Почему в мурманске тепло зимой

Что такое полярная ночь и почему зимой на севере теплее, чем на юге Кольского полуострова

Климат Мурманской области — своеобразен и отличается от климата других районов страны, лежащих на той же географической широте. В чем заключается это своеобразие?

Кольский полуостров расположен за Полярным кругом и получает от солнца значительно меньше тепла и света, чем другие, незаполярные, области. Зимой солнце вообще не показывается над горизонтом, и над Кольскими тундрами висит долгая полярная ночь. Зато летом, словно наверстывая упущенное, солнце ходит по небу круглые сутки, щедро раздаривая тепло. В связи с такими особенностями заполярные времена года не совпадают с общепринятыми календарными сезонами.

Полярная зима бесцеремонно забрала себе март у весны и ноябрь у осени.

Казалось бы, что в краю, всю зиму не знающем солнечного тепла, должны царствовать жестокие холода, морозы под 40—50 градусов. Однако это не так. Зимой в Мурманской области сравнительно тепло, а бывает, что в январе наступает оттепель, звенит капель.

Это «чудо» северной природы объясняется близостью теплого морского течения Гольфстрим, его струй, проникающих в Баренцево море.

Огромное значение для климата имеют движения воздушных масс, от которых зависят колебания температуры, образование облаков и осадков.

Для широт Мурманской области характерны атмосферные вихри в виде циклонов и антициклонов. Перемещения воздушных масс при этом происходят на пространствах от нескольких сот до тысячи и более километров, а по вертикали распространяются иногда на 10 километров. В чем же отличие циклона от антициклона?

В циклоне самое низкое атмосферное давление наблюдается в центре вихря. Воздушные потоки циклона, вращаясь против часовой стрелки, устремляются к центру и здесь идут кверху. Поднимающийся воздух охлаждается, содержащиеся в нем водяные пары образуют облака, из которых выпадают дождь или снег. Циклоны обычно приносят облачную, теплую зимой и прохладную летом, погоду, с осадками и сильными ветрами.

В антициклоне движение воздушных потоков идет от центра, где атмосферное давление наивысшее. Антициклоны вызывают уменьшение облачности, прекращение осадков, ослабление ветра, повышение температуры летом и понижение ее зимой.

Циклоны и антициклоны повторяются, сменяют друг друга много раз, подчиняясь своим закономерностям.

Своеобразие климата Мурманской области обусловлено также ее географическим положением на границе между морем на севере и материком на юге. Побережье и континентальная часть Кольского полуострова весьма различны по климату, а частая перемена направления ветров с суши на море и наоборот вызывает резкие смены погоды.

В районах Кольского залива и Мурманского побережья климат формируется главным образом под влиянием относительно теплого Баренцева моря. Здесь высокая влажность воздуха, часты туманы, облачность, штормы.

В центральных районах Кольского полуострова климат отличается континентальностью, а в горных массивах Хибин, Ловозера, расположенных выше 500 метров над окружающей местностью, подвержен влиянию высоких слоев атмосферы.

На Терском и Кандалакшском побережьях Белого моря, которое зимой замерзает, климат отличается от климата Мурманского берега более холодными зимами и веснами, меньшим числом штормов. В направлении к востоку от Кандалакши увеличивается влажность воздуха, и климат становится все более суровым.

Каковы же характерные особенности климатических явлений на Кольском полуострове?

Атмосферное давление. На территории Мурманской области атмосферное давление подвержено большим колебаниям. Зимой над северными морями оно понижается, а на материке повышается. Летом происходит обратное явление.

Еще более значительные колебания атмосферного давления вызывает прохождение циклонов, особенно зимой. Разность между самым высоким и низким атмосферным давлением составляет 50—60 миллиметров ртутного столба. Летом эта величина не превышает 40 миллиметров. Суточные колебания давления зимой могут достигать 30 миллиметров, летом — не более 15 миллиметров ртутного столба. В среднем колебания атмосферного давления в Мурманской области выше, чем в других районах Европейской части СССР.

Ветер. На Кольском полуострове преобладают муссоны, то есть ветры, меняющие свое направление на противоположное в зависимости от времени года. Зимой, осенью и в начале весны наиболее часты южные и юго-западные ветры, летом — северные и северо-восточные.

Наиболее четко муссонный режим ветра наблюдается на Мурманском побережье, где зимой 65—80 процентов всех ветров дуют с юга и юго-запада, а в июне и августе половина ветров имеет северное направление. На Терском побережье такая смена преобладающих ветров выражена слабее, а в Кандалакшском заливе, например, почти круглый год господствуют юго-восточные ветры.

Частые циклоны над Кольским полуостровом являются причиной большого количества штормов. На Мурманском побережье за год бывает до 80, на мысах и островах до 120 штормовых дней, когда сила ветра превышает семь баллов. На Терском побережье это число уменьшается до 50—30, а в районах, удаленных от моря, — до 30—15. Характерно, что число штормовых дней на побережьях и в горных районах зимой увеличивается, а летом уменьшается. В зимнюю пору в Кольском заливе и горных районах сила ветра нередко доходит до 12 баллов. Летом же такие ураганы бывают здесь не чаще одного раза за 10 лет.

Температура воздуха. Для Кольского полуострова, как и для других районов с морским климатом, характерны относительно теплая зима и прохладное лето. Зимой Мурманская область получает много тепла от Баренцева и частично от Белого морей, зато летом эти моря, наоборот, значительно охлаждают воздух.

Самая высокая среднемесячная температура в большинстве районов Мурманской области наблюдается в июле. Это самый теплый месяц на Кольском полуострове, правда, не на всей его территории. На Терском берегу и на востоке Мурманского берега самая высокая средняя температура (плюс 10°) бывает в августе.

Осенью, начиная с конца августа, температура понижается. Во второй половине октября, а на побережьях в начале ноября температура переходит через 0°, и начинается продолжительная зима.

Самый холодный месяц в большинстве районов Мурманской области — январь, а на востоке ее — февраль. Самая теплая зима — на Мурманском и Терском побережьях. Тут даже в январе и феврале средняя температура не опускается ниже —10°. По мере удаления от моря в глубь Кольского полуострова зима становится холоднее. Там, в течение трех-трех с половиной месяцев держится температура ниже —10°.

Начиная с апреля, средняя температура быстро повышается и во второй половине этого месяца переходит через 0°. Однако в любом из сезонов года, особенно зимой, температура воздуха в Мурманской области подвергается значительным изменениям, которые вызываются притоком то теплых, то холодных масс воздуха.

В любом из зимних месяцев возможны оттепели. Они чаще всего бывают в ноябре и марте, реже в январе и феврале. Самая высокая температура в ноябре и марте не превышает +9°, а в остальные месяцы зимы — + 4, + 6°.

Со второй половины апреля максимальная температура может доходить до 16 градусов, а с мая и до сентября возможны и жаркие дни с температурой +20° и выше. Правда, в мае и сентябре жара бывает очень редко, в среднем один — два дня за 10 лет. Но в июне, июле и августе такие дни наблюдаются ежегодно, причем самая высокая температура достигает +32°. Правда, число жарких дней в Заполярье очень невелико и теплая погода летом часто сменяется резкими похолоданиями. Осенью в октябре максимальная температура даже в самые теплые дни не превышает 12—14° тепла,

Минимальная температура на Кольском полуострове зависит и от рельефа Мурманской области. Самые низкие температуры наблюдаются в удаленных от побережья низинах. Зимой возможны сильные морозы до — 40° и ниже, но они случаются весьма редко, в наиболее холодные зимы. На побережье самая низкая температура колеблется от — 27° на западе до 33° на востоке.

В мае, когда начинается полярный день, минимальные температуры в западных районах области не опускаются ниже —15°, а в восточных районах ниже —18°.

Летом в любом из месяцев возможны заморозки, но чаще всего они бывают в июне.

Несколько своеобразен температурный режим горных (районов Мурманской области. В горах на высоте более 500 метров зимой средняя месячная температура почти такая же, как и в долинах, но в остальных сезонах, а особенно в конце весны — начале лета, в горах на 3—4 градуса холоднее, чем в низинах. Среднегодовая температура в горах с высотой постепенно понижается примерно на 0,4° на каждые 100 метров подъема. Горные районы отличаются относительно теплой и ровной зимой и холодным неустойчивым летом.

Влажность воздуха. Испарение с многочисленных озер и болот, приток водяных паров с окружающих морей обусловливают на Кольском полуострове повышенную влажность воздуха. Абсолютная влажность воздуха достигает 8—10 миллибаров летом и 3—5 — зимой, а относительная изменяется в обратном порядке, то есть увеличивается зимой и уменьшается летом. Самая низкая среднегодовая относительная влажность воздуха (75—80 процентов) наблюдается в западных районах. К востоку она увеличивается до 85—88 процентов.

