Какие свойства подстилающей поверхности

ГЛАВА 1. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ КЛИМАТ КРЫМА

Солнечная радиация

Солнце является постоянным источником тепла и света. Величина и режим солнечной радиации, воспринимаемой поверхностью Земли как экраном, в основном зависят от географической широты места.

Для ясного понимания условий освещенности необходимо иметь в виду, что продолжительность дня, т. е. светлой части суток, не есть продолжительность освещения пункта наблюдения прямыми солнечными лучами. Продолжительность освещения зависит не только от широты, но и от рельефа местности, т. е. от фактора, с широтой не связанного. Возвышенности, из-за которых Солнце появляется при восходе или за которыми оно может скрываться при движении по небосводу, а также при заходе, сокращают продолжительность освещения места наблюдения прямыми солнечными лучами. В таких случаях надо иметь в виду так называемую закрытость небосвода, которая зависит также и от положения на линии горизонта точек восхода и захода Солнца, изменяющихся в течение года в определенных пределах.

Так, освещенность Феодосии и Евпатории при прочих равных условиях значительно лучше, чем освещенность Ялты, ибо Ялту с северо-востока и запада окружают возвышенности, которые летом значительно сокращают время освещения прямыми солнечными лучами. Солнце здесь восходит позднее и заходит раньше. В еще большей степени влияет рельеф на продолжительность освещения в центральных частях крымского горного леса, в глубокие ущелья которого почти не проникают прямые солнечные лучи.

Закономерные изменения продолжительности светлой части суток и полуденной высоты Солнца определяют суточный и годовой ход (режим) солнечной радиации. (Рис.1.1.)

Рис.1.1 Годовой ход продолжительности дня, ночи, утренних и вечерних сумерек в течение года в Крыму

Однако на величину солнечной радиации влияет не только географическая широта, но и факторы, с ней не связанные, например облачность, запыленность и другие «помехи» в атмосфере, т. е. все то, что связано с режимом циркуляции. Режим солнечной радиации и его особенности — вот что в первую очередь характеризует климат.

Наука о климате — климатология — различает следующие виды солнечной радиации: прямую, рассеянную и суммарную.

Прямая солнечная радиация — это та часть радиации, которая в виде солнечных лучей исходит непосредственно от диска Солнца и достигает земной поверхности. Для Крыма его годовая сумма значительна — колеблется от 68 больших калорий на 1 см.2 (Керчь) до 81 большой калории (яйла).

Открытые пляжи Феодосии и Евпатории получают при прочих равных условиях больше прямой солнечной радиации за день, чем пляжи Ялты или Симеиза, окруженные с востока и запада большими возвышенностями, из-за которых Солнце во многих пунктах Южного берега Крыма восходит позднее и заходит раньше, и тем самым сокращается время освещения прямыми солнечными лучами.

Для горной части Крыма (например, Большой каньон Крыма) и для всех участков с сильно пересеченной местностью существенное значение имеют также различная ориентировка склонов глубоких долин и их крутизна.

Летом наибольшие суммы прямой солнечной радиации получают предгорья, северные склоны яйлы и открытые побережья. По направлению к северо-востоку и на Южном берегу замечается некоторое ее уменьшение, что объясняется увеличением здесь облачности и влажности атмосферы.

Зимой положение меняется. Так как день становится короче, высота Солнца меньше, а облачность увеличивается, резко уменьшается приход солнечной радиации. С подъемом в горы радиация, вообще говоря, увеличивается (увеличивается прозрачность атмосферы, уменьшается облачность), однако в некоторых местах (Бабуган-яйла) величина прямой солнечной радиации уменьшается из-за метелей и снежных вихрей.

Весной прямая солнечная радиация значительно больше, чем осенью. При этом наблюдается и ее интенсивное нарастание. Наибольшие суммы прямой радиации Крым получает летом (до 50% годовой).

Энергия солнечных лучей, попадая в земную атмосферу, испытывает разнообразные изменения. Из-за облачности, запыленности и некоторых других явлений в атмосфере солнечная радиация рассеивается, т. е. отклоняется от прямолинейного пути распространения и поступает на Землю не только непосредственно от диска Солнца, но и со всех точек небосвода. Эту часть радиации называют рассеянной солнечной радиацией.

