Экологическая климатология и климатические ресурсы (стр. 1 )

,

ЭКОЛОГИЯ РЕГИОНА Ч.3

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ И КЛИМАТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Учебное пособие

Белгород

2007

ББК 26.234.8(235.45)я73

УДК 551.5

Л 33

Печатается по решению

редакционно-издательского совета

Белгородского государственного университета

Рецензент:

- руководитель Межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Центрально-Черноземных областей;

Л 33 Экологическая климатология и климатические ресурсы: учебное пособие / , . – Белгород: БелГУ, 2007.- с.

ISBN

В учебном пособии нашли отражение прикладные аспекты климатических характеристик региона для оценки степени влияния климата на здоровье и самочувствие человека, а также на разные отрасли экономики.

Книга предназначена для студентов и аспирантов эколого-географического профиля, а также для широкого круга читателей.

УДК 551.5

ББК 26.234.8(235.45)я73

ISBN

ã , , 2007

ã Белгородский государственный университет, 2007

Введение. 5

1. Общая характеристика климата и климатических ресурсов. 6

1.1. Наблюдения за погодой и климатом. 6

1.2. Краткая характеристика климата и его современные изменения. 12

1.3 Опасные погодно-климатические явления. 30

1.4. Понятие „климатические ресурсы". 33

1.5. Методика оценки и районирования индексов обеспеченности климатическими ресурсами. 44

1.6 Антиресурсы климата. 52

2.КЛИМАТ И ЧЕЛОВЕК.. 55

2.1. Влияние гидрометеоусловий на состояние организма человека. 55

2.2. Биоклиматические ресурсы.. 61

2.3 Лечебно-профилактические климатические ресурсы для основных видов заболеваний. 64

2.4. Рекреационно-климатические ресурсы.. 78

2.5 Физиолого-климатические ресурсы теплового состояния человека 86

3. Климат и экономика. 93

3.1 Автотранспортные климатические ресурсы.. 93

3.2 Агроклиматические ресурсы.. 97

3.3 Атомно-энергоклиматические ресурсы.. 111

3.4 Ветровые климатические ресурсы (общие) 113

3.6 Гелиоэнергетические климатические ресурсы.. 123

3.7 Долговечности зданий климатические ресурсы.. 129

3.8 Железнодорожные климатические ресурсы.. 135

3.9 Канализационные климатические ресурсы.. 138

3.10 Коммунального хозяйства климатические ресурсы.. 141

3.11 Лесохозяйственные климатические ресурсы.. 143

3.15 Почвенно-климатические ресурсы для проектирования оснований и фундаментов зданий. 167

3.16 Производственно-строительные климатические ресурсы.. 171

3.17 Санитарно-гигиенические климатические ресурсы для градостроительства 175

3.18 Световые климатические ресурсы (общие) 182

3.19 Строительно-климатические ресурсы.. 183

3.20 Тепловые климатические ресурсы.. 186

3.21 Тепловые климатические ресурсы.. 189

3.22 Теплозащитные климатические ресурсы зданий. 190

3.24 Технико-климатические ресурсы.. 199

3.25 Топливно-климатические ресурсы.. 205

3.26 Топливно-энергетические климатические ресурсы.. 209

3.27 Транспортно-климатические ресурсы.. 210

3.28 Энергоклиматические ресурсы.. 213

3.29 Энергоклиматические ресурсы зданий. 218

Заключение. 226

Введение

До последнего времени климат чаще всего рассматривался как потенциальный источник бедствий, которые происходят при экстремальных климатических ситуациях. Угроза уменьшения многих видов природных ресурсов и связанная с ней необходимость их экономии заставляют более активно использовать благоприятные для хозяйственной деятельности и жизни общества свойства климата. Ресурсный подход включает исследования в первую очередь продуктивности климата, а также уменьшения вреда, наносимого экономике и человеку неблагоприятными погодными воздействиями.

