Північне сяйво: що таке. Про сонячне сяйво та його тривалість

Про сонячне сяйво та його тривалість

За матеріалами ж-ла "Наука і життя"
Кандидат географічних наук
В. ОЛЕКСЄЄВ

Тривалість сонячного сяйва - такий самий, можливо, рідше згадуваний метеорологічний показник, як температура повітря, вологість, хмарність, величина і тривалість атмосферних опадів. Сонячне сяйво - це освітленість земної поверхні прямими променями сонця, не закритого від нас щільними хмарами. Це частина потоку сонячної енергії і називається " прямий радіацією " .
Пряму сонячну радіацію вимірюють за допомогою спеціального приладу, актинометра (буквально "променемір"). Це невелика труба, спрямована на сонячний диск. є й інший спосіб: вимірявши величину загальної радіації, виключити з неї ту частину, яка обумовлена ​​розсіюванням, а для цього затінити приймач приладу, який вимірює величину всього потоку сонячної енергії, який називається піранометром.
Тривалість сонячного сяйва промені сонця здатні записати самі, якщо сфокусувати їх на спеціально розграфленій за часом доби стрічці, встановленій у фокусі скляної кулі. Прилад цей – геліограф. Їм забезпечені усі метеостанції світу. Влаштований геліограф просто: чавунна підставка, в якій кріпиться скляна куля та встановлюється стрічка, орієнтується відповідно до географічної широти місця, взаєморозташування країн світу. Геліограф стоїть нерухомо, а сонце переміщається по небосхилу, і його промені, пройшовши через скляну кулю, залишають на стрічці чорний проріз пропалу - слід свого руху по небу, що димить, з моменту сходу до заходу сонця.
Якщо сонце сяє весь день без перерви, кількість годин сонячного сяйва практично збігається із тривалістю світлового дня. Так буває у ясні дні. Але якщо хоч на десять хвилин меркло сонце, закрите хмарами, що набігли, пропал на стрічці геліографа переривається. Наприкінці дня можна підбити підсумок - скільки годин і хвилин надходив від сонця потік прямої радіації. Величина тривалості сонячного сяйва - важлива характеристика погоди та клімату, що змінюється залежно від географічної широти (слід за зміною тривалості світлового дня) та від умов циркуляції атмосфери. зміна повітряних мас, а разом з нею хмарності і ступеня прозорості атмосфери наближає реально спостерігається тривалість сяйва сонця до можливої ​​за ідеальних умов величини, то видаляє від неї.
У полярних областях добова тривалість сонячного сяйва може становити всі 24 години. Ефект цілодобового дня вражаючий - незважаючи на часту негоду влітку, в Заполяр'ї число годин сонячного сяйва дуже велике. Наслідок цього - значний сумарний прихід променистої енергії, що не поступається у літні місяці екваторіальним величинам. Річна сума цього тепла в районі Північного полюса втричі менша, ніж на екваторі, але місячні суми у травні, червні, липні приблизно однакові за рахунок більшої тривалості сонячного сяйва.
Антарктида представляє у цьому відношенні один із чудових парадоксів. На крижаний материк, незважаючи на піврічну полярну ніч, надходить у середньому протягом року близько 120 кілокалорій променистої енергії, майже річне надходження сонячного тепла в екваторіальній зоні. У літні місяці, за цілодобового сяйва сонця, холодна Антарктида отримує значно більше тепла, ніж екваторіальні спекотні країни. Це пояснюється великою прозорістю атмосфери і близькою відповідністю величин сонячної радіації, що реально спостерігаються, ідеально можливим. Інша річ, що білий щит крижаного покриву майже все це тепло відбиває назад у світовий простір.
Метеорологи широко застосовують цей показник, який дає можливість уявити, якою мірою використовуються сонячні ресурси. Порівнюючи відношення реальної тривалості сонячного сяйва до можливої ​​в цьому місці, можна виявити райони, особливо багаті на сонце.
Одне з сонячних місць на території колишнього СРСР - західний берег Криму, де річна тривалість сонячного сяйва перевищує 3000 годин, а в липні в Севастополі не закритий хмарами сонячний диск панує на небі протягом 356 годин. Це на кілька годин більше, ніж на схід - у Ялті та Алушті, і на 122 години більше, ніж у південнішому чорноморському місті Батумі. У той же час у заполярному Верхоянську, поблизу "полюса холоду" північної півкулі, тривалість сонячного сяйва у травні так само велика, як у Севастополі в липні. Лише трохи менше вона у червні та липні. Річна сума годинника сонячного сяйва у Верхоянську більше, ніж у Батумі, і на 400-500 годин більше. ніж у Москві.
Звісно, ​​щороку спостерігаються певні відхилення (іноді значні) від цих середніх показників. "Рік рік не доводиться" - ця істина справедлива й у тривалості сонячного сяйва.