Рассеянная радиация в Крыму значительно меньше прямой. Она составляет 50-70% прямой радиации. Годовые суммы ее колеблются от 42 ккал/см2 (Ферсманово, южнее Симферополя) до 54 ккал/см2 (вершина Роман-Кош на Бабуган-яйле).

Летом суммы рассеянной радиации больше в восточной части Крыма и в горах вследствие увеличения облачности. Зимой распределение радиации более равномерное, причем она увеличивается с севера на юг (максимум в горном Крыму). Вообще же рассеянная радиация в Крыму возрастает по направлению на юго-восток и восток и достигает своего наибольшего значения на Керченском полуострове. Северные предгорья характеризуются малыми суммами рассеянной радиации. Весной суммы рассеянной радиации меньше сумм прямой, но бывает и так, что в один из весенних месяцев рассеянная радиация все же преобладает над прямой.

Общее количество солнечной радиации, приходящееся на земную поверхность, равное сумме прямой и рассеянной радиации, называют суммарной солнечной радиацией.

Суммарная солнечная радиация составляет в Крыму за год от 112 до 128 ккал/см2. Из них зимой Крым получает 10, весной 30, летом 40 и осенью 20%. Наибольшие суммы получают, конечно, горы (яйлы), наименьшие — Севастополь и Керчь (здесь влияют местные причины). (Рис.1.2.)

Рис. 1.2 Суммарная солнечная радиация

Таким образом, величина суммарной радиации, интенсивно возрастая с весны, в июле становится наибольшей и резко уменьшается в октябре. Тем не менее, осень в Крыму теплая (теплее весны), что объясняется влиянием не только радиационных факторов, но и другими причинами. Летом суммарная радиация наибольшая в западной части центрального Крыма и на яйле, а наименьшая — на склонах яйлы, Керченском полуострове и на Южном берегу Крыма.

О режиме солнечной радиации в Крыму дает наглядное представление рис.1.3, на котором приведены данные многолетних регулярных наблюдений.

График годового хода осадков в окружающем станцию районе показывает зависимость прямой, рассеянной, а следовательно, и суммарной радиации от осадков.

Рис.1.3 Годовой ход различных видов солнечной радиации и осадков:

1 – суммарная радиация;

2 – прямая радиация;

3 – рассеянная радиация;

4 – осадки.

Подстилающая поверхность

На формирование климата большое влияние оказывает подстилающая, или деятельная поверхность, т. е. та поверхность, с которой взаимодействуют солнечное излучение и атмосфера.

Говоря о рельефе и его влиянии на климат вообще, следует строго различать влияние высоты и влияние неровностей местности (собственно рельефа).

Крупные формы рельефа, например горы, оказывают большое воздействие на климат, создавая особый горный климат, который характеризуется большими величинами солнечной радиации, чистым прозрачным воздухом, пониженной температурой, менее резкими суточными колебаниями температуры, повышенным количеством осадков, большими скоростями ветра. Все это в той или иной степени характерно и для гор Крыма. Так, например, температура воздуха с высотой обычно уменьшается. В частности, в Крыму она уменьшается на 0,65° на каждые 100 м. поднятия. Когда в Ялте (на уровне моря) температура воздуха 12°, на Ай-Петри (метеостанция находится на высоте 1182 м над уровнем моря) термометр показывает 4°.

Особенно велико влияние гор на осадки. Количество осадков, как правило, с высотой увеличивается. В степной, низменной части Крыма количество осадков за год составляет 300-400 мм. На Южном берегу на уровне моря (Ялта) выпадает за год 560 мм. осадков, а на яйлах (Ай-Петри, Бабуган-яйла, Чатыр-Даг) уже около 1000 мм. за год. (Рис.1.3.)

Рис.1.3 Среднее количество осадков

Говоря об осадках в горах, надо иметь в виду, что их количество даже на равных высотах, но на склонах различной экспозиции не одинаково. Оно зависит от направления ветров, приносящих влагу. Ветры могут быть и влажными и сухими. Это зависит от того, откуда пришли воздушные массы и какие изменения претерпели они на своем пути.

В горах сильно возрастает солнечная радиация. Поэтому естественно, что в Крыму наибольшими величинами солнечной радиации и наибольшей продолжительностью солнечного сияния отличаются яйлы. На Караби-яйле (974 м. над уровнем моря) отмечено наибольшее число часов солнечного сияния в Крыму, а именно: 2505 в год.