В районах, удаленных от побережий, относительная влажность воздуха достигает максимума (85—90 процентов) в начале зимы и минимума (64—68 процентов) в июне. На Мурманском побережье и на востоке Терского берега самая высокая относительная влажность наблюдается также в начале зимы — ноябре или декабре. К весне она понижается, достигая минимума в мае. Летом, когда начинают преобладать дующие с моря северные и восточные ветры, относительная влажность опять повышается и в августе достигает вторичного максимума. В сентябре влажность снова понижается и достигает в этом месяце вторичного минимума.

В ясные летние и весенние дни относительная влажность испытывает значительные суточные колебания, связанные с такими же колебаниями температуры. В полуденные часы относительная влажность может понижаться до 50—30 процентов. Но такие сухие дни в Мурманской области наблюдаются довольно редко. При пасмурной погоде даже летом в дневные часы относительная влажность может превышать 80 процентов.

Облака и солнечное сияние. Частые циклоны и высокая влажность воздуха на Кольском полуострове вызывают развитие значительной облачности. Наиболее чистое небо наблюдается в западных районах области. По направлению к востоку облачность увеличивается, а на побережье Белого моря достигает наибольшей величины не только для области, но и для всей Европейской части СССР.

Больше всего облаков бывает в Мурманской области осенью и в начале зимы, меньше всего — весной и летом.

Продолжительность солнечного сияния находится в прямой зависимости от времени года и облачности заполярного неба. Зимой, во время полярной ночи, естественно, о солнечном сиянии говорить не приходится — солнце, находясь за горизонтом, не светит и не греет.

К началу весны, по мере увеличения дня и уменьшения облачности, продолжительность солнечного сияния увеличивается и в июле доходит до 280 часов, что составляет в среднем 6—9 часов в сутки. побережьях, где влажные ветры с моря приносят значительную облачность, среднее время солнечного сияния летом и весной почти одинаково. Для центральных районов наиболее солнечными являются апрель, июнь и июль.

Осадки. Количество осадков, измеряемое толщиной слоя в миллиметрах, во всех районах Мурманской области достигает наибольшей величины в летние месяцы и наименьшей — в конце зимы.

В теплые летние месяцы во время грозовых ливней или продолжительных обложных дождей количество осадков может достигать 30—40 миллиметров за сутки. Однако такие случаи наблюдаются редко, не чаще одного раза за 10—20 лет.

Обычно же за сутки выпадает 1—2 миллиметра осадков.

За год на территории Мурманской области выпадает в среднем около 400 миллиметров осадков. Некоторое увеличение их, до 460 миллиметров, наблюдается на Мурманском побережье, где при северных ветрах нередко возникают так называемые «заряды» — обильное выпадение дождя или снега. Больше всего осадков выпадает в горных районах Кольского полуострова, примерно в два раза больше, чем в окружающих низинах.

Больше половины всех осадков выпадает на территории области в виде снега. Снег выпадает даже летом: почти ежегодно в июне и примерно раз за 10 лет в июле и августе. Весной число дней с дождем и снегом почти одинаково, осенью преобладает дождь. В горных районах на высоте более 600 метров снег может выпадать ежегодно даже в самые теплые месяцы.

Устойчивый снежный покров на Кольском полуострове образуется обычно в ноябре. За зиму высота его постепенно увеличивается и может достигать в марте 50—70 сантиметров. В апреле из-за частых дневных оттепелей снежный покров уплотняется.

Окончательно сходит снег в первой декаде мая на юге области, во второй декаде мая — на севере, и в третьей декаде — в центре области. В холодные годы снежный покров может сохраняться до конца июня, а в некоторых горных местах — до осени.

Туман, грозы, гололед… Туман на территории Мурманской области может образоваться в любое время года, но на Мурманском и Терском побережьях чаще всего он повторяется летом, когда дуют ветры с моря.

На Кольском заливе наибольшее число туманов наблюдается в зимние месяцы. Парения залива начинаются в ноябре, заканчиваются в марте — апреле.

В центральных районах число туманных дней зимой в 8—15 раз превышает их число летом.

Чаще всего туманы образуются в горных районах области. Если в Териберке (побережье) за год бывает в среднем 15 туманных дней, в Мурманске — 28 и на востоке (в Сосковце) — 74, то на Юкспоре, в горах, туманы стоят в общей сложности за год больше 200 дней.

Грозы в Мурманской области — сравнительно редкое явление и возможны лишь в теплые летние дни при высокой влажности воздуха. В такие дни образуются мощные кучевые облака, из которых выпадают кратковременные дожди, сопровождаемые грозой. В среднем в июле и августе бывает по два-три дня с грозой.

В мае и сентябре грозы бывают очень редко, не чаще одного-двух раз за десять лет.

Зимой на территории Мурманской области очень часты метели, когда сильные ветры переносят по воздуху массы падающего либо уже выпавшего снега.

Метели начинаются в октябре и заканчиваются в мае. В очень редких случаях метели возможны ив сентябре и июне. На Мурманском побережье метели наблюдаются по 70—80 дней за зиму. На Терском побережье, где сильные ветры бывают реже, число таких дней уменьшается до 60—50. Еще реже случаются метели в центральных, равнинных и лесных районах Мурманской области.

В горах Кольского полуострова частые метели вызывают образование снежных козырьков, которые, обваливаясь, дают начало лавинам.

К числу зимних явлений природы относится гололед, образующийся во время дождя или тумана при слабом морозе. Чаще всего, до 38 дней в году, гололед образуется в предгорных районах и на склонах гор. На Терском побережье ежегодно бывает от 12 до 24 дней с гололедом, на Мурманском побережье гололед случается 3—5 раз в году. В остальных районах Мурманской области число дней с гололёдом не превышает трех. Наиболее часто гололёд бывает в начале зимы — ноябре и декабре.

Изморозь чаще всего (до 200 раз в году) образуется и осаждается в горных районах, закрываемых облаками. Здесь ее отложения могут достигать нескольких десятков, а иногда и сотен сантиметров и вызывать обрывы линий связи и электропередач.

Погода-капризница. Мурманская область, благодаря своему географическому положению на границе Ледовитого океана и материка, обладает удивительными контрастами погоды.

Так, декабрь 1954 года на Кольском полуострове был такой же теплый, как на Северном Кавказе, а декабрь 1955 года был холоднее, чем в Новосибирске и Тобольске. В июле 1960 года средняя температура в северо-западных и западных районах области была такой же, как в это время на Украине.

Любопытно, что в Коле близ Мурманска за двадцать с лишним лет средняя температура января испытывала колебания от — 4,4° до — 21°, а средняя температура июля от +9,7 до +19,3°С.

Такие же контрасты наблюдались здесь и по количеству осадков. В январе месячное количество осадков может колебаться от 4 до 54 миллиметров, а в июле от 15 до 118 миллиметров.

Многолетние изменения климата. О многолетнем изменении климата можно судить лишь на основании длительных наблюдений в течение нескольких десятков лет за рядом определенных климатических явлений.

Часть метеорологических станций Кольского полуострова, например, Кола, работающая с 1878 года, выполняла такие наблюдения. И мы можем сказать, что средняя температура лета, в период с 1920 по 1940 годы, повысилась почти на 1,5°. Начиная с последнего десятилетия XIX века до 50-х годов XX века, на такую же величину повысилась средняя температура осени. Довольно значительное повышение температуры зимы (почти на 2,5°С) наблюдалось в период с 1929 по 1939 год. За это время средняя годовая температура повысилась более чем на 1°.

В последнее время, начиная с 1956 года, снова наметилось повышение летней температуры. Однако судить об устойчивости этого явления пока трудно.

Источник: Отв. ред. В.А. Токарев. Природа Мурманской области. Мурманское книжное издательство. Мурманск. 1964

Дополнительные материалы по теме

• Рыбы рек и озер Кольского полуострова
• Рельеф Кольского полуострова
• Почвы Кольского полуострова
• Использование природных богатств Кольского полуострова (Мурманской области)
• Население морей Кольского полуострова
• Где на Земле всего теплее и где всего холоднее
• Где теплее: ближе к земле или к Солнцу?
• Полярная шапка холодного воздуха
• Повреждения плодовых деревьев, связанные с высушиванием кроны зимой и весной
• Ожоги как повреждения плодовых деревьев зимой и весной

Климат Мурманской области

Климат Мурманской области определяется ее географическим положением за Северным полярным кругом, между европейским континентом с юга и бассейном Северного Ледовитого океана с севера, а также близостью теплого сектора Атлантики. Значительное влияние на климат оказывает проходящее у северных берегов Кольского п-ова теплое Нордкапское течение в Баренцевом море. Полуденная высота солнца над Мурманской областью изменяется от 0-0,5° — в период зимнего солнцестояния до 42,5—44,5° — в период летнего солнцестояния. Максимально возможная продолжительность дня колеблется от 0 ч в сутки — во время полярной ночи до 24 ч — во время полярного дня.

Поступление на земную поверхность суммарной солнечной радиации составляет: от 2680 МДж/м2 — на побережье Баренцева моря, 2955 — в центральной части Кольского п-ова, и 3104 МДж/м2 — на побережье Белого моря. Это 50-65% максимально возможной радиации, так как ее ослабляет мощная облачность. С апреля по сентябрь радиационный баланс (разность между приходом и расходом энергии) на всей территории области положительный, а с октября по март — отрицательный. Годовой радиационный баланс — положительный, изменяется от 600 МДж/м2 на севере до 900 МДж/м2 на юге.

