ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КОНЄВА Світлана Іванівна

УДК 551.571.577(477.4)

ФОРМУВАННЯ ТА РОЗПОДІЛ ОПАДІВ У ПОСУШЛИВІ І ЗВОЛОЖЕНІ ТЕПЛІ ПЕРІОДИ РОКУ НА ТЕРИТОРІЇ ПОДІЛЛЯ

11.00.09 – метеорологія, кліматологія, агрометеорологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Одеса – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому державному педагогічному університеті
ім. Михайла Коцюбинського Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат географічних наук, доцент

Півошенко Іван Максимович,

Вінницький державний педагогічний університет

ім. Михайла Коцюбинського, професор кафедри

фізичної географії

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор

Міщенко Зінаїда Антонівна,

Одеський державний екологічний університет, професор кафедри агрометеорології та агро-метеорологічних прогнозів

кандидат географічних наук, доцент

Воронов Геннадій Сергійович

Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, географічний факультет, доцент кафедри метеорології і кліматології

Провідна установа Український науково-дослідний гідрометеоро-логічний інститут, відділ фізики хмар, Міністерства екології та природних ресурсів України, м. Київ

Захист відбудеться "10" квітня 2003 року о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.090.01 в Одеському державному екологічному університеті за адресою: 65016, м. Одеса-16, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеського державного екологічного університету за адресою: м.Одеса, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ

Автореферат розісланий " 6 " березня 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Лобода Н.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми полягає в тому, що наукове обґрунтування формування, розподілу опадів, періодичності наступу сухих і зволожених теплих періодів року дає можливість працівникам сільського господарства більш раціонально використовувати опади для вирощування врожаю в умовах настання глобального потепління клімату Землі.

Різноманітність природних умов Поділля, серед яких слід назвати пересічений рельєф, строкатість ґрунтового покриву, значну неоднорідність температури повітря, визначає мінливість опадів на території краю.

Для Поділля, регіону з переважно аграрним сектором економіки, розробка надійних методів прогнозу опадів є одним з пріоритетних завдань метеорологічної науки і практики України. Розробці таких методів повинен передувати етап дослідження циркуляційних та метеорологічних умов температурно-вологісного режиму атмосфери, вияв регіональних особливостей їх просторово-часового розподілу. Праці подібного напряму стосовно Поділля, на сьгодні, відсутні.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота відповідає основному напрямку наукової програми кафедри фізичної географії “Географічні основи раціонального природокористування Поділля” (1992-1996 рр.), протокол вченої ради Вінницького педагогічного державного університету ім..М.Коцюбинського №3 від 24.11.1992р.

Мета і задачі дослідження. Основною метою роботи є вияв умов формування та закономірностей просторово-часового розподілу опадів над Поділлям у різні за зволоженням теплі періоди року за допомогою комплексного підходу, який включає кліматологічні та синоптичні методи.

Для реалізації даної мети вирішувалися такі задачі:

- за даними метеорологічних спостережень на гідрометеорологічних станціях за погодою у посушливі і зволожені теплі періоди року (квітень-жовтень) дати кліматологічну характеристику опадам та виявити закономірності їх просторового розподілу на території Поділля;

- за даними щоденних аерологічних спостережень на Україні дати характеристику вологовмісту та перенесенню вологи повітряними масами над Поділлям у шарі 0-5 км у різні за зволоженістю теплі періоди року;

- провести типізацію синоптичних процесів, що зумовлюють формування опадів на Поділлі, особливо внутрішньомасових;

- обчислити статистичні характеристики метеорологічних величин, які відображають посушливість чи зволоженість теплих періодів року.

Об’єктом дисертаційного дослідження є формування і розподіл опадів за безперервний піввіковий період спостережень, який вивчається математично-статистичними методами і дає можливість розкрити певні особливості формування опадів над територією.

Предметом дослідження є кліматичні і статистичні показники вологовмісту повітряних мас та опадів, що дають можливість розкрити певні закономірності їх формування і розподілу як на поверхні Землі, так і на висоті.

Методи дослідження. Методологічною базою дослідження стали основні положення і теоретико-методологічні розробки викладені у працях М.І.Будика та О.О.Дроздова (1950 р.), С.І.Жакова (1966,1982 рр.), А.Л.Каца (1960 р.), Д.А.Педя (1975 р.), Л.І.Сакалі (1982 р.) І.В.Кошеленка (1972,1976 рр.) та інших.

У роботі використовується методологія комплексного підходу до дослідження кількості опадів на Поділлі, яка включає загальноприйняті в метеорології кліматологічні і синоптичні методи аналізу або розрахунку поля основних метеорологічних величин.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше для Поділля:

- досліджено кліматичний режим кількості опадів теплого періоду року за піввіковий безперервний період спостережень і виявлено закономірність в їх розподілі по території;

- проаналізовано основні закономірності розподілу вологовмісту в нижній половині тропосфери;

- за допомогою індексу посушливості А.Д.Педя були визначено посушливі та зволожені теплі періоди року;

- досліджено зв’язки вологовмісту повітряних мас, кількості опадів з формами циркуляції А.Л.Каца в атмосфері;

- дана кількісна оцінка фронтальних та внутрішньомасових опадів за певних типових синоптичних ситуацій у різні за зволоженням теплі періоди року.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що основні теоретико-методичні результати досліджень знайшли своє відображення у навчально-методичному процесі ВДПУ при викладанні курсів “Загальне землезнавство”, “Фенологічні спостереження у школі”, “Фізична географія України”, “Географія своєї області”, у шкільному атласі “Вінницька область”, при організації науково-дослідної роботи серед студентів тощо.

