Над Якутией циркуляция атмосферы носит резко выраженный сезонный характер, что проявляется в изменениях свойств воздушных масс, смене знака разности давления и температуры воздуха между воздушными массами над континентом и океаном и изменении траектории и повторяемости циклонов и антициклонов , (табл. 1, рис. 4)
Вопросами определения границ естественных синоптических сезонов занимались многие авторы. Результаты, полученные некоторыми из них, приведены в табл. 2. Естественные синоптические сезоны определены как периоды со сходными между собой (75 % и более) естественными синоптическими периодами.
По классификации климатов Б. П. Алисова, составленной с учетом условий общей циркуляции атмосферы, Якутск находится в континентальной лесной области умеренной зоны. Континентальность климата обусловлена тем, что в район Якутска почти не доходят воздушные массы ни с Атлантического океана из-за удаленности от него и защищенности горными массивами, хотя и преобладает общий западный перенос, ни с Тихого океана также из-за защищенности горными массивами с востока и северо-востока. Наиболее открыт этот район для доступа арктического воздуха, но он достигает центральных районов Якутии сильно трансформированным и иссушенным. В результате преобладающими воздушными массами в основные сезоны в Якутске являются континентальный воздух умеренных широт и арктический воздух (табл. 3)
Начиная с сентября континентальный воздух умеренных широт (полярный воздух) формируется над территорией Якутии в области отрога азиатского антициклона. От центра антициклона в октябре на Якутию вытягивается гребень высокого давления, ориентированный с юго-запада на северо-восток .Здесь он усиливается и часто обособляется в самостоятельное ядро. Разрушение антициклона среди зимы — явление редкое. Воздушная масса, формирующаяся в нем, отличается чрезвычайно низкими температурами и малым влагосодержанием. В течение почти двух зимних месяцев абсолютная влажность не превышает 0,2 г/м3, относительная влажность находится в пределах 70—75 %. Наличие антициклона обусловливает ясную морозную со слабым ветром погоду.
Циклоны, возникающие или регенерирующие на арктическом и полярном фронтах, оказывают влияние на погоду в Якутске лишь своими ложбинами. В основном их траектории направлены вдоль побережья северных морей (моря Лаптевых, Восточно-Сибирского моря) или же со среднего течения Оби и Енисея на устье Лены. Если же арктический фронт опускается до 60 параллели, то центральных районов Якутии достигают западные циклоны. Их влияние проявляется чаще всего в повышении температуры воз- ( духа и выпадении незначительного количества осадков.
В зимний период повышение температур: также бывает обусловлено так называемым восточным процессом, под которым подразумевается вынос более теплого воздуха с Охотского моря в северо-западном направлении. При этом в центральных районах Якутии восточный процесс вызывает потепление в 88 % случаев: в 53 % случаев оно составляет 5— 10°С, в остальных случаях — свыше 10 °С. Примером может служить восточный процесс в декабре 1970 г. (рис. 5), в начале которого температура была —43,8°С, а в конце она повысилась до — 18,9 °С, т. е. повышение температуры составило 24,9 °С. Почти такое же повышение температуры было отмечено в феврале 1968 г. Продолжительность процесса составляет трое-четверо суток, в отдельных случаях она может достигать восьми—десяти дней. Очень холодная погода с устойчивыми температурами ниже — 40 °С наблюдается в Якутске при длительном сохранении гребня (азиатского антициклона. Над центральными районами Якутии располагается высотный циклон с очагом или ложбиной холода, по западной периферии которого осуществляется вынос холодного арктического воздуха с Северного Ледовитого океана.
Очень редко при значительном ослаблении и частичном разрушении азиатского антициклона района Якутска достигает среднеазиатский (туранский) воздух. Для примера можно привести потепление в начале января 1979 г., вызванное смещением серии активных циклонов с юго-запада Якутии и выносом теплых воздушных масс со Средней Азии. При этом температура воздуха 2 января повысилась до —6°С, что явилось новым абсолютным максимумом января. На следующий день в центральных районах наблюдалось резкое похолодание. Адвекция холода происходила в тылу высотного циклона, который сместился с устья Енисея, и температура воздуха в Якутске к 5 января понизилась до —58°С (рис. 6).