В связи с некоторыми принципиальными трудностями оценки климатиче­ские ресурсы во всем мире включены в круг природных ресурсов позднее дру­гих составляющих. Однако в настоящее время многие коммерческие организа­ции хорошо понимают значение климатических ресурсов и их изменчивости для развития рынков сбыта, что стимулирует разработку соответствующих прикладных климатических методов и стратегий реагирования на влияние климата. Необходимость обеспечивать практическую деятельность в различ­ных областях экономики заставляет пересматривать методологию климатиче­ских исследований, исходя при этом из глубинного анализа чувствительности к климату всех видов производства и связанных с ними социально-экономичес­ких секторов.

Понятие „климатические ресурсы" до настоящего времени окончательно не определено, хотя сам термин используется очень давно, еще с начала XX в. Первоначально почти все климатические данные причислялись к климатическим ресурсам, т. е. это понятие имело смысл просто характеристики климатических условий.

1. Общая характеристика климата и климатических ресурсов

1.1. Наблюдения за погодой и климатом

Основой климатических расчетов являются данные приземных метеорологических наблюдений. В течение XIX-XXI веков на территории Центрально-Черноземного региона функционировало довольно большое число метеостанций, принадлежавших Министерству просвещения, Министерству путей сообщения, предприятиям перерабатывающей промышленности (сахарным заводам), некоторые станции существовали непродолжительное время – 5-20 лет и имели перерывы в работе. К началу XXI века сеть метеорологических станций приобрела следующие черты (рис.1).

Белгородская область

Белгород. Метеорологическая станция Белгород открыта Белгородской гимназией в 1884 году. После перерыва с 1919 года по 1923 год станция восстановлена Управлением Южной железной дороги. Станция несколько раз переносилась. С 5 августа 1955 года станция размещена на аэродроме.

Богородицкое Фенино. Метеорологическая станция Богородицкое Фенино открыта в 1881 году владельцем имения «Фенино» . Местоположение станции не менялось.

Валуйки. Метеонаблюдения на железнодорожной станции Валуйки начались в 1895 году. До 1924 года существовал дождемерный пункт, но затем программа работы станции была расширена Управлением Юго-восточной железной дороги.

Готня. Метеостанция Готня организована 1 января 1928 года Гидрометгруппой Управления Донецкой железной дороги. В течение 1943-55гг. местоположение станции несколько раз менялось без существенного изменения высоты метеоплощадки и физико-географических характеристик местоположения.

Рис.1. Сеть метеорологических станций Центрально-Черноземного региона.

Новый Оскол. Метеорологические наблюдения в Новом Осколе начались в 1885 году и продолжались с большими перерывами до 1919 года. Затем длительных перерывов, за исключением июля 1942 года по 2 июня 1943 года, в работе станции не было. Метеостанция многократно переносилась. В период гг. метеоплощадка находилась при железнодорожной станции.

Старый Оскол. Метеорологические наблюдения в Старом Осколе организованы в 1872 году. После перерыва в наблюдениях гг. станция вновь организована Управлением Юго-восточной железной дороги. В течение 1926-56гг. местоположение станции неоднократно менялось. В период с 1958 по 1988 год метеоплощадка находилась в северо-восточной части города, затем метеорологические наблюдения перенесены на аэродром.

Метеостанции Борогодицеое Фенино, Валуйки и Готня отнесены к разряду реперных климатических.

Воронежская область

Анна. Метеорологические наблюдения при железнодорожной станции Анна начались в 1911 году. С 1916 по 1931 гг. работа станции имела неоднократные перерывы. Метеоплощадка была перенесена в 1936г. на расстояние 1.6 км; высота расположения метеостанции при этом не изменилась.

Богучар. Метеорологические наблюдения организованы в 1897 году Губернским земством во дворе земского управления. В работе станции с 1909 по 1923гг. были неоднократные перерывы. Станцию несколько раз переносили. Современное местоположение станции неизменно с сентября 1927 года.

Борисоглебск. Метеорологические наблюдения в г. Борисоглебске проводятся с 1887 г. В 1924 году станция перешла в ведение Юго-Восточной железной дороги и программа наблюдений была расширена. С 1987 г. и по настоящее время перерывов в работе станции не было.

Воронеж. Станция открыта как учебная при Воронежском сельскохозяйственном институте в 1918 г. В 1931 г. на базе метеорологической станции была организована геофизическая обсерватория с отделами метеорологии, сельскохозяйственной метеорологии, актинометрии, атмосферного электричества. Длительный перерыв в работе станции был с 1942 по 1948 гг. Переносов местоположения станции не было.

