Статистические характеристики режима атмосферных осадков в Алтайском регионе

УДК 551.58

Н.Ф. Харламова, Д.С. Козлова Статистические характеристики режима атмосферных осадков в Алтайском регионе

N.F. Kharlamova, D.S. Kozlova

Statistical Characteristics of Atmospheric

Precipitation Regime in the Altai Region

Впервые получены статистические характеристики осадков (средние, экстремумы и показатели изменчивости) за 1966-2012 гг. по данным 18 метеостанций Алтайского края и Республики Алтай. На равнинной территории Алтайского края годовые суммы осадков изменяются от 240-250 мм в сухостепных районах Кулунды до 550-570 мм на юге Бийско-Чумышской возвышенности. В предгорьях и низкогорьях Алтая с запада на восток количество осадков возрастает от 650 до 900 мм. Наиболее засушливыми являются Чуйская (110-120 мм) и Курайская (200 мм) межгорные котловины, плоскогорье Укок (230 мм). Максимальная межгодовая изменчивость — до 20-24% от среднемноголетней годовой суммы осадков — характерна для степных ландшафтов равнинных и горных районов Алтая. В предгорьях и низ-когорьях Алтая и Салаира вариативность годового количества осадков снижается до 13-16%, как и в высокогорной зоне (Кара-Тюрек). При этом зафиксированные абсолютные отклонения намного превышают среднюю вариативность, достигая максимальных значений в северо-западных предгорьях (Змеиногорск — 561,3 мм, или 80% от х ). Демпфирующее воздействие Телецкого озера на увлажненность прибрежных районов способствует уменьшению вариативности осадков как в абсолютном, так и в среднемноголетнем исчислении.

Ключевые слова: атмосферные осадки, средние и экстремальные осадки, показатели изменчивости осадков, Алтай.

DOI 10.14258/izvasu(2014)3.1-26

The statistical characteristics of precipitation (average, extreme and variability indexes) for 1966-2012 years were obtained for the first time according to 18 weather stations in Altai Krai and the Republic of Altai. Annual precipitation on the plains of Altai Krai varies from 240-250 mm in the dry steppe areas of Kulunda to 550-570 mm in the south of Biya-Chumysh Upland. Precipitation increases to 550-900 mm in the Altai foothills and low hill terrains. Chuya (110-120 mm) and Kurai (200 mm) intermountain basins, and the Ukok Plateau (230 mm) are the most arid. Maximum interannual variability — up to 20-24% of the long-term average annual precipitation — is typical for steppe landscapes of plains and mountain areas of Altai. Variability of annual precipitation decreases to 13-16% in the foothills and low hill terrains of Salair and Altai, as well as in the alpine zone (Kara-Turek). However the recorded absolute deviations are much higher than the average variability, reaching maximum values in the north-western foothills (Zmeinogorsk — 561,3 mm or 80% of x ). Damping effect of Lake Teletskoye on coastal moisture reduces the variability of precipitation, both in absolute and in long term average annual calculation.

Key words: average precipitation and extreme precipitation, rainfall variability, Altai.

Одним из важнейших показателей климатического режима, помимо температуры воздуха, являются осадки. От их количества во многом зависит водный режим территории, а соотношение тепла и влаги определяет тип ландшафта.

Характеристики атмосферных осадков Алтайского региона за период наблюдений 1891-1964 гг. приведены в Справочнике по климату СССР [1], за 1891-1980 гг. — в Научно-прикладном справочнике по климату СССР [2], в отдельных статьях и монографиях [3-5].

Цель данной работы — определение основных статистических характеристик осадков Алтайского региона за период 1966-2012 гг.

Ряды данных наблюдений за осадками отличаются значительной неоднородностью вследствие замены дождемера Нифера осадкомером Третьякова, изменением количества сроков наблюдений, введением поправки на смачивание. Авторами анализировались данные наблюдений 13 метеостанций (ГМС) за период 1966-2012 гг., представленные в открытом доступе на сайте http://meteo.ru/, а также пяти ГМС за 1966-

2010 гг., опубликованные в Метеорологических ежемесячниках. Имеющиеся пропуски в рядах месячного количества осадков восстановлены с помощью метода изомер (корреляционных отношений) по общепринятым методикам [6]. В соответствии с рекомендациями российских исследователей [7] определены следующие климатические переменные атмосферных осадков: средние, экстремумы и показатели изменчивости за основной период 1966-2012 (1966-2010) гг., тридцатилетние периоды 1971-2000 и 1981-2010 гг. Среднегодовые значения относятся к календарному году, т.е. интервалу времени с января по декабрь текущего года. Суммарные оценки представлены по сезонам года в календарных рамках: зима (XII, I, II), весна (III, IV, V), лето (VI, VII, VIII) и осень (IX, X, XI), при этом зимний сезон включает декабрь предыдущего года.

