ТУМАНЫ И СНЕГОПАДЫ НА ТЕРРИТОРИИ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
|
Введение 5
1 Метеорологические явления как характеристика состояния атмосферы в Томской
области 8
1.1 Влияние атмосферных явлений на экономику и социальную сферу 8
1.2 Влияние климата и его изменений на развитие транспорта 10
1.3 Транспортная система Томской области 14
1.4 Основные понятия и определения 17
1.5 Условия образования туманов и осадков 19
2 Изучаемый район, материалы и методы исследования 22
2.1 Физико-географическое положение и особенности атмосферной циркуляции в
Томской области 22
2.2 Исходные материалы 24
2.3 Описание формата данных 25
2.4 Обработка данных 25
3 Характеристика туманов 28
3.1 Суммарное число дней с туманом по всем станциям и его изменения во времени ....28
3.2 Анализ временных рядов 28
3.3 Внутригодовая динамика числа дней с туманом 31
3.4 Пространственное распределение числа дней с туманом 33
3.5 Продолжительность и интенсивность туманов 35
3.6 Описание сильных туманов 38
4 Характеристика снегопадов 41
4.1 Анализ временных рядов по обложным и ливневым снегопадам 41
4.2 Внутригодовая динамика числа дней снегопадов 47
4.3 Пространственное распределение числа дней снегопадов 49
4.4 Непрерывная продолжительность и интенсивность снегопадов 52
4.5 Описание сильных снегопадов 57
4.6 Условия образования сильных снегопадов 59
Заключение 63
Список использованных источников и литературы 65
Приложение А Статистические характеристики туманов 68
Приложение Б Статистические характеристики снегопадов
1 Метеорологические явления как характеристика состояния атмосферы в Томской
области 8
1.1 Влияние атмосферных явлений на экономику и социальную сферу 8
1.2 Влияние климата и его изменений на развитие транспорта 10
1.3 Транспортная система Томской области 14
1.4 Основные понятия и определения 17
1.5 Условия образования туманов и осадков 19
2 Изучаемый район, материалы и методы исследования 22
2.1 Физико-географическое положение и особенности атмосферной циркуляции в
Томской области 22
2.2 Исходные материалы 24
2.3 Описание формата данных 25
2.4 Обработка данных 25
3 Характеристика туманов 28
3.1 Суммарное число дней с туманом по всем станциям и его изменения во времени ....28
3.2 Анализ временных рядов 28
3.3 Внутригодовая динамика числа дней с туманом 31
3.4 Пространственное распределение числа дней с туманом 33
3.5 Продолжительность и интенсивность туманов 35
3.6 Описание сильных туманов 38
4 Характеристика снегопадов 41
4.1 Анализ временных рядов по обложным и ливневым снегопадам 41
4.2 Внутригодовая динамика числа дней снегопадов 47
4.3 Пространственное распределение числа дней снегопадов 49
4.4 Непрерывная продолжительность и интенсивность снегопадов 52
4.5 Описание сильных снегопадов 57
4.6 Условия образования сильных снегопадов 59
Заключение 63
Список использованных источников и литературы 65
Приложение А Статистические характеристики туманов 68
Приложение Б Статистические характеристики снегопадов
Транспорт - одна из наиболее зависимых от погодных условий отраслей народного хозяйства. Для обеспечения нормальной работы транспорта требуется полная и детальная информация о погоде, как о фактически наблюдающейся, так и климатические данные. Метеорологические условия оказывают влияние не только на экономические показатели работы транспортных средств, но и на безопасность движения, так как от качества предоставляющей информации нередко зависят жизни и здоровье людей.
Ухудшение видимости из-за туманов и осадков, снежные заносы, гололедные явления, ливни и сильные ветры затрудняют работу автомобильного и железнодорожного транспорта. В дни с туманом и обложными осадками поток автомобильного транспорта на дорогах сокращается на 25-50 % по сравнению с потоком в ясные дни. В зимние месяцы в умеренных широтах основные затруднения наземного транспорта связаны со снегом и гололедом, образующимся на покрытии дорог. Снежные заносы, осложняющих движение, требуют расчистки дорог и установки заградительных щитов на участках дорог, не имеющих снегозащищенных насаждений.
Транспортные проблемы являются одними из самых насущных в экономике России. В число этих проблем для автотранспорта входят плохие дороги, износ основных технических фондов, ограниченность и перегруженность транспортных магистралей. Для развития данной отрасли требуются технические реконструкции, строительство новых дорог и внедрение новых технологий. Все это требует более детальной климатической информации.
