Динамика опасных снегопадов в Пермском крае за период 1969-2013 гг

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

119

Физико-географические исследования

УДК 551.582 Е.В. Пищальникова

ДИНАМИКА ОПАСНЫХ СНЕГОПАДОВ В ПЕРМСКОМ КРАЕ ЗА ПЕРИОД 1969-2013 гг.

Проведен анализ основных характеристик (число случаев и интенсивность) очень сильных снегопадов за период 1969-2013 гг. в Пермском крае. Очень сильный снегопад является опасным явлением погоды холодного периода года. Изучение данного явления имеет важное социально-экономическое значение. Предсказуемость опасных явлений с достаточной заблаговременностью является наиважнейшей задачей метеорологии. Основным методом прогноза опасных явлений остается синоптико-статистический, поэтому знания о климатическом распределении основных характеристик опасных снегопадов необходимы и важны. В работе проведен расчет числа случаев и средней интенсивности опасных снегопадов, показана их динамика, проанализировано пространственное распределение и временная изменчивость. Для оценки пространственного распределения были построены карты-схемы с помощью программы Surfer на основе интерполяции методом Kriging. Выявлены особенности, связанные с географическим положением и строением рельефа. Установлено, что наибольшая частота случаев очень сильного снегопада фиксировалась в 70-90-е годы XX в. Выявлена тенденция к значительному уменьшению повторяемости данного явления.

Ключевые слова: очень сильный снегопад, пространственное распределение, временная изменчивость, интенсивность снегопада, опасное явление, Пермский край.

Одним из неблагоприятных явлений погоды в холодное время года является сильный снегопад с интенсивностью 6 мм и более, выпавших за 12 часов. При достижении 20 мм и более в течение 12 часов снегопад переходит в разряд опасного явления и определяется как очень сильный снегопад [1]. Изучение данного явления имеет важное социально-экономическое значение, так как выпадение обильных снегопадов приводит к уменьшению дальности видимости до критических значений, тем самым снижаются скорости движения транспорта и осложняются взлет и посадка воздушных судов. Снегопады также способствуют образованию снежных заносов и накатов, затрудняя работу наземного транспорта и порой останавливая ее полностью. Налипание обильного мокрого снега создает колоссальную нагрузку на линии электропередач, приводя к их обрыву [2-5]. Предсказуемость неблагоприятных и опасных явлений с достаточной заблаговременностью является наиважнейшей задачей метеорологии. В связи с тем, что до сих пор основным методом прогноза опасных явлений остается синоптико-статистический, знания о климатическом распределении основных характеристик (числа случаев и интенсивности опасного снегопада) являются актуальными.

Изучением условий выпадения обильных снегопадов занимаются ученые всего мира. Сферу их интересов условно можно разделить на две группы: 1) исследования, посвященные изучению физических и синоптических условий формирования снегопадов; 2) исследования, посвященные методам прогноза, результатам моделирования и оценке успешности прогноза твердых осадков разной интенсивности с помощью гидродинамических моделей прогноза погоды [6]. В данном исследовании основной акцент сделан на анализ пространственно-временного распределения опасных снегопадов с применением статистического анализа.

Материалы и методы исследований

Материалом для исследования послужили данные метеорологических ежегодников и ежемесячников [7] в период 1969-2013 гг., из которых выбраны случаи снегопадов в градации ОЯ, наблюдавшихся на территории Пермского края, и зафиксированные при них метеорологические характеристики, такие как температура воздуха, направление и скорость ветра, метеорологическая дальность видимости. Для анализа пространственного распределения числа дней и средней многолетней интенсивности опасных снегопадов построены карты-схемы с использованием программы Surfer version 7.04 на основе интерполяции методом Kriging.

120 Е.В. Пищальникова

2014. Вып. 3 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ

Результаты и их обсуждение

За исследуемый период очень сильный снегопад наблюдался в 54 случаях на 43 метеорологических станциях и постах. За случай со снегопадом приняты полусутки, когда явление было зарегистрировано на одном или нескольких наблюдательных пунктах. Одно явление, продолжающееся более 12 часов, рассматривалось 1 раз. Как правило, данное явление носит локальный характер, но в 9 случаях (16 % от общего числа) отмечалось на 2-4 наблюдательных пунктах одновременно, а 11 января 1971 г. - сразу на 6 наблюдательных пунктах. Средняя интенсивность опасных снегопадов составила 24,1 мм / 12 ч, т.е. от 42 до 118 % месячной нормы приходится на долю данного количества выпавших осадков. Основные показатели описательной статистики представлены в табл. 1.