Климат Мурманской области — субарктический морской, имеющий определенные черты континентального. В зимний период распределение температуры воздуха по месяцам соответствует морскому климату. Так, в результате циклонической деятельности над акваториями Норвежского и Баренцева морей, приносящей теплый морской воздух с Атлантического океана, зимы в Мурманской области относительно теплые. Самый холодный месяц — февраль, поскольку именно к этому времени максимально охлаждается Северный Ледовитый океан. Однако нехарактерным для морского климата является тот факт, что самый теплый месяц — июль (температура воздуха несколько выше среднеширотной). Это происходит из-за притока континентальных теплых воздушных масс с юга.

Среднегодовая температура воздуха уменьшается от 0 °С на побережье Баренцева и Белого морей до -2 в центральной части Кольского п-ова и до -3-4 °С в горных районах. В целом в течение года над Мурманской областью преобладает морской воздух умеренных широт, что сглаживает температурный контраст между летним и зимним сезонами. Однако величина годовой амплитуды температуры воздуха (tmax — tmin) больше, чем в регионах с типичным морским климатом. Степень континентально-сти климата закономерно возрастает от морского побережья в глубь территории Кольского п-ова. На п-ове Рыбачий разность средних температур июля и февраля составляет около 5 °С, на Мурманском и Терском берегах — 20°, на остальной территории — 25 °С и более. Отрицательные значения температуры воздуха в области связаны с массированными вторжениями арктического воздуха. Поэтому для климата Мурманской области в отличие от типичного морского характерна значительная изменчивость всех метеорологических величин во времени. Так, на фоне относительно теплой зимы здесь случаются значительные похолодания: до -40 С° — на побережье и ниже -50° — в удаленных от него районах. В любой из летних месяцев возможны заморозки, а в любой из зимних — оттепели.

Безморозный период длится в среднем 120 дней в узкой прибрежной полосе суши, укорачивается по мере удаления от побережья до 60 дней, а на вершинах Хибин температура выше 0 °С — менее 40 дней в году. На большей части территории области зимой преобладают южный и юго-западный, а летом северный и северо-западный ветра. Среднегодовая скорость ветра составляет 7—8 м/с на морском побережье и 4—5 м/с — на равнинах и в низинах.

Даты наступления и окончания полярного дня и полярной ночи: В Мурманске конец полярной ночи 15 января, начало полярного дня 21 мая, конец полярного дня 22 июля, начало полярной ночи 29 ноября. В Кандалакше конец полярной ночи 25 декабря, начало полярного дня 3 июня, конец полярного дня 9 июля, начало полярной ночи 17 декабря.

Имеется общая закономерность в распределении осадков на Кольском п-ове: чем выше находится местность, тем больше объем осадков. Наименьшее количество осадков (400—500 мм/г) выпадает в долинах рек и на равнинной части территории. В районах со сложным рельефом осадки распределяются неравномерно и составляют 600—800 мм/г, а на вершинах наиболее крупных горных массивов (Хибинские и Ловозерские тундры, Мончетундра и Чунатундра) превышают 1000 мм/г. Воздушные массы, поступающие в теплый период года с материка, имеют более высокое, чем зимой, влагосодержание, а следовательно, больший объем осадков. Суммы осадков летних месяцев (июль—август) в 2 раза превышают суммы осадков зимних месяцев (февраль—март), что нехарактерно для морского климата.

Постоянный снежный покров в области устанавливается обычно в течение октября, сохраняется на вершинах Хибин и Чунатундры в среднем 220 дней, на остальной территории — 180 дней. В равнинных районах среднемного-летняя высота снежного покрова в конце зимы — 70 см, на Мурманском побережье, где снег сдувается ветром, — 40 см.

Климат возвышенностей и гор существенно отличается от климата низменных и равнинных районов. С ростом высоты местности увеличиваются расходная часть радиационного баланса, продолжительность залегания снежного покрова, количество облачности и атмосферных осадков, понижается температура (среднегодовая и летних месяцев). В горных массивах, приподнятых над окружающей местностью более чем на 500 м, климат формируется под воздействием циркуляционных воздушных процессов и в меньшей степени зависит от особенностей радиации. Зимой в результате радиационного выхолаживания приземного слоя воздуха над окружающими предгорьями и в понижениях горного рельефа в горах образуются инверсии, когда с ростом высоты температура воздуха не убывает, а увеличивается. Для Хибинских тундр средний вертикальный температурный градиент составляет -0,54°/100 м; в зимние месяцы его значения ниже: в декабре — -0,37°/100 м, в январе 0,15°/100 м, в феврале 0,22°/100 м, в теплый период года, наоборот, он возрастает: в мае 0,74°/100 м, в июне 0,76°/100 м. Продолжительность зимнего периода здесь увеличивается на 8 дней при подъеме на 100 м, и разница продолжительности зимы в г. Кировске и на плато Расвумчорр составляет 2 месяца. Высота снежного покрова в горах зависит от перераспределения снега ветром. Если бы не вмешательство ветра, среднемноголетняя высота снежного покрова на плато Юкспор достигала бы 192 см, на плато Расвумчорр — 296 см.

Климатические условия Кольского п-ова неблагоприятны для растительности, несмотря на хорошее увлажнение и длительный световой период, так как сумма температур воздуха выше 10 °С за вегетационный период на юге составляет 1127 °С, а на севере — всего 870 °С. Степень благоприятности климатических условий для организма человека и его жизнедеятельности в баллах биоклиматического индекса суровости метеорологического режима (БИСМ), в соответствии с которым комфортными считаются территории, где он составляет 8—10 баллов, в Мурманской области колеблется от 6 баллов в южных районах до 3 — на Мурманском берегу, п-овах Рыбачий и Средний. В центральной части Кольского п-ова на равнинах БИСМ составляет 4—5 баллов, в горных районах — 3—4 балла.

Формирование климата Мурманска

Мурманск расположен в северной части Кольского полуострова, на восточном побережье Кольского залива, около 50 км от побережья Баренцева моря. К востоку от города лежит ряд сопок, абсолютные высоты которых достигают 100—250 м. Город находится на сравнительно узкой, слегка всхолмленной равнине, вытянутой с юга на север. Наличие обширной акватории Баренцева моря к северу от города и материка к югу от него и значительные температурные различия зимой и летом между материком и морем обусловливают в эти сезоны значительные меридиональные градиенты в поле большинства метеорологических элементов, а отсюда и большую изменчивость погоды во времени при смене направления адвекции воздушных масс. Влияние Кольского залива сказывается лишь в отдельных районах города, расположенных вблизи него.

Радиационный режим

Важнейшим условием формирования климата Мурманска является приток суммарной солнечной радиации. Приток радиации от солнца и ее поглощение определяет тепловой режим подстилающей поверхности почвы или снега, нижнего приземного слоя и более высоких слоев атмосферы. Суточный ход высоты солнца над горизонтом и годовой ход полуденной высоты солнца обусловливают суточный и годовой ход температуры и влажности воздуха, облачности и других метеорологических элементов. Приток радиации зависит не только от высоты солнца над горизонтом, но и от продолжительности дня. В условиях Мурманска, расположенного севернее Полярного круга, температура и влажность изменяются в течение года в довольно широких пределах, что хорошо иллюстрируют следующие значения по данным [6] на 15-е число каждого месяца:

Из приведенных данных видно,, что полуденная высота солнца колеблется от 0 (солнце не показывается над горизонтом во время полярной ночи) до 44° (во время полярного дня). Продолжительность дня колеблется от 0 часов (во время полярной ночи) до 24 часов (во время полярного дня). Полярная ночь в Мурманске начинается с 29 ноября и заканчивается 13 января, т. е. продолжается 44 дня, а полярный день — с 22 мая по 22 августа — продолжается более двух месяцев (61 день). Увеличение продолжительности круглосуточного дня по сравнению с круглосуточной ночью объясняется влиянием рефракции, за счет которой видимое положение солнца над горизонтом несколько приподнимается по сравнению с истинным.

Значительные колебания в течение года полуденной высоты солнца и продолжительности дня влияют и на приток суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), что характеризует следующий годовой ход, по данным [6], фактической и возможной величин суммарной солнечной радиации (ккал/см2):

Как видно из приведенных данных, возможная суммарная радиация меняется от 0 в декабре до 23,8 ккал/см2 в июне, фактически наблюдаемая — от 0 в декабре и январе до 13,1 ккал/см2 в июне, средняя же величина фактически наблюдаемой — от О в декабре и январе до 13,3 ккал/см2 в июне. При этом за счет уменьшения облачности в марте и апреле проценты поступающей радиации от возможной достигают 70—71.