Практична цінність зумовлено результатами статистичних розрахунків кількості опадів, їх повторюваності в теплі періоди року (ТПР). Ці дані можуть бути використані як підрозділами гідрометеорологічної служби погоди України, так і працівниками різних підприємств Поділля.

Особистий внесок здобувача – це збір, опрацювання багаторічних кліматичних, синоптико-аерологічних даних, розроблення методів обчислень та оцінки умов формування опадів. Здобувачем проведено самостійний статистичний аналіз полів опадів, їх розподіл на території.

Апробація результатів дисертації. Основні розділи роботи висвітлені на ІХ Вінницькій обласній історико-краєзнавчій конференції (Вінниця, 1990 р.); науково-практичній конференції “Географічні проблеми великого міста” (Київ, 1991 р.); Міжнародній науково-практичній конференції (Бар, 1993 р.); науково-практичній конференції, присвяченій 95-річчю з дня народження проф.
В. Кубійовича (Тернопіль, 1995 р.); Всеукраїнській науково-практичній конференції “Сучасна географія та навколишнє природне середовище” (Вінниця, 1999 р.); Першій Міжнародній науково-технічній конференції “Гідрометеорологія і охорона навколишнього середовища – 2002” (Одеса, 2002 р.), щорічних наукових семінарах та конференціях професорсько-викладацького складу ВДПУ (Вінниця, 1990-2002 рр.).

Публікації. За темою дисертаційного дослідження опубліковано
11 наукових праць: у монографіях (дві), статтях (без співавторства) у наукових журналах, що рекомендовані ВАК України (п’ять) та у матеріалах і тезах конференцій (чотири).

Структура і обсяг дисертації. Робота складається зі вступу, шести розділів, висновків, списку використаних літературних джерел та додатків.

Дисертація, повним обсягом 218 сторінок тексту, містить 48 рисунків,
36 таблиць, 2 додатки на 8 сторінках. Список використаних джерел, що включає 211 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовується актуальність, практичне значення роботи, формулюється її мета і задачі, викладаються основні положення, що складають наукову новизну і предмет захисту.

У першому розділі дисертації на основі аналізу наукових джерел досліджень ХХ ст. дається оцінка впливу фізичних процесів в атмосфері Східної Європи на формування та розподіл опадів в екстремальні за зволоженням теплі періоди року. Показана необхідність подальших досліджень та методологічних розробок за оцінкою умов формування та розподілу опадів по території Східної Європи, у тому числі і в Україні, в умовах наростаючого глобального потепління клімату на Землі.

Важливим етапом у дослідженні формування та розподілу опадів із вологи різного походження були праці С.І.Жакова (1966, 1982, 1984 рр.), К.І.Кашіна (1950 р.), Х.П.Погосяна (1952 р.) та ін. На жаль, територія України у цих дослідженнях висвітлена недостатньо.

Досягнення у 50-60 рр. ХХ ст. у вивчені вологовмісту над Європейською територією колишнього СРСР, призвели до появи цілої низки праць, у яких детально розглядалися циркуляційні процеси, що спричиняють вологообіг та випадання опадів над окремими регіонами України (І.В.Кошеленко, 1968, 1972, 1976 рр.; Є.Є.Корнієнко, І.А.Куценко, 1975 р.; П.І.Кобзистий, Л.Ю.Науменко, 1987 р.; В.Ф.Мартазінова, Т.А.Сологуб, 1988, 2000 рр.).

У зв’язку з тим, що у ХХ ст. почало спостерігатися поступове глобальне потепління клімату Землі, яке несе людству збільшення несприятливих атмосферних явищ (посухи, суховії, зливові дощі, грози тощо), у 80-90 роках науковців охопила зацікавленість у вивченні розподілу опадів як на земній кулі, так і в окремих її частинах, регіонах (В.О. Балабух, 2000 р.; В.М.Волощук, М.В. Скрипник, 1993р.; М.Д.Гродзинський, П.Г.Шищенко, 1999 р.; І.М.Півошенко, 1995, 1997 рр.; Г.М.Пірнач, А.В.Білокобинський, 2000 р.).

На етапі глобальних змін клімату Землі у ХХІ ст. виникає необхідність перегляду походження опадів, їх розподілу в нових циркуляційних умовах над територією України, Поділлям зокрема.

У другому розділі дається коротка характеристика рельєфу Поділля, вихідних матеріалів та методів їх опрацювання.

У короткій характеристиці рельєфу Поділля вказується на те, що воно включає в себе Тернопільську, Хмельницьку та Вінницьку області загальною площею 60,9 тис. км2, або 10,1% території України. На Поділлі, після закриття у 1991 р. метеорологічних станцій Липовець і Крижопіль діє на цей час 15 гідрометеорологічних станцій. Інформованість Поділля про гідрометеорологічний стан погіршилася.