Весной характер атмосферной циркуляции изменяется. преобладающее направление движения циклонов и антициклонов западное. Азиатский антициклон интенсивно разрушается.
Циклоническая деятельность над центральными районами Якутии в это время года по-прежнему связана с деятельностью арктического фронта. Погодные условия в Якутске определяют возникающие или регенерирующие на нем западные циклоны, в тылу которых происходят вторжения арктического воздуха, обусловливая так называемые возвраты холодов. Иногда к обострению температурных контрастов в западных циклонах приводят выносы теплого воздуха с юга. Весной уже отмечаются отдельные выходы на Якутию южных циклонов.
Активизация циклонической деятельности приводит к повышению повторяемости сильных ветров ,чаще всего западного и северо-западного направлений. Иногда эти ветры достигают особо опасных значений.
Летом субтропическая высотная фронтальная зона (ВФЗ) проходит по средним широтам Азиатского материка. Циклоны при этом перемещаются с запада на восток на районы Забайкалья, северную часть Монголии и северо-восточную часть Китая (Манчжурию). Смещение циклонов из района Забайкалья на Якутию носит название выхода южных циклонов. Эти процессы представляют собой характерную особенность процессов летнего сезона. Выходы южных циклонов приводят к меридиональной перестройке барического поля, и резким изменениям в характере погоды. В тылу южных циклонов осуществляется мощный заток арктического воздуха, что приводит в летний период к резким похолоданиям, а нередко и к заморозкам, а также наблюдается усиление ветров северных направлений. В южной, а иногда и в центральной частях Якутии при выходах южных циклонов, выпадает значительное количество осадков., Подсчитано, что каждый четвертый выход южного циклона сопровождается обильными дождями с количеством осадков 30 мм и более за сутки. Именно с южным процессом связан абсолютный максимум осадков (77,5 мм; ст. Якутск, аэропорт), зарегистрированный днем 26 июля 1972 г. (рис. 7). Необходимым условием для осуществления выхода южного циклона является нарушение зонального переноса.
Иногда сильные непродолжительные дожди наблюдаются в западных, юго-западных, северных и северо-западных циклонах. При этом они обычно обусловлены прохождением через Якутск хорошо выраженных холодных фронтов. За холодными фронтами нередко осуществляется заток арктических воздушных масс, формирующих антициклон или гребень высокого давления с северо- запада или северо-востока. При этом происходит резкое понижение температуры в воздухе и на почве до 0°С и ниже, которое в конце июня и в июле представляет особую опасность для сельскохозяйственных культур. Наиболее интенсивные заморозки отмечаются, когда на западные и центральные районы Якутии ориентирована высотная ложбина холода. Так, 6 июля 1978 г. в Якутске наблюдался самый сильный с 1891 г. заморозок, температура воздуха ночью понизилась до — 15°С (рис. 8). Заток арктического воздуха происходил в тылу циклона, сместившегося с устья Енисея на западные и центральные районы Якутии. При устойчивом выносе арктического воздуха с Северного Ледовитого океана температура воздуха может настолько понизиться, что выпадающие осадки будут достигать земли в виде снежной крупы или снега, как это было 1 июня 1961 и 1964 гг., 9 июня 1962 г., 3 и 4 июня 1966 г.
Сухая и исключительно жаркая погода устанавливается в годы, когда над Якутией высотное барическое поле представлено обширным гребнем, по западной периферии которого осуществляется вынос сухого теплого воздуха из Средней Азии и Казахстана, а приземное — малоградиентным полем пониженного или повышенного давления. При такой ситуации лишь изредка возможны кратковременные ливни конвективного характера. Очень сухая погода отрицательно сказывается на развитии сельскохозяйственных культур и является причиной лесных пожаров, часто распространяющихся на громадные площади в несколько сот тысяч гектаров.