Радиация, поступающая от солнца, полностью поглощается подстилающей поверхностью и идет на теплообмен с нижним слоем воздуха, испарение почвы и другие процессы. Часть ее отражается. Отражательная способность подстилающей поверхности характеризуется величиной альбедо, которая указывает долю радиации, отраженной от подстилающей поверхности. Величина альбедо колеблется от 0,75—0,8 зимой при наличии свежевыпавшего снега до 0,16—0,18 летом после окончательного схода снежного покрова. Поверхность почвы или снега, поглощая радиацию солнца, также отражает ее в атмосферу.

Лучистая энергия, теряемая подстилающей поверхностью, возвращается к ней вновь за счет направленного сюда излучения атмосферы. Разность между теплом, теряемым подстилающей поверхностью за счет излучения в атмосферу и получаемым этой поверхностью за счет встречного лучеиспускания атмосферы, называют эффективным излучением. Величина этого излучения зависит от физических свойств подстилающей поверхности, влажности воздуха и облачности, в течение года она существенно не меняется. Приводим годовой ход эффективного излучения (ккал/см2), полученный М. К. Гавриловой [5] для станции Кола:

Радиационный баланс подстилающей поверхности (почвы или снега) рассчитывается по формуле :

где R — радиационный баланс, Q — суммарная радиация, поступающая от солнца, А — альбедо, а Е — эффективное излучение подстилающей поверхности. По данным [5] приводим для станции Кола расчетную величину радиационного баланса R ккал/см2 для отдельных месяцев и всего года и для сравнения значения средней температуры поверхности почвы Тп и воздуха Тв на уровне 2 м в Мурманске:

Приведенные данные показывают, что в течение всей зимы и во второй половине осени (с октября по март включительно) радиационный баланс отрицателен, т. е. подстилающая поверхность больше тепла теряет от излучения, чем получает его от солнца, в остальную часть года происходит обратное явление. Годовой ход радиационного баланса и поверхности почвы полностью не совпадает с аналогичным ходом температуры воздуха на уровне 2 м и поверхности почвы. Максимальная величина радиационного баланса приходится на июнь, когда наблюдается наибольшая полуденная высота солнца и продолжительность дня, а максимальная температура поверхности почвы и воздуха зап западывает на месяц и наступает в июле. Самая низкая температура воздуха и поверхности почвы зимой наблюдается в январе и феврале, в то время как радиационный баланс достигает минимума раньше, в декабре. Весной (апрель и май) средняя величина радиационного баланса выше, а средняя температура поверхности почвы и воздуха ниже, чем осенью (сентябрь и октябрь). Некоторое несоответствие годового хода радиационного баланса с аналогичным ходом средней температуры поверхности почвы и нижнего слоя воздуха объясняется тем, что радиационный баланс поверхности почвы еще не может полностью определить температурный режим как поверхности почвы, так и нижнего слоя воздуха, поскольку солнечное тепло расходуется еще на ряд других процессов. К таким процессам относятся затраты тепла на снего таяние и оттаивание промерзшей почвы весной, на трансформацию, прогревание и выхолаживание масс воздуха, поступающих из других районов с более низкой или высокой температурой, на испарение влажной почвы, теплообмен нижнего слоя воздуха с поверхностью почвы и с более высокими слоями атмосферы. Следовательно, для оценки теплового режима, хотя бы нижнего слоя воздуха, необходимо учитывать весь комплекс составляющих теплового баланса. Это можно показать на примере весны и осени.

По приведенным данным средняя сезонная величина радиационного баланса весной (апрель—май) достигает 2,4 ккал/см2, а осенью (сентябрь—октябрь) 0 ккал/см2. Средняя температура нижнего слоя воздуха для тех же сезонов равна соответственно 0,7 и 3,2°. Такое несоответствие объясняется большими затратами тепла весной, чем осенью. В течение весны в среднем почти полностью сходит снежный покров, высота которого к началу сезона достигает максимума. К началу весны заболоченная, хорошо увлажненная почва промерзает в среднем на глубину около 1,0 м, к концу сезона она полностью оттаивает. Наконец, весной средняя суммарная повторяемость северо-западного, северного и северо- восточного ветра, приносящего холодный арктический воздух из более высоких широт, достигает 41%, а осенью всего 27% [17]. Если учесть еще и то, что приземная температура арктического воздуха весной в среднем на 3° ниже, чем осенью, то увидим, что затраты тепла на трансформацию (прогревание) холодных масс воздуха весной должны быть значительно выше, чем осенью. Этим объясняется более низкая средняя температура весны по сравнению с осенью, несмотря на более высокую величину радиационного баланса. Таким образом, фазы годового хода радиационного баланса как бы опережают на один месяц соответствующие фазы -годового хода температуры воздуха и почвы.

Атмосферная циркуляция

В формировании климата большое значение имеет атмосферная циркуляция. Циркуляционные условия формирования климата Мурманска довольно, сложны. По классификации Алисова Б. П. [1],

Мурманск относится к атлантико-арктической зоне умеренного пояса. Для этой зоны характерно преобладание воздушных масс арктического и атлантического происхождения, а также усиление циклонических процессов в холодную (октябрь—апрель) и ослабление их в теплую (май—сентябрь) часть года. В холодной части года над Норвежским и Баренцевым морями преобладает циклоническая деятельность, что обусловливает неустойчивую погоду с частыми штормами и резкими колебаниями температуры. Приведенные на рис. 2 изобары (линии значений атмосферного давления в миллибарах) и наиболее характерные пути перемещения циклонов и антициклонов с указанием их повторяемости, по А. С. Звереву [8], для января — серединного месяца холодного периода и, следовательно, наиболее репрезентативного для него,

и на рис. 3 — среднее многолетнее число развивающихся циклонов и антициклонов за тот же месяц показывают, что наибольшая повторяемость циклонов и связанное с ними наиболее низкое среднее месячное атмосферное давление наблюдается в основном над Исландией. От Исландии циклоны смещаются к востоку с северной составляющей, через Норвежское на Баренцево море (траектории II и III). Преобладающие направления перемещения циклонов хорошо согласуются с областью повышенной их повторяемости и ложбиной в поле среднего атмосферного давления, вытянутой от Исландии через Норвежское на Баренцево море.

Преобладающее перемещение циклонов по траекториям II и III создает в холодный сезон сравнительно теплый фон зимы и осени. Прохождение циклонов по указанным направлениям обусловливает вынос теплого атлантического воздуха и значительное потепление, нередко до оттепели, и усиление ветра до шторма, а в очень редких случаях — и до урагана. Значительные осадки при этом не выпадают, наиболее вероятны слабые осадки. Сравнительно реже атлантические циклоны, смещавшиеся ранее по траектории II, в дальнейшем приобретают южную составляющую (траектория V). В этом случае в Мурманске наблюдается более значительное усиление ветра и более вероятны ураганы. В теплых секторах этих циклонов обычно наступает значительное потепление и наблюдаются наиболее высокие максимальные температуры, а в их тылу, в массах арктического воздуха — обильные снегопады «зарядами», которые в очень редких случаях сопровожются грозами.

Более устойчивая погода, с небольшими морозами или в редких случаях с температурой, близкой к 0°, небольшими осадками

Рис. 4. Преобладающие траектории циклонов (/—VII) и антициклонов (VIII—X), их повторяемость (число случаев) и среднее атмосферное давление (мб). Июль. Усл . обозначение см . рис . 2

наблюдается при прохождении циклонов по траектории IV. В сравнительно редких случаях, когда циклоны, смещавшиеся вдоль западного побережья Скандинавии, в дальнейшем получают южную составляющую (траектория VI), проходя через Кольский полуостров. В этом случае в Мурманске выпадают наиболее обильные снегопады. В очень холодные сезоны циклоны перемещаются по траектории VII. В этом случае в Мурманске преобладает ясная и тихая погода и за счет длительного радиационного выхолаживания нижнего приземного слоя воздуха наблюдается значительное и нередко длительное похолодание.

Рис. 5. Средняя многолетняя повторяемость развивающихся циклонов (1) антициклонов (2). Июль.

В передней части антициклонов, смещающихся с Баренцева моря к юго-востоку (траектория VIII), в Мурманск приходит арктический воздух, в значительной мере прогревшийся снизу, по пути над поверхностью Баренцева моря, свободной от льда. Кратковременные прояснения в антициклонах обычно не вызывают значительного выхолаживания арктического воздуха над материком. Поэтому антициклоны, смещающиеся с Баренцева моря и в дальнейшем движущиеся к юго-востоку, не вызывают в Мурманске значительного и устойчивого похолодания. В Мурманске более сильные морозы и самые низкие минимальные температуры наблюдаются зимой и весной при вхождении антициклонов с Карского моря к юго-западу по траектории IX. В этом случае в Мурманск приходит более холодный континентальный арктический воздух с Карского моря с более низкими начальными температурами (до — 10, — 15° и ниже), которые в дальнейшем значительно снижаются при уменьшении облачности. В теплый период ( м а й — сентябрь) циклоническая деятельность в районе Мурманска и над Баренцевым морем ослабевает и увеличивается повторяемость антициклонов.