Тривалість сонячного сяйва у деяких містах колишнього СРСР

Відношення тривалості сонячного сяйва, що реально спостерігається, до можливої ​​(у відсотках)

Полярне сяйво чи аврора (Aurora Borealis) це природне світіння (люмінесценція) піднебіння, яке добре видно, особливо, у високих широтах, воно викликане зіткненням заряджених частинок з атомами у верхніх шарах атмосфери (термосфери).

Як утворюється полярне сяйво? Заряджені частинки магнітосфери, які вона захоплює із сонячного вітру, прямують магнітним полем Землі в атмосферу. Більшість сяйв відбуваються в регіонах, відомих як зони полярних сяйв, які, як правило, розташовуються на відстані 10-20 градусів від магнітного полюса, що визначається віссю магнітного диполя Землі. Під час геомагнітної бурі ці зони розширюються до нижчих широт, так що з'являється можливість побачити полярне сяйво в Москві.

Класифікація

Північне сяйво над озером

Полярне сяйво як природне явище класифікуються на дифузне та точкове (дискретне). Дифузне виглядає як безлике свічення в небі, яке може бути не видно неозброєним оком, навіть у темну ніч. Точкові — відрізняються яскравістю, від ледь видимих ​​неозброєним оком, до досить яскравих, настільки, щоб читати газету в нічний час. Точкове північне сяйво можна побачити лише на нічному небі, бо воно не настільки яскраве, щоб стати помітним і вдень. Полярне сяйво північ від Росії відомо, як північне полярне сяйво.

Північне сяйво причин виникнення

Північне сяйво виникає в стратосфері поблизу магнітного полюса, воно видно у вигляді зеленого свічення, іноді з домішками червоного. Точкові полярні сяйва часто демонструють лінії магнітного поля, і можуть змінювати свою форму від кількох секунд до кількох годин. Коли можна побачити північне сяйво? Воно найчастіше відбувається поблизу рівнодення.

Магнітне поле Землі та сяйва тісно пов'язані. Магнітне поле Землі захоплює частинки сонячного вітру, багато з яких потім переміщаються до полюсів, де і стикаються з атмосферою Землі. Зіткнення між цими іонами, атмосферними атомами і молекулами призводить до викидів енергії у вигляді світіння атмосфери, що з'являються у вигляді великих кіл навколо полюсів. Аврора яскравіша під час інтенсивної фази сонячного циклу, коли викиди корональної маси багаторазово збільшують інтенсивність сонячного вітру. Полярне сяйво на Юпітері, Сатурні, Урані та Нептуні можна подивитися в цій.

Південний полюс

Чи є північне сяйво на південному полюсі? Так, полярне сяйво на південному полюсі має ті ж особливості, які майже ідентичні північному. Чи є північне сяйво в Антарктиді, запитаєте ви? Так, їх видно з високих південних широт Антарктики, Південної Америки, Нової Зеландії та Австралії.

Як утворюється північне сяйво

Воно є результатом вивільнення фотонів у верхній частині земної атмосфери на висоті приблизно 80 км. Молекули азоту та кисню під дією заряджених сонячних частинок переходять у збуджений стан, а при переході в основний стан відновлюється електрон та випромінюється квант світла. Різні молекули та атоми дають різний колір світіння, наприклад: кисень — зелений або коричнево-червоний, залежно від кількості поглиненої енергії, азот синій чи червоний. Синій колір азоту виникає, якщо атом відновлює електрон іонізації, червоний при переході в основний стан зі збудженого.

Роль кисню

Кисень є незвичайним елементом з погляду його повернення в основний стан: цей перехід може займати ¾ секунди, а випромінювати зелене світло до двох хвилин, після чого він стає червоним. Зіткнення з іншими атомами або молекулами поглинають енергію збудження та запобігають випромінюванню світла. У верхніх частинах атмосфери відсоток кисню низький і такі зіткнення досить рідкісні, що дає час кисню випромінювати червоний квант світла. Зіткнення стають частішими в міру просування вглиб атмосфери, отже ближче до поверхні червоне випромінювання не встигає утворитися, а й навіть зелене світіння припиняється.