Важным фактором обеспечения эффективности и безопасности сухопутного транспорта является климатическое обслуживание отрасли, направленное как на снижение последствий от опасных и неблагоприятных условий погоды, которые наносят материальный и социальный ущерб, так и на оптимизацию затрат на дорожные работы.
В связи с вышесказанным, актуальным является изучение возникновения и распространения атмосферных явлений погоды в масштабах отдельных регионов, а именно в Томской области. Важной и сложной задачей является также прогноз атмосферных явлений и повышение качества и заблаговременности прогнозов явлений, опасных для транспортной отрасли.
Целью данной работы является исследование туманов и снегопадов, как факторов, влияющих на работу транспорта на территории Томской области, за 40-летний период наблюдений с 1977 по 2017 годы.
Для выполнения работы были поставлены следующие задачи:
• создать массив атмосферных явлений, состоящий из туманов и снегопадов из архива ВНИИГМИ-МЦД за весь имеющийся период наблюдений с 1977 по 2017 годы;
• выполнить обработку данных и дать статистическую характеристику явлений на территории Томской области. Получить другие характеристики, не представленные в Климатических справочниках;
• рассмотреть изменение АЯ в течение периода наблюдений, оценить тенденции изменений их и сравнить с климатическими данными;
• рассмотреть синоптические условия образования сильных туманов, сильных снегопадов.
Объектом исследования является атмосферное явление погоды, которое встречается во все сезоны года - туманы, и одно из неблагоприятных и опасных природных явлений холодного периода года - обложные и ливневые снегопады.
Предметом исследования является пространственно-временная структура распределения туманов и снегопадов и их условия образования в Томской области.
Новизна научной работы заключается в следующем:
1. На основе выполненных расчетов характеристик туманов за 1977-2017 гг. установлена тенденция изменения числа дней с туманом на разных станциях.
2. Твердые осадки были разделены на 2 градации в зависимости от характера образования явления: на обложные и ливневые снегопады и было посчитано количество дней с данными явлениями (среднегодовое, максимальное), которое раньше не было зафиксировано в Справочниках.
3. Выявлена тенденция уменьшения числа дней обложных снегопадов и увеличения числа дней ливневых снегопадов.
4. Были получены новые характеристики, такие как интенсивность и непрерывная продолжительность указанных явлений.
5. Рассмотрены синоптические условия образования сильных туманов и снегопадов, являющихся опасными явлениями.
Теоретическая и практическая значимость результатов исследования. Результаты представляют собой дальнейшее развитие теории, анализа фактического материала для туманов и снегопадов на региональном уровне. Практическая значимость заключается в оценке тенденций изменения рассматриваемых явлений и получении их характеристик, важных для транспортной отрасли.
Объем и структура работы. Научная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников литературы, включающего 40, и 6 приложения. Общий объем работы составляет 77 страниц, в том числе 30 рисунков и 15 таблиц. Приложение представлено на 68 страницах.
В первой главе рассмотрен обзор научной литературы по проблеме влияния атмосферных явлений и климата на экономику и социальную сферу, в частности, транспортную отрасль. Описана транспортная система Томской области и основные ее проблемы. Рассмотрены физические и синоптические условия формирования туманов и снегопадов.
Во второй главе представлено краткое описание физико-географического положения и особенностей атмосферной циркуляции Томской области. В данный параграф включены исходные материалы, описание формата и обработка данных.
В третьей и четвертой главах рассмотрены основные характеристики туманов и снегопадов на территории Томской области. Подробно освещен вопрос временной и пространственной изменчивости данных явлений. Выполнен анализ внутригодовой динамики изменения туманов и снегопадов. Получены характеристики продолжительности и интенсивности явлений. Проведены сравнения полученных данных со справочным материалом.
В заключении перечислены основные результаты диссертации.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю к.г.н. Л.И. Кижнер и всем сотрудникам кафедры метеорологии и климатологии Томского государственного университета, без поддержки и помощи которых работа была бы невозможна.
Ухудшение видимости из-за туманов и осадков, снежные заносы, гололедные явления, ливни и сильные ветры затрудняют работу автомобильного и железнодорожного транспорта. В дни с туманом и обложными осадками поток автомобильного транспорта на дорогах сокращается на 25-50 % по сравнению с потоком в ясные дни. В зимние месяцы в умеренных широтах основные затруднения наземного транспорта связаны со снегом и гололедом, образующимся на покрытии дорог. Снежные заносы, осложняющих движение, требуют расчистки дорог и установки заградительных щитов на участках дорог, не имеющих снегозащищенных насаждений.
