3.1. Атмосферная циркуляция
Город Магадан расположен вблизи 60° с. ш. на северо-восточной окраине обширного континента^Азии на северном берегу замерзающего в зимний период Охотского моря, входящего в бассейн Тихого океана.
Согласно классификации Б. П. Алисова, Магадан входит в зону муссоного климата умеренного пояса. Для Магадана индекс континентальности климата £, по С. П. Хромову, равен 0,86 (для Оймякона r = 0,92, для Ленинграда r = 0,81, для Новосибирска r = 0,84).
Соседство обширных водных пространств и суши создает на побережье условия для формирования муссонного типа климата с сезонной сменой направления ветра.
В зимний период над Якутией и бассейном р. Колымы в массах выхоложенного воздуха формируется поле высокого давления— ленско-колымское ядро, которое нередко объединяется с основным азиатским антициклоном. Зимой над северо-восточными районами СССР располагаются массы сухого и холодного континентального воздуха, который распространяется и на район Магадана. Однако периоды морозной ясной погоды, как правило, сохраняются недолго. Зарождающиеся в южных широтах в районе Японии, Желтого и Японского морей циклоны перемещаются в северном и северо-восточном\направлении в район Алеутских островов. Нередко их траектории проходят непосредственно через Охотское море (рис. 4). Сильно охлажденный материк служит естественным препятствием для дальнейшего продвижения циклонов к северу. В районе Охотского моря циклоны либо заполняются, либо поворачивают на восток, усиливая алеутскую депрессию.
В зимний период на северном побережье Охотского моря, в том числе и в Магадане, преобладает ветер северного направления — зимний муссон (с континента на материк). В декабре — январе наблюдается 23—26 дней с циклонической циркуляцией над Охотским морем, за весь зимний период — примерно 108 дней. Несмотря на то что прохождение циклона над районом Охотского моря не всегда вызывает штормовую погоду в Магадане, максимальное число дней со штормовым ветром приходится именно на зимний период.
На рис. 5 показана синоптическая ситуация 25 февраля 1976 г.— выход глубокого южного циклона в район Охотского моря. Скорость северо-восточного ветра в Магадане составляла 15 м/с, максимальные порывы достигали 24 м/с. Штормовой ветер сопровождался выпадением снега и мокрого снега. За весь день 25 февраля выпало 13 мм осадков. Снегопад продолжался до 12 ч 27 февраля. За это время выпало еще 8,5 мм осадков. Сильный ветер вызвал значительный перенос/снежных масс. Метель 25' февраля продолжалась 13 ч, 26 февраля — 20 ч при видимости 2—4 км. Высота снежного покрова увеличилась с 5 до 22 см. Циклон вынес в Охотское море массы теплого воздуха. Максимальная температура воздуха днем 25 февраля в Магадане составляла —10 °С, 26 февраля температура повысилась до —2 °С.
В весенний период над Якутией и центральными районами Магаданской области происходит ослабление области высокого давления, постепенно исчезают благоприятные условия для интенсивной циклонической деятельности над дальневосточными морями, все чаще в этот район перемещаются антициклоны. Повторяемость северо-восточного ветра уменьшается, а повторяемость западного и юго-западного ветра увеличивается. В прибрежную зону выносятся теплые влажные воздушные массы с низкой облачностью и туманами с моросящими осадками.
Характерная синоптическая ситуация для весеннего периода представлена на рис. 6. Над континентом область высокого давления еще сохраняется, но она значительно ослаблена. Охотское море располагается в малоградиентном поле повышенного давления. В период 2—5 мая 1977 г. в Магадане наблюдался туман при видимости 500—1000 м и кристаллическая изморозь. Весь период преобладал ветер западного направления, средняя скорость составляла 2—5 м/с, и максимальная — 7—9 м/с.
Весной, несмотря на общее ослабление циклонической циркуляции, повторяемость циклонов, приникающих в район Охотского моря, еще значительна. Преобладают циклоны, пришедшие с запада; велика также повторяемость южных и амурских циклонов. Циклон, переместившийся 15 мая 1978 г. в район Охотского моря с бассейна Амура, вызвал в городе усиление восточного и юго-восточного ветра, скорость которого составила 12—15, порывы до 25 м/с (рис. 7). Штормовая погода продолжалась 3 дня. В течение 9 ч 15 мая наблюдалась метель с выпадением снега, 17 мая продолжительность метели составляла 14 ч; днем наблюдалось выпадение мокрого снега, ночью отмечался снег. Наиболее сильный снегопад зафиксирован 15 мая — за сутки количество осадков составило 6 мм.