На Поділлі знаходиться цілий ряд височин і низин, що зумовлюють велику неоднорідність земної поверхні. Якщо західна частина території (Тернопільська область) являє собою плато і відрізняється рівнинністю своєї поверхні та значними абсолютними висотами, то центральна частина – плато, але з різною орографічною будовою. У багатьох місцях рівнини абсолютні висоти досягають 380 м.

Східна частина Поділля (Вінницька область) розташована у лісостеповій зоні, у межах Подільської та Придніпровської височин, які поділені долиною річки Південний Буг.

Неоднорідність земної поверхні Поділля вносить значні зміни у вертикальний і горизонтальний розподіл метеорологічних величин біля підстильної поверхні і формує характерні мікроклімати вершин, долин, схилів тощо.

Основним матеріалом для дослідження стали щоденні метеорологічні спостереження за опадами, температурою і вологістю повітря, швидкістю вітру за теплий період року (квітень-жовтень) з 1945 по 2000 рр., які були отримані в Українському гідрометеорологічному центрі та галузевому архіві Київської центральної геофізичної обсерваторії.

Для кількісної оцінки ролі циркуляційних процесів у зволоженні і формуванні опадів над досліджуваним фізико-географічним районом були використані індекси зональної (Iз), меридіональної (ІM) та загальної циркуляцій А.Л.Каца, які обчислювалися за кожний день для першого природничо-синоптичного регіону (від 35 з.д. до 70сх.д.) на рівні 500 гПа.

Для кожного типу циркуляції було визначені вологовміст опадо-утворювальних повітряних мас та кількість опадів, які утворилися із них над Поділлям.

Первинне математичне опрацювання матеріалів про кількість опадів за обраний для дослідження період проводилося згідно з методиками запропонованих Головною Географічною Обсерваторією (ГГО) ім. О.І.Воєйкова та Всесвітньою Метеорологічною Організацією (ВМО). Були обчислені кліматологічні норми опадів (КН), кліматологічні стандартні норми (КСН) та їх статистичні параметри.

У третьому розділі розглядається вологовміст опадоутворювальних повітряних мас, особливості перенесення водяної пари у нижніх шарах атмосфери.

На основі приземних і висотних карт (АТ-850, АТ-700, АТ-500 гПа) щоденно у дні випадання опадів будувалися траєкторії часток опадоутворювальних мас. Із них було виділено сім найбільш характерних типів траєкторій, за якими переміщувалися опадоутворювальні маси в посушливі та зволожені теплі періоди року на Поділля. Для кожного типу траєкторії визначався вологовміст повітряних мас над Україною.

Для визначення вологовмісту (W, кг/м2) в атмосфері у шарі 0-5 км, на відміну від С.І.Жакова (1966 р.), була використана найбільш точна формула (1) О.О.Дроздова, в якій розглядається масова частка водяної пари (q) на рівні основних ізобаричних поверхонь:

[г/кг] (1)

де q3,q850,q700,q500 – масова частка водяної пари (г/кг) на висоті відповідних поверхонь: Земля, 850, 700, 500 гПа.

З’ясувалося, що загальний вологовміст (W, кг/м2) повітряних мас у середньому на території в літні місяці (червень-серпень) склав 22-27 кг/м2, решта місяців теплого періоду року - від 12 до 19 кг/м2.

Показано, що найбільш високий (29,1 кг/м2) вологовміст (W, кг/м2) опадоутворювальних мас спостерігався у липні у теплих секторах полярно-фронтових циклонів, які переміщувалися зі Середземного та Чорного морів (ІІІ тип траєкторій).

Загальна кількість () водяної пари, яка переноситься у вертикальному стовпі атмосфери 0-5 км, обчислювалася за формулою О.О.Дроздова:

, (2)

де Р0,Р1 – тиск на рівні станції та на верхній межі шару 0-5 км;–

індивідуальний вектор швидкості вітру.

Розрахунки показали, що найбільша (до 200 кг/мс) кількість вологи над Україною, у тому числі і над Поділлям, переноситься у липні – серпні. Шляхом інтерполяції встановлено, що над Поділлям за теплий період року переноситься більше 1000 кг/мс вологи, у той час як у середньому із атмосфери на підстильну поверхню випадає половина цієї вологи, решта виноситься за межі території.

Аналіз повторюваності днів із формами циркуляції при зональному (Зн) і меридіональному (Мр) станах у посушливі і зволожені теплі періоди року показав, що незважаючи на те, який період наступив, для України характерним є перевага у 1,8 рази повторюваності Мр стану циркуляції над Зн. У посушливий теплий період року число днів із зональними станами циркуляції переважає зволожений у межах 10 днів. Звертає на себе увагу повторюваність форми Ц (центральних), яка у посушливі періоди спостерігається у 1,6 рази частіше, ніж у зволожені.

Використовуючи розраховані індекси циркуляції А.Л.Каца з Зн та Мр процесами у різні за зволоженістю теплі періоди року, було встановлено, що розвиток посух або періодів з надлишком зволоження на Поділлі зумовлений, відповідно, переважанням числа днів з формою Ц або С в меридіональних процесах. Перевищення повторюваності числа днів з формою циркуляції Ц, при якій збільшується кількість антициклонів (гребенів), є причиною збільшення загального (W, кг/м2) вологовмісту в середньому на 2 кг/м2.

