в указанные месяцы в целом соответствует изменению среднегодовых величин, а именно, отмечается уменьшение приходящей суммарной радиации в 2002–2007 гг.

Длинноволновая атмосферная радиация, или нисходящее излучение атмосферы, является одной из важнейших, определяющих термический режим приземного слоя воздуха, составляющих радиационного баланса подстилающей поверхности. В период полярной ночи это единственный радиационный поток, направленный к поверхности. Поскольку инструментальных наблюдений за этой величиной в ГМО «Баренцбург» не проводится, то величина потока длинноволновой радиации была определена расчетным путем. Мы использовали хорошо зарекомендовавшую себя и верифицированную по данным прямым измерений параметризацию, разработанную в Институте Полярных и Морских исследований им. А. Вегенера ( König – Langlo et al., 1994; Pirazzin, et al., 2000 ). Основными метеорологическими элементами, которые используются при расчетах длинноволновой радиации, являются температура и упругость водяного пара в приземном слое воздуха, балл общей облачности. В расчетную формулу метода входят также величина излучательной способности атмосферы, постоянная Стефана-Больцмана и эмпирические коэффициенты, подобранные для условий архипелага Шпицберген.