Если для лета характерным является ослабление западного переноса, то осенью наблюдается его восстановление. „ Поэтому погоду центральных районов определяют в основном западные циклоны, иногда регенерирующие на арктическом фронте. Осенние западные перемещения происходят медленно, часто прерываются меридиональными вхождениями холодного воздуха с севера. Воздушные массы над континентом интенсивно выхолаживаются. В переходные сезоны весной и осенью возможны значительные повышения температуры в результате выноса теплого воздуха при смещении серии циклонов с юга Западно-Сибирской равнины на устье Лены. Снежный покров подтаивает. Кроме того, возможны осадки в виде дождя или мокрого снега. После прохождения гребня тепла на восток опять начинается поступление холодного воздуха с севера, которое вызывает резкое похолодание в центральных районах.
2.1. Атмосферное давление
Атмосфера— это эластичная газовая оболочка, окружающая Землю. Подсчитано, что ее общая масса составляет примерно 5,15-1015 т. Таким образом, атмосфера оказывает определенное давление на все предметы, находящиеся в ней, и на поверхность земли. Это давление равно массе всего вышележащего столба воздуха. На уровне моря при температуре 0°С масса столба воздуха с основанием 1 см2 равна 1033,3 г, что эквивалентно давлению ртутного- столба сечением 1 см2 и высотой 760 мм. В системе СГС это давление равно 1013,25 мбар, а в системе СИ оно эквивалентно 101 325 Па или 1013,25 гПа.
Значение распределения атмосферного давления по земному шару позволило представить картину воздушных движений на нашей планете, выявить наличие так называемых центров действия атмосферы, областей пониженного и повышенного давления. При достаточно больших горизонтальных барических градиентах (изменение давления на 100 км) возникают сильные ветры. Давление — наиболее важный метеорологический элемент на синоптической карте прогнозистов. Некоторую закономерность между изменением давления и состоянием человеческого организма, а также животных и растений находят медики и биологи.
Рис. 9. Годовой ход среднего месячного н абсолютных максимума и минимума давления воздуха
1 — среднее, 2 — наиболее высокое, 3 — наиболее низкое. 4 — абсолютный максимум, 5 — абсолютный минимум, 6 — отклонения.
Годовой ход среднего месячного давления в Якутске имеет один минимум 993,5 гПа в июле и один максимум 1012,8 гПа в феврале (см. табл. 4 приложения). Таким образом, годовая амплитуда давления составляет 19,3 гПа (для сравнения в Москве 6,4 гПа, в Горьком 7,8 гПа). Ход- изменения давления от месяца к месяцу почти равномерный, плавный (рис.9). От января к февралю и от июня к июлю давление мало меняется. Наиболее резко изменяется оно от зимы к весне: от февраля к марту и от марта к апрелю соответственно на 6,0 и 6,7 гПа. Это связано с начинающимся прогревом континента и интенсивным разрушением в связи с этим азиатского антициклона. Минимальное давление летом, как и максимальное зимой, обусловлено также термическими причинами. Характер годового хода давления в Якутске континентальный и тесно связан с годовым ходом температуры. Самое низкое давление 967,0 гПа отмечено 26 апреля 1929 г., самое высокое— 1047,1 гПа 14 января 1893 г, (см. табл. 4 приложения).
Наиболее высокое среднее годовое давление (1005,9 гПа) наблюдалось в Якутске в 1947 г., наиболее низкое (1000,7 гПа) — в 1924 г.
Зимой среднее месячное давление воздуха более изменчиво, чем летом. Колебание значений среднего месячного давления воздуха относительно среднего многолетнего составляет от 1,4 гПа в мае — августе до 3,4 гПа в феврале (рис. 9). межсуточная изменчивость давления достигает больших значений, чем колебания среднего месячного давления. Так, за июль 1977 г. средняя за месяц междусуточная изменчивость составила 3,9 гПа; а максимальное изменение давления от суток к суткам достигло 12,8 гПа. Наиболее велики суточные колебания атмосферного давления при смене воздушных масс. Так, например, 4 июня 1969 г. над Якутском располагалась местная воздушная масса, фронтальные разделы влияния на нее не оказывали, и изменение давления за сутки составило всего 1,5 гПа; при этом давление изменялось в соответствии с изменением температуры. 17 и 18 апреля 1977 г. через Якутск прошли теплый и холодный фронты. За сутки до прохождения теплого фронта с 12 ч 17 апреля до 12 ч 18 апреля давление понизилось на 24,5 гПа, т. е. каждые три часа оно понижалось в среднем на 3,1 гПа. После прохождения холодного фронта с 12 ч 18 апреля до 12 ч 19 апреля давление повысилось на 32,3 гПа, причем в момент прохождения через Якутск фронтального раздела между 12 и 15 ч давление изменилось особенно резко — на 10,7гПа за три часа (табл. 4). В однородной воздушной массе хорошо заметен суточный ход атмосферного давления с минимумом в часы максимального прогрева (около полудня) и максимумом во время наибольшего выхолаживания подстилающей поверхности (перед восходом солнца).