У четвертому розділі розглядається кліматичний режим кількості опадів теплого періоду року за піввіковий безперервний період спостережень за ними, наводяться результати розрахунку кліматологічної норми (КН) та кліматологічної стандартної норми (КСН) за теплий період року в інтервалах 1945-2000 рр., 1961-1990 рр. та 1991-2000 рр.

У багаторічному ході опадів на Поділлі найбільші позитивні відхилення (Х, мм від КН) мали місце за період 1991-2000 рр. У середньому на території за значений період, у порівнянні з КН, опадів збільшилося на 29 мм. Найбільші відхилення від норми спостерігалися на гідрометеорологічних станціях пмт. Нова Ушиця (+63 мм), м.Крижопіль (+55 мм) та м. Жмеринка (+53 мм), значно менші – у м. Бережани (+2 мм), м. Тернопіль (-3 мм).

Якщо ж порівняти КН опадів з КСН за теплий період року, то у цілому виходить, що на Поділлі кількість опадів за останнє десятиріччя ХХ ст. збільшилася. Незважаючи на таке “збільшення” опадів у цілому над Поділлям, сільськогосподарські угіддя, особливо у другій половині теплого періоду року, підлягають впливу посушливих явищ. Причиною цього є посилення зливових опадів, які за добу можуть дати декілька місячних норм і швидко стекти з полів у долини річок, проникнувши у ґрунт на невелику глибину. Висока температура ґрунту і повітря, сухість останнього, посилення вітру південно-східного, східного напрямків призводять до відтворення посушливих явищ на Поділлі.

На основі багаторічних даних про опади були обчислені статистичні характеристики місячної кількості опадів теплого періоду року та побудовані гістограми, інтегральні криві, карти, таблиці.

Статистичні розрахунки показали, що кількість опадів, яка випадає протягом місяця, теплого періоду, має значною мінливістю у часі і просторі. Якщо коефіцієнт варіації Сv на всій території Поділля з квітня по серпень складає 0,4-0,6, то у вересні-травні він збільшується у 1,5-2 рази.

Для всього теплого періоду року на всій території найбільша (58 мм) величина (середнього квадратичного відхилення спостерігається у м.Хмельницькому, найменша (23 мм) – у м.Гайсин.

Наступ найбільшого і найменшого пов’язано із поступовим збільшенням опадів до середини теплого періоду року, а потім – їх зменшенням.

Похибка середньої арифметичної величини (вх) місячної кількості опадів та кількості опадів теплого періоду на початку (квітень), в середині (липень) та у кінці (жовтень) відповідно склали 3,2; 6,7; та 3,6. Найбільша спостерігається у липні, якому притаманна найбільша кількість опадів, причому переважно зливового характеру.

Аналіз побудованих гістограм опадів показав, що найбільшу (80,3%) повторюваність має градація опадів 401-500 мм, найменшу (3%) _600_ мм. Перша градація опадів відповідає КН для теплого періоду року.

Згідно з побудованими інтегральними кривими, з ймовірністю 50%, Поділля майже щорічно у теплий період року забезпечується опадами в 434 мм, один раз у 20 років – кількістю у 603 мм (Р=5%) або у 282 мм (Р=95%).

У зв’язку з важливістю розгляду зміни кількості опадів у часі була оцінена міжрічна їх мінливість для 17 станцій Поділля за теплий період року. Як приклад на рис. 1 наведений багаторічний хід кількості опадів теплого періоду року лише для шести ключових гідрометеорологічних станцій, які розташовані у різних фізико-географічних зонах та на різних висотах.

Як бачимо з рис. 1, кількість опадів теплого періоду року в другій половині ХХ ст. дуже коливається. Проте можна відзначити такі закономірності: на більшості метеостанцій в настанні посушливих чи зволожених теплих періодів спостерігається синхронність та циклічність.

У просторовому розподілі кількості опадів теплого періоду року простежується азональність їх розподілу та зменшення від північного заходу (470 мм) до південного сходу (400 мм). Підвищена кількість опадів у цілому на заході пояснюється сприятливими сполученнями високого вологовмісту повітряних мас, розвитком циклонічної та фронтальної діяльності.

На метеостанціях Поділля була визначена велика повторюваність опадів, добова кількість яких становила більш 50 мм, а в окремих випадках (Липовець, 18 липня 1972 р.; Нова Ушиця, 10 серпня 1953 р.; Хмільник, 18 липня 1972р.; Кам’янець-Подільський, 27 вересня 1974 р. та ін) – більше 70 мм.

Побудовані карти екстремальних значень кількості опадів теплого періоду року за безперервний період спостережень показали, що на Поділлі
протягом теплого періоду року найбільша (800-850 мм) кількість опадів випадає у центральній частині території, найменша (200 мм) – на півдні Вінницької області.

Збільшення екстремальних значень кількості опадів у районі станцій м.Хмільника, м.Вінниці, смт.Липовця, м.Жмеринки порівняно з найближчими до них станціями пов’язано з формами рельєфу. Особливо відзначається смт. Липовець, де на розподіл опадів впливають західні схили Придніпровської височини, які становлять 100 м у відносній висоті.