Изменения температуры воздуха в Мурманске с начала XIX века Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Демин Валерий Иванович, Анциферова Александра Робертовна, Мокротоварова Ольга Ивановна

С помощью процедуры приведения коротких рядов к длинным по станциям-аналогам восстановлены сезонные и среднегодовые температуры в городе Мурманске в период 1802–1934 гг. Это позволило значительно удлинить существующий с 1935 г. ряд измерений в Мурманске и провести анализ климатических изменений за 211 лет. Долговременная тенденция к потеплению проявляется во все сезоны. Численное значение скорости этого потепления сильно зависит от выбранного для анализа временного интервала, так как изменение макроциркуляционных процессов и смена циркуляционных эпох сильно искажают имеющийся тренд в масштабах десятилетий. Зимние температуры достигли своих наибольших значений в 1930-е гг., в последующие десятилетия они снижались. Новый подъем температуры начался с 1980-х гг., но ее современные значения все равно не превышают уровня предыдущего потепления. Средние за последние 10–30 лет весенние, летние и осенние наиболее высокие за весь рассматриваемый период.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Демин Валерий Иванович, Анциферова Александра Робертовна, Мокротоварова Ольга Ивановна

Изменения крупномасштабной циркуляции атмосферы и современное потепление климата на Кольском полуострове

Основные климатические тенденции на Кольском полуострове за период инструментальных метеорологических измерений

Оценка изменений температуры воздуха на Камчатке за последние 60 лет

Тенденции изменения климата на Алтае на фоне глобальных климатических изменений (по инструментальным и дендрохронологическим данным)

Структура и динамика метеорологических полей на азиатской территории России в период интенсивного глобального потепления 1975-2005 гг

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHANGES OF THE AIR TEMPERATURE IN MURMANSK SINCE THE 19th CENTURY

Meteorological measurement in Murmansk started in 1918. The weather station was relocated in 1924 and 1934. For this reason, homogeneous time series of air temperature in Murmansk began in 1935 only. However, there are long-running temperature records from other sites in the Northern Europe (Kola, Vardo, Tornedalen), that had been started before the observation in Murmansk. Linear regression relationships for temperature data from various sites were obtained for periods with overlapping observations. These relations were applied to periods with no data in Murmansk and corresponding data for other sites. This method permits reconstruction of temperatures in Murmansk back to 1802. These early data has been combined with the temperature series from the weather station in Murmansk, which began in 1935. All four seasons of reconstructed time-series show evident warming trend between 1802 and 2013. Magnitude and rate of the temperature rise vary with time as local temperatures depend on changes in patterns of the large-scale atmospheric circulation. The rise of winter temperatures reached culmination in the 1930s. During following years, temperatures were falling until the 1970s. The new warming began in the late 1980s, but it does not exceed the level of the 1930s yet. Average spring, summer, autumn temperatures calculated for the periods 1984-2013, 1994-2013 and 2004-2013’s years were the warmest ones among any similar periods during the past 211 years.

Текст научной работы на тему «Изменения температуры воздуха в Мурманске с начала XIX века»

ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 551.582, 551.583

ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В МУРМАНСКЕ С НАЧАЛА XIX ВЕКА

В.И. Демин1, А.Р. Анциферова2, О.И. Мокротоварова2

Молярный геофизический институт КНЦ РАН, г. Апатиты

2Мурманское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды

С помощью процедуры приведения коротких рядов к длинным по станциям-аналогам восстановлены сезонные и среднегодовые температуры в городе Мурманске в период 1802-1934 гг. Это позволило значительно удлинить существующий с 1935 г. ряд измерений в Мурманске и провести анализ климатических изменений за 211 лет. Долговременная тенденция к потеплению проявляется во все сезоны. Численное значение скорости этого потепления сильно зависит от выбранного для анализа временного интервала, так как изменение макроциркуляционных процессов и смена циркуляционных эпох сильно искажают имеющийся тренд в масштабах десятилетий. Зимние температуры достигли своих наибольших значений в 1930-е гг., в последующие десятилетия они снижались. Новый подъем температуры начался с 1980-х гг., но ее современные значения все равно не превышают уровня предыдущего потепления. Средние за последние 10-30 лет весенние, летние и осенние температуры в Мурманске -наиболее высокие за весь рассматриваемый период.

Мурманская обл., климат, изменение климата, статистическая климатология.

Последние десятилетия XX в. и начало XXI в. на территории Мурманской обл. характеризуются значительными изменениями климатических параметров относительно их значений, рассчитанных по периоду 1961-1990 гг. (базовый период при описании современного климата или климатическая норма «1961-1990»). Например, за прошедшие с 1991 г. 23 года превышение среднегодовой температуры в Мурманске отмечено в 21 случае. Это, безусловно, можно было бы рассматривать как беспрецедентное по скорости потепление, если бы результаты оценок не зависели в значительной степени от длины выбранного для анализа временного интервала. Например, современные температуры в регионе явно выше климатических норм «1961-1990 гг.», в то же время они не являются исключительно высокими по сравнению с температурами, имевшими место в период предыдущего потепления, достигшего пика в 1930-е гг. [1]. Кроме того, в температурных рядах заметно присутствие циклических колебаний, выражающихся в чередовании периодов потепления и похолодания, происхождение которых — предмет острой дискуссии. Существенную трудность создает и непродолжительность метеорологических наблюдений как в Арктике, так и в глобальном масштабе. Например, инструментальные измерения температуры воздуха в регионе начинаются только с конца XIX века, а продолжительность климатически однородных рядов еще много меньше. Тем не менее, в ряде случаев удается оценить климатические ресурсы прошлого методом приведения коротких рядов к длительным сериям.

Материал и методика исследований

Первые метеорологические наблюдения на Кольском п-ове начались в 1843 г. на побережье Белого моря на Терско-Орловском маяке. Наблюдения проводились с перерывами по 1865 г. Однако данные за указанный период считаются малонадежными [2] и не представлены в климатических архивах. В 1863-1865 гг. наблюдения проводились на Святоносском маяке.

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

Изменение температуры воздуха в Мурманске с начала XIX века

Непродолжительность измерений и отсутствие информации о приборах и их установке сводит ценность наблюдений практически к нулю (возобновлены на маяке Святой Нос в 1895 г.).

Самая ранняя и длительная серия измерений области имеется в г. Кола — с 1878 г. С 1896 г. начаты измерения температуры на Терско-Орловском маяке, с 1894 г. — на маяке в Вайда-Губе, с 1896 г — в Ковде, с 1899 г. — в Печенге, в п. Ловозеро и г. Полярный (Александровск).

К сожалению, все указанные гидрометеорологические станции (ГМС) в последующие годы были или закрыты, или перенесены в другое место (часто под старым названием), что, как правило, вело к нарушению климатологической однородности. Метеорологические наблюдения в Мурманске начались в 1918 г. на территории торгового порта (64 м н.у.м.). В 1924 г. станция перенесена на 1.5 км к юго-востоку от прежнего положения с изменением высоты (21 м н.у.м.). В 1935 г. — на мыс Халдеев (51 м н.у.м.) [3]. Таким образом, за период метеорологических наблюдений в Мурманске изменилась не только высота метеорологической площадки, но, самое главное, ее положение относительно Кольского залива, заметное влияющего на температурный режим прибрежных территории. В зимнее время залив — огромный резервуар тепла, оказывающий отепляющее воздействие на прибрежные территории, а летом он же выступает в роли охладителя.

С 1935 г. метеорологическая площадка сохраняет свое положение и, несмотря на последующую застройку окружающих территорий, ее температурный ряд с этого момента считается климатически однородным* [3]. ГМС «Мурманск» включена в Глобальную систему наблюдений за климатом (ГСНК).

Температурный ряд по городу Мурманску доступен для климатической обработки с 1935 г., однако существует возможность оценить климатические условия города и в более ранний период. Так, например, в «Справочнике по климату СССР» [4] представлены среднемесячные температуры Кольского п-ова периода 1881-1960 гг., который считался базовым для климатического описания территории СССР до 1990 г. Для станций с наблюдениями, начавшимися позднее 1881 г. (в т.ч. и на ГМС «Мурманск», Халдеев мыс), при составлении «Справочника по климату» методом разностей было выполнено приведение к единому периоду (1881-1960 гг.). Среднемесячные температуры T этого периода для пунктов с неполным рядом наблюдений рассчитывались по формуле

где Тан — среднемесячные значения на станции-аналоге (ближайшая станция с полным рядом наблюдений), ДТ — средняя разность среднемесячных температур на приводимой станции и станции-аналоге за период их параллельных наблюдений [5, 6].

В основе такого приведения лежит значительная синхронность колебаний среднемесячной (и тем более сезонной) температуры, обусловленная связанностью крупномасштабных атмосферных процессов на расстояниях, часто достигающих сотен километров. Эта связь процессов определяет большую устойчивость разностей или отношений соответствующих метеорологических элементов на соседних станциях. Вариации среднегодовой температуры в городах Мурманск и Хапаранда (Швеция), удаленных друг от друга почти на 500 км, показаны на рис. 1.

