4.1. Температура воздуха
Наиболее важной характеристикой климата является температура воздуха. На практике наиболее часто пользуются средней суточной, максимальной и минимальной температурой воздуха. Распологая данными о ежедневной температуре воздуха за ряд лет, при необходимости можно рассчитать другие характеристики термического режима.
Средняя годовая температура воздуха в Магадане отрицательная (-—3,6 °С). Пять месяцев в году (май—сентябрь) средняя месячная температура положительная/
Самый холодный месяц в году — январь (повторяемость 42% ), средняя температура января составляет —17,1 °С. Самая низкая температура воздуха наблюдалась в январе 1954 г. (—34,6 °С). Средняя месячная температура в январе изменяется от —9,6 до —22,9 °С. В январе отклонения температуры от нормы составляют 7,5 °С, но чаще всего суточная температура не выходит за пределы —12 ...—20 °С. Из рассмотренных 26 (38 %) зимних сезонов самым холодным (в 10 случаях) был февраль. Минимум температуры воздуха в феврале отмечался в 1969 г. и составлял —33,3 °С. Примерно один раз в 6 лет (15 %) самым холодным
оказывался декабрь, а зимой 1955—56 г. самая низкая температура отмечалась в марте.
В январе обычно отмечается более 20 дней со средней суточной температурой воздуха ниже —15 °С, средняя суточная температура в январе 1964 г. была ниже —15 °С. Из рис. 15 видно, что в феврале вероятность средней суточной температуры ниже —15 °С в течение 20 дней составляет 40%, а в течение 15 дней — 70%. В декабре 25 дней с температурой воздуха —15 °С можно ожидать с вероятностью 13 %
В январе наблюдаются наиболее продолжительные периоды с низкой температурой воздуха ( < —15 °С). В декабре и феврале продолжительность периодов с температурой ниже —15 °С примерно одинакова, но значительно меньше, чем в январе. Наибольшая продолжительность периодов с минимальной температурой (—3 0 ...—32 °С и ниже) отмечается в феврале (табл. 21).
Из данных табл. 21 видно, что в октябре продолжительность периода с температурой —20 °С и ниже составляет в среднем 7 ч.
В марте более 2 ч сохранялась температура воздуха ниже —26 °С, в апреле — ниже —18 °С.
Самые теплые месяцы в Магадане — июль и август. Средние месячные значения температуры воздуха в июле и августе составляют соответственно 11,2 и 11,5 °С. Самая высокая температура воздуха за весь период наблюдений была отмечена в июле и составляла 26,0 °С (1947, 1971 гг.).
Теплый период характеризуется незначительным изменением средней месячной температуры воздуха от года к году по сравнению с зимой. Средние отклонения от нормы не превышают 1 °С, а предельные составляют 5,4 °С (сентябрь). В июле и августе наибольшую повторяемость имеют средние суточные значения температуры воздуха 10... 12 °С. В июле в 70% лет число дней со средней суточной температурой 10 °С и выше превышает 20, а
в августе — 25. В отдельные годы средняя суточная температура выше 10 °С сохраняется в течение июля и августа. За весь период наблюдений средняя суточная температура выше 20 °С была отмечена один раз — 5 августа 1964 г.
Вероятность числа дней с температурой воздуха 10 °С и выше можно определить по данным рис. 16.
Номограмма, приведенная на рис. 17, позволяет определить вероятность различных значений минимальной температуры. По этой номограмме можно определить повторяемость наиболее низкой температуры воздуха. Так, в январе и феврале вероятность минимальной температуры —30 °С и ниже составляет примерно 30 %. В июне и сентябре вероятность понижения температуры воздуха до 0 °С составляет 25 % .
Средние многолетние данные о температуре воздуха за каждый месяц — средние максимальные и минимальные значения,
наиболее высокие и низкие, абсолютный максимум и минимум —приведены в табл. 22.