Галерея зображень

Зображення аврори сьогодні зустрічаються значно частіше, у зв'язку із зростанням якості та доступності цифрових камер, які мають досить високу чутливість. Нижче представлена ​​галерея найбільш вражаючих знімків.

Сонячний вітер та магнітосфера

Земля постійно занурена в потоки - розрідженого потоку гарячої плазми (газ із вільних електронів і позитивних іонів), що випромінюються Сонцем у всіх напрямках, що утворюється внаслідок дії двох мільйонів градусів тепла Сонячної корони.

Сонячний вітер, як правило, досягає Землі зі швидкістю близько 400 км/с, щільністю близько 5 іонів/см3 і напруженістю магнітного поля 2-5 нТл. 50,000 НТл). Під час потоки сонячної плазми можуть бути в кілька разів швидше і міжпланетне магнітне поле (ММП) може бути набагато сильнішим.

Міжпланетне магнітне поле формується на Сонці, в області сонячних плям, а по силових лініях в космос простягається сонячний вітер.

Земна магнітосфера

Земна магнітосфера формується під впливом сонячного вітру та магнітного поля Землі. Воно утворює собою перешкоду шляху сонячного вітру, відволікаючи його, середньому відстань близько 70 000 км (11 радіусів Землі), і формує головну ударну хвилю з відривом від 12000 км до 15000 км (від 1,9 до 2,4 радіусів). Ширина магнітосфери Землі, як правило, становить 190 000 км (30 радіусів), а на нічному боці довгий шлейф магнітосфери, з витягнутих силових ліній поля, поширюється на величезні відстані (> 200 радіусів Землі).

Потік плазми у магнітосфері зростає зі збільшенням щільності та турбулентності у потоці сонячного вітру.

На додаток до перпендикулярного зіткнення з магнітним полем Землі деякі потоки магнітосферної плазми рухаються вниз і вгору, вздовж силових ліній магнітного поля Землі і втрачають енергію в авроральних зонах атмосфери, ось від чого з'являється північне сяйво. Магнітосферні електрони прискорюються і зіштовхуючись із газами атмосфери викликають свічення атмосфери.

Карти Північної Америки та Євразії з кордоном полярних сяйв за різних рівнів геомагнітної активності; Kp = 3 відповідає низькому рівню геомагнітної активності, тоді як Kp = 9 – найвищий рівень.

Полярне сяйво Росії іноді спостерігаються й у помірних широтах, коли магнітна буря тимчасово збільшує авроральний овал. При індексі геомагнітної активності Кр = 6-9 можна побачити на широті Москви.

Північне сяйво: прогноз

Північне сяйво в режимі реального часу (онлайн), оновлення відбувається кожні 30 секунд

Магнітні бурі та північне сяйво найбільш поширені під час піку одинадцятирічного циклу сонячної активності та протягом трьох років після цього піку. В авроральній зоні ймовірність утворення свічення залежить в основному від ухилу міжпланетного магнітного поля.

Вісь обертання Сонця нахилена 8 градусів стосовно площині орбіти Землі. Сонячний вітер видує потоки плазми швидше від сонячних полюсів, ніж від екватора, тим самим середня швидкість частинок у магнітосфери Землі зменшується кожні шість місяців. Швидкість сонячного вітру найбільша (в середньому приблизно на 50 км/с) у районі 5 вересня та 5 березня, коли Земля знаходиться під максимально високим кутом до площини обертання Сонця.

Чому виникає північне сяйво

«Блукаюче світло»

Через зіткнення між молекулами та атомами атмосфери Землі та зарядженими частинками, захопленими магнітосферою із сонячного випромінювання. Відмінності у кольорі обумовлені типом газу, що стикається. Найбільш поширеним кольором світіння є блідо-жовтувато-зелений, який формується молекулами кисню, розташованими на висоті 80 км над землею. Рідкісні полярні сяйва червоного кольору формуються атомами кисню на висоті близько 300 км. Азот відповідальний за синій чи пурпурово-червоний колір.

Вплив сонячної активності

Зв'язок між північним сяйвом і сонячною активністю був запідозрений приблизно 1880 року. Завдяки дослідженням, проведеним із 1950-х, ми тепер знаємо, що електрони та протони сонячного вітру захоплюються магнітосферою Землі та стикаються з газами в атмосфері.