В качестве показателей изменчивости рассчитаны:

l(*i- Xcp )2

среднее квадратическое отклонение ст = J---------,

V n

коэффициент вариации Cv = a/xcp и амплитуда (размах) колебаний А = x - x , где x. — значение за каждый

max mm7 i

год, Хр — среднемноголетняя величина; n — число лет наблюдений (47 или 45 в данной работе); x и x — максимальные и минимальные годовые

max mm

суммы осадков в выборке.

Годовое количество осадков на равнинной территории Алтайского края изменяется от 240-250 мм к западу от Кулундинского озера и на крайнем юго-западе до 500-570 мм в южной части Бийско-Чумышской возвышенности. Такое распределение осадков в целом и обусловливает переход от сухостепных ландшафтов к лесостепным.

Из-за значительной неоднородности подстилающей поверхности существуют и местные особенности в увлажнении. Так, увеличенное количество атмосферных осадков наблюдается в районах ленточных боров вследствие возрастающей турбулентности воздушных потоков за счет усиления шероховатости (Волчиха; см. табл. 1). Увеличение количества осадков характерно и для наветренного склона Бийско-Чумышской возвышенности (Бийск — Зональная) с последующим уменьшением на подветренном восточном склоне в долине р. Чумыша. Предгорья и низ-когорья Салаира и Алтая характеризуются значительным числом дней с осадками, соответственно и годовое количество осадков здесь возрастает с запада на восток от 650-680 (Змеиногорск) до 850900 мм (Яйлю).

Наибольшей неравномерностью отличается распределение осадков в пределах горной территории. В настоящее время получить достоверные статистические показатели режима атмосферных осадков на основе однородного массива наблюдений этой части Алтайского региона не представляется возможным

вследствие ограниченного числа метеостанций, расположенных в основном на днищах межгорных долин. Представление о возможных суммах осадков на склонах хребтов, в среднегорной и высокогорной зонах Алтая можно составить из обзора опубликованных работ.

Наиболее увлажненными (2000-2500 мм) являются наветренные склоны хребтов Юго-Западного Алтая, кулисообразно возвышающихся над соседними районами, первыми перехватывающих влагу западных потоков [5]. Максимальное количество осадков в горно-ледниковых бассейнах — более 2500 мм — имеет место в Холзунском хребте [8], что объясняется наличием орографической «воронки» между хребтами Ульбинским и Холзун [9]. Значительное количество осадков по этим же причинам выпадает и в западной части Катунского хребта — до 2000 мм [10]. В бассейне р. Мульты их уже не более 1800-2000 мм [11], а в массиве Белухи с северной стороны — 16001800 мм [12]. С продвижением к юго-востоку суммы осадков за год уменьшаются, на что указывает и повышение фирновой линии. Однако вблизи осевых участков хребтов Алтая существует зона повышенного увлажнения [8]. Не менее увлажненным является и Северо-Восточный Алтай с годовым количеством осадков 800-1000 мм, а на склонах хребта Алтын-Ту и западных отрогах Абаканского хребта — до 2000 мм [13; 14].

Увлажнение внутренних долин Алтая, расположенных у подножий подветренных склонов хребтов, в значительной степени зависит от их ориентировки по отношению к влагонесущим воздушным потокам. Наименьшее количество осадков получают меж-горные котловины Центрального и Юго-Восточного Алтая — Чуйская (110-120 мм) и Курайская (200 мм), плоскогорье Укок (230 мм) [3; 5].

Межгодовая изменчивость годовых сумм осадков на равнинной территории Алтайского края составляет в среднем 17-20%, достигая наибольших значений в степных районах (Баево — 23%, Славгород — 24% от среднемноголетней величины; см. табл. 1). В предгорьях и низкогорьях Салаира и Алтая вариативность годового количества осадков снижается до 13-16% (Тогул, Солонешное, Кызыл-Озек, Яйлю), как и в высокогорной зоне (Кара-Тюрек), за исключением остепненных межгорных котловин, с максимальной изменчивостью в Чуйской котловине (Кош-Агач — 23%). При этом зафиксированные абсолютные отклонения намного превышают среднюю вариативность, достигая максимальных значений в северо-западных предгорьях и низкогорьях (Змеиногорск — 561,3 мм, или 80% от х). Демпфирующее воздействие Телецкого озера на увлажненность прибрежных районов способствует уменьшению вариативности осадков как в абсолютном, так и в среднемноголетнем исчислении.