Другой метод приведения — построение уравнения регрессии между исследуемой метеорологической станцией и станцией-аналогом (обладающей большей длиной ряда) по данным, полученным за период их совместной работы, и последующий расчет по найденному выражению значений на искомой станции в отсутствующие годы по их значениям на станции-аналоге.

Климатически однородным считается ряд, характеристики которого меняются только в соответствии с естественной изменчивостью макропроцессов, оказывающих влияние на погоду и климат данного региона, не содержат эффектов, вызванных сменой методики производства измерения, типа измерительного прибора, а также переносом измерительной площадки или неестественным изменением окружающей местности (прим. авт).

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

В.И. Демин, А.Р. Анциферова, О.И. Мокротоварова

Связь сезонных температур в Мурманске и Коле представлена на рис. 2. Выделение сезонов на Кольском п-ове проведено по классификации, предложенной Б.А. Яковлевым [3]: зима — ноябрь-март, весна — апрель-май, лето — июнь-август, осень — сентябрь-октябрь.

Рис. 2. Связь средних зимних (а), весенних (б), летних (в), осенних (г) температур в Коле (t%) и Мурманске (їм). Зимние температуры взяты до 1965 г. (перенос метеорологической площадки в Коле)

Коэффициенты корреляции сезонных температур между Колой и Мурманском очень высоки — от 0.996 до 0.998, а среднеквадратичная ошибка (СКО) не превышает 0.1 °С. Таким

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

Изменение температуры воздуха в Мурманске с начала XIX века

образом, температурный ряд по Мурманску можно весьма надежно восстановить до 1878 г. по данным измерений в Коле.

При любом приведении ряды по станции-аналогу и по приводимой станции должны быть климатически однородными. В этой связи не представляется возможным использовать для реконструкции климатических условий Мурманска температурный ряд по Архангельску, где наблюдения начались в 1813 г., так как этот «единый» (под одним именем) ряд в действительности составлен из серий измерений, проводимых в разных местах города и по разным методикам. Несмотря на то, что температурные данные по Архангельску можно обнаружить в открытых базах климатических центров, их гомогенизацией (устранением климатической неоднородности) никто не занимался, и, учитывая, что часть данных получена по термометрам, размещенным на окнах или стенах домов [7], такая процедура представляется практически невозможной.

Ряд в городе Коле, как уже было сказано выше, — самый ранний из всех имеющихся на Кольском п-ове. Однако в последние десятилетия в связи с актуальностью проблемы климатических изменений выполнена гомогенизация длинных температурных рядов на севере Скандинавии. Например, в Вардё (Норвегия), расположенном примерно в 160 км к северо-западу от Мурманска, метеорологические наблюдения начались еще в 1829 г., а непрерывный ряд имеется с 1840 г. История метеорологических наблюдений в Вардё и процедура гомогенизации приведены в работе [8]. Однородный ряд данных предоставлен Норвежским метеорологическим институтом (Norwegian Meteorological Instutute).

Корреляция зимних, весенних, летних, осенних и среднегодовых температур между Мурманском и Вардё составляет 0.93, 0.94, 0.93, 0.95 и 0.94 соответственно.

Более длительный температурный ряд получен для Торнедалена, расположенного на границе Финляндии и Швеции и удаленного от Мурманска на 500 км. Он составлен из наблюдений в г. Хапаранда (с августа 1859 г.), а к 1802 г. продлен по сериям параллельных наблюдений 1802-1862 гг. в Хапаранде, Overtomea и Kalix. Данные и описание процедуры их получения приведены в статье [9]. Корреляция зимних, весенних, летних, осенних и среднегодовых температур в городах Торнедалене и Мурманске за период параллельных измерений составляет 0.91, 0.84, 0.68, 0.91 и 0.90 соответственно.

Таким образом, существует возможность продления температурного ряда в Мурманске к 1878 г. по наблюдениям в Коле, до 1840 г. по рядам в Вардё и Торнедалене (мультирегрессией), а к 1802 г. (1802-1839 гг.) по наблюдениям в Торнедалене.

Возможность использования данных рядов Вардё и Торнедалена проверена с помощью критериев для выбора станций-аналогов [10, 11]:

n > 6-10, r > Акр, к/щ > Вкр,

где n — число лет с параллельными наблюдениями, r — коэффициент парной или множественной корреляции между значениями метеорологической величины в приводимом пункте и их значениями в пункте-аналоге; Акр — критическое значение коэффициента корреляции (обычно задается > 0.7); к — коэффициент уравнения регрессии, ok — его средняя квадратичная погрешность; Вкр — критическое значение отношения k/ok (обычно задается > 2).

Все перечисленные условия в построении регрессий «Мурманск — Кола» и «Мурманск -Вардё + Торнедаллен» выполнены. Несколько хуже обстоит дело с корреляцией летних температур в городах Мурманск и Торнедален. Но приведение становится возможным и в этом случае, так как коэффициент корреляции летних температур в Торнедалене и Мурманске после продления к 1878 г. по Коле уже более 0.71 (многоступенчатое приведение [6]).

Использование регрессионных связей предполагает, что температурный режим конкретного года в Мурманске будет восстановлен с некоторой ошибкой. В случае приведения по близко расположенной метеостанции «Кола» СКО всего около 0.1 °С. Однако при восстановлении ряда в Мурманске мультирегрессией по Вардо и Торнедалену СКО для зимних, весенних, летних и осенних температур достигает 0.90, 0.48, 0.47, 0.34 °С

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

В.И. Демин, А.Р. Анциферова, О.И. Мокротоварова

соответственно, а только по Торнедалену — 0.78, 0.85, 0.94 и 0.62 °С. Но, во-первых, эта ошибка не скажется на долговременном тренде, а, во-вторых, климат описывается как среднее значение некоторых параметров за многолетний период (как правило, от 30 лет и более). Так как СКО

арифметического среднего за n лет в \fn раз меньше ошибки одного восстановления, точность оценки климатических ресурсов в виде среднего значения за многолетний период существенно возрастает.

Безусловно, все последние рассуждения подходят только для случая, когда измерения на станциях-аналогах полностью корректны. А уверенности в этом, к сожалению, нет. Так, например, ряд по Торнедалену считается довольно качественным до 1832 г. [9]. Более ранние данные (в первую очередь летние температуры) менее надежны, что вызвано, как предполагается, недостатками радиационной защиты термометра и малыми перекрытиями рядов со станций, использованных при восстановлении ряда по Торнедалену. Тем не менее, других таких же длинных рядов в регионе нет, следовательно, нет возможности более качественно оценить климатические условия региона начала XIX в., кроме как воспользоваться существующими рядами инструментальных измерений.

Результаты и обсуждение

На рис. 3 представлены изменения среднесезонных и среднегодовых температур в Мурманске в период с 1802 г.; проведено 10-летнее сглаживание, отмечены СКО восстановленных данных. Г оризонтальные линии соответствуют средним значениям температур за период 1802-1880 гг., климатическим нормам «1881-1960 гг.» и «1961-1990 гг.», а также средним многолетним значениям за период 1980-2010 гг. Отметим, что значения, рассчитанные за период 1981-2010 гг., в настоящее время широко используются рядом климатических центров вместо норм «1961-1990 гг.», которые признаются устаревшими. Численные значения среднесезонных и среднегодовых температур в Мурманске, рассчитанных для периодов 1802-1880 гг. и 1981-2010 гг., климатические нормы 1881-1960 гг. [4] и 1961-1990 гг. представлены также в таблице.

Средние сезонные и годовые температуры в Мурманске для различных периодов

Период Средняя температура, °С

Зима Весна Лето Осень Год

1802-1880 -9.7 -0.2 10.6 3.1 -0.9

1881-1960 -8.0 0.7 10.6 3.2 0.0

1961-1990 -8.5 1.1 10.9 3.8 0.1

1981-2010 -7.6 1.7 11.1 4.2 0.6

1984-2013 -7.5 1.9 11.3 4.4 0.8

1994-2013 -7.3 2.0 11.4 4.7 1.0

2004-2013 -6.8 2.9 11.8 5.2 1.5

Примечание. Для периодов 1881-1960 и 1961-1990 гг. приведены официальные климатические нормы (выделено жирным шрифтом).

Долговременная тенденция к повышению температуры проявляется во все сезоны: ХХ век заметно теплее XIX века (рис. 3).