Температура над поверхнею Сонця (мова йде про корону, сама поверхня Сонця має температуру близько 6000 градусів) становить мільйони градусів за Цельсієм. При цій температурі зіткнення між іонами дуже інтенсивні. Вільні електрони та протони вириваються із сонячної атмосфери внаслідок обертання Сонця та відлітають через проріхи у магнітному полі. У навколоземному просторі заряджені частинки значною мірою відхиляються магнітним полем Землі. Магнітне поле Землі найслабше на полюсах і тому заряджені частинки потрапляють в атмосферу Землі та стикаються з частинками газу саме на полюсах. Ці зіткнення випромінюють світло, яке ми сприймаємо як полярне сяйво.

Де найбільш підходяще місце для спостереження Північного сяйва

Їх можна побачити у північній чи південній півкулі, у вигляді неправильної форми овалу з центром над магнітним полюсом. Вчені дізналися, що в більшості випадків полярне сяйво на різних полюсах є дзеркальним відображенням один одного, яке відбувається в той же час, з аналогічною формою і кольором.

Оскільки явища відбуваються поблизу магнітних полюсів, північне сяйво зручно спостерігати за північним полярним колом. Їх можна також побачити на південному краю Гренландії та Ісландії, північному узбережжі Норвегії та на північ від Сибіру. Південні полярні сяйва зосереджені в кільці навколо Антарктиди та південної частини Індійського океану.

Розділ метеорології, що вивчає сонячну, земну та атмосферну радіацію, називається актинометрією. Її основне завдання – вимірювання потоків променистої енергії. Актинометричні дані потрібні для наукового ведення сільського господарства, у будівництві, при проектуванні будівель та споруд, для роботи та досліджень у галузі геліотехніки. Сонячна радіація широко використовується з лікувальною метою в курортології.

Сонце - джерело енергії майже всім природних процесів Землі. Енергія, що надходить із глибинних шарів землі, а також випромінювання, що надходить від зірок, мізерно малі в порівнянні з енергією, що надходить від Сонця.

Розглянемо деякі визначення, що використовуються у метеорології. Енергія, що випромінюється сонцем і надходить на Землю, називається сонячною радіацією. Радіація, (не плутати з радіоактивністю - іонізуючим випромінюванням) що надходить в атмосферу і потім на земну поверхню у вигляді пучка променів, називається прямий. Частина сонячної радіації, що відбивається від земної поверхні та від хмар, називається відбитою радіацією. Сумарна радіація- це сума прямийі розсіяної радіації. Склад сумарної радіації змінюється в залежності від висоти сонця, прозорості атмосфери та хмарності. Добовий і річний перебіг сумарної радіації визначається переважно зміною висоти сонця. Але вплив хмарності та прозорості повітря сильно ускладнює цю просту залежність та порушує плавний хід сумарної радіації. Сумарна радіація істотно залежить від широти місця. Зі зменшенням широти її добові суми збільшуються, а амплітуда її річного ходу зменшується.

На всій території Примор'я спостерігається звичайний річний перебіг сумарної радіації з мінімумом у грудні (3.2-6.0 ккал/см 2 - дані до 1951 р.) та максимумом наприкінці весни - на початку літа (9.2-15.4 ккал/см 2). На північних станціях краю максимум сумарної радіації посідає червень, а при переході до південних широт спостерігається зміщення його на травень.

Якщо порівняти величини про сезонні значення сумарної радіації для деяких пунктів Примор'я та Європейської території Росії та України, розташованих на одній і тій же широті, то виявляється, що взимку Владивосток отримує більше сонячної радіації, ніж міста Краснодар та Сочі. Це пояснюється тим, що зима у Примор'ї відрізняється малою хмарністю. Влітку ж, у Примор'ї сонце показується рідше, переважає хмарність та часті дощі.

Величини сумарної радіації (ккал/см2)
для деяких пунктів Приморського краю, Росії та України

Для туристів та відпочиваючих на півдні Примор'я цікава дійсна тривалість сонячного сяйва. Вона залежить від тривалості дня, хмарності та закритості горизонту. Найбільші значення тривалості сонячного сяйва припадають на березень, вересень та жовтень. Мінімальні значення спостерігаються у червні та липні. Відбувається це тому, що навесні та восени тривалість сонячного сяйва досить велика порівняно із зимовими місяцями, а повторюваність днів із хмарністю та туманами набагато менша, ніж улітку.