Калач. Метеорологическая станция открыта в 1914г. и имела длительный перерыв в наблюдениях с 1919 по 1929гг. В гг. работала как Засухо-Суховейная Обсерватория. Существенных изменений месторасположения площадки не было.

Каменная Степь. Метеорологические наблюдения организованы в 1913 г. Докучаевской экспедицией по изучению мер борьбы с засухой. Изменения месторасположения и длительных перерывов в работе станции не было.

Лиски. Метеорологические наблюдения организованы 1 мая 1924г. Министерством путей и сообщения при железнодорожной станции. Изменения месторасположения и длительных перерывов в работе станции не было.

Нижнедевицк. Станция открыта в декабре 1947г. Курским управлением гидрометслужбы. До этого в течение 1894 по 1918гг. в г. Нижнедевицке функционировала метеостанция. С 1947г. местоположение метеостанции не менялось и станция функционирует как воднобалансовая.

Павловск. Метеорологические наблюдения организованы в 1891г. Воронежским Губернский Земством. Перерывы в работе: гг. Метеоплощадка несколько раз переносилась.

К разряду реперных климатических в настоящее время отнесены Воронеж, Каменная Степь и Калач.

Курская область

Курск. Метеорологическая станция открыта в 1833г. ученым астрономом и метеорологом Семёновым в работе станции гг. С 1896г. по 1957г. станция находилась в центре г. Курска. 1 июля 1957г. метеостанция перенесена на северную окраину города в 4 км от прежнего местоположения.

Льгов. Метеорологические наблюдения организованы в ноябре 1881г. и имели длительные перерывы в течение гг., гг. С 1932г. существенных изменений в месторасположении станции не было.

Обоянь. Метеорологическая станция открыта в 1890г. До этого в г. Обояни метеорологические наблюдения проводились в течение гг. Перерывы в работе станции гг., 1920г., гг. Местоположение станции менялось.

Поныри. Метеорологические наблюдения организованы в феврале 1891г. при железнодорожной станции Управлением Московско-Курской железной дороги. Перерывы в работе станции гг., гг., гг. До января 1937г. станция считалась научно-исследовательской железнодорожной станцией. Существенных изменений местоположения станции не было.

Рыльск. Метеорологические наблюдения начаты в 1886г. и с перерывом в течение 1891 по 1895гг. продолжались до 1900г. Затем метеорологическая станция была организована в 1924г. при сельхозтехникуме. Перерыв в работе был с 1935г. по 1943г.

Тим. Метеорологические наблюдения организованы 1872г. Длительные перерывы в работе станции: гг., гг., гг. Местоположение станции неоднократно изменялось.

Фатеж. Метеорологическая станция организована в 1912г. Перерывы в работе станции гг., гг. Местоположение станции неоднократно изменялось.

К разряду реперных климатических в настоящее время отнесены Рыльск и Поныри.

Липецкая область

Грязи. Наблюдения на метеорологической станции Грязи организованы в 1890г. управлением Юго-Восточной железной дороги. Имелись длительные перерывы в работе станции: гг., гг.

Конь-Колодезь. Метеорологическая станция открыта в феврале 1893г. Конь-Колодезьской сельскохозяйственной школой. Изменения месторасположения и длительных перерывов в работе станции не было.

Лев Толстой. Метеорологические наблюдения начались в 1898г. В 1910г. станция перешла в ведение Управления Рязано-Уральской железной дороги. Изменения месторасположения и длительных перерывов в работе станции не было. До 1919г. станция называлась Астахово, с 1919г. – Лев Толстой.

Липецк. Метеорологические наблюдения в г. Липецке организованы в 1893г. Липецким Курортным Управлением. Перерыв в работе станции гг. Местоположение станции неоднократно менялось.

К разряду реперных климатических в настоящее время отнесена станция Конь Колодезь.

Тамбовская область

Жердевка. Метеорологические наблюдения организованы с апреля 1927г. при железнодорожной станции. Перерывов в работе станции не было.