У багаторічній зміні опадів у часі простежуємо наявність циклічних коливань (рис. 1) з 3-5, 7-9, 10-12 – річними періодами.

Шепетівка |

Бережани

Тернопіль |

Хмельницький

Вінниця |

Гайсин

Рис. 1. Багаторічний хід кількості опадів (мм) теплого періоду року:
1- фактичний хід; 2 – піввіковий хід (тренд).

У п’ятому розділі докладно розглянуто особливості режиму кількості опадів, просторового їх розподілу в посушливі і зволожені теплі періоди року.

Вперше для визначення посушливих і зволожених теплих періодів року на Поділлі та їх характеристик був використаний індекс, який запропонував Д.А.Педь (1975 р.). Цей індекс за останні два десятиріччя широко використовується в Росії та за її межами.

Індекс посушливості або надлишкового зволоження Si() являє собою різницю стандартизованих аномалій температури повітря і атмосферних опадів:

, (3)

де T, R, W – аномалії температури повітря, кількості опадів, ґрунтових вологозапасів; T, R, W – їх середні квадратичні відхилення; і – пункт, - час.

Дві компоненти (T, R) визначають утворення погодних умов у посушливі або зволожені теплі періоди року. Якщо з формули (3) виключити дані про режим зволоження ґрунту, то отримаємо формулу індексу атмосферної посушливості для теплого періоду року:

. (4)

На основі щомісячних даних про температуру повітря (Т,С), місячну кількість опадів (R, мм) було обчислено для всіх 17 станцій Поділля індекси посушливості Si() за період 1945-2000 рр., їх статистичні характеристики та побудовано багаторічний хід Si(). На рис. 2 приведено хід Si() у липні для обласних центрів Поділля.

Як показано на рис. 2, над Поділлям спостерігалися два посушливих періоди (1945-1960 рр., 1990-2000 рр.) з максимальними значеннями Si() і один (1960-1990 рр.) - з надлишковим зволоженням, з від’ємними значеннями Si().

На основі Si() для дослідження були обрані посушливі теплі періоди 1952, 1963, 1967, 1979, 1986, 1999 рр. та зволожені теплі періоди 1955, 1970, 1972, 1974, 1980, 1991, 1997, 1998 рр.

За посушливий теплий період року були прийняті такі періоди року, в які кількість опадів була менша від кліматологічної норми (Хп 0,8КН) і Si() Д.А.Педя були 1,0. У ці роки на Поділлі середня аномалія (Хп, %) кількості опадів становить 80% і менше (м. Шепетівка, м.Білопілля, м.Хмільник та інші).

Шляхом статистичних обчислень даних про опади у посушливі теплі періоди року були одержані карти середньої кількості опадів. Характерним у просторовому розподілі опадів на Поділлі є те, що у порівнянні з кліматологічною нормою опадів, у посушливі теплі періоди року проявляється їх загальне зниження на заході території на 50 мм, на сході – на 100 мм. Завдяки орографії (вздовж Подільської височини) зберігається підвищена кількість опадів, а вздовж долин річок Дністер та Південний Буг – знижена кількість.

Рис. 2. Багаторічний хід індексу посушливості Si(?) Д.А. Педя. Липень:

1 — фактичний хід, 2 — тренд, 3 — плинне усереднення.

Надзвичайно сухими теплими періодами року стали 1963 та 1999 рр., коли у липні аномалії температури (T, С) повітря, опадів (Х, мм) відповідно склали 2,0-4,0С і 40-60 мм.

Найбільша (140-200 мм) кількість опадів за місяць теплого періоду року припадає на північні та центральні частини Поділля, де спостерігається за рахунок орографії різке посилення конвективних явищ.

Однією із важливих характеристик інтенсивності посушливого теплого періоду року є число днів з опадами різної кількості (0,1 мм, 1,0 мм, 5,0 мм). Порівняно з кліматологічною нормою числа днів з опадами (0,1 мм) у посушливий теплий період року їх кількість зменшується на 5-10 днів. Найбільша їх кількість (85-90 днів) припадає на західні райони, найменша (65 днів) – на південні.

Між числом днів (n) з опадами 0,1 мм та їх кількістю в місяці посушливого теплого періоду року існує певна залежність. Коефіцієнт (r) кореляції у середньому для території становить 0,52, а по широті (=49,5 пн.ш.) поступово зменшується від 0,73 до 0,58. Середня похибка (Т) обчислення коефіцієнта становить 0,09.

У роботі визначено чотири типи ходу опадів у посушливі теплі періоди року, при яких формується певна погода, що сприяє або не сприяє утворенню опадів.

Зволожені теплі періоди року (1945, 1970, 1972, 1974, 1980, 1991, 1997, 1988 рр.) були зазначені за такими ознаками, за якими були обрані посушливі теплі періоди року: Хз 1,2 КН, коефіцієнт зволоженості Si() повинен становити <-1,0. Обрані зволожені теплі періоди року чітко проявляються.