Радіаційний баланс атмосфери та підстилаючої поверхні- це алгебраїчна сума потоків радіації, що поглинається та випромінюється атмосферою. Ці потоки є основними кліматоутворюючими факторами, найважливішими компонентами теплового балансу атмосфери. Він може бути позитивним та негативним.

На території Приморського краю радіаційний баланс протягом чотирьох місяців (листопад, грудень, січень, лютий) виявляється негативним. В інші місяці та за рік його значення позитивні. Радіаційний баланс біля краю змінюються не більше від 22 ккал/см 2 (Агзу) до 46 ккал/см 2 (Владивосток).

Цікаво порівняти його значення для деяких пунктів Примор'я та Європейської території Росії. Річні величини радіаційного балансу для пунктів Примор'я виявляються на 12 - 18 ккал/см 2 менше, ніж річні величини радіаційного балансу для пунктів Європейської частини, які розташовані відповідно на тих самих широтах. Це пояснюється головним чином тим, що в Примор'ї улітку хмарність значно знижує прибуткову частину радіаційного балансу.

З розвитком будівництва зон відпочинку та важливості сонячної енергетики для автономних систем електропостачання з'являється необхідність якісних даних про сумарну радіацію в пунктах Приморського краю. Таку інформацію можна отримати у Відділі автоматизації та режимної гідрометеорології Приморськгідромету.

Вступ

Тривалість сонячного сяйва реєструється приладом геліографом, який автоматично відзначає проміжки часу, протягом яких світило сонце. В даний час на мережі метеорологічних станцій Союзу РСР основним приладом для запису сонячного сяйва є геліограф звичайної або універсальної моделі. Пропали на стрічці по геліографу універсальної моделі починаються при досягненні напруги радіації 0,3 - 0,4 кал/см.

Зазвичай геліограф встановлюється на висоті 2 м від поверхні землі на відкритому місці, у будь-яку пору року, що освітлюється променями сонця від сходу до заходу.

Характеристика сонячного сяйва

Велика довжина території з півночі на південь (від 62 до 52° пн. ш.), наявність майже меридіонально спрямованих Уральських гір обумовлюють велику різноманітність у розподілі сонячного сяйва. Загалом тривалість сонячного сяйва у міру поступу з півночі на південь зростає. Взимку тривалість сонячного сяйва зі збільшенням широти зменшується швидше, ніж улітку, як із-за зменшення тривалості дня, і через зростання хмарності з широтою.

Найбільша протягом року тривалість сонячного сяйва спостерігається у червні, найменша - у грудні. В окремих районах найбільша кількість годин сонячного сяйва припадає на липень.

Таблиця 4.4. Тривалість сонячного сяйва.

4.2. Температура повітря та ґрунту

4.2.1. Температура повітря

Відомості про температуру повітря наводяться на основі показань рідких термометрів, поміщених у психометричну будку на висоті 2 м.

Власна температура різних поверхонь, розташованих відкрито, виміряна одночасно різною мірою відрізняється від температури, виміряної в будці в той же момент.

Таблиця 4.5. Середня місячна та річна температура повітря.

Таблиця 4.6. Середня мінімальна температура повітря.

4.2.2.Температура ґрунту

Спостереження за тепловим станом ґрунту проводиться від поверхні до глибини 3,2 м-коду.

Середня місячна максимальна та мінімальна температура поверхні ґрунту

Температура поверхні ґрунту вимірюється рідинними термометрами: ртутними (термінові та максимальні) та спиртовими (мінімальні).

Таблиця 4.7. Середня місячна максимальна та мінімальна температура поверхні ґрунту.

Таблиця 4.8. Глибина промерзання ґрунту (см)

4.3.1. Вітер

Вітровий режим у помірних широтах СРСР формується під впливом основних кліматичних центрів дії атмосфери (циклонів та антициклонів), що стаціонують над Північною Атлантикою та над континентом Євразії.

Географічне розподіл різних напрямів вітру та її швидкостей визначається сезонним режимом баричних утворень. Взимку під впливом західного відрогу азіатського антициклону спостерігається збільшення південних та південно-західних вітрів.

Влітку режим вітру над територією Уральського УГМС пов'язаний з впливом відрогу азорського антициклону. Розподіл повторюваності напрямів вітру у період має дуже складний характер. Переважаючими напрямами вітру є північний, північно-західний і західний, але відсоток їх від вітрів усіх напрямків невеликий (15-25% випадків). Влітку нерідко відзначається по два переважаючі напрями, або з півночі та північного заходу, або з півночі та заходу.

