1.9. Климат

Климат района определяет условия жизнедеятельности населения и возможности сельскохозяйственного производства. В основе климатообразования лежит количество солнечной радиации, характер общециркуляционных процессов и местные процессы трансформации свойств воздуха.

Солнечная радиация

Главным климатообразующим фактором является солнечная радиация. Известно, что изменение количества солнечной энергии в зависимости от широты места лежит в основе зональности климата. Количество энергии, поступающей от Солнца, в первую очередь зависит от высоты Солнца и долготы дня. Существенное влияние на радиационный режим накладывает облачность и прозрачность атмосферы. Роль рельефа в распределении солнечной радиации проявляется через крутизну, экспозицию склонов и закрытость горизонта.

В Майминском районе максимальная полуденная высота Солнца 61^o наблюдается 22 июня, минимальная 14^o - 22 декабря. Изменение полуденной высоты Солнца в течение года составляет 47^o. Долгота дня изменяется от 7 часов 48 минут до 16 часов 42 минут (рис.26).

Рис. 26. Долгота дня (часы, минуты) на 15-е число каждого месяца

Прозрачность атмосферы носит сезонный характер. Коэффициент прозрачности атмосферы зимой 0,80, летом приближается к 0,75

Продолжительность солнечного сияния в течение года - 1900-2000 часов, число дней без солнца - 40-50. Идущая от солнца радиация частично рассеивается в атмосфере и поступает со всего небесного свода в виде рассеянной радиации. Сумма прямой радиации, поступающей от диска солнца в виде прямых лучей и рассеянной радиации, представляет собой суммарную радиацию, включающую в себя весь поток лучистой энергии солнца. При ясном небе в полдень доля рассеянной радиации в суммарной значительно снижает приход прямой радиации, при этом возрастает количество рассеянной. Вследствие того, что в Майминском районе не проводятся актинометрические наблюдения, солнечная радиация вычислена расчетным методом по косвенным метеорологическим данным ГМС Кызыл-Озека. В течение года прямая радиация составляет 2849 мДж/м² (68,6 ккал/см²). В течение месяца сумма радиации летом - около 400 мДж/м² (8-9 ккал/см²), зимой - 33-34 мДж/м² (0,8-1 ккал/см²). В горах склоны получают различное количество прямой радиации, её сумма зависит от ориентации склонов по отношению к сторонам света и от угла наклона склонов. Так, при высоте солнца 30^o и крутизне склона 10^o северный склон получает 68%, южный - 126% от прихода прямой радиации на горизонтальную поверхность [Чирков, 1998]. Теплообеспеченность южных склонов значительно больше, чем северных. Вследствие указанного, преобладающие ландшафты на южных склонах степные, на северных -лесные.

Рассеянная радиация поступает равномерно на все формы земной поверхности. Её годовая сумма - 1466 МДж/м² (35 ккал/см²). В среднем за год прямая радиация преобладает над рассеянной, и только в пасмурную погоду она может отсутствовать. Общий приток лучистой энергии или суммарная радиация в течение года составляет 4315 МДж/м² (103 ккал/см²).Поступившая на земную поверхность энергия солнца частично поглощается, частично отражается, частично излучается. Величина отраженной радиации зависит от альбедо. В долинах рек, в среднем, в течение года отражается 20-30% суммарной радиации. Разность между поступающей энергией от Солнца и атмосферы и потерянной подстилающей поверхностью представляет собой радиационный баланс.

Радиационный баланс бывает положительный в дневные часы с марта по октябрь, с ноября по февраль он имеет отрицательные значения, постоянно происходит выхолаживание подстилающей поверхности.

На долю радиационного баланса приходится в июне-августе - 50-60%, в сентябре - 40-45%, в октябре - 15-20% от суммарной радиации.

В Майминском районе годовая сумма радиационного баланса составляет 1380-1400 МДж/м² (33-35 ккал/см²).Суточное и годовое изменение величины радиационного баланса проявляется в изменении температуры воздуха и других показателей погоды.