У шостому розділі наводяться результати впровадження синоптичного методу для визначення умов формування фронтальних та внутрішньомасових опадів над Поділлям, а також розглядається зв'язок їх з формами циркуляції А.Л.Каца в атмосфері.

Синоптичний аналіз погодних умов проводився на основі щоденної кількості опадів гідрометеорологічних станцій Поділля та щоденних приземних та висотних карт погоди. Цей аналіз дозволив обчислити повторюваність холодних, теплих фронтів, фронтів оклюзії та кількість опадів із хмарних систем, з яких вони випали.

Встановлено, що найбільшу (46%) повторюваність протягом теплих періодів року мають холодні фронти, на частку теплого фронту і фронту оклюзії припадає відповідно 34% і 20% від кількості опадів усіх фронтів.

Отримано, що над Поділлям 80-90% опадів у теплі періоди року мають фронтальне походження.

В умовах Поділля внутрішньомасові опади утворюються у більшій мірі в середині холодної повітряної маси арктичного походження, яка надходить з півночі та південного сходу. Щоденний аналіз синоптичних карт дав змогу виділити п’ять найбільш характерних типів циркуляційних умов, при яких можуть утворитися над Україною (Поділлям) внутрішньомасові опади. Найбільш часто зустрічаються перші три типи:

- західна частина циклону, в яку проникає холодне арктичне або континентальне повітря помірних широт (тип І);

- ізольований циклон над Україною з двома центрами, який сформувався у глибокій меридіонально розташованій улоговині (тип ІІ);

- північно-східні циклони, центри яких знаходяться в районах м.Москви, Рязані (тип ІІІ).

Частка (%) внутрішньомасових опадів у загальних кількостях по території становить 10-20% від опадів теплого періоду року.

Внутрішньомасові опади можуть тривати протягом 3-5 діб, а в деяких випадках – більше 7 діб. Із усіх випадків опадів цього типу найбільша кількість вологи при щоденному їх випаданні приходиться на третю (32%) або четверту (19%) добу. Основна роль в утворенні опадів такого походження належить підвищенню температури повітря, яке зумовлює розвиток інтенсивної термічної конвекції. Така конвекція найчастіше розвивається у Тернопільській і Хмельницькій областях, де характер підстильної поверхні складніший, ніж у Вінницькій області.

Велике значення у повторному утворенні внутрішньомасових опадів відіграє самозволоження маси повітря через випаровування опадів попереднього дня.

Визначилося, що кількість опадів даного типу буде залежати не тільки від ступені конвективної нестійкості атмосфери, швидкості конвективного потоку, але і від масової частки водяної пари (q, г/кг) та відносної вологості повітря (f, %).

Так, 9 серпня 1986 р. при відносній вологості 50% і масовій частці водяної пари 13,6 г/кг необхідно було затратити енергію 532,8 Дж/кг повітря, щоб із купчасто-дощової хмари (Св) в районі Вінниці випало 28,2 мм опадів. У той же час 13 липня 1980 р. при меншій (9,8 г/кг) масовій частці водяної пари, але значній (94%) відносній вологості повітря випала майже місячна (71,1 мм) норма опадів за добу. На це необхідно було витратити всього у чотири рази менше (132,9 Дж/кг повітря) енергії.

Наведені результати обчислень індексів у зональному (Із), меридіональному (Ім) станах циркуляції в атмосфері та загального індексу (І/ ) показали, що інтенсивність індексу І/ у посушливі теплі періоди зменшувалася від 0,90 (травень-червень) до 0,66 (жовтень), а у зволожений – від 1,03 (червень-липень) до 0,86 (жовтень). Це вказує на те, що у зволожений теплий період року значно переважає міжширотний обмін.

Кількість опадів (%) у меридіональному стані циркуляції в атмосфері становить 70,8% від загальної кількості опадів посушливого теплого періоду року, решта (29,2%) – у зональному. Опади, які утворилися у посушливі теплі періоди року при меридіональному стані циркуляції в атмосфері, переважають опади зонального стану в 2-4 рази.

Розрахунки кількості опадів при формах З, Ц, В, С у меридіональному стані циркуляції в атмосфері від загальної кількості опадів зволоженого теплого періоду року показують, що при формах В+С опадів випадає в 1,7 рази більше, ніж при формах З+Ц. У зволожений теплий період року при формі С утворюється найбільша (25,3%) частка опадів від загальної їх кількості.

Встановлено, що між опадами Поділля і формами атмосферної циркуляції при меридіональному стані існує певна кореляційна залежність: між опадами червня і липня та формами циркуляції В+С коефіцієнти кореляції (r) відповідно склали +0,56 і +0,30. Зменшення коефіцієнта кореляції у липні пов’язується з посиленням у цьому місяці зливових дощів різної інтенсивності.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і здійснено нове вирішення наукової задачі, що полягає у дослідженні кліматологічної характеристики кількості опадів та виявленні закономірностей у їх формуванні та просторовому розподілі на території Поділля у посушливі та зволожені теплі періоди року.

В результаті виконаної роботи можна зробити такі висновки.

1. Вперше отримані розрахунки кількісних показників опадів дозволили уточнити загальну картину утворення опадів на Поділлі у посушливі і зволожені теплі періоди року.