Таблица 1

Средние многолетние величины, экстремумы и показатели изменчивости годового количества осадков,

Алтайский регион, 1966-2012 (1966-2010) гг.

№ Метеостанция Средние многолетние, мм Экстремумы, мм Показатели изменчивости

18911980 гг. 19712000 гг. 19812010 гг. 19662012 гг. max min мм Cv, доли ед., (%) A, мм

1 Камень-на-Оби 354 334,2 339,8 330,2 460,0 2000 г. 208,3 1997 г. 59,9 0,2 (18%) 251,7

2 Баево* 332,2 343,6 335,8 485,3 2004 г. 176,0 1997 г. 77,0 0,2 (23) 309,3

3 Тальменка* 511,7 519,4 513,7 2000 г. 280,0 1968 г. 94,6 0,2 (18) 461,7

4 Барнаул 414,9 430,1 420,7 546,0 1970 г. 272,5 1988 г. 70,0 0,2 (17) 273,5

5 Тогул* 521 534,4 558,4 543,5 773,9 1984 г. 362,5 1997 г. 85,5 0,2 (16) 411,4

6 Славгород 298 332,5 323,9 320,4 511,2 1987 г. 182,1 1997 г. 77,1 0,2 (24) 329,1

7 Ребриха 399,6 399 397,5 577,5 2000 г. 224,2 1997 г. 80,7 0,2 (20) 353,3

S Алейск* 444 435,1 429,4 433,5 629,0 2002 г. 279,1 2008 г. 84,4 0,2 (19) 349,9

9 Бийск -Зональная 569 536,1 546,8 551,8 848,7 2002 г. 368,9 1997 г. 98,8 0,2 (18) 479,8

10 Волчиха* 327 351,3 356,9 351 522,0 1994 г. 199,5 1997 г. 71,1 0,2 (20) 322,5

11 Рубцовск 370 345,6 327,4 337,6 571,0 1972 г. 185,0 2008 г. 71,5 0,2 (21) 386,0

12 Змеиногорск 649 679,4 672,9 682,0 999,0 1972 г. 437,7 2008 г. 113,7 0,2 (17) 561,3

13 Солонешное 569,2 585,3 577,4 780,9 1996 г. 419,0 1971 г. 94,1 0,2 (16) 361,1

14 Кызыл-Озек 7S1 747,7 736,8 743,2 912,3 1972 г. 521,2 1997г. 97,7 0,1 (13) 391,1

15 Яйлю 912 895,9 899,3 891,0 1162,0 1984 г. 725,2 1975 г. 113,9 0,1 (13) 436,8

16 Усть-Кокса 469,8 475,0 469,2 642,7 1969 г. 231,0 1974 г. 86,2 0,2 (18) 411,7

17 Кош-Агач 116 117,7 123,5 120,8 195,0 1984 г. 53,0 1974 г. 27,3 0,2 (23) 142,2

1S Кара-Тюрек 556 632,2 630,7 611,3 834,5 1999 г. 459,4 1971 г. 89,2 0,1 (15) 375,1

Примечание. Средние многолетние за 1891-1980 гг. — из [2]; Баево* — данные за 1966-2010 гг.; max — максимальная сумма осадков; min — минимальная сумма осадков.

В годовом ходе максимальное количество осадков наблюдается в июле, минимальное — в феврале - марте. Дополнительный второй максимум осадков отмечается в октябре в Северо-Западном Алтае (Змеиногорск; см. рис.).

Увеличение количества осадков в восточной части обусловлено также общей залесенностью терри-

тории и изменением траекторий перемещения циклонов, направляющихся через данные районы в Горную Шорию и Кузнецкий Алатау. Наименьшее количество зимних осадков наблюдается в степных районах (Баево, Славгород, Рубцовск), поэтому высота снежного покрова здесь небольшая, и весенние запасы влаги недостаточны.

Месяцы

Годовой ход количества осадков в Алтайском регионе за 1966-2012 гг., мм

—Барнаул — • Т огул

-----Змеиногорск

---ж--- Яйлю

• Кош-Агач

♦ Кара-Т юрек

В пределах горной территории осадки зимы составляют всего 7-11% от общей 2, (табл. 2). Их минимальное количество наблюдается в Кош-Агаче — 8,6 мм (7,2% от 2год ), в то же время значительно большее количество в Яйлю — 58,0 мм — вносит всего 6,5% в среднемноголетнюю 2год, что является наименьшей величиной в Алтайском регионе.