Транспортные проблемы являются одними из самых насущных в экономике России. В число этих проблем для автотранспорта входят плохие дороги, износ основных технических фондов, ограниченность и перегруженность транспортных магистралей. Для развития данной отрасли требуются технические реконструкции, строительство новых дорог и внедрение новых технологий. Все это требует более детальной климатической информации.
Важным фактором обеспечения эффективности и безопасности сухопутного транспорта является климатическое обслуживание отрасли, направленное как на снижение последствий от опасных и неблагоприятных условий погоды, которые наносят материальный и социальный ущерб, так и на оптимизацию затрат на дорожные работы.
В связи с вышесказанным, актуальным является изучение возникновения и распространения атмосферных явлений погоды в масштабах отдельных регионов, а именно в Томской области. Важной и сложной задачей является также прогноз атмосферных явлений и повышение качества и заблаговременности прогнозов явлений, опасных для транспортной отрасли.
Целью данной работы является исследование туманов и снегопадов, как факторов, влияющих на работу транспорта на территории Томской области, за 40-летний период наблюдений с 1977 по 2017 годы.
Для выполнения работы были поставлены следующие задачи:
• создать массив атмосферных явлений, состоящий из туманов и снегопадов из архива ВНИИГМИ-МЦД за весь имеющийся период наблюдений с 1977 по 2017 годы;
• выполнить обработку данных и дать статистическую характеристику явлений на территории Томской области. Получить другие характеристики, не представленные в Климатических справочниках;
• рассмотреть изменение АЯ в течение периода наблюдений, оценить тенденции изменений их и сравнить с климатическими данными;
• рассмотреть синоптические условия образования сильных туманов, сильных снегопадов.
Объектом исследования является атмосферное явление погоды, которое встречается во все сезоны года - туманы, и одно из неблагоприятных и опасных природных явлений холодного периода года - обложные и ливневые снегопады.
Предметом исследования является пространственно-временная структура распределения туманов и снегопадов и их условия образования в Томской области.
Новизна научной работы заключается в следующем:
1. На основе выполненных расчетов характеристик туманов за 1977-2017 гг. установлена тенденция изменения числа дней с туманом на разных станциях.
2. Твердые осадки были разделены на 2 градации в зависимости от характера образования явления: на обложные и ливневые снегопады и было посчитано количество дней с данными явлениями (среднегодовое, максимальное), которое раньше не было зафиксировано в Справочниках.
3. Выявлена тенденция уменьшения числа дней обложных снегопадов и увеличения числа дней ливневых снегопадов.
4. Были получены новые характеристики, такие как интенсивность и непрерывная продолжительность указанных явлений.
5. Рассмотрены синоптические условия образования сильных туманов и снегопадов, являющихся опасными явлениями.
Теоретическая и практическая значимость результатов исследования. Результаты представляют собой дальнейшее развитие теории, анализа фактического материала для туманов и снегопадов на региональном уровне. Практическая значимость заключается в оценке тенденций изменения рассматриваемых явлений и получении их характеристик, важных для транспортной отрасли.
Объем и структура работы. Научная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников литературы, включающего 40, и 6 приложения. Общий объем работы составляет 77 страниц, в том числе 30 рисунков и 15 таблиц. Приложение представлено на 68 страницах.
В первой главе рассмотрен обзор научной литературы по проблеме влияния атмосферных явлений и климата на экономику и социальную сферу, в частности, транспортную отрасль. Описана транспортная система Томской области и основные ее проблемы. Рассмотрены физические и синоптические условия формирования туманов и снегопадов.
Во второй главе представлено краткое описание физико-географического положения и особенностей атмосферной циркуляции Томской области. В данный параграф включены исходные материалы, описание формата и обработка данных.
В третьей и четвертой главах рассмотрены основные характеристики туманов и снегопадов на территории Томской области. Подробно освещен вопрос временной и пространственной изменчивости данных явлений. Выполнен анализ внутригодовой динамики изменения туманов и снегопадов. Получены характеристики продолжительности и интенсивности явлений. Проведены сравнения полученных данных со справочным материалом.
В заключении перечислены основные результаты диссертации.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю к.г.н. Л.И. Кижнер и всем сотрудникам кафедры метеорологии и климатологии Томского государственного университета, без поддержки и помощи которых работа была бы невозможна.
В работе рассмотрены туманы и снегопады как атмосферные явления, существенно влияющие на работу всех видов транспорта. За 40-летний период (1977-2017 гг.) по 8 станциям Томской области, данные которых имеются в Архиве ВНИИГМИ-МЦД, рассмотрены такие характеристики как сезонные, годовые, многолетние изменения числа дней, непрерывная продолжительность, распределение по интенсивности, условия возникновения. Для некоторых характеристик, имеющихся в Справочниках, выполнено сравнение с аналогичным по продолжительности, более ранним периодом.