Говоря о значении рельефа (не высоты), надо, прежде всего, иметь в виду, что горы, и особенно горные хребты (а они как раз и характерны для Крыма), служат препятствием для ветров и вторжений воздушных масс. Поэтому горы всегда представляют собой естественную границу между различными климатическими областями.

Крымские горы располагаются вдоль Черноморского побережья Крыма от мыса Фиолент до Феодосии. Высота их постепенно возрастает с запада на восток, и примерно в средней своей части к северу от Ялты (массив Бабуган-яйлы с вершиной Роман-Кош) горы достигают наибольшей абсолютной высоты. Наличие этих гор, тянущихся вдоль берега, сказывается как на климате прилегающих участков, так и на климате самих гор.

На климат Южного берега влияет не столько высота Крымских гор (она невелика), сколько их направленность в общем с запада на восток, параллельно южному побережью. Следовательно, Крымские горы являются не только климатической, но и ландшафтно-географической границей.

Северный Крым есть не что иное, как продолжение южноукраинских степей, а южные склоны гор и побережье от мыса Сарыч до Феодосии совершенно не похожи на среднюю полосу европейской территории СНГ. Не будь в Крыму гор, Южный берег мало чем отличался бы от степных побережий Черного и Азовского морей.

Горы и горные хребты воздействуют не только на температуру воздуха и температурный режим, но и на движущиеся массы воздуха. Воздушные массы под влиянием гор меняют направление движений, а также свои важнейшие свойства.

В горных странах дуют особого рода горные ветры. Из таких ветров в Крыму наблюдается фён. Фён образуется, например, когда воздушные массы сначала поднимаются по горному хребту (поперек его), переваливают через него и затем спускаются в расположенное за хребтом понижение местности. Поднимаясь по склону, воздух расширяется и охлаждается; образуется облачность. Выпадение осадков зависит от степени насыщенности воздуха влагой и его охлаждения. Перевалив через возвышенность, воздух опускается и, сжимаясь при этом, становится относительно сухим. Это и есть фён — сухой и теплый ветер.

Фёны часто наблюдаются в Феодосии, где для их образования есть благоприятные условия — окаймляющий город с юга и юго-запада хребет Тепе-Оба (около 300 м. над уровнем моря).

Фён образуется как на южных, так и на северных склонах Крымских гор, т. е. в предгорьях. Появление фёна характеризуется резким повышением температуры (на 18-20°) и большим уменьшением величины относительной влажности (ниже 30%). Фёны чаще бывают днем и продолжаются от нескольких часов до 2-3 суток. В горном Крыму наблюдаются также горно-долинные ветры. Днем, с восхода до захода Солнца, они дуют вверх по долине к горам, ночью же наоборот.

По сравнению со степным Крымом ветры в горном Крыму достигают наибольших величин. На Южном берегу и в предгорьях средняя годовая скорость ветра составляет не более 3 м/сек., а на яйлах достигает 6-7 м/сек. На Ай-Петринской метеорологической станции зарегистрирована сила ветра 40 м/сек. При таком ветре трудно устоять на ногах.

В Байдарской долине, представляющей собой обширную котловину, окруженную со всех сторон возвышенностями, имеет место затрудненная вертикальная циркуляция воздуха (застой), в результате чего там нередки заморозки, продолжающиеся весной даже до 15 мая и начинающиеся осенью с первых чисел октября, когда в других местах Крыма их еще нет.

Говоря о влиянии рельефа на климат Крыма, следует отметить, что немалое значение имеет также наклон поверхности, на которую падают солнечные лучи, экспозиция склонов и форма рельефа.

На круто падающем к югу склоне Крымских гор, зимой, при низком положении Солнца над горизонтом, угол наклона солнечных лучей увеличивается, что способствует увеличению количества солнечной радиации, т. е. этот район Крыма как бы перемещается на несколько градусов южнее.

Экспозиция склонов по отношению к преобладающему направлению ветра сказывается как на количестве выпадающих на склонах осадков, так и на их распределении. Например, наибольшее количество осадков получают западные склоны. Замечено также, что юго-западные склоны нагреваются лучше, чем южные и юго-восточные, что, между прочим, иногда довольно резко сказывается на характере растительности и почв склонов различной экспозиции.