Обобщенные за весь период наблюдений ежедневные термические характеристики за каждый месяц приводятся в табл. 6 приложения. Эти данные позволяют охарактеризовать термические особенности любого дня, выбрать периоды, в которые с наибольшей вероятностью можно ожидать благоприятные условия для проведения различных мероприятий В качестве примера рассмотрим многолетние данные, приведенные в табл. 6
приложения за 1 мая. Средняя суточная многолетняя температура воздуха за этот день составляет —1,5 °С; самая высокая средняя суточная (3,2 °С) и дневная (6,9 °С) температура воздуха отмечалась 1 мая 1962 г.; наиболее низкая средняя суточная (—7,0 °С) и дневная (—2,7 °С) температура наблюдалась в 1946 г. Абсолютный минимум температуры отмечался 1 мая 1954 г. (—10,4 °С). Согласно многолетним данным, в этот день наиболее вероятная (60 %) температура воздуха от 0 до —4 °С.
Из анализа данных о ежедневной температуре воздуха различной обеспеченности за 10-летний период можно сделать вывод, что в зимний период (ноябрь—март) термический режим наиболее неустойчив. Так, разница между температурой воздуха 1- и 99% -ной обеспеченности 16 января составляет 30,4 °С, 23 января она уменьшается до 14,1 °С. Согласно данным о температуре воздуха различной обеспеченности, 22 января — самый холодный день месяца за период 1966—1975 гг. В течение 10 лет в этот день температура воздуха не поднималась выше —13,2 °С, но зато понижалась до —29,4 °С. Самый теплый день в январе за этот период— 30 января.
В апреле диапазон возможных изменений температуры воздуха уменьшается. Наибольшая разница между темературой 1- и 99% -ной обеспеченности отмечается 8 апреля (20,5 °С), наименьшая — 30 апреля (10,6 °С). Самый устойчивый температурный режим устанавливается в сентябре, когда наибольшая разница температуры воздуха указанной обеспеченности (13,9 °С) отмечалась в последний день месяца, а в начале месяца (1—3 сентября) расхождения были минимальны (9,5 °С).
Самый теплый день за рассматриваемый период— 10 августа. Описанному режиму изменения термических характеристик в отдельные дни соответствует межсуточная изменчивость температуры воздуха (табл. 23). Максимальная межсуточная изменчивость отмечается в январе (2,6 °С), минимальная — в августе и сентябре (1,1 °С).
Следует отметить, что годовой ход суточной амплитуды температуры воздуха несколько иной. В связи с тем что продолжительность дня в зимний период составляет всего 6—9 ч, высота солнца мала и в околополуденные часы в январе не превышает 12,8, а в декабре 8,1°, температура воздуха при устойчивой погоде в течение суток изменяется незначительно. Так, суточная амплитуда в ноябре составляет в среднем 1,6, в декабре 0,7, в январе 1,2 °С. Максимальная суточная амплитуда отмечается в марте и апреле, так как в это время преобладает малооблачная погода, в ночные часы воздух значительно выхолаживается, а днем заметно прогревается. Максимальная температура в марте на 5,5 °С, а минимальная на 3,8 °С выше, чем в феврале. Такая же картина наблюдается и в апреле. В мае за счет увеличения облачности под влиянием активизации циклонической деятельности и бризовой циркуляции амплитуда уменьшается. Меньше всего колеблется температура воздуха ото дня к ночи в июле и августе. В сентябре (время смены муссона) амплитуда увеличивается, но не достигает значений, наблюдаемых в апреле, а с октября она снова
понижается (табл. 24).
Данные о средней месячной амплитуде температуры воздуха и средней межсуточной их изменчивости в течение года не дают полного представления о возможных колебаниях температуры воздуха. А между тем анализ максимальных изменений температуры от одного срока измерения до другого показал, что эти колебания могут достигать 12 °С за 6 ч и 10 °С за 3 ч. Ниже приводятся ежемесячные максимальные значения межсрочных изменений температуры A t за период 1937—1965 гг. с шестичасовым интервалом между сроками:
С введением в 1966 г. восьми сроков наблюдений стало возможным проследить максимальные изменения температуры Δ t за 3 ч:
Как видно из табл. 24, минимальная температура воздуха в зимний период наблюдается в ночные и утренние часы; в январе повышение температуры начинается с 9 ч, в феврале — с 8 ч. С увеличением высоты солнца более четко прослеживается суточный ход температуры воздуха. Так, в марте повышение температуры начинается сразу после восхода солнца, т. е. после 7 ч, а в мае—июле — после 4 ч.