Кирсанов. Открыта Министерством путей сообщения в 1891 г. при железнодорожной станции. Перерыв в работе станции гг. Местоположение станции практически не менялось.

Мичуринск. Метеорологические наблюдения организованы в 1879г. Перерыв в работе гг. До 1935г. метеостанция называлась «Козлов», с 1935г. – Мичуринск. Местоположение станции неоднократно менялось и окончательное расположение станции определилось с 1948г.

Моршанск. Метеорологическая станция открыта в 1894г. Управлением Московско-Казанской железной дороги. До этого в течение гг. в г. Моршанске проводились наблюдения частными лицами. Перерыв в работе станции гг. До 1917г. станция находилась при Реальном училище. С 1924г. метеоплощадка находится вблизи железной дороги.

Обловка. Метеорологическая станция организована в 1899 г. Управлением Рязано-Уральской железной дороги. Перерыв в работе – гг. До 1904 года станция называлась «Уварово». За весь период работы был один перенос станции – в 1960 г.

Совхоз им. Ленина. Метеорологическая станция при совхозе «Утиная» была организована в ноябре 1828г. Воронежским свекло-сахарным трестом. С 1928 по 1934гг. метеостанция называлась Совхоз «Утиная», с 1934г. по 1948г. – Совхоз «Ново-Покровское», с 1948 по 1961гг. – Совхоз им. Сталина, с ноября 1961г. нынешнее название. Изменения месторасположения и перерывов в работе станции не было.

Тамбов. Метеорологические наблюдения при железнодорожной станции в г. Тамбове проводились в период гг. Кроме железнодорожной метеостанции в г. Тамбове метеорологические наблюдения проводились при учительской семинарии с 1878г. по 1909г. и при Губернской гимназии в период гг. В 1899г. метеорологическая станция вновь открыта управлением Рязано-Уральской железной дороги. Перерыв в работе был с 1919 по 1926гг. Метеоплощадку неоднократно переносили.

1.2. Краткая характеристика климата и его современные изменения

Географическое положение территории Черноземного центра между 50 и 540 с. ш. обеспечивает получение значительной суммы солнечной радиации. Месячные и годовые суммы прямой солнечной радиации в ЦЧО при безоблачном небе составляют (МДж/м2):

	январь	апрель	июль	октябрь	год
500 с. ш.	123	527	684	305	4870
520 с. ш.	103	517	686	273	4720
540 с. ш.	84	508	688	252	4580

Особенно сильное влияние на поступление солнечной радиации оказывают периоды длительной циклонической и антициклонической циркуляции в весенние и летние месяцы. При сильно развитой циклонической деятельности отношение фактической солнечной радиации к возможной составляет до 25-30 %, а при антициклонической – повышается до 75 – 80 %. Под влиянием циркуляции атмосферы соотношение между прямой и рассеянной радиациями может существенно изменяться, в том числе нарушаться широтная зональность в распределении прямой и суммарной радиации.

Месячные и годовые суммы суммарной солнечной радиации в ЦЧО при безоблачном небе (МДж/м2):

	январь	апрель	июль	октябрь	год
500 с. ш.	190	691	870	385	6380
520 с. ш.	162	677	868	356	6175
540 с. ш.	137	663	867	329	5970

Основное климатообразующее значение имеют суммы радиации летнего полугодия, когда они велики, а альбедо мало.

Практический интерес представляет так называемая поглощенная радиация. Около 80 – 85 % суммы солнечного тепла, поступающего в почву в течение года, приходится на весну и лето. Зимой, когда мал приход солнечной радиации и почти на всей территории лежит устойчивый снежный покров, роль поглощенной радиации несущественна.

Черноземный Центр в целом характеризуется как район умеренно-континентального климата. Благодаря тому, что его территория лежит в зоне распространения в теплое время континентального тропического воздуха из юго-восточного районов, здесь преобладает относительно жаркое лето со средней температурой июля от 19 до 22 °С. В то же время в силу удаленности от морских бассейнов поступающий сюда в зимнее время влажный атланти­ческий воздух теряет в значительной степени свои свойства. Поэтому зима здесь довольно холодная со средними температурами января от -8,5 °С до -11,5 °С.

