Очень часто далеко недостаточно характеризовать погоду или климат набором отдельных метеорологических величин. Гораздо показательней при этом пользоваться их сочетаниями, состоящими из двух или более величин. Так, низкая температура воздуха вызывает неприятные ощущения, но в сочетании с ветром эти ощущения усиливаются. При высокой влажности и ветреной погоде создается ощущение сырости, а при низкой температуре и большой влажности ощущение сырости и холода усиливается.
В табл. 8 приложения приводятся данные о повторяемости сочетаний различных значений температуры воздуха и скорости ветра, которые встречаются в течение года. Чаще всего скорость ветра 20 м/с и более отмечается при температуре —2 ... —8 °С, в отдельных случаях такая скорость наблюдается и при более низкой температуре —1 6 ...—20 °С. Самая низкая температура воздуха наблюдалась в сочетании со скоростью ветра 4—6 м/с.
В период с декабря по февраль наибольшую повторяемость имеют сочетания температуры —14 ... —22 °С и скорости ветра 4—6 м/с, с июля по август — сочетания температуры 8 . . . 14 °С и скорости ветра 2—6 м/с.
Зимой определенные сочетания температуры и скорости ветра относят к суровым условиям погоды, в этом случае иногда применяют термин «жесткость погоды». Из-за преобладания ветреной погоды в прибрежных районах жесткость погоды оказывается больше, чем в Центральной Якутии — в районе Оймякона. При критических сочетаниях температуры и скорости ветра, вызывающих неблагоприятное влияние на организм человека, ограничиваются или прекращаются работы на открытом воздухе. Для сопоставления различный сочетаний температуры и скорости ветра вводится понятие «приведенной температуры». Приведенную температуру можно рассчитать по формуле
С помощью приведенной температуры можно определить степень дискомфортности погодных условий и режим работ на открытом воздухе. По исследованиям гигиенистов, при значениях tпр ≤ —28 °С необходим обогрев через каждые 45—50 мин, при tпр ≤—38 °С рабочее время должно сокращаться на 30%, при tпр ≤ —42 °С — полностью прекращаются работы на открытом воздухе. В условиях Магадана число так называемых активных дней за год, согласно приведенным критериям, составляет в среднем 33, а с дополнительным обогревом — около 130. Однако, если учитывать только дневное время, то количество нерабочего времени с дополнительными перерывами значительно сократится. В каждой местности критерий для установления режима работы утверждается соответствующими постановлениями Советов народных депутатов.
Иногда важно знать, при каком направлении ветра отмечаются низкая и высокая температура воздуха. Наглядную картину распределения температуры при разном направлении ветра дают термические розы. На рис. 26 последние представлены для четырех месяцев — основных представителей сезонов. В январе низкая температура наблюдается при северном направлении ветра. Так, если при ветре южного направления средняя температура составляет около —15 °С, то при северном направлении она равна —20,7 °С. В мае отрицательная температура имеет примерно одинаковую повторяемость при северном, северо-восточном, восточном и западном направлении ветра. В июле температура воздуха не зависит от направления ветра. В октябре наиболее высокая температура воздуха отмечается при южном направлении ветра.
Наряду с термическим и ветровым режимом важной характеристикой климата является сочетание температуры и влажности.
В Магадане зимой наибольшей повторяемостью характеризуются сочетания температуры воздуха —15 ... —20 °С и относительной
влажности 50—60 %; в летний период соответственно 10... 15 °С и 90—100%. В сентябре повторяемость влажной погоды довольно
высокая, но отмечается она, как правило, на фоне более низкой температуры воздуха (—5 . . . —10 °С). Повторяемость низкой относительной влажности « 3 0 %) очень мала, чаще всего такая влажность наблюдается в сентябре при температуре воздуха 10... 15 °С. Считается, что наиболее благоприятными для организма человека являются сочетания температуры 18...22 °С и относительной влажности 35—65 В Магадане повторяемость таких сочетаний слишком мала; они изредка отмечаются только в период с мая по август в светлую часть суток./Повторяемость благоприятных условий в течение лета (в процентах от общего числа наблюдений за летний период) распределяется следующим образом:
Ежемесячные данные о повторяемости различных сочетаний температуры воздуха и направления ветра, температуры и относительной влажности для центральных месяцев сезона и за год приводятся в табл. 9 и 10 приложения.
До недавнего времени при оценке влияния метеорологических условий на здоровье и самочувствие человека учитывались лишь перечисленные выше факторы: температура, влажность воздуха, скорость ветра. Однако тепловое состояние человека особенно в летнее время в значительной степени зависит от поступления солнечной радиации. Для биоклиматической характеристики города проводился расчет составляющих уравнения теплового баланса тела человека по методике, разработанной в Среднеазиатском региональном научно-исследовательском гидрометеорологическом институте проф. Б. А. Айзенштатом, для теплого периода (май—сентябрь) и центрального зимнего месяца (январь). Затем, в соответствии с методикой, по шкале (табл. 67) оценивалось тепловое состояние и теплоощущение человека, находящегося в состоянии покоя на открытом воздухе. Расчеты показали, что в условиях Магадана в летние месяцы происходит потеря тепла организмом, которая компенсируется соответственно подбираемой одеждой. Так,
в январе происходит очень большая потеря тепла, что соответствует ощущению очень холодной погоды (одежда — зимняя утепленная).