Особенности циркуляционных процессов

В процессе общей циркуляции происходит смена воздушных масс. Поступающие с циклонами воздушные массы - умеренные морские и континентальные, арктические и тропические различаются по температуре, влажности, прозрачности. Механизмами переноса воздушных масс являются фронтальные циклоны и антициклоны. Чередование воздушных масс выражается в смене типов погод. Зимой господствует повышенное атмосферное давление, Северный Алтай оказывается в западной и северо-западной периферии Монгольского антициклона, ветер имеет юго-западное и южное направление.

При слабом развитии антициклона территория района оказывается в сфере активной циклонической деятельности. В теплых секторах циклонов приходит влажный атлантический или сухой среднеазиатский воздух. Погода становится неустойчивой, с оттепелями, снегопадами, сильными ветрами. Происходит резкое изменение давления от суток к суткам. Нередко межсуточные изменения давления составляют более 20 гПа.

Часто под влиянием гор происходит регенерация циклонов. В начале зимы циклоничность развита сильнее по сравнению со второй половиной, которая отличается более холодной и ясной погодой.

Весной в связи с прогреванием материка происходит разрушение Азиатского антициклона. Начинается сезонная смена циркуляционного механизма. В первую половину весны циркуляция носит смешанный характер. В марте нередко происходит вторжение из Средней Азии и Ирана сильно прогретого воздуха, следом за которым вторгается холодный арктический воздух, и возвращается погода с большими морозами. Наиболее частая смена циклонов и антициклонов происходит в апреле и мае. Наблюдается чередование вторжений арктического и тропического воздуха. Солнечная погода сменяется пасмурной с моросящими дождями или даже снегопадом. В мае нередко бывают заморозки на почве и в воздухе. Под влиянием рельефа на высотной фронтальной поверхности образуются волны, из которых оформляются орографические циклоны. С этими циклонами связана большая изменчивость погоды, длительные ненастья.

В летние месяцы ярко выражено сочетание зональной циркуляции с развитием циклонической деятельности. В зависимости от характера циркуляции лето может быть жарким или прохладным, засушливым или влажным. Температура летних месяцев может отличаться от средней многолетней на 2-4^oС. Сумма осадков в отдельные годы отклоняется от нормы на 100% и более.

Резкое понижение температуры обусловлено вторжениями холодного воздуха с севера или северо-запада в тылу циклонов арктического фронта. Однако теплая ясная антициклоническая погода является преобладающей. Наиболее длительные периоды жаркой погоды бывают при распространение на Алтай оси высокого давления от Азорского максимума. В отдельные годы в июне - июле тропический воздух удерживается надолго. Температура днем поднимается до 37^oС, ночью не опускается ниже 20^oС. Нередко такая погода совпадает с явлением духоты. Для летних месяцев характерно понижение атмосферного давления. Преобладающем давлением является 725-730 мм. рт.ст., т.е. менее 1000 гПа. Наиболее частая межсуточная изменчивость давления - 0-5 гПа.

При прохождении глубоких циклонов изменение давления может составить до 15 гПа в сутки. В таких случаях прохождение фронта сопровождается грозой, сильным ветром и ливневыми осадками. Осенью охлаждается подстилающая поверхность, прекращаются процессы трансформации летнего типа и общая циркуляция атмосферы носит переходный характер от летнего к зимнему. Преобладают два типа циркуляции. Это циркуляция в восточной половине европейских антициклонов или в южной половине полярных и арктических циклонов.

Поступающий с севера арктический воздух вызывает и первые осенние заморозки. Южный поток воздуха приносит теплую и сухую погоду. Дневное прогревание воздуха компенсирует потерю тепла ночами. В сентябре преобладает еще циркуляция антициклоническая. В октябре господствуют циклоны. На фронтах усиливается ветер, происходят значительные похолодания. Воздушные массы, поступающие в теплом секторе циклонов, вызывают потепления.

Постепенное уменьшение солнечной радиации подготавливает обстановку для перехода к циркуляции зимнего типа.

Местные ветры

В формировании местных климатов долин рек Маймы и Катуни большую роль играют местные ветры - горно-долинные и фены.