Черноземный Центр принадлежит к районам среднего увлажнения. За год выпадает от 450 до 575 мм осадков. Наблюдаются существенные различия в климатических условиях внутри региона: степень континентальности климата в западной части меньше, чем в восточной.

Характер подстилающей поверхности в Черноземном Центре неодина­ков. Его сильно пересеченная западная часть задерживает больше осадков, чем низменная восточная (Тамбовская область). Поэтому степень увлажне­ния отдельных частей района также различна - достаточная в Курской облас­ти, а на юго-востоке Воронежской области проявляется недостаток атмо­сферных осадков. На северо-западе и западе района испаряемость составляет около 600 мм, то есть почти равны годовому количеству осадков. На востоке и юго-востоке района испаряемость возрастает до 800 мм, то есть почти в полтора раза превышает сумму осадков за год.

Существенной чертой климата центрально-черноземных областей явля­ется его неустойчивость. Зимой в юго-западных районах бывают сильные от­тепели, уничтожающие иногда снежный покров. Последующий за ними воз­врат холодов часто приводит к вымерзанию озимых. Годы хорошего увлаж­нения периодически сменяются годами с острым дефицитом атмосферных осадков, особенно в юго-восточных районах. В такие засушливые годы ус­тойчивость сельскохозяйственных культур снижается.

Различие климатических условий лучше всего проследить по сезонам года. Переход от зимы к весне в ЦЧО проходит довольно быстро. Со второй декады марта начинается таяние снежного покрова. В южной части района поля полностью освобождаются от снега в конце марта, а в северной, осо­бенно в северо-восточной части, несколько позднее, примерно в первой де­каде апреля. Период со среднесуточной температурой выше +5 °С устанавли­вается на юге района в начале, а на севере - во второй декаде апреля.

Весной число дней с дождливой и пасмурной погодой достигает 14-15. Больше половины числа дождливых дней приходится на вторую и третью декады апреля. Число дней с малооблачной погодой в среднем весной не пре­вышает 11-12. Наибольшее количество таких дней типично для юго-восточной части района. Здесь с последней декады апреля или с начала мая устанавливается преимущественно сухая погода и происходит довольно ин­тенсивный расход почвенной влаги.

Весной (за апрель-май) на северо-западе и западе района выпадает до 90-95 мм атмосферных осадков. На востоке и юго-востоке количество их снижа­ется до 70 мм и менее. Для этой части района, близко к расположенной к за­сушливому Юго-Востоку, характерны весенние суховеи. Число дней с сухо­веями достигает в мае семи. На западе района оно снижается до трех.

К отрицательным явлениям весеннего периода относятся также и замо­розки. Они бывают в отдельные годы не только в апреле, но и на протяжении всего мая. Вероятность появления заморозков исключена только с первой де­кады июня.

Таким образом, в ходе весны в Черноземном Центре можно проследить следующие особенности: в западной части района весна более продолжи­тельна и повышение температур происходит в основном постепенно, в вос­точной части района весна «запаздывает» на 10-11 дней и ход ее совершается значительно быстрее.

С прекращением ночных заморозков в Черноземном Центре начинается лето. Оно продолжается обычно до середины сентября. Среднемесячные температуры воздуха летних месяцев редко бывают ниже 19-20 °С. За этот период выпадает наибольшее количество атмосферных осадков. На Средне-Русской возвышенности количество их за июнь-сентябрь достигает 250 мм. Число дней с пасмурной и дождливой погодой составляет здесь от 12 до 25 % всех дней лета. Количество засушливых дней невелико (до 16).

Несколько иной режим лета в восточной части Черноземного Центра. В этот период преобладает малооблачная погода. Среднемесячные температу­ры достигают 22 ° С. Почти половина всех малооблачных дней является за­сушливой. Суховеи возможны в течение всего лета, захватывая даже боль­шую часть сентября. Наибольшее число дней с суховеями бывает в июле и августе (от 5 до 7). Общее число засушливых дней достигает за лето 22-30.

Количество осадков за июль-сентябрь составляет до 230 мм. Осадки вы­падают преимущественно в виде кратковременных ливней.