Приведем основные результаты по характеру изменения туманов и снегопадов.
1. Туман как явление, ухудшающее видимость, приводит к опасности столкновения и обязывает снижать скорость транспортных средств, увеличивает риск обледенения воздушных судов. Он влияет на строительные и ремонтные работы.
Среднегодовое число дней с туманом за период по территории области составляет 12,6 и изменяется по территории от 5,6 (Усть-Озерное) до 21,4 (Томск). Наиболее часто туманы отмечаются в августе, в области наблюдаются также морозные туманы.
Многолетние изменения числа дней с туманом за последние 40 лет достоверно описываются кривой 3-й степени. Для Томска за последние 10 лет число дней с туманом выше среднего многолетнего (за исключением 2014 г.). К концу периода наблюдается приближение линии тренда к среднеклиматическому значению - 14,7 дней (Колпашево). В целом можно сказать, что последние годы (последнее десятилетие) число дней с туманом стало меньше (Первомайское). Для других станций в последние годы число дней находится на уровне среднего многолетнего.
Непрерывная продолжительность туманов в 90 % случаев не превышает 5 ч.
Повторяемость сильных туманов составляет 1-2 % случаев. В последние 20 лет число случаев сильных туманов значительно уменьшилось.
Если сравнить число дней за год с предыдущим периодом (1936-1980 гг.), то число дней с туманом за последний период существенно уменьшилось (особенно в зимний период), до 2-х и более раз. В Томске число дней уменьшилось на 6 дней (27%).
2. Снегопады, в свою очередь влияют на передвижения транспортных средств, как внутригородских, так и междугородних. Осуществляются затраты на дорогостоящую расчистку дорог, на дополнительные меры по организации движения и обеспечению безопасности на дорогах, в том числе, борьбу с гололедицей. Из-за снегопадов аэропорты вынуждены отменять сотни авиарейсов или перенаправлять судна на запасные аэродромы.
Среднегодовое число дней с обложным снегопадом за период по территории области составляет 103,5 и изменяется от 55,3 (Бакчар) до 124,8 (Колпашево). Среднегодовое число дней с ливневым снегопадом - 124,6 и изменяется по территории от 74,5 (Томск) до 178, 3 дней (Первомайское). Наиболее часто обложные снегопады отмечаются в декабре, а ливневые в ноябре. Ливневые снегопады отмечаются в летние месяцы чаще (июнь), чем обложные.
Многолетние изменения числа дней со снегопадами за последние 40 лет достоверно описываются кривой 2-й и 3-й степени. Для Томска за последние 5 лет число дней с обложным снегопадом растет. Для других станций количество дней с обложным снегопадом уменьшается. В целом линия тренда ливневых снегопадов имеет тенденцию роста числа дней от начала периода до 2017 г для станций Томск и Колпашево. На других станция значения находятся на уровне среднегодовых.
Непрерывная продолжительность обложных снегопадов в 90% не превышают 12 ч, ливневых снегопадов - не превышает 7 ч; чаще всего обложные снегопады имеют продолжительность 1-2 ч, ливневые - не более 1 ч.
Повторяемость сильных снегопадов составляет 1% - 2%. В последние 20 лет число случаев сильных обложных и ливневых снегопадов сократилось почти в 2-3 раза.
По сравнению с предыдущим периодом (1936-1980 гг.), число дней со снегопадами за последний период значительно уменьшилось (особенно в ноябре и декабре). В Томске число дней уменьшилось на 61,7 дней (28 %).
3. Сильные обложные и ливневые снегопады в Томской области имеют фронтальную природу происхождения в 72% случаев, доля внутримассовых снегопадов составила 7%, и доля смешанных - 21%.
4. Рост числа дней с туманами в последнее десятилетие в Томске, имеющем наиболее развитую транспортную инфраструктуру по сравнению с другими районами области, неблагоприятно сказывается на развитии отрасли. Для других районов ситуация мало изменилась или изменилась в лучшую сторону. Доля сильных туманов не превышает 1-2 %.
Наиболее неблагоприятные условия работы транспорта из-за снегопадов создаются по территории в Колпашево, Первомайском, по времени года - в декабре (наиболее часты обложные снегопады) и ноябре (наиболее часты ливневые). Наблюдаемое уменьшение числа дней со снегопадом в Томске, а также невысокий процент сильных снегопадов (1-2 %) в целом оказывает положительное воздействие на состояние и функционирования наземной транспортной инфраструктуры.