Максимум температуры воздуха наступает как правило, в 13— 14 ч. В марте, апреле и августе максимум температуры воздуха приходится на 15 ч.
Переход средней суточной температуры через 0 °С в сторону повышения приходится в среднем на 9 мая, но в отдельные годы температура воздуха выше 0 °С может установиться значительно раньше или, наоборот, позже средней даты. Так, с вероятностью 5 % можно ожидать переход температуры через 0 °С 1 мая и раньше; к 15 мая вероятность перехода увеличивается до 90 %. Средняя дата перехода температуры через 10 °С — 6 июля; наиболее ранний переход через этот предел с обеспеченностью 5 % осуществляется 26 июня и раньше, поздний — с обеспеченностью 90 % — до 14 июля. Осенью, при понижении температуры, переход через О °С осуществляется в среднем 11 октября. Продолжительность периода с температурой выше О °С в Магадане составляет 154 дня. Продолжительность периода со средней суточной температурой ниже —10 °С составляет 221 день — с 6 ноября по 29 марта. Устойчивого периода со средней суточной температурой ниже —20 °С в городе не отмечается. В табл. 25 и 26 приводятся сведения о датах перехода температуры воздуха через различные пределы, обеспеченности этих переходов в определенные даты и о продолжительности периодов с температурой выше или ниже этих пределов.
Кроме дат перехода средней суточной температуры через определенные пределы метеорологи оперируют еще понятиями устойчивого мороза и заморозка. Устойчивыми морозы считаются в том случае, когда не только минимальная или средняя суточная, но и измеренная в любой срок температура имеет отрицательные значения, и внутри периода, удовлетворяющей? этим условиям, при повышении температуры выше 0 °С продолжительность оттепелей не должна превышать 2—3 дней. Устойчивые морозы, по средним многолетним данным, наступают 22 октября, прекращаются 22 апреля, продолжительность периода с устойчивыми морозами составляет 183 дня.
Заморозок отмечается в том случае, когда в ночные и утренние часы наблюдается отрицательная температура, а днем температура воздуха поднимается выше нуля. Заморозки — крайне неблагоприятное явление для выращивания овощных культур в пригородных хозяйствах. В Магадане заморозки в воздухе наблюдаются в начале и в конце лета, а также осенью. Средняя дата последнего (в начале , лета) заморозка — 5 июня, заморозки в июне случаются чаще, чем один раз в два года (59% лет). В 1937 г. последний заморозок был 20 июня. Осенью заморозки в среднем начинаются 25 сентября. Самые ранние заморозки были отмечены 24 августа 1943 г.; в этот же год был самый короткий безморозный период (84 дня). Заморозки в августе — явление довольно редкое, повторяемость заморозка — примерно один раз в 20 лет. В 1953 г. заморозки начались намного позже обычного (с 8 октября). В сентябре заморозки бывают так же часто, как и в июне. Важно знать не только повторяемость заморозков, но и степень понижения температуры воздуха при заморозках, т. е. интенсивность заморозка как в начале лета, так и в начале осени. На рис. 18 показана вероятность лет с заморозками различной интенсивности по декадам. Анализ рис. 18 показал, что вероятность заморозков с температурой воздуха до —10 °С в первой декаде июня составляет 20 %, во второй декаде она снижается до 3 %, а в третьей декаде возможно понижение температуры воздуха ниже 2 °С, но при этом она остается выше 0 °С. В третьей декаде августа и первой декаде сентября вероятность понижения температуры до 0 °С составляет 3 % .
Необходимо отметить, что приведенные сведения о заморозках справедливы только для небольшой территории, расположенной вблизи метеорологической станции. Разнообразие рельефа в городе и пригороде создает различия в условиях нагревания и охлаждения отдельных участков и районов. В пониженных местах (долины рек Магаданки и Дукчи) в ясные, безветренные ночи вероятность заморозков больше, чем на склоне сопки, где проводятся метеорологические наблюдения.
В ноябре еще бывают периоды, когда температура воздуха ее опускается ниже 0 °С. В декабре, январе и реже в феврале в отдельные наиболее теплые зимы отмечается отМ до 4 дней в месяц с оттепелями, когда максимальная температура воздуха достигает положительных значений. Повышение температуры воздуха выше 0 °С в феврале наблюдается редко — один раз в 20 лет.
