Файл: Аполлов, Б. А. Курс гидрологических прогнозов учебник.pdf

Скандинавии и Европейской территории СССР. Отсутствие таких очагов во всех зонах обусловливает недружное, прерывистое ледо­ образование. Точность прогнозов при дружном ледообразовании довольно высокая. При прогнозе недружного ледообразования с вероятностью 80% следует ожидать повторных ледоходов. Это оз­ начает, что если по уравнению (З.ХІѴ) получены ранние даты ус­ тойчивого ледообразования, то оно будет происходить с перерывами, а если поздние, то, вероятно, неустойчивое появление льда в сроки, близкие к норме или немного раньше. Понятно, что при таком развитии ледовых явлений точность прогнозов понижается. Воз­ можность предвидеть не только сроки устойчивого появления льда,

на — в октябре.

Анализ атмосферных процессов, обусловливающих ледообразо­ вание на реках южной части Европейской территории СССР, показал, что решающую роль играют здесь вторжения холодного воздуха в антицнклонических системах, а именно те процессы, при которых средняя суточная температура воздуха понижается в но­ ябре до отрицательных средних суточных значений, а в октябре становится ниже 15° С. В качестве количественной характеристики атмосферных процессов в октябре принята сумма похолоданий £ДѲ в этом месяце, причем за дни похолоданий приняты те, когда средняя суточная температура воздуха была, как указывалось, ниже 15° С и, кроме того, ниже, чем накануне, а атмосферное дав­ ление— выше, чем накануне; за величину, характеризующую похо­ лодание, принимается ДѲ=15 — 0.

394

Чтобы полнее оценить тенденцию перестройки процессов от се­ зона осени к предзимью, при прогнозе учитывается изменение ано­ малии давления на севере Европейской территории СССР — на станциях Мурманск и Архангельск от сентября к октябрю. Изме­ нение ее знака с отрицательного на положительный свидетельст­ вует о тенденции к усилению антициклонических вторжений в но­ вом сезоне, противоположная смена знаков — о тенденции к их ос­ лаблению. Выделена также группа случаев, когда знаки аномалий не менялись. Прогнозы составляются с помощью графических за­

в конце октября и имеют заблаговременность в среднем около месяца.

кращения действия ледяных переправ и всякого рода работ на льду, так и время открытия навигации и начала сплава леса. По­ следние, правда, непосредственно связаны с окончанием ледохода, но продолжительность ледохода, особенно сплошного, на большин­ стве рек невелика, 3—7 дней.

В отношении изменения сроков вскрытия (начала ледохода) по территории и их изменчивости по годам для рек отдельных райо­ нов отметим лишь следующее.

На карте изохроны средних сроков вскрытия рек имеют широт­ ное направление и в общем говорят о значительном изменении этих сроков даже на сравнительно небольших расстояниях по ме­ ридиану. Объясняется это тем, что процесс разрушения льда и таяния снега происходит в значительной мере под влиянием сол­ нечной радиации. Некоторую роль в этом играет и то, что толщина льда на реках увеличивается с юга на север. Этими же причинами вызывается то, что изменчивость ежегодных дат вскрытия во мно­ гих районах (в Западной Сибири, в восточных и центральных рай­ онах Европейской территории Советского Союза) меньше, чем еже­ годных дат появления льда.

Методы долгосрочных прогнозов сроков вскрытия рек рассмот­ рим тоже по отдельным районам и на отдельных примерах. На­ помним, что атмосферные процессы в синоптическом сезоне весны более однородны, чем в сезонах осени и предзимья.

Вскрытие рек Восточной Сибири в среднем начинается в пер­ вых числах мая на юге и к концу месяца распространяется на ни­ зовья Лены. Среднее квадратическое отклонение ежегодных сроков вскрытия от средних (от нормы) составляет лишь 5—6 дней. При этом наблюдаются довольно большие отклонения от нормы в сто­ рону раннего вскрытия. Такие вскрытия обусловлены возник­ новением уже в марте западного переноса воздушных масс, т. е.

395

циклонов, идущих с запада на бассейн Лены. Таких же длительных против нормы задержек вскрытия не бывает, потому что возра­ стающий со временем приход солнечной радиации вызывает раз­ рушение ледяного покрова даже при относительно холодной по­ годе. Следовательно, сроки вскрытия Лены и других рек Восточ­ ной Сибири определяются главным образом тем, возникает ли в марте над этой территорией западный перенос воздушных масс, обусловливающий общее потепление, пли сохраняется восточно­ сибирский антициклон с гребнями, направленными на запад и се­ веро-восток. Для количественной характеристики барического поля над Восточной Сибирью применено разложение его в ряд по полиномам Чебышева.

Суть этого разложения состоит в том, что кривую или поле ат­ мосферного давления представляем аналитически в виде ряда, со­ стоящего из суммы произведений числовых коэффициентов на оп­ ределенные функции, заданные алгебраическими многочленами (по­ линомами Чебышева). Разложение кривой имеет вид

единицы до п соответственно числу точек, в которых задана кривая;

Хфі-і.

Для вычисления полиномов имеются таблицы чисел Чебышева, представляющих для равноотстоящих значений аргумента х неболь­ шие целые числа. Разложение поля в ряд по полиномам Чебышева (ф,; opj) имеет вид

F ( x , у)= Л оо-М і0'?і (я) ф (іО+ДоіТо W Фі (У)+Лц<Рі (л*) Р, (у) +

(обозначения прежние).