Вместе с тем, это потепление не монотонно: периоды потепления неоднократно сменялись периодами похолодания. В температурном ряду прослеживаются признаки присутствия квазициклических колебаний, природа которых остается неустановленной. Из-за наличия циклов потепления и похолодания представить долговременный тренд в виде численного значения довольно сложно, так как результат в значительной степени зависит от выбранного для анализа временного интервала (а именно от того, на какой участок цикла попадает начало ряда). Если,

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

Изменение температуры воздуха в Мурманске с начала XIX века

например, ограничиться при анализе последним 50-летним периодом (сравнивая современные значения температур с нормами «1961-1990 гг.), то начало такого ряда придется на период относительного похолодания (рис. 3), а его окончание — на период последнего потепления, начавшийся со второй половины 1980-х гг. В результате скорость потепления окажется сильно увеличенной. Скорости изменения температур для данного периода составляют 0.39, 0.44, 0.18 и 0.30 °С/10 лет для зимы, весны, лета и осени соответственно. Для сравнения: скорости изменения сезонных температур на территории Мурманской обл. в период 1961-2007 гг. равны 0.4, 0.3, 0.2, 0.2 °С/10 лет [12]). Очевидно, что все эти значения чрезвычайно высоки, так как в переводе на 100 лет речь пойдет уже о градусах, а не их десятых.

Рис. 3. Вариации средних сезонных и среднегодовой температуры в Мурманске с 1802 г. по 2013 г. и их сглаживание 10-летним фильтром:

а — зима, б — весна, в — лето, г — осень, д — год. Серой заливкой отмечена СКО приведенных данных. Горизонтальные красные соответствуют средним многолетним температурам для периодов 1802-1880, 1881-1960, 1961-1990 и 19812010 гг.

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

В.И. Демин, А.Р. Анциферова, О.И. Мокротоварова

Если воспользоваться рядом с 1935 г. — начало наблюдений в Мурманске на Халдеевом мысе, то значения сезонных трендов составят 0.05, 0.21, 0.03, 0.13 °С/10 лет. Для ряда 1878-2013 гг. (а до 1878 г. значения температуры в Мурманске восстанавливаются весьма надежно по Коле) — 0.07, 0.12, и 0.14 °С/10 лет. Наконец, по всему ряду 1802-2013 гг. тренд у зимних, весенних, летних и осенних температур — 0.14, 0.11, 0.04 и 0.06 °С/10 лет. В зависимости от выбранного интервала численные значения трендов могут отличаться многократно.

Сравнивая обнаруженные тренды с изменениями глобальной температуры [13], можно предположить, что полученное по 200-летнему ряду потепление с характерной скоростью порядка 0.5-1.5 °С/100 лет, по всей видимости, отражает общую тенденцию к потеплению глобального климата (ее скорость несколько увеличена в полярных широтах). Однако при таких скоростях вклад глобального потепления в изменения региональной температуры в масштабах нескольких десятилетий очень мал. На коротких временных интервалах данный тренд сильно маскируется другими факторами, вызывающими вариации температуры.

Известно, например, что в общей циркуляции атмосферы существуют периоды, когда повторяемость одного из макропроцессов или группы макропроцессов заметно превышает свои многолетние значения — так называемые циркуляционных эпохи. Их продолжительность составляет от 10 до 30 лет (по Г.Я. Вангейнгейму) и 25-30 лет по Б.Л. Дзердзеевскому [14]. Каждой такой эпохе соответствует определенный фон циркуляции и определенный режим погоды в различных районах [15]. И каждая такая эпоха создает длительную тенденцию одного знака в многолетних изменениях характеристик атмосферы.

В работах [3, 16] показано, что в Мурманске во все сезоны разность средних температур, наблюдаемых при той или иной форме циркуляции, может достигать нескольких градусов. Установление в циркуляционном режиме долговременного периода с аномальным (по сравнению с многолетней нормой) развитием той или иной формы циркуляции (так называемых циркуляционных эпох) может привести к появлению и соответствующих аномалий в поле температуры. Так, в результате вмешательства циркуляционных факторов вместо более или менее монотонного изменения температуры получаются волны потепления и похолодания. В этой связи становится очевидной опасность заключений о климатических изменениях по коротким рядам данных (не содержащим в себе несколько циркуляционных эпох).

Представлены аномалии среднесезонных температур в период 1802-2013 гг.: от средних значений за 100-летний период 1881-1980 гг. (рис. 4). Изменения температуры в разных сезонах не всегда идут с одинаковым знаком: потепление одного сезона не обязательно сопровождается потеплением других (рис. 5). Это затрудняет выделение единых периодов потепления и похолодания. Такое несовпадение знаков сезонных тенденций может указывать на их циркуляционную обусловленность, так как даже один и тот же макроциркуляционный процесс в разные сезоны года может вызывать разные по знаку аномалии температуры. Так, например, при зональном переносе на Кольский п-ов поступает морской воздух, который зимой из-за предварительного прогрева над незамерзающей акваторией будет вызывать потепление, а летом и осенью — относительно прохладную погоду. Усиление такого макропроцесса в одну из циркуляционных эпох, очевидно, по-разному отразится и на температурных тенденциях отдельных сезонов. Вместе с тем, объяснить все изменения температуры в регионе только сменой макроциркуляционных процессов не удается -современное потепление наблюдается при всех формах макропроцессов [16].

Характер потепления в период с 1802 г. различается для верхних и нижних квартилей температуры (рис. 4). В зимнее время более заметен рост верхних квантилей, весной — нижних. Потепление летом более выражено за счет положительных трендов экстремально теплых случаев. Потепление осенью для разных квантилей примерно одинаковое. Если считать, что увеличение разности верхних и нижних квантилей служит мерой вариабельности климата, то можно говорить о некотором росте его экстремальности за рассматриваемый период.

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

Изменение температуры воздуха в Мурманске с начала XIX века

Рис. 4. Процесс-диаграммы для трендов сезонных температур в Мурманске (заливкой отмечена область СКО)

Рис. 5. Аномалии сезонных температур в Мурманске (от средних значений 1881-1980 гг.) после 10-летнего сглаживания: 1 — зима, 2 — весна, 3 — лето, 4 — осень

Сезонные температуры в городе Мурманске представлены после 10, 20 и 30-летнего сглаживания (рис. 6) по схеме:

Проведены линии, соответствующие средней сезонной (годовой) температуре за последние 10, 20 и 30 лет для периодов 2004-2013, 1994-2013, 1984-2013 гг. соответственно. Данный прием позволяет сравнить температуру последних 10, 20, 30 лет с температурой за аналогичные по длине периоды времени в прошлом.

Зимние температуры достигли своих максимальных значений в 1930-е гг., а в последующий период они даже несколько снизились (рис. 3, 6). Их новое повышение

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

В.И. Демин, А.Р. Анциферова, О.И. Мокротоварова

началось с 1980-х гг., но они все равно еще не превысили уровня предыдущего потепления. По этой причине наблюдаемое с 1980-х гг. потепление зимних сезонов выглядит впечатляющим, только если ограничиваться последним 40-50-летним интервалом. Вместе с тем, зимние температуры ХХ в. заметно выше значений, характерных для XIX столетия.

Рис. 6. Вариации средних сезонных (а — зима, б — весна, в — лето, г — осень) и годовых (д) температур в Мурманске после 10-летнего (а1, б1, в1, г1, д1), 20-летнего (а2, б2, в2, г2, д2) и 30-летнего (а3, б3, в3, г3, д3) сглаживания. Горизонтальной красной чертой отмечена средняя температура сезона или года последнего 10, 20, 30-летия (буквенный индекс 1, 2 и 3 соответственно)

Современные летние температуры также не являются исключительными (рекордными) в абсолютном значении (рис. 3в), такие температуры отмечались и в прошлом. Однако теплые

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

Изменение температуры воздуха в Мурманске с начала XIX века

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

сезоны стали наблюдаться более часто. За счет этого летняя температура, рассчитанная как среднее значение за последние 10, 20 и 30 лет, оказывается наибольшей среди всех возможных 10-, 20- и 30-летних интервалов рассмотренного периода (рис. 6в). Довольно впечатляющим выглядит повышение весенних и осенних температур: последние 10-летия описанных сезонов также оказались самыми теплыми (рис. 6б, г).

Вследствие роста сезонных температур среднегодовая температура также заметно выросла и достигла наиболее высоких значений за прошедшие два столетия (рис. 6д).

Потепление весенних и осенних температур привело к заметному сдвигу климатических сезонов. Переход среднесуточной температуры через 0 °С весной в последние 30 лет происходит на 11 дней раньше, чем это имело место в период 1802-1880 гг., а обратный переход к отрицательным значениям осенью задерживается на неделю (рис. 7). На 2 недели удлинился и период со среднесуточной температурой выше 5 °С. Продолжительность периода со среднесуточной температурой выше 10 °С, с которым, в частности, ассоциируется летний сезон, практически не изменилась.

В данной работе для реконструкции температуры использованы измерения, выполненные на расположенной в черте города ГМС «Мурманск». В этой связи возникает вопрос о том, насколько ее показания корректно отражают тенденции прилегающих территорий. Известно, что воздух в городской застройке (называемой городским «островом тепла») обычно теплее, чем в окружающей сельской (фоновой) местности. В общем виде городской «остров тепла» представляет собой сильный температурный градиент на границе города и более слабое повышение температуры к его центральной части [17]. Интенсивность и размеры данного явления изменяются во времени и пространстве под влиянием метеорологических условий, местных особенностей и характеристик города.