Сведения о числе дней с заморозками, оттепелями и без них в течение года представлены в табл. 27.
4.2. Температура почвы
Термический режим верхних слоев почвы существенно отличается от термического режима приземного слоя воздуха. Температура
нижнего слоя воздуха, прилегающего к поверхности земли, зависит от температуры поверхности почвы.
На температуру почвы оказывают влияние механический состав и тип почвы, ее влажность, рельеф местности и состояние ее поверхности (характер растительности, высота снежного покрова и др.). Температура почвы даже на близко расположенных участках может значительно различаться. Следует отметить, что Магадан находится в зоне вечной мерзлоты с залегающими на разной глубине и различными по мощности линзами льда. Это, в свою очередь, может приводить к тому, что в разных районах города и пригорода складывается совершенно иной термический
режим, чем в пункте измерений.
Измерения температуры почвы производятся на площадке городской метеостанции. Температура поверхности почвы определяется летом по термометрам, установленным на оголенном от травянистого покрова, взрыхленном участке, зимой — на поверхности снега. Резервуары напочвенных термометров наполовину погружаются в почву или снег. Из-за больших погрешностей такого метода измерений полученные данные лишь ориентировочно характеризуют термический режим тонкого поверхностного слоя.
Температура поверхности почвы, так же как и температура воздуха, бывает положительной пять месяцев в году (с мая по октябрь).
Самая низкая средняя месячная температура почвы отмечается в январе, абсолютный минимум (—42 °С) зарегистрирован в декабре, январе и марте. В отдельные годы в центральные зимние месяцы температура почвы может повышаться до 1...2 °С, в марте самая высокая температура составила 8 °С.
В июле и августе средняя месячная температура поверхности почвы составляет 14. ..15 °С. Самая высокая температура (48 °С) отмечалась в июле 1960 г. В отдельные годы в июле температура
поверхности почвы ночью может понизиться до 0 °С, а в июне и августе — до —3 °С (табл. 28).
Заморозки на поверхности почвы могут быть и в конце июня при средней дате их окончания 10 июня. Осенью заморозки начинаются в сентябре (средняя дата 9 сентября); один раз в 5 лет возможны заморозки в конце августа. Продолжительность безморозного периода на почве в среднем составляет 90 дней, в отдельные летние сезоны она сокращается до 75 дней. В пониженных местах заморозки могут заканчиваться позже и раньше начинаться, их интенсивность выше, чем в районе метеоплощадки.
В теплый период температура верхнего 20-сантиметрового слоя почвы определяется с интервалом 5 см по коленчатым термометрам. Полученные данные характеризуют температуру пахотного слоя. В июне, июле и августе в слое 0—20 см температура почвы с глубиной понижается. В сентябре температура почвы в слое 5—10 см незначительно выше, чем на поверхности, а в слое 0—20 см почти не изменяется. Ниже приведены данные о температуре почвы t„ в слое 0—20 см:
Оттаивание почвы в Магадане начинается в апреле. В мае нулевая изотерма распространяется в среднем до глубины 70 см (иногда до глубины 2 м); в отдельные годы нулевая изотерма не достигает глубины 20 см.
Промерзание почвы начинается в октябре. В декабре отрицательная и нулевая температура распространяются на глубину 1,6 м, а в феврале — на весь слой толщиной 3,2 м. С глубиной в годовом ходе наблюдается постепенный сдвиг наступления максимума и минимума температуры на более поздние сроки. Так, на глубине 40 см положительная средняя суточная температура устанавливается лишь в июне и удерживается до октября, самая высокая температура отмечается в августе, самая низкая — в феврале. На глубинах 1,6 и 2,5 м положительная температура устанавливается только в июле, отрицательная — в декабре и январе. Самая высокая температура на этих глубинах отмечается в сентябре, самая низкая на глубине 1,6 м — в марте, а на глубине 2,5 м — в апреле.
С глубиной годовой ход температуры сглаживается. Так, если на поверхности почвы амплитуда составляет 36,5 °С, то на глубине 2,5 и 3,2 м соответственно 4,5 и 2,5 °С.