Горно-долинные ветры - это периодические ветры, меняющие направление на противоположное дважды в течение суток, дующие вниз по склонам ночью и вверх по склонам днем. Возникают они из-за неодинакового нагревания склонов и свободной атмосферы между склонами или горизонтально-смежных масс. Горно-склоновые ветры возникают повсеместно над склонами гор. Днем склон нагревается. Воздух над поверхностью склона поднимается вверх. Ночью склоны охлаждаются быстрее, чем атмосфера между склонами, и начинается гравитационный сток холодного воздуха вниз по склонам. Холодный воздух застаивается на днище долины и образуется инверсия температуры.

Горно-долинная циркуляция охватывает в целом долины рек. Днем формируется ветер, дующий вверх по долине или долинный. В долине р. Маймы (Кызыл-Озек) в 13 часов дня в июле повторяемость долинного ветра более 60% (табл.5).

Таблица 5

Периодичность горно-долинных ветров, %

Скорость долинного ветра изменяется от 1 до 3 м/сек. Вертикальная мощность слоя воздуха, участвующего в долинном ветре, составляет около 2/3 высоты гор над днищем долины. Над долиной в потоке скорость долинного ветра больше, чем у поверхности земли. Ночью ветер изменяет направление на противоположное и дует вниз по долине. Это горный ветер. Скорость горного ветра у поверхности земли от 0.5 до 3 м/сек. Чем больше уклон долины, тем сильнее выражен горный ветер (рис.27).

Горно-долинные ветры оказывают влияние на формирование особенностей местных климатов долин. Они вносят изменения в горизонтальное и вертикальное распределение температуры и влажности воздуха. В теплый период года долинный ветер вызывает понижение дневной температуры, повышение влажности воздуха и образование над склонами конвективной облачности. Благодаря ночному горному ветру происходит динамическое перемещение воздуха, перемешивание струй воздуха ослабляет интенсивность его ночного выхолаживания и уменьшает заморозкоопасность в долинах.

Рис. 27. Повторяемость направлений ветра за год, %

Большую роль в формировании местных климатов долин играют фены (табл.6). Фены - это местные теплые сухие ветры, нисходящего происхождения. Образуются фены в том случае, если над горами существует большой барический градиент. При перетекании через горные хребты на наветренной стороне из-за псевдоадиабатического процесса происходит его нагревание. Влажность понижается. В долинах рек, ориентированных по направлению барического градиента, образуется ветер - фен. Наиболее характерны фены для холодного времени года, когда юго-восток горной страны находится в области Монгольского антициклона, а на северо-западе преобладают барические минимумы. Для всего участка долины Катуни в пределах Майминского района характерны фёновые явления. В с. Усть-Муны все особенности погоды, обусловленные фенами, выражены в той же степени, что и в Чемале. В районе с. Маймы признаки фёнов проявляются в ослабленной форме, что характерно и для долины р. Маймы в районе с. Кызыл-Озек (табл.6).

Таблица 6

Повторяемость фенов, дни

Летом фены наблюдаются при прохождении глубоких циклонов на их фронтах. В зимние месяцы в феновых долинах существует тесная зависимость между повторяемостью фенов и температурой воздуха. Средняя температура января в долине Катуни -12; -13^oС, в долине Маймы -15^oС. В то же время в долинах, где отсутствуют условия для развития фенов, при одинаковой высоте их днищ над уровнем моря средняя температура января -18, -19.5^oС. Под влиянием фенов происходит обращение годового хода относительной влажности воздуха. В долине Катуни в зимние месяцы относительная влажность воздуха 62 - 65%, в летние - 75 - 78%. В бесфеновых долинах зимой относительная влажность воздуха 80 - 85% (табл.7).

Таблица 7

Средняя месячная и годовая относительная влажность воздуха

Прямым показателем развития в долинах фенов является средняя скорость ветра зимних месяцев (табл.8).

Таблица 8

Средняя месячная скорость ветра, м/сек

Из таблицы 8 следует, что средняя месячная скорость ветра незначительная лишь в бесфеновой долине Бии. В сравниваемых долинах различия в скорости ветра резко возрастают зимой и значительно уменьшаются в теплый период года. Максимальная средняя месячная скорость ветра в долине Катуни, и с ноября по февраль она значительно превышает 4 м/сек.

