Структуры тепловых и водных балансов на территории Западной Сибири в средний год

УДК 551.58: 556.1

О. В. МЕЗЕНЦЕВА Н. О. ИГЕНБЛЕВА

Омский государственный педагогический университет

СТРУКТУРЫ

ТЕПЛОВЫХ И ВОДНЫХ БАЛАНСОВ НА ТЕРРИТОРИИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ В СРЕДНИЙ ГОД

В работе приведены результаты исследования внутригодовой и территориальной структуры теплового и водного балансов для Западной Сибири. Структурные закономерности представлены в форме столбчатых диаграмм на электронной картографической основе и таблиц.

В исследованиях естественной тепловлагообес-иеченности территории кроме годовых характеристик большое значение имеет территориальная и внутри годовая структура тепловых и водных балансов поверхности водосборов для среднего года, то есть совместный анализ всех тепловых и водноба-лансовых характеристик по месяцам, сезонам и за год. Для территории Западной Сибири подобные расчеты выполнялись ранее В.С.Мезенцевым и И.В.Карнацевичем [1], И.В.Карнацевичем [2,3).

В работах [2,3,4,5] приводится уточненная методика и описываются подходы к выполнению расчетов тепловоднобалансовых характеристик,а также анализа структуры тепловых и водных балансов. Она позволяет получить среднегодовые величины и построить электронные карты изолиний балансовых величин, существенно уточняя территориальные описания их распределения на севере Западной Сибири, для которого практически отсутствовала информация подобного рода.

Данные территориально обобщенные результаты могут быть востребованы при освоении пока еще слабо используемых возобновляемых природных ресурсов Западной Сибири.

Методика подобных расчетов, предложенная в свое время И.В.Карнацевичем [2,3], была апробирована им на ограниченном количестве метеостанций Западной Сибири, и приведенные в его работе карты элементов водного и теплового балансов достаточно схематично отражают природные закономерности структуры теплового и водного балансов на данной территории.

Целью настоящего исследования было более точное обобщение в виде электронных карт территориальных закономерностей структуры теплового и водного баланса ддя Западной Сибири, полученных по данным наиболее возможного числа метеорологических станций с учетом уточнений, внесенных в методику расчета .

Методика выполнения расчетов элементов теплового и водного баланса для земной поверхности была приведена в работах [4,5]. Для расчетов за внут-ригодовые интервалы времени (по месяцам и сезонам) использован метод гидролого-климатических расчетов [ 1 ] и компьютерная программа в среде VBA EXCEL. Внутригодовые расчеты выполнены для 238 станций Западной Сибири при следующих исходных параметрах.

Повсеместно в расчетах были условно приняты средние водно-физические и механические характеристики почв (соответствующие средним суглинкам и супесям): наименьшая влагоемкость Шнв = = 300 мм и расчетный параметр г = 1,5. Параметр п, отражающий гидравлические условия формирования поверхностного климатического стока, принимался равным : для станций №№ 1...20 п =2, для станций №№ 21...99 п =2,5 и для станций №№ 100 ...238 п =3.

Расчеты элементов балансовых уравнений выполнены за отдельные месяцы и за летний вегетационный период (с мая по август) среднего года, что позволяет анализировать внутригодовую структуру теплового и водного баланса метеостанций на водосборах Западной Сибири с учетом пространственных закономерностей. Электронное картографирование полученных данных массовых гидролого-климатических расчетов выполнено при помощи ГИС МарМо.

В результате расчетов элементов теплового и водного балансов за внутригодовые интервалы среднего года получены данные о следующих характеристиках:

Тк (теплоэнергетические ресурсы климата, мДж/м2тод),

Тх (теплоэнергетические ресурсы процесса суммарного испарения, мДж/м2год),

Ткр (теплоэнергозатраты на сезонные процессы нагревания и таяния в почвогрунтах в криолитозоне, то есть там, где встречаются явления промерзания деятельного слоя почвогрунта, мДж/ м2тод),

Р- (отрицательный турбулентный теплообмен поверхности земли и приземного воздуха, потери теплоэнергетических ресурсов испарения на нагревание приземного воздуха, мДж/м^год),

Ъха (водный эквивалент в мм/год теплоэнергетических ресурсов процесса испарения Тг), Н (водные запасы в деятельном слое, мм/год),

КХ (сумма атмосферных осадков с учетом стандартных исправлений, мм/год),

Уср. (относительная влажность почвы в долях от наименьшей влагоемкости) ,

Ъ (суммарное испарение, мм/год), У (суммарный климатический сток, мм/год). Результаты расчетов для некоторых станций в качестве примера приведены в таблицах 1,2,3.