Теплый период отличается в Черноземном Центре большей продолжи­тельностью. На северо-западе и западе района он составляет примерно 175 дней (со средними суточными температурами выше 5 ° С). Общая же сумма температур за вегетационный период здесь достигает 2700 °. На юго-востоке района продолжительность вегетационного периода увеличивается до 185 дней, а сумма температур - до 3000 °. На северо-востоке продолжительность вегетационного периода и сумма его температур примерно те же, что и на се­веро-западе. Различие состоит лишь в том, что равная северо-западу общая сумма температур складывается здесь из более высоких средних суточных температур летних месяцев.

Теплый период здесь захватывает значительную часть осени и продол­жается фактически до первой декады октября на юго-востоке района и до по­следних чисел сентября в его северо-западной и северо-восточной частях.

Начало осеннего периода характеризуется не только преобладанием яс­ной погоды и высоких дневных температур, но и значительной засушливо-стью. В первой половине октября обычно начинаются затяжные моросящие дожди. Падение среднесуточных температур ниже +5 ° С почти на всей тер­ритории района происходит после 20 октября. Таким образом, осень, в обыч­ном понимании этого слова, охватывает в Черноземном Центре только часть октября и ноябрь. В конце ноября на севере и в начале декабря на юге района устанавливается слабоморозная погода. В это время происходит постепен­ный переход к зиме.

Зимний период в Центрально-Черноземных областях длинный. В связи с частыми вторжениями холодных воздушных масс из северо-восточных и восточных районов страны здесь имеют место значительные понижения тем­пературы (до -30 ° С и ниже) сильные морозы не бывают продолжительными. Столь же частое вторжение атлантического воздуха вызывает резкий переход к оттепелям. В связи с этим зима в Черноземном Центре неустойчивая, что отражается на толщине снежного покрова. Накопление его идет на протяже­нии всей зимы, и наибольшую мощность снежный покров приобретает в конце феврале-начале марта. Высота снежного покрова в южной части рай­она равна в это времясм, а в северной 50-60 см. В западной части Чер­ноземного Центра зима несколько мягче, чем в восточной, и менее продол­жительна.

При изучении изменений климата мы сделали акцент на двух основных элементах: температурном режиме и количестве осадков. Эти параметры подсчитывались и осреднялись за периоды 19гг., гг., гг., затем средние показатели сравнивались с многолетней климатической «нормой-80».

Территория Центрального Черноземья, по мнению , является областью относительно наибольшей стабильности атмосферных процессов, а, следовательно, и наибольшей в пределах ЕТР устойчивости аномалий температуры, однозначная характеристика которой обычно распространяется на весь этот регион, до некоторой степени соразмерный с масштабом синоптического процесса. Крупные аномалии среднемесячной температуры и месячных сумм осадков, формирующиеся над Русской равниной, чаще распространяются или над восточной, или над западной частями лесостепной зоны. Центральная часть лесостепи в пределах Курской области чаще других находится под влиянием этих крупных аномалий месячных характеристик климата. Поэтому нами была выбрана метеостанция Курск в качестве репрезентативной (от фр. для исследования аномалий метеорологических параметров.

Таблица 1

Отклонение в оС среднемесячной температуры воздуха за периоды гг., гг., гг от климатической «нормы-80» по метеостанции Курск

годы	янв	фев	мар	апр	май	июн	июл	авг	сен	окт	ноя	дек	год
1961-90гг	0,5	0,0	0,6	0,3	0,3	0,1	-0,2	0,0	0,1	0,2	-0,1	0,0	0,2
	1,9	1,0	1,3	0,7	0,1	0,4	-0,1	0,1	0,0	0,1	-0,7	0,1	0,4
	3,6	2,2	1,9	1,2	-0,3	0,8	0,7	0,4	0,0	0,8	-1,4	-0,5	0,8

Тенденция к потеплению выражена более заметно. Наибольшие положительные аномалии температуры воздуха отмечены в холодный период года - с января по апрель. Так, в январе среднемесячная температура повысилась по сравнению с «нормой-80» на 3,6о С, в феврале – на 2,2оС, в марте – на 1,9оС, в апреле – на 1,2оС.