Под влиянием фенов происходит над долинами размывание облачности, что сопровождается уменьшением количества атмосферных осадков. В районе с. Усть-Муны средняя высота снежного покрова в течение зимы 6-8 см. Часто снег полностью исчезает. Происходит испарение снега под влиянием фенов. В это же время в бесфеновых долинах притоков Катуни высота снежного покрова более 30 см. Климатообразующая роль фенов усиливается большой непрерывной длительностью их проявления в зимний период (табл.9).

Таблица 9

Продолжительность фенов, дни

Таким образом, в формировании местного климата долины Катуни фены играют исключительно важную роль.

Термический режим

Майминский район находится в предгорной и низкогорной зонах, поэтому по температурным условиям климат здесь более теплый, чем в других вертикальных зонах.

Осенью переход средней суточной температуры через 0^oС происходит с 20 по 30 сентября (табл.10), в долине Катуни на неделю позднее, чем в долине Маймы.

Зима начинается после перехода средней суточной температуры через -5^oС. В долине Маймы обычно это середина первой декады ноября, в долине Катуни - на 10 дней позднее. После 20 ноября и в середине декады в долине Маймы средняя суточная температура опускается до -10^oС. В долине Катуни отсутствует период с температурой ниже -15^oС, в долине Маймы он продолжается с конца декабря до середины февраля. Сумма температур ниже -15^oС в Кызыл-Озеке составляет 790^oС.

Таблица 11

Среднемесячная и среднегодовая температура,^o С

Средняя межсуточная изменчивость температур составляет 3,5-4,5^oС. Наиболее высокая межсуточная изменчивость - в апреле-мае, когда ясная солнечная погода сменяется холодной пасмурной. Иногда бывают аномально теплые или аномально холодные весны, когда средняя температура весенних месяцев отклоняется от средней многолетней на +3-6^o С. Смещаются и сроки начала летнего сезона.

Летом принято считать период между последними весенними и первыми осенними заморозками, с 20-25 мая по 15-20/IX. Летом погода наиболее устойчивая, мало отклоняется от средних многолетних норм. Средняя межсуточная изменчивость температуры - 1,4-2,0^oС. Устойчивость погоды регулируется большими суммами тепла, поступающего от Солнца. Суммы температур выше 10^oС составляют 1900-2000^oС, выше 15^oС - 1250-1350^oС (табл.12).

Таблица 12

Суммы средних суточных температур выше и ниже определенных пределов, ^oС

В пределах долин большое влияние на распределение тепла накладывают особенности местного рельефа (табл.13).

Нами были изучены особенности теплообеспеченности различных форм рельефа в долине Катуни - в низкогорной и предгорной зонах. В качестве фонового участка использована высокая терраса Катуни. Наблюдения проводились на десяти микроклиматических участках - вершине, склонах северной и южной экспозиции, присклоновых шлейфах, высоких, низких террасах и в понижении между склонами (табл.13). Дневная температура на вершине гривы и на верхней террасе одинаковы, а ночью на 4-5^oС выше, чем на фоновом участке. Происходит сток холодного воздуха вниз под действием гравитации. В итоге значительно возрастает продолжительность безморозного периода. Разность продолжительности безморозного периода с фоновым участком зависит от формы рельефа и экспозиции склонов. Отрицательный знак носит разность в понижениях рельефа, где ночью скапливается холодный воздух. Средняя дневная температура выше, чем на фоновом участке, на склоне южной экспозиции. Суммы температур на различных участках южного склона на 200-400^oС больше, чем на верхней террасе Катуни, а на заболоченных участках между гривами на 150С меньше, чем на террасе Катуни (табл. 11).

Отмеченные особенности в теплообеспеченности разных форм рельефа важно учитывать в сельском хозяйстве.

Тепловое состояние почв зависит от температуры воздуха, физического состава и цвета почвы, влажности, высоты снежного покрова и других факторов.