В холодное время года самый ранний снег в градации опасного явления выпал 2 октября 1978 г., самый поздний - 15 мая 1969 г. Однако необходимо отметить необычный летний снегопад 6 июня 1995 г., который сопровождался налипанием мокрого снега, метелями с ветром до 24 м/с, установлением временного снежного покрова. По данным МС Кунгур, его интенсивность составила 35 мм / 12 ч и была самой большой за всю историю наблюдений.

Таблица 1

Статистические характеристики числа случаев и интенсивности опасного снегопада за период

1969-2013 гг.

Статистические характеристики Число случаев Интенсивность, мм / 12 ч

Среднее 2,4 24,1

Стандартная ошибка 0,4 0,4

Медиана 2 23,7

Мода 1,0 20,2

Стандартное отклонение 1,7 3,5

Дисперсия выборки 2,8 12,6

Эксцесс 1,2 0,47

Асимметричность 1,3 0,95

Интервал 6 15

Минимум 1 20

Максимум 7 35

Сумма 53 1905,1

Счет 22 79

В Пермском крае снегопад опасной величины за рассматриваемый период отмечался в половине лет, от 1 до 7 случаев в год, причем наибольшая частота случаев фиксировалась в 70-90-е годы XX века. Можно выделить несколько временных периодов (рис. 1).

Рис. 1. Распределение числа случаев опасных снегопадов в Пермском крае по годам за 1969-2013 гг.

•I период (1969-1972 гг.) включает в себя 16 случаев опасных снегопадов (30 % от общего числа случаев), средняя интенсивность которых составляет 24,5 мм / 12 ч. Наибольшая годовая повторяемость в пять случаев отмечена в 1971 и 1972 гг.

• II период (1976-1982 гг.) более продолжительный, но включает меньшее число случаев - 12 (20 % от общего числа снегопадов в градации опасного явления) при средней интенсивности 26,2 мм / 12 ч. Наибольшая годовая повторяемость зафиксирована в 1978 г. и составляет семь случаев, что является абсолютным максимумом за весь исследуемый период.

• III период (1986-1995 гг.) самый продолжительный; включает в себя 17 случаев (31 % от общего числа) при средней интенсивности 23,9 мм / 12 ч. Имеет два максимума по четыре случая в 1990 и 1995 гг.

Начиная с 1998 г. и по настоящее время опасные снегопады отмечаются лишь в отдельные годы, в которые наблюдалось по 1-3 случая при средней интенсивности 24,4 мм / 12 ч.

Внутригодовая изменчивость следующая (рис. 2, а, б). Максимальное число случаев с очень сильными снегопадами приходится на ноябрь, что составляет 28 % от общего числа, далее октябрь (17 %), апрель (15 %) и декабрь (13 %). Минимальное число случаев наблюдалось в мае (4 %). Наибольшая интенсивность опасных снегопадов отмечается в апреле - 26,6 мм / 12 ч, затем в ноябре -24,8 мм / 12 ч и в январе - 24,4 мм / 12 ч. Только в эти месяца интенсивность опасных снегопадов больше среднего многолетнего значения. Минимальная интенсивность наблюдается в декабре и составляет 20,8 мм / 12 ч.

а) б)

Рис. 2. Распределение суммарного числа случаев (а) и средней интенсивности (б) опасных снегопадов

в Пермском крае за холодные периоды 1969-2013 гг.

Рассмотрим вышеперечисленные периоды отдельно.

В I периоде (1969-1972 гг.) наибольшая повторяемость опасных снегопадов согласуется с общей закономерностью и отмечается в октябре-ноябре, при этом в ноябре данное явление фиксируется ежегодно, в остальные месяцы случаи появления снегопадов опасной величины единичны или отсутствуют.

Во II периоде (1976-1982 гг.) внутригодовое распределение случаев с опасными снегопадами отличается от общезакономерного. Максимум числа случаев с данным явлением наблюдается в апреле (отмечается в большинстве лет), далее в октябре. В январе и марте опасные снегопады отсутствуют вовсе, хотя наименьше число случаев приходится на май и февраль.

Между первым и вторым периодами имеется существенное различие во внутригодовом распределении опасных снегопадов: если в первом периоде наибольшая повторяемость зафиксирована в начале зимы (ноябрь), то во втором периоде, наоборот, в конце (апрель).