В летний период наблюдается противоположное зимнему влияние поверхности материка и океана на воздушные массы: над быстро прогревающимся континентом активизируется циклоническая деятельность, а над холодной поверхностью моря осуществляется антициклогенез (рис. 8 и 9). Преобладающее направление ветра в прибрежной зоне —западное и юго-западное со стороны моря, т. е. летний муссон. В то время как в центральных районах области летом воздух значительно прогревается, в прибрежной полосе под влиянием бризовой циркуляции преобладает облачная прохладная погода. На рис. 10 представлена синоптическая ситуация, характерная для летнего периода. Зона туманов занимает весь район Охотского моря. В Магадане плотный туман с небольшими перерывами наблюдался с 23 по 26 июня.
В теплый период осадков выпадает больше, чем в зимний. Иногда осадки летом могут наблюдаться ежедневно. Наиболее значительные осадки в городе связаны с прохождением активных фронтальных разделов.
На континентальные районы Магаданской области 22 июня 1976 г. через западную часть Охотского моря переместилась циклоническая область с Хабаровского края. В ее системе осуществлялась адвекция влажного воздуха. Вдоль северного побережья Охотского моря с запада на восток двигался фронт окклюзии. Одновременно с северо-запада с континентальных районов области к побережью приблизился арктический фронт. Войдя в систему циклона, пришедшего с Хабаровского края, фронт активизировался (рис. 11).
Прохождение двух активных фронтальных разделов через Магадан сопровождалось значительным дождем. С 22 по 25 июня выпало 75 мм осадков при месячной норме 47 мм. Самый сильный дождь прошел 23 июня, осадков выпало 35 мм, что составляет больше половины месячной нормы. Ежедневно в период с 22 по 25 июня 1976 г. в Магадане наблюдался туман.
Осенью температурный различия между остывающей поверхностью суши и относительно теплым морем уменьшаются. Циклоническая деятельность над континентальными районами Магаданской области ослабевает, антициклон над Охотским морем разрушается, постепенно повторяемость западного и юго-западного направления ветра уменьшается, случаи выхода в район Охотского моря циклонов с южных морей учащаются. Число дней с циклонической циркуляцией над районом Охотского моря увеличивается до 19—21 в месяц, преобладающим становится ветер северо-восточного направления.
Однако, хотя западный и юго-западный ветер наблюдается реже, скорость его заметно возрастает. Осенью северо-восточные районы континента Азии еще не настолько выхоложены, чтобы быть серьезной преградой на пути циклонов. Поэтому часть из них при благоприятном ветре в атмосфере попадает на континент. В процессе приближения циклона к побережью и дальнейшего его перемещения на север происходит поворот ветра от северных румбов к западным, причем скорость ветра иногда достигает штормовой. Ветер западного и юго-западного направления скоростью 8—10 м/с очень опасен для мелкотоннажного флота, находящегося в бухте Нагаева, так как сильным западным и юго-западным ветром суда могут быть выброшены на берег. Особенно уязвимым' местом является район рыбного порта.
Синоптическая ситуация, при которой произошел поворот ветра в городе, отражена на рис. 12. В начале 29 сентября 1977 г. наблюдался восточный ветер, затем, по мере продвижения циклона на север, направление ветра сменилось на юго-западное; скорость ветра увеличилась до 7—10 м/с с порывами до 16 м/с. Такие условия сохранялись около 30 ч. Сильный ветер сопровождался дождем; количество выпавших осадков 28 сентября составило 8,5 мм, а 29 сентября— 13 мм.
3.2. Атмосферное давление
По атмосферному давлению, измеряемому у поверхности земли, косвенно можно судить о состоянии слоя воздуха, в котором осуществляется жизнедеятельность человека.
Атмосферное давление/непрерывно изменяется. С изменением давления обычно связывают представление об ухудшении или- улучшении погоды. Однако, специалисты знают, что погоду формирует множество факторов, среди которых ход атмосферного давления создает лишь ее общий фон. На практике наиболее часто оперируют средними, максимальными и минимальными значениями давления, а также изменениями давления от одного срока к другому.
Единица атмосферного давления в системе СИ — паскаль. Ее соотношение с внесистемными единицами следующее: 1 гПа = = 1 мбар = 0,75 мм рт. ст.
По значениям среднего месячного атмосферного давления четкого годового хода не прослеживается. Происходит это вследствие того, что циркуляционный механизм изменения давления в прибрежных районах нашей области довольно сложный.
В годовом ходе максимум атмосферного давления наблюдается в марте, что связано с ослаблением к этому времени циклонической деятельности в районе Охотского моря, минимум — в ноябре, т. е. в период повышенной циклонической деятельности (табл. 8).