Загалом за рік на більшій частині території переважають вітри південно-західного напрямку, але через складність рельєфу та майже меридіонального (вздовж 60° ст. д.) розташування Уральського хребта нерідко переважаючим напрямом в окремих районах є південний або західний.

Середні багаторічні значення швидкості вітру є добрими порівняльними характеристиками. Незважаючи на складність та різноманітність рельєфу на території простежується у певних фізико-географічних умовах характерна саме для цих умов повторюваність швидкостей вітру. Для більшої частини території характерні слабкі та помірні вітри (від 0 до 5 м/сек). Повторюваність швидкостей вітру 0-5 м/сек становить 75-90% випадків, причому слабкі вітри (0-1 м/сек) становлять 20-35% випадків, а долинах, розташованих між пагорбами, слабкі вітри становлять 40% випадків. За характером кривих повторюваностей виділяються групи станцій залежно від ступеня захищеності (відкриті, напівзахищені та захищені), а також станції, вітровий режим яких визначається особливостями рельєфу місцевості.

Найбільша повторюваність слабких і помірних вітрів (до 5 м/сек) посідає літні місяці, а швидкостей вітру 6- 10 м/сек - на холодну пору року чи перехідні сезони. Швидкості вітру >10 м/сек спостерігаються порівняно рідко, і повторюваність переважно становить менше 8%.

Таблиця 4.9. Середня місячна та річна швидкість вітру (м/сек).

Таблиця 4.10. Повторюваність напряму вітру та штилів (%).

Примітка: 1. Повторюваність вітру обчислена у відсотках кількості випадків вітру. 2. Повторюваність штилів наводиться у відсотках від загальної кількості випадків спостережень.

4.4. Вологість повітря, атмосферні опади та сніговий покрив

4.4.1. Вологість повітря

Вологість повітря має значення для багатьох галузей народного господарства: для сільського господарства, різних галузей промисловості.

Водяна пара є нестійкою складовою атмосфери. Зміст його сильно змінюється залежно від фізико-географічних умов місцевості, пори року та циркуляційних особливостей атмосфери, стану поверхні ґрунту тощо. Про вологість повітря можна судити за величиною пружності водяної пари, відносної вологості та нестачі насичення повітря водяною парою.

Величина пружності водяної пари характеризує вміст вологи вміст повітря і схильна до значних змін внаслідок великої неоднорідності рельєфу території, зміни характеру і стану підстилаючої поверхні.

Річний хід пружності водяної пари дуже подібний до річного перебігу температури повітря. Тому пружність водяної пари загалом збільшується з півночі на південь (зональний розподіл) майже протягом року, слідуючи розподілу температури повітря. Виняток становлять гірські райони, де широтні зони зміщуються на південь.

Відносна вологість повітря, що характеризує ступінь насичення повітря водяною парою, має також своєрідний розподіл. Вплив циркуляційних особливостей, а також форми рельєфу, близькості водойм, лісових масивів, заболочених ґрунтів і т. д. позначається на величині зміни відносної вологості найвиразніше. У річному ході розподіл відносної вологості повітря найбільший інтерес становить у денний час, коли спостерігається відносна вологість, близька до мінімуму та найбільш інтенсивне випаровування. У нічний час відносна вологість зазвичай висока протягом усього року.

Таблиця 4.11. Середня місячна та річна відносна вологість повітря (№).

Величина нестачі насичення повітря водяною парою розподіляється в річному ході від тих самих причин, що й відносна вологість. Відповідно до високої відносної вологості повітря та низьких температур мінімальний недолік насичення повітря водяною парою виявляється в листопаді - січні, коли середня величина його не перевищує 0,5 мб. Максимальні значення нестачі насичення спостерігається у червні. Середня величина їх у гірських районах становить 6-7 мб, але в прилеглих рівнинах - 8 - 10 мб, збільшуючись із півночі на південь. Значний недолік насичення відзначається у липні, серпні. З вересня зі збільшенням відносної вологості та зниженням температури повітря недолік насичення зменшується.

Таблиця 4.12. Середній місячний та річний дефіцит насичення (гПа).