В III периоде (1986-1995 гг.) распределение экстремумов числа случаев опасных снегопадов соответствует общей закономерности: максимум случаев приходится на ноябрь, минимум - на февраль. Однако общую закономерность нарушает октябрь, в котором повторяемость данного явления низкая, более характерная для марта.

Распределение опасных снегопадов по территории Пермского края характеризуется некоторыми особенностями, связанными с географическим положением и строением рельефа. Большая часть случаев (66 %) зарегистрирована на МС (в том числе и на гидрологических постах, попадающих в зону ответственности метеорологических станций), расположенных на востоке края на наветренной стороне Уральских гор, причем 47 % случаев приходится на метеостанции, находящиеся в горновосточном районе (табл. 2). По данным метеорологических станций Оса, Чайковский, Чернушка, Кын

2014. Вып. 3 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ

и попадающих под их зону ответственности гидрологических постов, снегопадов в градации опасного явления за исследуемый период не наблюдалось.

Пространственный анализ внутригодовой изменчивости числа случаев опасных снегопадов дает возможность выявить некоторые особенности. Снегопады опасной величины в феврале, марте, мае и июне наблюдаются только на метеорологических станциях, расположенных на востоке края, в ноябре - на большей их части, в октябре и декабре - на северных станциях, за исключением метеорологической станции Кунгур, расположенной на юго-востоке края, в январе и апреле - на отдельных метеостанциях, расположенных во всех частях края.

Для оценки пространственного распределения числа случаев и средней интенсивности опасных снегопадов по территории Пермского края были простроены карты-схемы. Анализ пространственного распределения позволяет выделить обширную зону с наибольшей повторяемостью опасных снегопадов от 6 до 9 случаев (рис. 3, а). Эта зона расположена на востоке края (в предгорье) с максимумом в Чер-дыни и Губахе. Однако область наименьшего числа случаев (от 0 до 2 случаев) обозначить трудно, так как единичные случаи опасных снегопадов хотя и преобладают на западе края, но отмечаются и на метеорологических станциях, расположенных в восточных районах, например метеорологических станциях Бисер, Кын, Чернушка. Пространственное распределение средней интенсивности имеет более сложную структуру (рис. 3, б). На большей части территории Пермского края опасные снегопады имеют среднюю интенсивность 20-25 мм / 12 ч. Области наибольших значений средней интенсивности -25,1-30 мм / 12 ч - расположены на северо-востоке края с очагом в Вае (28,4 мм / 12 ч) и местами в центральных и южных районах с очагом в Большой Соснове (30,1 мм / 12 ч).

Таблица 2

Распределение суммарного значение числа случаев опасных снегопадов по месяцам и за год

Название МС Месяц Год

1 2 3 4 5 6 7-9 10 11 12

Кын* 0

Оса 0

Чайковский 0

Чернушка 0

Кочево 1 1

Кудымкар 1 1

Ножовка 1 1

Оханск 1 1

Усть-Черная 1 1

Бисер 2 2

Большая Соснова 1 1 2

Коса 2 2

Чермоз 1 2 3

Верещагино 1 1 1 3

Гайны 2 1 3

Добрянка 1 1 1 3

Ныроб 1 1 1 3

Октябрьский 1 2 3

Вая* 1 2 1 4

Березники 1 2 2 5

Кунгур* 1 1 1 1 1 5

Пермь 1 2 2 5

Лысьва 2 1 1 1 1 1 1 8

Губаха* 2 1 2 1 1 1 1 9

Чердынь 1 2 3 1 2 9

Сумма 12 3 4 11 2 1 0 16 17 8 74

Примечание:* станции, расположенные в горно-восточном районе

Зависимость между высотой расположения метеорологических станций и основными характеристиками опасных снегопадов слабая: с увеличением высоты частота опасных снегопадов возрастает (г = 0,23), в то время как средняя интенсивность уменьшается (г = -0,32). Обширная зона наибольшей повторяемости снегопадов в градации опасного явления расположена на высоте 200-275 м над уровнем моря. Зона со средней интенсивностью от 25 мм / 12 ч и больше находится на высоте 130185 м, за исключением МС Губаха, расположенной на высоте 275 м над уровнем моря.

Рис. 3. Карта-схема суммарного распределения числа случаев (а) и средней многолетней интенсивности (б) опасных снегопадов по территории Пермского края за период 1969-20013 гг.