Зимние экстремумы (в противоположность летним), т.е. максимальное или минимальное количество осадков, обладают достаточной синхронностью в определенных районах территории, поскольку обусловлены в основном наличием или отсутствием фронтальной облачности циклонов. Значительная роль конвекции в формировании местной облачности и выпадении локальных осадков определяет большую пространственную неоднородность атмосферных осадков в теплое полугодие, поэтому совпадение лет х или х сокращается.

max min

В теплое полугодие (апрель - октябрь) выпадает до 70% от годового количества осадков, из них только 30% составляют осадки весны и первой половины лета. В межгорных сухостепных котловинах сумма осадков теплого периода увеличивается до 80% (от годовой суммы). Минимальное количество осадков теплого периода (100-200 мм) характерно для сухостепных районов Кулунды, где происходит размывание фронтальных разделов циклонов. На остальной территории левобережья Оби выпадает до 300 мм осадков, на правобережье их количество увеличивается до 400 мм, в западных алтайских предгорьях — 400-450 мм, в восточных — 600 мм. Наиболее засушливый теплый период в горах Алтая отмечается в Чуйской котловине (менее 100 мм), на плоскогорье Укок и Чулышманском нагорье [3].

Таблица 2

Распределение осадков по сезонам года: средние, максимальные и минимальные суммы (мм, % от годовой суммы), 1966-2012 (1966-2010) гг.

Метеостанция

Зима

ср., мм,

%

тах,

мм

шт.