Годовая амплитуда среднего месячного атмосферного давления невелика и составляет 5 гПа. В летний и зимний периоды атмосферное давление в Магадане в среднем одинаково, весной несколько выше (на 0,3 гПа), чем осенью.
Наибольшее за весь период наблюдений среднее месячное атмосферное давление наблюдалось в феврале 1971 г. (1009,6 гПа) и в марте 1948 г. (1009,5 гПа); наименьшее — в ноябре 1965 г. (983,5 гПа) (табл. 9).
Абсолютный максимум атмосферного давления зарегистрирован в марте 1944 г.— 1033,5 гПа, абсолютный минимум — в январе 1951 г,—941,9 гПа (табл. 10). Таким образом, разница между самым высоким и самым низким атмосферным давлением составляет 91,6 гПа.
Среди характеристик атмосферного давления наибольший интерес представляют изменения давления за короткие промежутки времени. Кратковременные колебания атмосферного давления изучаются медиками, так как замечена зависимость течения ряда заболеваний от погодных условий, среди которых первостепенную роль играет атмосферное давление. Быстрое изменение атмосферного давления сказывается на самочувствии людей и особенно ощущается страдающими сердечно-сосудистыми заболеваниями, гипертониками и гипотониками.
Для оценки изменчивости атмосферного давления в Магадане проводилось сравнение значений давления, измеренного через каждые 6 ч. В отдельные дни за такой сравнительно небольшой промежуток времени давление изменялось на 14—18 гПа, а в январе 1954 г. зарегистрировано максимальное изменение давления — 20,7 гПа.
3.3. Ветер
Ветер характеризуется направлением и скоростью. Направление определяется той четвертью горизонта, откуда дует ветер, скорость измеряется в метрах в секунду.
Наличие или отсутствие ветра часто связывается в нашем представлении с понятием о плохой или хорошей погоде. А при постоянном дефиците тепла, который создается и в прибрежных районах, ветровой режим играет чуть ли не определяющую роль при опенке погоды.
При сильном ветре затрудняется хозяйственная деятельность, а также выполнение работ на открытом воздухе, ограничивается применение механизмов, а следовательно, нарушается привычный ритм жизни города. При сильном ветре создаются дискомфортные условия в жилых и служебных помещениях.
Немаловажную роль играет и направление ветра. Умеренный северо-восточный ветер летом приносит теплый воздух с прогретого континента, ветер западного направления сопровождается холодными туманами и моросящими осадками. Сильный ветер южного и юго-западного направления в бухте Нагаева в период навигации доставляет немало хлопот и волнений рыбакам и морякам
Большую часть года (сентябрь—апрель) в Магадане преобладает ветер восточного и северо-восточного направления, повторяемость других направлений ветра не превышает 18 %. С апреля, когда повторяемость восточного и северо-восточного ветра еще велика, начинает увеличиваться повторяемость западного и юго- западного ветра. В период с мая по август преобладает западный ветер. В сентябре число случаев западного ветра уменьшается почти вдвое и почти на столько же увеличивается число восточного и северо-восточного направления. Повторяемость ветра юго-восточного, южного и северо-западного направления минимальная. Наглядное представление о преобладающем ветре в разные сезоны дают розы ветров (рис. 13). Описанный ветровой режим характерен для прибрежной части городской территории.
Средние скорости ветра различного направления летом мало отличаются друг от друга. Наибольшие различия обнаруживаются зимой, когда средняя скорость самого сильного восточного ветра составляет 7,1 м/с, а наиболее слабого северо-западного —3,6 м/с. Наименьшей скоростью в течение года отличается северо-западный ветер, характеризующийся минимальной повторяемостью. Обращает на себя внимание незначительная повторяемость (4—7%) штилевой погоды в любой сезон (табл. 11).
В табл. 12 приведены значения средней за каждый месяц скорости ветра независимо от направления, а также возможные отклонения в отдельные годы от этих средних. Из данных табл. 12 видно, что наибольший диапазон изменения скорости характерен для февраля; в отдельные годы средняя скорость ветра в феврале может быть больше средней многолетней (почти на 6 м/с), а в самые маловетренные феврали — меньше, чем средняя многолетняя (на 4 м/с).
Оценку суточного хода скорости ветра в каждом месяце можно произвести по данным табл. 13. Зимой суточный ход скорости ветра почти не прослеживается. В это время ветер обусловлен лишь взаимодействием барических систем, а термический фактор (дневное прогревание и ночное охлаждение воздуха) почти отсутствует. В весенне-летний период определяющей является бризовая циркуляция. Причем ночной бриз развит слабо, так как в это время температурные контрасты между морем и сушей сглажены (суша ночью охлаждается, а море остается относительно холодным в течение суток). Поэтому весной и летом днем скорость ветра больше, чем ночью, максимум скорости наблюдается в 17 ч. Осенью, хотя в дневные часы еще сохраняется значительная скорость ветра по сравнению с ночью, суточный ход скорости ветра заметно сглаживается.