Выводы

1. В результате проведенного исследования можно обозначить следующие временные особенности распределения. Во-первых, в начале рассматриваемого временного периода опасное явление чаще отмечалось в октябре-ноябре, в середине периода - в ноябре-декабре и апреле, в конце периода внутригодовая вариация равномерная. Во-вторых, с 1969 до 1991 г., как правило с возвратом холодов, опасные снегопады преобладали в апреле (7 случаев из 8 отмеченных), в то время как в марте наблюдались лишь единичные случаи (1 случай из 5 отмеченных). Начиная с 1992 г. и по настоящее время ситуация противоположная. В-третьих, наблюдается общая тенденция к уменьшению числа случаев очень сильных снегопадов - основная часть опасных снегопадов наблюдалась до 1995 г., в дальнейшем отмечались только единичные случаи.

2. Анализ пространственного распределения позволяет сделать следующие выводы. Во-первых, Уральские горы производят неоднозначный барьерный эффект в силу своей малой высоты (средняя высота составляет 400 м); во-вторых, высота местности играет незначительную роль в территориальном распределении опасных снегопадов.

2014. Вып. 3 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Наставление по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения. РД 52.27.724-2009. Обнинск: ИГ-СОЦИН. 2009. 13 с.

2. Калинин Н.А., Булгакова О.Ю., Казакова К.А., Пенский О.Г. Условия адаптации транспортных сетей к по-годно-климатической неустойчивости на территории Пермского края // Вестн. Удм. ун-та. Сер. Биология. Науки о земле. Вып. 4. 2011. С. 127-131.

3. Калинин Н.А., Булгакова О.Ю., Дегтярева Л.А. Пространственное распределение комплексных критериев погодной изменчивости по территории Пермского края и Удмуртской Республики // Вестн. Удм. ун-та. Сер. Биология. Науки о земле. Вып. 4. 2012. С. 96-103.

4. Калинин Н.А., Абзалилова Д.И., Булгакова О.Ю. Экономические показатели эффективности использования метеорологической информации в дорожном хозяйстве Пермского края // Вестн. Удм. ун-та. Сер. Биология. Науки о земле. Вып. 4. 2013. С. 3-8.

5. Калинин Н.А., Попова Е.В. Численный прогноз опасных и неблагоприятных снегопадов в Пермском крае 15-16 марта 2013 года // Учен. Зап. Российс. гос. гидрометеорологического ун-та. 2013. № 32. С. 7-16.

6. Пищальникова Е.В. Аналитический обзор современного состояния проблемы влияния циклонической деятельности на условия формирования обильных осадков в холодный период года // Географический вестник. 2014. № 1 (28). С. 69-79.

7. Метеорологические ежемесячники. 1969-2013. Ч.2. Вып. 9. № 1-13.

Поступила в редакцию 13.05.14

E. V. Pischalnikova

DYNAMICS OF DANGEROUS SNOWFALL IN THE PERM REGION FOR THE PERIOD 1969-2013

The analysis of main characteristics (incidence and intensity) of very heavy snowfalls during 1969-2013 in the Perm region is carried out. Very heavy snowfall is a dangerous weather phenomenon of winter season. Study of this phenomenon has important social and economic value. Predictability of dangerous phenomena in advance is the most important problem of meteorology. The main method of the dangerous phenomena forecast is still synoptic-statistical, that is why knowledge of climatic distribution of main characteristics of dangerous snowfalls is necessary. Calculation of incidence and average intensity of dangerous snowfalls is carried out, their dynamics is shown, spatial distribution and temporary variability are analyzed. For the estimation of spatial distribution the schematic maps were built using the Surfer program on the basis of interpolation by the Kriging method. The peculiarities concerning a geographical position and a structure of a relief are revealed. It is established that the greatest frequency of very heavy snowfall incidence was fixed in the 70-90th years of the XX century. The tendency to a significant decrease of this phenomenon recurrence is revealed.

Keywords: very heavy snowfall, spatial distribution, temporal variability, intensity of snowfall, dangerous phenomenon, Perm region.

Пищальникова Евгения Владимировна,

аспирант кафедры метеорологии и охраны атмосферы

ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» 614990, Россия, г. Пермь, ул. Букирева, 15 E-mail: evapopova@rambler.ru

Pischalnikova E.V., postgraduate student of Department of Meteorology and Air Protection

Perm State National Research University Bukireva st., 15, Perm, Russia, 614990 E-mail: evapopova@rambler.ru