От формы рельефа (его выпуклости или вогнутости) зависит температурный режим поверхностей. Как было отмечено знаменитым климатологом А. И. Воейковым, суточная амплитуда температуры в ясные дни более значительна в долинах, чем на соседних холмах и склонах. В вогнутых формах рельефа суточная амплитуда температуры воздуха всегда больше, чем на выпуклых. Ночью, когда нет прихода солнечного тепла, в лощины и котловины с окружающих возвышенностей стекают охлажденные массы воздуха. Все это надо принимать во внимание при выборе места ночевки во время походов и путешествий.

Циркуляция атмосферы

Ни разнообразие видов солнечной энергии, ни многочисленные свойства подстилающей поверхности, ни географическое положение не могут сами по себе создать климат. В его формировании всегда важную роль играет циркуляция атмосферы, или воздушные течения.

Воздух, как и всякое другое вещество, имеет вес, хотя и небольшой.

Давление атмосферы измеряют в миллиметрах (мм) высоты ртутного столба, в международной системе единиц – СИ – в гектопаскалях (гпа). Между указанными единицами давления существует определённое соотношение: 1 мм = 1,33 гпа, 1 гпа = 0,75 мм. Сила, с которой вся толща атмосферы давит на земную поверхность, огромна – каждый квадратный сантиметр её испытывает давление воздуха в один килограмм.

На территории Крыма в среднем за год атмосферное давление у поверхности земли характеризуется следующими показателями: в прибрежных пунктах и в центральных степных районах – 760-763 мм, в предгорье на высоте около 300 м над уровнем моря – 735-740 мм, на вершинах Крымских гор на высоте 1000-1500 м – 635-615 мм.

В годовом ходе максимум месячного давления 764-766 мм на побережье и в центральном равнинном Крыму и 740 мм в предгорье отмечается в ноябре, 685-640 мм на вершинах гор в сентябре – октябре. Минимум давления 758 мм в равнинных районах, 735 мм в предгорье отмечается в июле, 759мм на Южном берегу – в августе, 620 – 670 мм на вершинах гор – в январе и в марте. (Рис.1.4.)

Рис.1.4 Атмосферное давление. Ветер

Атмосферное давление вблизи земной поверхности непрерывно изменяется – то уменьшается, то увеличивается. Однако эти колебания сравнительно невелики: только в очень редких случаях давление на уровне моря уменьшается до 700-705 мм или увеличивается до 790-795 мм; в основном же оно остается все время близким к своей средней величине – 760 мм.

Если вес атмосферы или атмосферное давление в различных точках земной поверхности одинаковы, то воздух остается неподвижным. Неравномерное нагревание и охлаждение подстилающей поверхности приводит к тому, что в атмосфере образуются области пониженного и повышенного давлений. Возникая, исчезая и сменяя друг друга, они вызывают движение воздушных масс, которые, перемещаясь из одного места в другое, меняют свои первоначальные физические свойства и там, куда приходят, создают совершенно иные погодные условия.

Под действием отклоняющей силы вращения земного шара на нашей планете создается преимущественно зональная циркуляция, которая эпизодически нарушается меридиональным переносом воздуха. На характер циркуляции атмосферы в пределах Крыма большое влияние оказывает рельеф и, в частности, Крымские горы.

В формировании климата Крыма, как и других примыкающих к нему областей Украины, принимают участие различные воздушные массы. На территорию Крыма в среднем за год в 75% случаев вторгаются континентальные умеренные массы, в 10% — арктические, в 8% — морские умеренные, в 7% — тропические. Разные по происхождению воздушные массы имеют различные свойства. Особенно сильный холод приносит арктический воздух.

Прорыв «чужеродных» воздушных масс в Крым в общей циркуляции атмосферы зимой – явление обычное, чем летом. При вторжении в Крым холодных воздушных масс на Южном берегу сильных морозов не бывает: прикрывающие его горы превосходят по высоте наиболее холодный нижний слой континентального воздуха или всю толщу арктического воздуха. Вследствие этого холодный воздух на Южный берег проникает не прямо через горный хребет, а обтекая его с востока и запада. Это приводит к тому, что на Южный берег проникает он приходит в меньшем количестве и заметно прогретым над морем. В отдельные годы зимой в Крым вторгается теплый и влажный средиземноморский воздух, вызывающий повышение температуры до 15-20 и обильные осадки.

Таким образом, характер зимы в Крыму за?