Для различных расчетов часто бывает необходимо знать непрерывную продолжительность периода с той или иной скоростью ветра. Особый интерес представляют сведения о непрерывной продолжительности периода со скоростью ветра равной или более 8 м/с. По данным за 10-летний период (1966—1975 гг.) с ноября по апрель непрерывная продолжительность периода со скоростью ветра, равной или более 8 м/с, превышает среднюю продолжительность периода со слабым ветром (≤3 м/с). Наибольшая средняя непрерывная продолжительность периода со скоростью (≥12 м/с приходится на ноябрь, а максимум средней непрерывной продолжительности периода со скоростью ≥16 м/с отмечается в мае. Наибольшая средняя непрерывная продолжительность периода со скоростью ветра ≥ 20 м/с отмечается в апреле и составляет 94 ч, максимальная (154 ч) — в декабре. В июле и августе скорость ветра больше 16 м/с, а в июне и октябре больше 20 м/с не наблюдалась. В марте отмечалась продолжительность периода со скоростью ветра равной или меньшей 3 м/с—183 ч, в августе—159 ч. Наименьшая средняя непрерывная продолжительность слабого ветра отмечалась в декабре. В отдельные годы в декабре такие условия могут сохраняться 117 ч (табл. 14).
В табл. 15 приведена повторяемость сильного ветра (15 м/с и более) разного направления в течение года (данные 40-летнего ряда наблюдений). В течение года отмечается сильный ветер преимущественно восточного и северо-восточного направления. В октябре наибольшую повторяемость имеет сильный южный ветер. В декабре наблюдается в среднем 6 дней с сильным ветром, а в целом за зиму — 22 дня. В отдельные годы в декабре число дней с сильным ветром составляет 19, а за зиму — 72. Летом сильный ветер отмечается не ежегодно, реже всего в июле — примерно 3 раза за 10 лет (табл. 16).
Кроме числа дней с сильным ветром очень важно знать максимальную скорость ветра (табл. 17). Как следует из данных табл. 17, максимальная скорость ветра, отмечалась в Магадане в январе и составляла 40 м/с. Следует отметить, что все приведенные данные о скорости ветра получены на основании осредненных за двухминутный интервал измерений (по флюгеру, а с 1966 г. с помощью анеморумбометра) без учета порывов ветра.
Раньше при строительном проектировании для расчета использовалась максимальная скорость ветра, которая наблюдалась один раз за весь период наблюдений. В последнее время пришли к выводу, что лучше использовать расчетную скорость, возможную один раз за более короткий промежуток времени, которая определяется в зависимости от того, на какой срок службы рассчитывается строящийся объект. При этом чаще всего используется скорость ветра, возможная один раз в 20 лет т. е. 5%-ной обеспеченности (см. табл. 12). При необходимости можно получить данные о расчетной скорости ветра, возможной один раз в год, 5 лет, 10 лет и т. д.
Рассмотренные выше данные относятся к приземному слою воздуха. Для характеристики ветрового режима над городом и его окрестностями были использованы данные ветрового зондирования атмосферы, полученные за десятилетний период (1966— 1975 гг.), на высотах 100, 200, 300, 500 м над поверхностью земли.
В табл. 18 приведены данные о повторяемости направления ветра на высотах 0,5 и 1 км, полученные по результатам зондирования, и данные измерений на высоте флюгера (12 м). Из приведенных данных видно, что на высоте 500 м изменение направления ветра примерно такое же, как и в приземном слое. Особенности распределения направления ветра на высоте хорошо проявляются также при анализе рис. 14
Скорость ветра в слое 100—500 м (табл. 19) больше, чем в приземном слое (на высоте 12 м). В январе на высотах 200, 300 и 500 м скорость ветра больше, чем в другие месяцы. В январе наибольшая скорость на этих высотах наблюдается в утренние часы (11 ч), т. е. несколько позднее, чем у поверхности земли. В июле, в слое от земли до высоты 300 м, самый сильный ветер наблюдается во второй половине дня (17 ч). В апреле и октябре суточный ход более сглажен: на разных высотах средний максимум скорости ветра наблюдается в разное время. Данные о максимальной скорости ветра на разных высотах в различные часы суток приведены в табл. 20. Как видно из приведенных в табл. 20 данных, максимальная скорость ветра с высотой увеличивается. Так, в январе, если у поверхности земли максимальная скорость ветра составляла 22 м/с, то на высоте 200 м — 27 м/с, а на высоте 300 м — 43 м/с.