мм

Весна

ср., мм,

%

тах,

мм

шт,

мм

Лето

ср., мм,

%

тах,

мм

шт,

мм

Осень

ср., мм,

%

тах,

мм

шт,

мм

Камень-на-Оби

50,7

ОД, О 2001

15,7

2012

60,2

116,5

1987

13,3

1991

138,1

256,4 1980

55,2

1987

81,0

134,2

1992

33,2

1997

Баево*

53,4

102.6

1987

14.7

1967

61,4

123,2

2000

19.5

1980

139,6

260.3

1969

44.9

2010

80,9

150.7

1985

31,4

1997

Тальменка*

103,7

189,4

2001

36,0

1968

97,7

211,6

2000

23,0

1980

176,7

326.0

1970

73,0

1968

134,2

218.8

1985

53,0

1971

Барнаул

69,4

163.0

1973

18,8

2012

84,7

159,0

1975

15.0

1980

161,4

263,4

1990

73,0

1975

104,2

167.9

2012

33,0

1997

Тогул*

90,1

168.8

2001

24,8

19'і8

109,6

222,0

2004

42,3

1980

205,7

379,1

1984т

96,8

1998

136,6

219.8

1992

41,0

1997

Славгород

54,0

103.1

1973

18,3

2012

58,0

118,2

1987

23.5

1967

134,0

236.1

1984

46,5

2010

74,9

131.6

1987

23,2

1997

Ребриха

62,8

146,9

1979

13,8

2012

80,7

167,5

1975

9,3

1980

153,4

310,4

1990

65,8

1975

99,4

156,7

1985

36,5

1997

Алейск*

83,0

150,8

1979

20,3

2012

90,6

160,8

2000

13,2

шо

151,7

311,8

2002

45,1

1937

107,1

183,6

1994

40,1

1995

Бийск — Зональное

100,1

191,0

1979

38,0

15с8

121,9

220,0

1968

33,0

1980

178,6

342,6

2002

70,4

1986

149,0

270,7

1987

60,5

1997

Волчиха*

61,2

104,5

1973

24,7

1967,

1968

70,3

156,9

2000

16,6

1980

131,0

275,1

1994

49,5

1975

88,2

159,3

1992

37,1

1995

Рубцовск

52,7

161,4

1973

16,4

2012

71,8

144,5

1972

24,5

1996

132,7

224,5

1995

47,9

1974

80,2

154,2

1984

17,3

1995

Змеиногорск

140,3

318,0

1973

41,2

2012

156,8

311,0

1972

64,0

1967

197,1

336,7

1995

74,0

1983

187,8

335,9

1969

92,8

1995

Солонешное

54,8

111.0

1992

11,0

2012

141,5

249,7

2006

63,3

1967

251,4

459,4

1996

151,4

1991

129,0

221,0

1968

45,7

1997

Кызыл-Озек

79,8

136,8

1969

17.6

2012

169,3

275,7

2006

71,8

1967

306,4

496,6

1985

201,5

1998

186,6

317

1974

53,4

1997

Яйлю

57,9

136,7

2009

1968

219,1

374,4

2006

95,1

1967

398,0

723,4

1984

249,7

1975

215,3

414,1

2009

37,0

1997

Усть-Кокса

41,3

91,3

1997

1936

100,6

194,0

1971

43,5

1974

216,0

337,4

1984

36,4

1974

110,7

215,9

1999

33,9

1998

Кош-Агач

8,6

18,8

1997

0,0

1996

13,4

26,8

2005

1,0

1984

81,1

177,0

2012

27,0

1974

17,7

55,0

1968

1,5

1990

Кара-Тюрек

50,1

129.8

2001

16,7

1968

142,9

255,3

1995

73,0

1997

271,1

413,8

1984

145,5

1974

146,1

356,7

1999

50,6

1997

Примечание. Баево* — наблюдения за 1966-2010 гг

В течение лета на равнинах Алтайского края выпадает 35-40% от Е что является максимальным по сравнению с остальными сезонами. Наибольшая доля летних осадков в годовой сумме характерна для степных районов (Баево, Славгород, Рубцовск) и окрестностей Камня-на-Оби. Распределение летних сумм осадков в горах в значительной степени зависит от абсолютной высоты местности, и форма кривой, характеризующей данную зависимость, близка к параболической. Соответственно, быстрое нарастание количества осадков прослеживается до высоты 2500 м, далее до 2700 м градиенты снижаются, а выше сумма летних осадков остается практически постоянной. Изменение летних осадков западных, северных и северо-восточных предгорий Алтая в пределах высот от 200 до 500 м характеризуется линейным возрастанием с плювиометрическим градиентом 110 мм /

100 м. В межгорных котловинах Центрального и ЮгоВосточного Алтая наблюдается уменьшение осадков теплого периода с градиентом 30 мм / 100 м [15]. Максимальная доля летних осадков в общей годовой сумме характерна для сухостепных ландшафтов высокогорной Чуйской котловины (Кош-Агач — 67,1%), здесь же отмечалось и их минимальное количество летом 1974 г. — 27,0 мм. Увлажнение осеннего периода в большинстве районов Алтайского края больше, нежели весеннего, что в значительной степени осложняет условия уборки урожая.

Полученные авторами статистические характеристики расширяют представление о режиме осадков в пределах равнинной и горной территорий Алтайского края и Республики Алтай, уточняя специфические особенности как временной межгодовой, так и пространственной вариативности (изменчивости).

Библиографический список

1. Справочник по климату СССР. Влажность воздуха, атмосферные осадки, снежный покров. — Вып. 20, ч. IV. — Л., 1969.

2. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3 : Многолетние данные. — Ч. 1-6. Вып. 20. — СПб., 1993.

3. Модина Т.Д., Сухова М.Г. Климат и агроклиматические ресурсы Алтая. — Новосибирск, 2007.

4. Сухова М.Г. Биоклиматические условия жизнедеятельности человека в Алтае-Саянской горной стране. — Томск, 2009.

5. Харламова Н.Ф. Климат Алтайского региона : учебник. — Барнаул, 2013.

6. Кобышева Н.В., Наровлянский Г.Я. Климатологическая обработка метеорологической информации. — Л., 1978.

7. Ранькова Э.Я. Климатическая изменчивость и изменения климата за период инструментальных наблюдений : автореф. дис. ... д-ра физ.-мат. наук. — М., 2005.

8. Ревякин В.С., Голещихин В.П. Осадки в горноледниковых бассейнах Алтая // Гляциология Алтая. — Вып. 12. — Томск, 1978.

9. Попова К.И., Егорина А.В. Атмосферные осадки Юго-Западного Алтая // Гляциология Сибири. — 1993. — Вып. 4 (19).

10. Галахов В.П., Мухаметов Р.М. Ледники Алтая. — Новосибирск, 1999.

11. Голещихин В.П. Радиационный режим внутрикон-тинентальной горной области (Алтай, Саяны) // Гляциология Сибири. — Вып. 1 (16). — Томск, 1981.

12. Егорина А.А. Барьерный фактор в развитии природной среды гор. — Барнаул, 2003.

13. Кривоносов Б.М. Климаты Горного Алтая : автореф. дис. ... канд. географ. наук. — Томск, 1975.

14. Кривоносов Б.М. Основные черты климата Горного Алтая // Гляциология Алтая. — Вып. 10. — Томск, 1976.

15. Мамонтов Н.В. Некоторые особенности вертикальной зональности осадков в Горном Алтае // Труды НИИАК. — 1964. — Вып. 26.