2.2. Ветер
Ветер — это движение воздуха относительно земной поверхности. Возникновение ветра связано с разностью атмосферного давления и температуры воздуха в различных районах земного шара. Он характеризуется направлением движения и скоростью, выражаемой обычно в метрах в секунду
Для характеристики ветрового режима использованы данные метеостанций Якутск, ГМО; Якутск, аэропорт; Маган и наблюдения на телемачте.
На метеостанции Якутск, ГМО, ветер определялся по флюгеру, а с ноября 1964 г.— по автоматическому прибору анеморумбометру.
На ветровой режим, кроме циркуляционных факторов, оказывает влияние местоположение города. В связи с тем, что долина реки в районе Якутска направлена с юга на север, преобладающими являются ветры северной четверти горизонта. Их годовая повторяемость составляет 16— 18% (см. табл. 5 приложения, рис. 10).
Суточный ход направления ветра в холодный период выражен слабо, а в теплый — четко, что связано с местоположением города (см. табл. 6 приложения)
Сравнение повторяемости направления ветра в городе и его пригородах приводится в табл. 7 приложения
Важной характеристикой, дополняющей повторяемость направления ветра, является выделение преобладающего направления ветра и его повторяемости (табл. 5), которые рассчитываются по методике А. А. Каминского [42]. В Якутске преобладающее направление ветра в течение всего года довольно устойчиво. Оно колеблется по сезонам и имеет северное и северо-западное направление.
В Магане, где влияние долины практически отсутствует, преобладают ветры западного направления.
Отличительной чертой ветрового режима Якутска является большая повторяемость штилей (см. табл. 5 и 7 приложения). В среднем за год в районе ст. Якутск, аэропорт, каждый пятый день бывает безветренным, в районе ст. Якутск, ГМО,— каждый третий или четвертый день. Наиболее часто безветренная погода наблюдается в декабре—феврале. Средняя годовая скорость ветра в Якутске 2,4 м/с. В течение года она изменяется от 1,3 до 3,4 м/с. В отдельные годы скорость ветра незначительно отклоняется от средних многолетних значений; среднее квадратическое отклонение изменяется от 0,2 до 0,5 м/с (см. табл. 8 приложения).
После переноса метеоплощадки в ноябре 1964 г. в более защищенное от ветра место заметно некоторое уменьшение скоростей ветра (табл. 6)
Суточный ход скорости ветра зимой выражен слабо, а в декабре—январе практически отсутствует. Летом максимум скорости приходится на дневные часы (12— 15 ч), минимум — на ночные (3—6 ч), когда солнце или еще не взошло, или находится низко над горизонтом (табл. 7)
Для зимнего периода характерны малые скорости ветра (до 2 м/с). Вероятность штилей и ветров, имеющих скорость 1 м/с, за ноябрь—март 63 % [78, ч. 3]
Максимальные скорости ветра за период 1895— 1965 гг. в отдельные месяцы составляют 17—20 м/с, а расчетные скорости (5 % -ной обеспеченности) изменяются от 11 м/с в январе до 23 м/с в мае (см. табл. 8 приложения). Следует иметь в виду, что в Якутске до 1959 г скорость ветра измерялась по флюгеру с легкой доской, который по своим техническим возможностям позволяет определять скорость ветра лишь до 20 м/с. В сентябре 1958 г. был установлен флюгер с тяжелой доской, с помощью которого можно измерять скорости ветра до 40 м/с, однако скорости свыше 20 м/с с' 1958 г. не зарегистрированы. С 1964 г., после установки на метеоплощадке анеморумбометра, стали фиксировать как максимальные скорости ветра, так и максимальные скорости при порывах. На рис. 11 приведена зависимость максимальных скоростей ветра при порывах от максимальной скорости ветра.