Чтобы ответить на вопрос о том, насколько температурное поле в районе ГМС «Мурманск» искажено городским «островом тепла», сравним долговременные изменения сезонных температур в Мурманске с изменениями температуры на ГМС «Полярное», расположенной в схожих климатических условиях (один и тот же климатический район [3]) в 30 км от Мурманска, на берегу Кольского залива. ГМС «Полярное» с 1913 г. находится на пустынном Екатерининском острове вне городской застройки, к северу от г. Полярный, и отделена

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

В.И. Демин, А.Р. Анциферова, О.И. Мокротоварова

от города проливом. Главное, что за период с 1915 г. — начала строительства Мурманска -численность населения в Мурманске и Полярном менялась с совершенно разной скоростью (рис. 8а). Это важно, так как интенсивность городского «острова тепла» прямо пропорциональна числу городских жителей [17]. Появление «острова тепла» диагностируется по увеличению разности показаний между ГМС, расположенной в черте города, и ГМС, находящейся в фоновых условиях (так называемый «ползучий» тренд).

Рис. 8. Изменение населения в городах Полярный (а1) и Мурманск (а2) и разность среднесезонных температур на ГМС «Мурманск» и «Полярное» (б), осредненная по десятилетиям: 61 — зима, 62 — весна, 63 — лето, 64 — осень

Несмотря на значительный рост городов, разность сезонных температур на указанных ГМС увеличилась только весной и осенью и на величину не более чем 0.1 °С (рис 8б). При этом увеличение разности плохо согласуется с ростом населения. Обращает внимание отсутствие потепления на ГМС «Мурманск» по сравнению с ГМС «Полярное» в зимний период. Известно, что загрязнение воздуха в городе (малые газовые компоненты, водяной пар, аэрозоли) задерживают уходящее длинноволновое излучение. При отрицательном радиационном балансе подстилающей поверхности и более интенсивных потоках антропогенного тепла в зимний период разность температур между городской станцией и фоновой в этом случае должна была увеличиться. Не прослеживается четко и увеличение разности летом, когда в период полярного дня, при продолжительной инсоляции, тепло должно более интенсивно накапливаться внутри городской застройки из-за большей площади поглощающей поверхности.

Повышение разности температур только в весенние и осенние сезоны и на довольно незначительную величину (не более 0.1 °С) за 100-летний период (1915-2014 гг.) довольно плохо

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

Изменение температуры воздуха в Мурманске с начала XIX века

вписывается в известную картину городского «острова тепла». Это позволяет говорить об отсутствии убедительных признаков искажения сезонных температур на ГМС «Мурманск» городским «островом тепла».

Такое утверждение, безусловно, нельзя рассматривать как отрицание существования в Мурманске «острова тепла», который, например, может быть более выражен в других районах города. Отсутствие эффекта в районе положения ГМС «Мурманск» может быть вызвано как особенностями положения ГМС «Мурманск» (на окраине сильно вытянутого города с его наветренной стороны, в то время как сам «остров» преимущественно сдвигается по направлению ветра), так и небольшой повторяемостью сочетания метеорологических условий, способствующих проявлению «острова тепла» в районе ГМС (значительная облачность, низкая повторяемость штилей, сильный ветровой режим, уменьшающий разность между районами города и пригородами). Таким образом, измерения на ГМС «Мурманск» достаточно репрезентативны для климатологических задач.

Следует отметить, что «остров тепла» более отчетливо проявляется при слабом ветре и безоблачном небе, когда загрязненный воздух сильнее задерживает уходящее длинноволновое излучение и различие в выхолаживании города и сельской местности проявляется наиболее отчетливо. Однако точно такие же условия способствуют и проявлению микроклиматических особенностей, обусловленных неоднородностью подстилающей поверхности, величина которых измеряется многими градусами [18, 19]. По этой причине задача отделения «острова тепла» в Мурманске от эффектов, вызванных сложным рельефом города и тепловым воздействием на прилегающие территории Кольского залива в разных частях города, представляется довольно трудной и пока не решенной.

С помощью процедуры приведения коротких рядов к длинным по станциям-аналогам восстановлены сезонные и среднегодовые температуры в городе Мурманске в период 1802-1934 гг. Это позволило значительно удлинить существующий с 1935 г. ряд измерений в Мурманске и провести анализ климатических изменений за 211 лет.

По реконструированному ряду долговременная тенденция к потеплению проявляется во все сезоны. Численное значение скорости этого потепления сильно зависит от выбранного для анализа временного интервала, так как изменения макроциркуляционных процессов и смена циркуляционных эпох сильно искажают имеющийся тренд в масштабах десятилетий вплоть до появления циклов потепления и похолодания.

Изменения температуры в разных сезонах не всегда идут в одной фазе. Наибольшие вариации за рассмотренный период у зимних и весенних температур, наименьшие — у летних. Зимние температуры достигли своих наибольших значений в 1930-е гг., а в последующие десятилетия они снижались. Новый подъем температуры начался с 1980-х гг., но ее современные значения все равно не превзошли уровня предыдущего потепления. Средние за последние 10-30 лет весенние, летние и осенние температуры в Мурманске наиболее высокие за весь рассматриваемый период.

За счет роста весенних и осенних температур произошло сокращение зимнего сезона. Продолжительность летнего сезона практически не изменилась.

При сравнении долговременных изменений температуры на ГМС «Мурманск» с ее вариациями на ГМС «Полярное», расположенной в схожих климатических условиях в 30 км от Мурманска, четко выраженных признаков городского «острова тепла» в Мурманске не обнаруживается. По крайней мере, «остров тепла» не прослеживается в поле сезонных температур в окрестностях расположения ГМС «Мурманск». Это позволяет предположить, что выявленные долговременные тенденции температуры характерны и для ближайших фоновых районов.

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)

В.И. Демин, А.Р. Анциферова, О.И. Мокротоварова

I. Демин В.И. Основные климатические тенденции на Кольском полуострове за период инструментальных метеорологических наблюдений // Труды Кольского науч. центра РАН. «Прикладная экология Севера». 2012. 2 (9). Апатиты, 2012. С. 98-110. 2. Рубинштейн Е.С. Климат СССР. Ч. 1: Температура воздуха. Вып. 2: Средние месячные температуры воздуха в европейской части СССР за отдельные годы с севера до 55 с.ш. Л.: ГГО, 1929. 180 с. 3. Яковлев Б.А. Климат Мурманска. Л.: Гидрометеоиздат, 1972, 108 с. 4. Справочник по климату СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. Вып. 2, ч. 1. 144 с. 5. Кобышева Н.В., Наровлянский Г.Я. Климатологическая обработка метеорологической информации. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 296 с. 6. Методы климатологической обработки метеорологических наблюдений / под ред. О.А. Дроздова. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. 492 с. 7. Демин В.И. Неклиматические климатические изменения // Материалы гляциологических исследований. 2012. № 1. С. 110-114. 8. Andresen L. Homogenization of monthly long-term temperature series of mainland Norway // Met. no. Note 2 / Norwegian Meteorological Institute, Oslo, Norway. 2011. URL: http: //met.no/filestore/Homog_Norway.pdf 9. Klingbjer P., Moberg A. A composite monthly temperature record from Tornedalen in northern Sweden, 1802-2002 //

J. Climatology. 2003. 23. Р. 1465-1494. 10. Лобанов В.А., Смирнов И.А., Шадурский А.Е. Практикум по климатологии: учеб. пособие. СПб.: Изд-во РГГМУ, 2011. Ч. 1. 145 с. 11. Свод правил по проектированию и строительству: СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. М. 2004. 12. Семенов А.В. Инструментальные климатические наблюдения на Кольском полуострове и особенности обслуживания региональных потребителей климатической информацией: докл. // Адаптация к изменению климата и ее роль в обеспечении устойчивого развития регионов: материалы междунар. конф. (Мурманск, 13 мая 2008 г.). URL: http://www.myshared.ru/slide/378692. 13. Climate changes 2014: Physical bases. Fifth Assessment Report. URL: http://www.ipcc.ch/report/ar5. 14. Хромов С.П., Мамонтова Л.И. Метеорологический словарь. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 568 с. 15. ГирсА.А. Макроциркуляционный метод долгосрочных метеорологических прогнозов. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 488 с. 16. Демин В.И., Священников П.Н., Иванов Б.В. Изменения крупномасштабной циркуляции атмосферы и современное потепление климата на Кольском полуострове // Вестник Кольского научного центра РАН. 2010. № 2. С. 101-105. 17. Оке Т.Р. Климаты пограничного слоя. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 3б0 с. 18. Микроклимат СССР / под ред. И.А. Гольцберг. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 286 с. 19. Мищенко З.А. Биоклимат дня и ночи. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 280 с.

Сведения об авторах

Демин Валерий Иванович — научный сотрудник Полярного геофизического института КНЦ РАН; e-mail: demin@pgia.ru

Анциферова Александра Робертовна — метеоролог Мурманского управления

по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ФГБУ «Мурманское УГМС»); e-mail: klimat@kolgimet.ru

Мокротоварова Ольга Ивановна — начальник ФГБУ «Мурманское УГМС»;

ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20)