4.4.2. Атмосферні опади

Кількість і розподіл опадів протягом усього року визначається циклонічною діяльністю атмосфери та особливостями рельєфу території, що розглядається. Меридіональна спрямованість Уральських гір зумовлює збільшення опадів на західних навітряних схилах та зменшує їх на східних підвітряних.

За ступенем зволоження гірська частина території та схили гір, особливо західна, належать до зони надлишкового зволоження. Райони, що примикають безпосередньо до схилів гір, належать до зони достатнього зволоження.

Таблиця 4.13. Середня кількість опадів, наведених до показників осадкоміра (мм).

Річні суми опадів складаються з твердих, змішаних та рідких. У середньому частка твердих опадів на аналізованої території припадає 20 - 35 %, частка рідких - 50 - 75 % і частка змішаних (мокрий сніг, сніг із дощем тощо.) -10 -15% від річний суми. Тривалість періоду з тим чи іншим видом опадів біля змінюється порівняно мало, т.к. вид опадів переважно залежить від загальнокліматичних чинників.

Таблиця 4.14. Тверді (т), рідкі (ж) та змішані (с) опади у відсотках від загальної кількості.

(-) – пів відсотка або менше

Річний хід опадів по всій території має загальні риси, властиві континентальному клімату: основна кількість опадів випадає в теплу пору року, причому перехід від малих зимових опадів до значних відбувається у більшості районів швидко, особливо в Заураллі.

4.4.3. Сніговий покрив

Зима в межах території - найтриваліший з усіх сезонів року. Із загальної кількості опадів, що випадають протягом року. 20-35% складають тверді опади, що містять основну кількість запасів води. Саме сніговий покрив створює основне джерело весняного харчування річок. Сніговий покрив є одним із найважливіших факторів, що впливають на формування клімату.

Всі фізико-географічні процеси взимку, у тому числі і температурний режим, промерзання ґрунту, умови перезимування озимих культур, накопичення вологи в ґрунті тощо, залежать як від висоти, так і від характеру залягання снігового покриву.

Характер залягання снігового покриву сильно залежить від швидкості вітру та умов відкритості чи захищеності місця.

Таблиця 4.15. Середня декадна висота снігового покриву по постійній рейці (см).

Продовження таблиці.

Таблиця 4.16. Щільність снігового покриву по снігозйомках останній день декади (г/см 3).

Продовження таблиці.

4.5. Хмарності та атмосферних явищ

Режим хмарності та атмосферних явищ (тумани, хуртовини, грози, град) на території, що розглядається, в основному обумовлюються особливостями циррсуляції атмосфери в окремі сезони і вплив рельєфу.

Розглянута територія чітко поділяється на зони з різним ступенем зволоження. Така різноманітність природних ландшафтів при значній неоднорідності рельєфу призводить до великої різноманітності у розподілі територією хмарності та атмосферних явищ.

4.5.1. Хмарність

Середній багаторічний режим хмарності під впливом циркуляційних процесів, що визначають переважний напрямок повітряних мас та їх вміст вологи, а також під впливом впливу підстилаючих поверхонь.

Під впливом зміни припливу сонячної радіації та характеру підстилаючої поверхні змінюються процеси за сезонами, відповідно до яких змінюється кількість хмарності та форма хмар.

В осінні місяці та в першу половину зими, коли найбільш розвинений циклонічний тип погоди, хмарно покриває весь район. У пониженій частині Середнього Уралу загальна хмарність зменшується до 80%. У передгір'ях і гірських районах хмарність помітно зростає, причому у теплий час більше впливає висота місця, ніж форми рельєфу. У Заураллі протягом року спостерігається невелика кількість випадків низької хмарності (близько 7%), а в січні та лютому не відмічено жодного випадку з такою хмарністю.

Утворення низької хмарності у складних орографічних умовах значною мірою залежить від напрямку вітру.

Таблиця 4.17. Число ясних та похмурих днів за загальною та нижньою хмарністю.

Таблиця 4.18. Повторюваність ясного (0-2), напівясного (3-7) та похмурого (8-10) стану піднебіння за загальною та нижньою хмарністю (%).

4.5.2. Атмосферні явища

4.5.2.1. Тумани

Розподіл туманів на розглянутій території відрізняється значною строкатістю. Це великою різноманітністю як фізико-географічних умов території, і особливостями атмосферної циркуляції.

Основною причиною утворення туманів є вихолоджування повітря від поверхні, що підстилає, обумовлене ефективним випромінюванням. Таким чином, внаслідок охолодження земної поверхні шляхом випромінювання, а також внаслідок континентального клімату, на всій території переважно переважає радіаційний туман.