2. За допомогою траєкторій часток повітряних мас встановлено сім типів їх руху і сім типів опадоутворювальних повітряних мас, які переміщуються на Поділля. У посушливі і зволожені теплі періоди року найбільша кількість вологи на Поділля надходить із західних (ІІ тип) та південно-західних (ІІІ тип) районів. Опадоутворювальними повітряними масами при таких типах траєкторій є повітряні маси помірних широт атлантичного та середземноморського походження.

3. Вперше для Поділля проведено розрахунки вологовмісту та перенесення вологи опадоутворювальними масами повітря у шарі 0-5 км у теплі періоди року різні за зволоженням та знайдено достатньо виражений зв'язок між ними і формами циркуляції в атмосфері.

4. На основі статистичних методів була досліджена мінливість місячної кількості опадів та кількості опадів теплого періоду року. Отримані результати обчислень наведені у таблицях, на картах, рисунках та в Додатку.

5. Побудова багаторічного ходу опадів дозволила вперше для Поділля виявити основні його прояви: синхронність та циклічність наступу теплих періодів року різної зволоженості. Синхронність проявляється у наступі майже одночасно на всій території посушливих та зволожених теплих періодів року, циклічність – прояв їх наступу через 3-5, 7-9, 10-12 років.

6. Співставлення кількості опадів та числа днів з опадами різної інтенсивності у зволожені та посушливі теплі періоди року з кліматологічною нормою показало, що:

- аномалія опадів у посушливі теплі періоди року становить 50-80%, у зволожені 100-150%, в окремих випадках – до 200%;

- надлишок опадів у зволожений теплий період формується за рахунок більшого числа днів з опадами більшої інтенсивності, яка в свою чергу спричиняє збільшення опадонебезпечності.

7. Побудовані вперше для Поділля інтегральні криві опадів, номограми, які описують закономірності розподілу ймовірністних характеристик опадів протягом теплого періоду року, показали, що територія Поділля з ймовірністю у 50% майже щорічно протягом теплого періоду року забезпечується опадами у 434 мм, один раз у 20 років – 603 мм (Р=5%) або 282 мм (Р=95%).

8. Для об’єктивної характеристики посух та надлишкового зволоження вперше для теплого періоду року був використаний індекс посушливості Д.А.Педя, який показав, що коефіцієнт Si() у посушливі теплі періоди року у середньому складає 1,4-2,4, у зволожені, навпаки, досягає тих самих значень, але з оберненим знаком.

9. Встановлено, що кількість опадів арктичного і полярного фронтів над Поділлям складає у середньому 80-90% від загальної кількості опадів теплого періоду року. У межах Поділля відбувається зменшення ролі в опадоутворюванні арктичного фронту і збільшення на південь - полярного.

10. Аналіз статистичних характеристик атмосферних фронтів показав, що:

- кількість опадів холодного фронту перевищує опади теплого фронту
у 2-3 рази, а фронту оклюзії особливо у посушливий теплий період
року – у 5 разів;

- у зволожені теплі періоди року у порівнянні з посушливими збільшується число днів з фронтами оклюзії майже в 2 рази.

11. Виконано типізацію синоптичних умов, при яких відбувається утворення внутрішньомасових опадів в Україні. Виділено 5 типів.

12. Визначено, що частка внутрішньомасових опадів від загальної кількості опадів теплого періоду року становить 10-20% і зменшується на південний схід Поділля.

13. Між основними формами циркуляції А.Л.Каца та опадами існує достатній зв'язок. Кількість опадів (%) при меридіональному стані циркуляції в атмосфері складає 70,8% від загальної кількості опадів ТПР, решта (29,2%) – припадає на опади, які утворилися при зональному стані.

Порівняно добра узгодженість отриманих результатів про формування та розподіл опадів Поділля з даними інших авторів дозволяє вважати, що дисертація достатньо правильно відображає процеси опадоутворювання і закономірності просторового їх розподілу.

Список опублікованих праць здобувача за темою дисертації

1. Конєва С.І. Несприятливі явища погоди на Поділлі // Тези доп. дев’ятої Вінниц. обл. іст.-краєзн. конф. – Вінниця, 1990. – С. 62-63.

2. Конєва С.І., Волковинський В.І. Теплові ресурси дня і ночі // Географічні проблеми великого міста. – Київ, 1991. – С. 7-8.

3. Конєва С.І. Іній і роса // Клімат Вінниці. – Вінниця, 1995. – С. 112-115.

4. Конєва С.І. Грози і град // Клімат Вінниці. – Вінниця, 1995. – С. 117-122.

5. Конєва С.І. Особливості метеорологічного режиму та атмосферної циркуляції літом 1999 р. над Україною // Зб. матеріалів наук.-практ. конф. “Сучасна географія та навколишнє природне середовище”. – К., 1999. – С. 26-28.

6. Конєва С.І. Характеристика вмісту вологості у повітряних масах над Україною у теплий період року // Географія і сучасність: Зб. наук. пр. Нац. пед. ун-ту ім. М.П. Драгоманова. – К., 1999. - Вип. 1– С. 54-61.