Коэффициенты разложения вычисляются по формуле

£ F (X, у) <?i (х) *\>J (у)

(6.XIV)

У, ?? (-г) (у)

Таблицы произведений фі(а:)% (у) составляются на основе упо­ мянутых чисел Чебышева в соответствии с количеством точек, в которых определяется F (х, у ) . Для аналитического представле­ ния поля атмосферного давления на синоптической карте выбира­ ется сетка, в узлах которой снимаются значения давления. Расстоя­ ния между узлами по каждой оси должны быть равны между со­ бой. По Восточной Сибири данные снимались в точках пересечения параллелей (через 5°) с меридианами (через 10°) с карт среднего месячного давления на уровне моря за март каждого года. Гра­ ницы поля — 90 и 120° в. д. и 50 и 70° с. ш. — определены последо-

396

вательнымн приближениями. В этих границах находится 20 узлов сетки, по которым и выполнялось разложение.

Точное совпадение вычисленного поля с фактическим достига­ ется, если число членов разложения равно числу точек, которыми задано поле. Одно из преимуществ разложения по полиномам Че­ бышева состоит в том, что обычно поле удовлетворительно описы­ вается небольшим числом членов разложения.

Сопоставление вычисленных одиннадцати коэффициентов раз­ ложения со сроками вскрытия р. Лены показало, что последние наиболее тесно связаны с двумя коэффициентами — третьим (Л0і) и седьмым (Л21). Каждый из членов разложения по полиномам Чебышева характеризует определенный вид атмосферных процес­ сов. В частности, третий член отражает интенсивность западного переноса, а седьмой — развитие областей высокого давления на юговостоке, северо-востоке и западе рассматриваемой территории, что соответствует положению восточно-сибирского антициклона и его основных гребней. В дополнение к характеристикам барического поля для прогноза учитывается отклонение от нормы средней ме­ сячной температуры воздуха в марте по ст. Киренск (АѲш)- По­

него Енисея начинается на юге в среднем в третьей декаде апреля II к третьей декаде мая распространяется на низовья Оби и Енисея. Основная часть периода, когда происходит вскрытие рек южной половины Западной Сибири и формирование на них волны поло­ водья, взламывающей затем лед в среднем и нижнем течении Оби и Енисея, приходится на синоптический сезон весны; он начина­ ется обычно со второй декады марта и оканчивается в первой де­ каде мая. Однородность атмосферных процессов, преобладающих в течение синоптического сезона, позволяет судить о них по харак­ теристикам процессов, наблюдающихся в начале сезона, т. е. в марте. Решающую роль среди них играют выносы тепла с юго-за­ пада, при которых в апреле средние суточные температуры ста­ новятся положительными не только на равнинных частях бассей­ нов, но и в горах Алтая. Выносы тепла происходят при образова­ нии высотной барической ложбины над Европейской территорией

СССР и сопряженного гребня над Западной Сибирью. По восточ­ ной периферии ложбины происходят выходы юго-западных цикло­ нов, по западной'—вторжения холодного воздуха в антициклонах. Повторяемость подобных процессов в марте не велика, в среднем б дней, поэтому поля средних месячных величин метеорологических элементов слабо отражают их развитие. Из схемы процессов этого типа ясно (рис. 149), что при них наблюдается одновременно по­ вышение температуры воздуха в Западной Сибири и понижение

397

ее на северо-западе и в центре Европейской территории СССР. Для количественной характеристики таких процессов были осреднены ежедневные средние суточные температуры воздуха по трем стан­ циям Западной Сибири — Барнаул, Тайга и Сургут п отдельно по станциям Москва и Ленинград. Затем по годам были выбраны те дни в марте, когда средние температуры по первым трем станциям повышались и были выше— 15° С, а по двум другим — понижа­ лись. Сумма температур за эти дни марта по сибирским станциям, взятых в виде превышений над —15° С, тесно связана с аналогич­ ной суммой за апрель и в основном определяет сроки вскрытия рек Западной Сибири. В качестве дополнительного фактора при

долгосрочном прогнозе, осо­ бенно для рек южных районов Западной Сибири, необходимо учитывать среднюю высоту снежного покрова в степях Се­ верного Казахстана и в пред­ горьях Алтая. Она здесь в об­ щем невелика. Когда снега меньше нормы, то уже при пер­ вых потеплениях большая пло­ щадь освобождается от снега и начинается усиленный про­ грев воздуха над темной по­ верхностью почвы. При относи­ тельно высоком снежном по­ крове на длительное время со­ храняются благоприятные ус­ ловия для ночного выхолажи­ вания воздуха.

На рис. 150 приведена за­ висимость для прогнозов вскры­ тия рек бассейна Верхней Оби. С помощью этой зависимости прогнозы составляются в на­

чале апреля II имеют заблаговременность в среднем 25 дней.

Реки северной половины Европейской территории СССР и Прпуралья вскрываются обычно во второй половине апреля — первой половине мая. Анализ атмосферных процессов, с которыми связано вскрытие рек бассейна Камы и Тобола, привел к выводу о возмож­ ности характеризовать эти процессы — выносы тепла с запада и юго-запада — по колебаниям средней суточной температуры воз­ духа, осредненной по станциям Пермь, Чердынь и Уфа. За основу количественной характеристики принята паивысшая температура Ѳмакс, достигнутая за период каждого потепления, выраженная в виде превышения над —10° С, т. е. как (Ѳманс+Ю). Продолжи­ тельность и интенсивность потепления учитываются коэффициен­ том ß, который при разных сочетаниях их принимает значения от нуля до двух; в большинстве случаев он равен единице. Общая ха­

398