Ст. Салехард

Сводные результаты внутригодовых расчетов элементов теплового и водного балансов для станций Салехард и Омск

Таблица 1

Зима Апр Май Июнь Июль Ааг Сент Окт Лето Год

10-04 04 05 06 07 08 09 10 05-08

н 10 284 387 66 73 80 69 - 75 675

1т 10 - 20 79 139 117 54 - 152 419

1 8 - 19 76 126 94 42 - 79 365

У 3 - 27 130 104 ЗВ 15 - 75 346

Уср. 1,05 - 1,73 1,90 1,40 1,08 1,04 - - 1,29

Ст. Омск

Зима Апр Май Июнь Июль Авг Сен Окт Лето Год

11-03 04 05 06 07 08 09 10 05-08

Н 30 120 120 35 57 73 51 34 54 438

Ът 30 12 21 149 164 143 93 13 119 623

г 7 9 1В 114 101 74 43 6 77 383

У 1 2 7 25 10 4 2 0 11 50

Уср. 0,72 0,95 1,11 0,96 0,77 0,67 0,61 0,61 - 0,81

Таблица 2

Результаты массовых расчетов месячных норм элементов теплового и водного балансов для некоторых метеостанций Западной Сибири

Внутригодовой ход атмосферного увлажнения КХ в средний год по метеостанциям Западной Сибири

№ Станции 04 05 06 07 08 09 10 год

4 Тамбей 273 42 45 60 430

21 Салехард 387 66 73 80 69 675

31 Тарко-Сале 337 85 83 78 92 686

49 Сургут 354 65 76 79 71 654

82 Ягыл-Яг 206 65 80 89 86 66 62 674

99 Томск 229 51 68 81 76 52 60 637

123 Тюмень 158 47 54 77 63 51 44 524

155 Омск 120 35 57 73 51 38 34 438

174 Барнаул 254 44 56 74 59 43 57 617

198 Кустанай 101 32 40 55 38 32 35 373

216 Павлодар 124 26 35 40 37 22 28 352

Внутригодовой ход максимально возможного испарения 2т в средний год по метеостанциям Западной Сибири

№ Станции 04 05 06 07 08 09 10 год

4 Тамбей 14 75 87 31 216

21 Салехард 20 79 139 117 54 419

31 Тарко-Сале 17 78 130 104 50 389

49 Сургут 41 120 156 129 72 528

82 Ягыл-Яг 18 65 122 145 121 72 18 5В 1

99 Томск 18 76 135 160 134 80 8 631

123 Тюмень 23 93 145 162 139 88 16 696

155 Омск 12 95 149 173 147 98 17 721

174 Барнаул 15 97 150 170 146 92 22 722

198 Кустанай 21 106 153 169 153 99 23 764

216 Павлодар 27 107 158 176 155 103 27 | 793

Продолжение табл. 2

Внутригодовой ход средней многолетней влажности Уср. почвогруитов по метеостанциям Западной Сибири

№ Станции 04 05 06 07 08 09 10 год

4 Тамбей 1.31 1,31 1,78 1,82 1,42 1,31 1,33 1,45

21 Салехард 1,05 1,73 1,90 1,40 1,08 1,04 1,05 1,29

31 Тарко-Сале 1,1В 1,77 1,92 1,46 1,16 1,15 1,19 1,38

49 Сургут 0,89 1,46 1,51 1,10 0,90 0,88 0,89 1,06

82 Ягыл-Яг 1,39 1,51 1,25 1,01 0,90 0,89 0,98 1,12

99 Томск 1,34 1,45 1,14 0,90 0,79 0,76 0,87 1,02

123 Тюмень 1,07 1,12 0,90 0,75 0,68 0,66 0,74 0,84

155 Омск 0,91 0,95 0,78 0,67 0,61 0,57 0,62 0,72

174 Барнаул 1,27 1,36 1,02 0,79 0,68 0,64 0,72 0,91

198 КуСтанай 0,81 0,82 0,67 0,57 0,51 0,48 0,53 0,63

216 Павлодар 0,78 0,81 0,65 0,53 0,46 0,43 0,46 0,58

Внутригодовой ход суммарного испарения Ъ по метеостанциям Западной Сибири в средний год

№ Станции 04 05 06 07 08 09 10 год

4 Тамбей 12 69 75 26 191

21 Салехард 19 76 126 94 42 365

31 Тарко-Сале 16 76 119 87 41 348

49 Сургут 37 111 126 89 49 420

82 Ягыл-Яг 16 60 106 111 84 49 13 455

99 Томск 16 69 112 111 82 47 5 457

123 Тюмень 20 80 105 97 74 45 9 448

155 Омск 9 72 94 91 67 41 8 398

174 Барнаул 14 90 120 108 78 45 13 488

198 Кустанай 14 71 80 72 55 33 9 351

216 Павлодар 17 70 78 66 49 29 8 333

Внутригодовой ход климатического стока У по метеостанциям Западной Сибири в средний год