Приведем основные результаты по характеру изменения туманов и снегопадов.
1. Туман как явление, ухудшающее видимость, приводит к опасности столкновения и обязывает снижать скорость транспортных средств, увеличивает риск обледенения воздушных судов. Он влияет на строительные и ремонтные работы.
Среднегодовое число дней с туманом за период по территории области составляет 12,6 и изменяется по территории от 5,6 (Усть-Озерное) до 21,4 (Томск). Наиболее часто туманы отмечаются в августе, в области наблюдаются также морозные туманы.
Многолетние изменения числа дней с туманом за последние 40 лет достоверно описываются кривой 3-й степени. Для Томска за последние 10 лет число дней с туманом выше среднего многолетнего (за исключением 2014 г.). К концу периода наблюдается приближение линии тренда к среднеклиматическому значению - 14,7 дней (Колпашево). В целом можно сказать, что последние годы (последнее десятилетие) число дней с туманом стало меньше (Первомайское). Для других станций в последние годы число дней находится на уровне среднего многолетнего.
Непрерывная продолжительность туманов в 90 % случаев не превышает 5 ч.
Повторяемость сильных туманов составляет 1-2 % случаев. В последние 20 лет число случаев сильных туманов значительно уменьшилось.
Если сравнить число дней за год с предыдущим периодом (1936-1980 гг.), то число дней с туманом за последний период существенно уменьшилось (особенно в зимний период), до 2-х и более раз. В Томске число дней уменьшилось на 6 дней (27%).
2. Снегопады, в свою очередь влияют на передвижения транспортных средств, как внутригородских, так и междугородних. Осуществляются затраты на дорогостоящую расчистку дорог, на дополнительные меры по организации движения и обеспечению безопасности на дорогах, в том числе, борьбу с гололедицей. Из-за снегопадов аэропорты вынуждены отменять сотни авиарейсов или перенаправлять судна на запасные аэродромы.
Среднегодовое число дней с обложным снегопадом за период по территории области составляет 103,5 и изменяется от 55,3 (Бакчар) до 124,8 (Колпашево). Среднегодовое число дней с ливневым снегопадом - 124,6 и изменяется по территории от 74,5 (Томск) до 178, 3 дней (Первомайское). Наиболее часто обложные снегопады отмечаются в декабре, а ливневые в ноябре. Ливневые снегопады отмечаются в летние месяцы чаще (июнь), чем обложные.
Многолетние изменения числа дней со снегопадами за последние 40 лет достоверно описываются кривой 2-й и 3-й степени. Для Томска за последние 5 лет число дней с обложным снегопадом растет. Для других станций количество дней с обложным снегопадом уменьшается. В целом линия тренда ливневых снегопадов имеет тенденцию роста числа дней от начала периода до 2017 г для станций Томск и Колпашево. На других станция значения находятся на уровне среднегодовых.
Непрерывная продолжительность обложных снегопадов в 90% не превышают 12 ч, ливневых снегопадов - не превышает 7 ч; чаще всего обложные снегопады имеют продолжительность 1-2 ч, ливневые - не более 1 ч.
Повторяемость сильных снегопадов составляет 1% - 2%. В последние 20 лет число случаев сильных обложных и ливневых снегопадов сократилось почти в 2-3 раза.
По сравнению с предыдущим периодом (1936-1980 гг.), число дней со снегопадами за последний период значительно уменьшилось (особенно в ноябре и декабре). В Томске число дней уменьшилось на 61,7 дней (28 %).
3. Сильные обложные и ливневые снегопады в Томской области имеют фронтальную природу происхождения в 72% случаев, доля внутримассовых снегопадов составила 7%, и доля смешанных - 21%.
4. Рост числа дней с туманами в последнее десятилетие в Томске, имеющем наиболее развитую транспортную инфраструктуру по сравнению с другими районами области, неблагоприятно сказывается на развитии отрасли. Для других районов ситуация мало изменилась или изменилась в лучшую сторону. Доля сильных туманов не превышает 1-2 %.
Наиболее неблагоприятные условия работы транспорта из-за снегопадов создаются по территории в Колпашево, Первомайском, по времени года - в декабре (наиболее часты обложные снегопады) и ноябре (наиболее часты ливневые). Наблюдаемое уменьшение числа дней со снегопадом в Томске, а также невысокий процент сильных снегопадов (1-2 %) в целом оказывает положительное воздействие на состояние и функционирования наземной транспортной инфраструктуры.