Поверхность почвы в зимние месяцы холоднее воздуха в среднем на 3^oС, в летние - теплее на 2-5^oС. Снежный покров защищает землю от сильного охлаждения. На глубине 0,2 м сумма отрицательных температур не превышает 100-150^oС. Разность с соответствующими суммами отрицательных температур в воздухе составляет 1900-2000^oС. Глубина промерзания почв от 20 до 50 см. Длительность промерзания не превышает 4 месяцев.

Теплообеспеченность почв в теплый период играет важную роль в формировании урожая сельскохозяйственных культур. Почва готова к предпосевной обработке, когда она приобретает мягкопластичное состояние, в этот период на глубине 20 см температура достигает 5^oС. Сроки наступления мягкопластичного состояния почвы зависят от микроклиматических особенностей полей, обусловленных их местоположением.

Таблица 13

Характеристика микроклиматических участков

В более ранние сроки почвы готовы к предпосевной обработке на склонах южной ориентации, что наблюдается в третьей декаде апреля. На наименее прогреваемых участках почва готова к вспашке в конце первой декады мая. В слое почвы 0-20 см различается и сумма температур выше 10^oС, что составляет от 2500 до 1900^oС. Теплые почвы более обеспечены теплом в сравнении с воздухом на 400-500^oС.

Оптимальная теплообеспеченность позволяет производить высокосортные плодовые культуры яблонь, груш, слив и даже винограда [Модина, 1997; Зоидзе, 1998; Хабаров, 1999]. В районе благоприятные агроклиматические условия для производства различных сортов овощных и кормовых культур.

Атмосферные осадки

Годовое количество осадков - один из важнейших показателей климата. На территории Майминского района увлажнение различается в значительных пределах. В долине Катуни в направлении к предгорьям годовая сумма осадков возрастает от 500 до 650 мм (рис.28).

Рис. 28. Среднее количество осадков, приведенное к показаниям осадкомера, мм.

Более увлажнена долина Маймы. Различия в увлажнении долин в значительной мере обусловлены фёновыми явлениями, о чем свидетельствует годовое распределение осадков. За период с ноября по март в долине Маймы выпадает 160 - 180 мм осадков, в долине Катуни, в южной части района 80 - 90 мм, где зимой выпадает не более 10 мм в месяц. В летние месяцы различия в увлажнении долин незначительны. По средним многолетним данным максимум осадков бывает в июле, но в отдельные годы происходит смещение максимума на июнь или август.

В зависимости от преобладающих типов барических атмосферных процессов атмосферное увлажнение подвержено изменчивости [Буфал, 1980; Модина, 1997; Баркинхоев, 2002]. Средняя изменчивость годовой суммы осадков составляет около 20%.

Показателем соразмерности тепла и влаги является коэффициент увлажнения, представляющий отношение годовой суммы осадков к испаряемости. При оптимальном соотношении тепла и влаги коэффициент увлажнения близок к единице. На территории района его величина изменяется от 0,7 до 1,3.

Снежный покров

В холодный период года атмосферные осадки выпадают в твердом виде, т.е. в виде снега. Первые снегопады иногда наблюдаются в конце сентября, но обычно в середине октября. И только через 2-3 недели после первых снегопадов образуется устойчивый снежный покров. Чаще всего это происходит в начале ноября. В предгорной части долины Катуни и в пределах всей долины Маймы устойчивость снежного покрова не нарушается в течение всей зимы. Средняя высота снежного покрова за зиму на открытых местах 30-40 см, в защищенных местах 50-60 см. Среднее число дней со снежным покровом 150-160. Запасы воды в снеге - 140-150 мм (табл.14).

Таблица 14

Среднедекадная высота снежного покрова, см

В значительной части долины Катуни устойчивость снежного покрова нарушается фёнами. Под влиянием теплого сухого ветра снег испаряется. Нередко снежный покров исчезает, потом образуется вновь, и средняя месячная высота снежного покрова здесь не превышает 10 см. В боковых долинах притоков, где отсутствует фёны, снежный покров устойчив, и его толщина не менее 25-30 см.

Обычно в середине марта начинает разрушаться устойчивость снежного покрова, а повсеместно он исчезает только к 20 апреля.