В течение года, исключая декабрь, наибольшую среднюю скорость имеют ветры западного и северо-западного направлений (в декабре — северо-восточного), наименьшую — ветры южного (с декабря по апрель), восточного и юго-восточного (с мая по ноябрь) направлений (см. табл. 5 приложения).
В дополнение к табл. 5 приложения приведены также сведения о максимальных скоростях ветра по направлениям (см. табл. 9 приложения). Наибольшие максимальные скорости (20 м/с) имеют ветры северо-западного и западного направлений, а наименьшие (14 м/с) — ветры южного направления.
Сильные ветры в Якутске бывают сравнительно редко, в среднем девять дней в году. Днем с сильным ветром считается такой день, когда ветер скоростью 15 м/с и более наблюдается в течение суток хотя бы несколько минут. В Якутске в периоде декабря по февраль сильный ветер отмечается в среднем один раз в 10 лет, с апреля по август — от одного до двух дней в месяц ежегодно, в марте, сентябре и октябре — шесть-семь дней в 10 лет (табл. 8). Наибольшее число дней с сильным ветром за год (32) наблюдалось в 1915 г., причем наиболее часто они отмечались в мае — июле (от 8 до 10 дней в месяц). Изменчивость числа дней с сильным ветром в годовом ходе имеет максимум в мае—июне, минимум в феврале.
Наибольшую повторяемость за год имеют сильные ветры западного (46,5%) и северо-западного (30,4%) направлений, а сильные ветры южного направления не отмечались. Чаще всего имеют место сильные ветры западного направления в мае (около 11 %), августе (9 %) и октябре (11 %) (см. табл. 10 приложения). Некоторое расхождение данных табл. 8 и табл. 10 приложения связаны с разной длительностью используемых периодов наблюдений.
При проектировании сооружений необходимо учитывать не только кратковременные порывы ветра большой 400 силы, но и длительные воздействия (продолжительность ) ветра различных скоростей (табл. 9 и табл. 11 приложения). Данные этих таблиц получены по ежечасным наблюдениям, при этом условно принималось, что в течение часа скорость оставалась постоянной.
Средняя продолжительность одного случая с ветром скоростью 0— 1 м/с зимой составляет 11,3 ч, а максимальная продолжительность за зимние месяцы равна 717 ч. В 1971 г. около 30 суток (с I февраля по 3 марта) скорость ветра не превышала 1 м/с. Средняя и наибольшая непрерывная продолжительность ветра скоростью 5 м/с и более зимой очень небольшая — менее 2 и 13 ч соответственно (см. табл. 11 приложения).
Средняя и наибольшая непрерывная продолжительность слабых ветров летом и в переходные месяцы уменьшается (средняя до 3—4 ч, а наибольшая до 40—80 ч).Несколько увеличивается средняя непрерывная продолжительность умеренных ветров: от 2 до 3 ч при скорости ветра 5 м/с и более и от 1,0 до 1,8 ч при скорости ветра 8 м/с и более, а наибольшая непрерывная продолжительность этих ветров увеличивается от 16 до 19 ч при скорости ветра 5 м/с и более и от 6 до 11 ч при скорости ветра 8 м/с и более. Ветер скоростью 12 м/с. н более за указанный период наблюдался всего один раз в сентябре 1966 г., продолжительность его составила 1 ч.
Для характеристики ветрового режима над городом и его окрестностями в табл. 10, 12 и 13 приложения приведены сведения о ветре на различных высотах приземного слоя атмосферы. Число штилей с высотой резко уменьшается, преобладающими направлениями с высотой становятся западное и северо-западное. Скорость ветра с высотой, как правило, увеличивается. Особенно заметно она растет на малых высотах, а далее с высотой прирост скорости уменьшается (табл. 13 приложения, рис. 12).
Максимальные скорости ветра уже на высоте 400 м в преобладающем большинстве превышают 20 м/с (табл. 10).