7. Конєва С.І. Сонячна активність і погода влітку 1999 року над Україною // Сучасні проблеми комет, астероїдів, метеорів, метеоритів, астроблем і кратерів / Труди Першої міжнар. конф. КАММАК – 99. – Вінниця, 2000. – С. 468-474.

8. Конєва С.І. Вологовміст та перенос вологи над Поділлям в умовах засушливого літа 1999 р. // Метеорологія, кліматологія та гідрологія: Міжвід. наук. зб. – Одеса, 2000. – Вип. 40. – С. 35-42.

9. Конєва С.І. Деякі особливості внутрішньомасових опадів на Поділлі // Географія і сучасність: Зб. наук. пр. Нац. пед. ун-ту ім. М.П. Драгоманова. – К., 2001. - Вип. 5 – С. 54-61.

10. Конєва С.І. Особливості статистичного розподілу кількості опадів теплого періоду року на Поділлі // Географія і сучасність: Зб. наук. пр. Нац. пед. ун-ту ім. М.П. Драгоманова. – К., - 2001. Вип. 6. – С. 229-238.

11. Конєва С.І. Кліматичні особливості атмосферної посушливості та надлишкової зволоженості в теплі періоди року на Поділлі // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. Міжвід. наук. зб. – Одеса, 2002. – Вип. 44. – С. 86-94.

АНОТАЦІЇ

Конєва С.І. Формування та розподіл опадів у посушливі і зволожені теплі періоди року на території Поділля. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук. – Спеціальність 11.00.09 – метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. – Одеський державний екологічний університет, Одеса, .

Дисертація присвячена формуванню та розподілу опадів у посушливі та зволожені теплі періоди року на території Поділля. З цією метою були використані аерологічна інформація про вологість (масова частка водяної пари) повітря, щоденні кількості опадів у посушливі та зволожені теплі періоди року. На основі первинного матеріалу надано докладний аналіз опадів. Наведені гістограми, інтегральні криві та номограми дали можливість отримати важливу інформацію про мінливість опадів теплих періодів року у другій половині ХХ ст.

Побудовано тренди багаторічного ходу опадів, коефіцієнтів посушливості та надлишкового зволоження Д.А.Педя, виявлені синхронність та циклічність наступу теплих періодів року різної зволоженості.

Отримано карти розподілу середньої кількості опадів та їх екстремальних значень над Поділлям у різні за зволоженістю теплі періоди року.

Ключові слова: вологовміст, кліматологічна норма, посушливі і зволожені теплі періоди року, циркуляція в атмосфері.

Конева С.И. Формирование и распределение осадков в засушливые и увлажненные теплые периоды года на территории Подолья. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук. – Специальность 11.00.09 – метеорология, климатология, агрометеорология. – Одесский государственный экологический университет, Одесса, 2003.

Диссертация посвящена изучению формирования и распределения осадков в условиях засушливого и увлажненного теплых периодов года на территории Подолья.

В экспериментальной части проведены исследования влагосодержания и переноса влаги над исследуемой территорией в разные по увлажнению теплые периоды года.

Главное внимание в работе уделено климатологическому режиму осадков теплых периодов года с экстремальным увлажнением и их пространственно-временному распределению.

Рассчитанные климатологические нормы (КН) и климатологические стандартные нормы (КСН) привели к такому выводу: несмотря на то, что последние 20 лет ХХ ст. над Украиной увеличилось количество засушливых теплых периодов года, осадки за этот период лет выросли более нормы на 15-20%. Причиной этого увеличения осадков явился рост числа ливней и их интенсивность. Было замечено, что установление засушливых теплых периодов года в Восточной Украине еще не означает образование засух на Подолье. Примером тому может быть теплый период 1972 г., когда над всей Восточной Европой, в том числе и над Украиной, стояла жестокая засуха, а на Подолье в это время осадков выпало на 21% больше КН.

Предложенная автором комплексная методика исследования осадков Подолья потребовала построения интегральных кривых осадков, номограмм, которые дают возможность описать закономерности распределения вероятностных характеристик осадков в течение теплого периода года. Построенные графики, номограммы показали, что территория Подолья с вероятностью в 50% почти ежегодно в течение теплого периода года обеспечивается осадками в 434 мм, один раз в 20 лет – 603 мм (Р=5%) или 282 мм (Р=95%).

В процессе отбора засушливых и увлажненных теплых периодов года для исследования впервые для территории Подолья был использован индекс Si() Д.А.Педя.

Исследования Si() Д.А.Педя за весь период непрерывных наблюдений за осадками показали, что во второй половине ХХ ст. на всех станциях Подолья индекс Si() колебался в пределах от +4,6 до –5,6. Во многолетнем ходе Si() было отмечено над Подольем два засушливых периода (1945-1960 гг.; 1990-2000 гг.) и один (1960-1990 гг.) – с избыточным увлажнением.

В работе проводился анализ результатов статистической обработки осадков засушливых и увлажненных теплых периодов года. Впервые для Подолья были составлены карты распределения осадков.

На основе данных об осадках, отобранных для исследования, были получены как для засушливого, так и увлажненного теплых периодов года, по четыре типа хода осадков за период апрель-октябрь. Для каждого из этих типов характерна своя погода.

Одним из главных моментов использования комплексного подхода к исследованию формирования