№ Станции 04 05 06 07 08 09 10 год

4 Тамбей 20 114 72 21 233

21 Салехард 27 130 104 38 15 316

31 Тарко-Сале 24 133 110 43 20 334

49 Сургут 34 112 53 20 10 232

82 Ягыл-Яг 13 60 65 37 19 11 4 215

99 Томск 12 63 53 25 12 6 1 176

123 Тюмень 6 31 18 8 4 2 1 72

155 Омск 2 16 10 5 2 1 0 36

174 Барнаул 8 64 33 11 4 2 1 126

198 Кустанай 2 9 4 2 1 0 0 19

216 Павлодар 2 8 3 1 1 0 0 16

Таблица 3

Годовые величины элементов теплового и водного балансов для территории Западной Сибири

Шт. Станция Тк Tz Ткр LZ Р- Zra КХ Z Y KX\Zm

4 Тамбей 1352 668 685 568 99 216 430 226 204 2,07

21 Салехард 1573 1079 494 989 НО 419 686 386 300 1,73

31 Тарко-Сале 1558 1155 403 1019 136 389 686 406 280 1,85

49 Сургут 1747 1310 437 1094 216 529 654 436 218 1,31

82 Ягыл-Яг 1826 1458 368 983 475 581 564 392 172 1,20

99 Томск 1878 1585 293 1123 462 631 557 447 110 1,05

123 Тюмень 1968 1748 220 1168 580 696 524 466 58 0,77

155 Омск 1936 1565 371 996 570 691 438 397 41 0,63

174 Барнаул 1994 1669 325 1273 396 692 617 507 110 0,91

198 Кустанай 2044 1919 125 902 1017 764 373 360 13 0,50

216 Павлодар 2070 1994 76 859 1135 793 352 342 10 0,46

В таблице 2 приведены примеры результатов массовых расчетов месячных норм элементов водного и теплового баланса для некоторых станций Западной Сибири, характеризующие внутригодо-вые структуры тепловых и водных балансов на метеостанциях.

В результате анализа полученных карт и таблиц выявлены следующие территориальные структурные закономерности. С севера на юг Западной Сибири вследствие смягчения климатических условий возрастает величина Тк и доля теплоэнергетических ресурсов климата, обеспечивающая процесс суммарного испарения и теплообмена земной поверхности с атмосферой Тг, а также уменьшается доля Тк, затрачиваемая на сезонные процессы прогревания и оттаивания мерзлых грунтов в весенний период - Ткр. Южнее Ханты-Мансийска наблюдается также подобная тенденция при продвижении с востока на запад. Одновременно отмечаются максимальные затраты тепловых ресурсов на испарение \Л. в лесной зоне Западной Сибири и снижение доли этих затрат к северу и к югу от лесной зоны вследствие уменьшения атмосферного увлажнения. Турбулентный теплообмен земной поверхности с атмосферой Р- и его доля в величине теплоэнергетических ресурсов возрастают.

Структура водного и теплового балансов на территории Западной Сибири представлена в таблице 3 и на картах (рис.1 и 2).

Территориальные закономерности структуры водного баланса Западной Сибири указывают на уменьшение с севера на юг доли стока и увеличение доли испарения от величины атмосферного увлажнения соразмерно с уменьшением атмосферного увлажнения и ростом теплоэнергетических ресур-

сов климата. На севере Западной Сибири при общем снижении водных и теплоэнергетических ресурсов отмечается обратная ситуация, то есть увеличение доли стока и уменьшение доли испарения в структуре затрат водных ресурсов атмосферного увлажнения в средний год.

Библиографический список

1. Мезенцев B.C., Карнацевич И.В. Увлажненность ЗападноСибирской равнины. — Л.: Гидрометеоиздат, 1969.

2. Карнацевич И.В. Расчеты тепловых и водных ресурсов малых речных водосборов на территории Сибири. Ч. 1, Теплоэнергетические ресурсы климата и климатических процессов. -Омск: Изд-во ОмСХИ, 1989. - 76 с.

3. Карнацевич И,В. Расчеты тепловых и водных ресурсов малых речных водосборов на территории Сибири. Ч.П. - Омск: ОмСХИ. 1991.-82с.

4. Мезенцева О.В. Вклад сибирских исследователей в изучение тепловлагообмена на поверхности суши / О.В. Мезенцева, И.М. Аблова, В.И. Балошенко // Омский научный вестник. -2004. - № 1(26). - С. 179-182.

5. Аблова И.М. Ресурсы и закономерности географичес-кого распределения естественного увлажнения водосборов ЗападноСибирской Равнины / И.М. Аблова, В.И. Балошенко, Н.О, Игенбаева, ИВ. Карнацевич, О.В. Мезенцева//Омский научный вестник. - 2004. - № 1(26). - С. 183-187.

МЕЗЕНЦЕВА Ольга Варфоломеевна, кандидат географических наук, доцент, заведующая кафедрой физической географии.

ИГЕНБАЕВА Наталья Олеговна, ассистент кафедры физической географии.