В мае только в первую половину дня, да и то не каждый год, создается ощущение умеренно холодной погоды (одежда — демисезонная), в остальное время суток, согласно проведенным расчетам составляющих теплового баланса тела человека, сохраняется ощущение холодной погоды (зимняя одежда). В среднем за 9-летний период, для которого были проведены расчеты, и в июле, и в августе в первую половину дня теплоощущения соответствуют умеренно холодной погоде, хотя примерно в 45 % лет потери тепла организмом уменьшаются, для их компенсации достаточно подобрать соответствующую одежду. В сентябре в утренние и послеполуденные часы часто создается ощущение холодной погоды, рекомендуется носить зимнюю одежду, в околополуденные часы преобладает умеренно холодная погода, рекомендуется носить демисезонную одежду (табл. 68).
Результаты расчета показали, что в Магадане условия теплового комфорта отсутствуют. Однако следует отметить, что расчеты проводились по осредненным за месяц данным. Вполне возможно, что такие условия существуют, если не в течение всего дня, то в течение нескольких часов.
При расчетах теплового баланса человека и показателей теплового состояния человека в качестве исходных используются следующие величины: температура, влажность воздуха, скорость ветра, облачность (в баллах), атмосферное давление, прямая, рассеянная и отраженная солнечная радиация.
Комплексные характеристики климата находят широкое применение и в строительной климатологии. Одна из основных задач строительной климатологии — исследование режима увлажнения стен при дожде. До сих пор для этой цели использовались данные о количестве осадков, поступающих на горизонтальные поверхности, однако, дождь падает вертикально в редких случаях. Поэтому стены домов смачиваются дождем-, часть осадков стекает, другая часть впитывается стенами, влага проникает в стыки между панелями. В Магадане при сильном дожде влага иногда проникает внутрь жилых помещений! Количество осадков, поступающих на вертикальную поверхность, зависит прежде всего от скорости и направления ветра, создающих определенный угол падения капель, а также от ориентации стены по отношению к направлению ветра во время дождя. Дожди с ветром условно называются косыми. Для оценки смачивания стен по методике А. А. Цвида были рассчитаны суммы осадков, падающих на вертикальную стену (по данным за
1937—1975 гг.). Затем количество осадков было пересчитано для стен разной ориентации:
Анализ этих данных показал, что наибольшему воздействию дождей подвергаются стены, ориентированные на северо-восток, много осадков попадает также на восточные, юго-западные и западные стены.
На рис. показаны роза ветра за теплый период и роза ветра, характеризующая повторяемость направлений ветра при дожде. Как видно из рис. 27, в теплый период преобладает западное направление ветра, но дожди чаще всего сопровождаются северо-восточным направлением ветра, несколько меньше их повторяемость при восточном и юго-западном направлении ветра и значительно меньше при ветре других направлений.
Неблагоприятные условия для работы целого ряда городских организаций и предприятий возникают при ухудшении видимости до 1 км и менее, особенно в сочетании с ветром. Повторяемость таких условий погоды в течение года представлена в табл. 69. Из данных табл. 69 видно, что плохая видимость при слабом ветре чаще отмечается в летний период. Повторяемость сильного ветра (более 12 м/с) в сочетании с низкой видимостью больше в ноябре и декабре.
Для определения толщины стен зданий, мощности систем отопления и для других целей используется расчетная температура наружного воздуха, например, средняя многолетняя температура наиболее холодной пятидневки. Продолжительность периода 5 дней достаточна для достижения наибольшего охлаждения стен зданий.
Кроме температуры самой холодной пятидневки, на практике часто используется так называемая зимняя вентиляционная температура, т. е. средняя температура наиболее холодной части отопительного периода.
Для каждой местности устанавливаются свои сроки подключения и отключения отопительной системы. За отопительный период, в том числе и для Магадана, принимается период, в течение которого средняя суточная температура сохраняется ниже 8 °С. При средней дате начала отопительного периода 15 сентября в отдельные годы средняя суточная температура 8 °С и ниже устанавливается уже в первой пятидневке сентября. Средняя дата окончания отопительного периода — 25 июня, но иногда средняя суточная температура повышается до 8 °С только в первой пятидневке июля. Продолжительность отопительного периода колеблется от 263 до 303 дней. В наиболее теплые годы с вероятностью 5 % (один раз в 20 лет) начало отопительного периода приходится на 23 сентября, а конец — на 11 июня. В наиболее холодную осень один раз в 20 лет (обеспеченность 5% ) дата начала отопительного периода отмечается 31 августа и дата окончания при затяжной весне — 8 июля (табл. 70). В Ленинграде отопительный период короче примерно на 50—55 дней.
Сведения о режиме отопления необходимы для решения ряда практических задач. Они учитываются прежде всего при планировании запасов топлива, регулирования отпуска тепла, а также для расчета оптимального варианта ограждения зданий, при котором суммы затрат на строительство и отопление будут минимальными. Под влиянием низкой наружной температуры и сильного ветра возникает так называемый дефицит тепла, т. е. количество тепла, которое необходимо для поддержания в помещениях требуемой температуры. Дефицит тепла уменьшается за счет солнечной радиации, падающей на стены зданий, проникающей внутрь через оконные проемы.
В табл. 71, наряду с перечисленными выше расчетными характеристиками, приведены сведения о дефиците тепла для разных условий: без учета ветра и солнечной радиации (а), при учете ветра и 1/2 потока солнечной радиации (б), с учетом ветра и полного потока радиации (в). (Для сравнения в скобках приведены данные о дефиците тепла в Ленинграде.)
Данные в графе б характеризуют дефицит тепла для зданий в условиях плотной городской застройки, данные в графе в — дефицит тепла для отдельно стоящих зданий.