У разі великого міста взимку утворюється багато радіаційних туманів. Максимум числа днів із туманом посідає січень. Оп пов'язаний з тим, що в холодний період при сильних морозах промислові дими, кіптяву відіграє роль ядер конденсації і при додатковому надходженні водяної пари суттєво сприяють виникненню туману.

Взимку тривалість туманів зазвичай більша, ніж улітку.

Таблиця 4.19. Середня кількість днів із туманом.

Таблиця 4.20. Найбільше днів із туманом.

4.5.2.2. Завірюхи

На території, що розглядається в зимовий період, коли відбувається посилення циклонічної діяльності, хуртовини - звичайне явище. Залежно від фізико-географічних та циркуляційних умов та загальної захищеності місцевості в одних районах повторюваність та інтенсивність більша, в інших повторюваність їх менша і вони слабші.

Основна роль синоптичних процесах, викликають хуртовини, належить циклонам. При проходженні циклонів посилюється вітер, у якому виникають хуртовини. Вони можуть виникати при циклонах різного походження, але найчастіше бувають пов'язані з проходженням південних і західних циклонів, які викликають короткочасне підвищення температури повітря, посилення вітру і сильні хуртовини. зростає швидкість вітру. Утворення великих баричних градієнтів попереду циклону зазвичай призводить до розширення зони хуртовин, так як при посиленні вітру поземки та низові хуртовини починаються ще задовго до проходження теплого фронту.

Тривалість хуртовин, як і кількість днів із хуртовиною, виявляється найбільшою на відкритих схилах, височинах і вершинах гір.

Поземки частіше спостерігаються у сфері антициклону. Вони зазвичай відзначаються за більш низьких температур, коли сніг сухий. У цих випадках досить невеликого посилення вітру, щоб виникла поземна хуртовина.

Середня кількість днів із поземком змінюється залежно як від форми рельєфу, стану снігового покриву, і від загальної захищеності місцевості. Найбільше поземків буває у степовій частині території та на відкритих піднесених місцях (понад 15 днів на рік).

Взимку в умовах переважання західного відрогу азіатського антициклону спостерігається збільшення в Заураллі - південно-західних та західних вітрів, за яких найчастіше спостерігаються хуртовини. Дуже рідко хуртовини відзначаються при північних вітрах.

Швидкість вітру при завірюхах ще більшою мірою, ніж напрямок залежить від фізико-географічних умов та загальної захищеності місцевості. Завірюхи спостерігаються як за малих, і при великих швидкостях вітру.

Таблиця 4.21. Середня кількість днів із хуртовиною.

4.5.2.3. Грози

Утворення гроз пов'язане з проходженням холодних фронтів, з процесами конвенції та потужними висхідними потоками в атмосфері.

Термічні внутрішньомасові грози рідко бувають. Виникнення гроз тісно пов'язане з умовами орографії.

Найчастіше грози виникають за наявності малорухливого арктичного антициклону над районом середнього Уралу. Ці грози утворюються як із проходженні фронту, і усередині повітряної маси.

На території грози спостерігаються переважно з квітня по вересень.

Таблиця 4.23. Середня кількість днів із грозою.

Град

Град спостерігається переважно у теплий період. Зазвичай він випадає плямами. Рідко град випадає смугами, завдовжки кілька кілометрів і шириною до 1-1.5 км. Випадання граду зазвичай супроводжується зливами, грозами, іноді шквалистим вітром. Град під час грози найчастіше випадає при вторгненнях холодних мас повітря і буває часто великих розмірів.

Випадання граду пов'язане з проходженням областей зниженого тиску, нестійкістю повітряних мас та місцевими орографічними факторами. На збільшення чи зменшення кількості випадків випадання граду великий вплив мають височини і гори, і навіть великі водоймища, лісові масиви. У рівнинних умовах навіть невеликі височини впливають збільшення числа випадків випадання граду.

Таблиця 4.25. Середня кількість днів із градом.

Тривалість сонячного сяйва є сумарне число годин протягом доби, місяця, року, коли Сонце в цій місцевості знаходиться над і не закрито хмарами. Вона залежить від широти місця, довготи дня та кількості хмар.

У річному ході мінімум тривалості сонячного сяйва по всій території посідає грудень, максимум на липень; іноді він зміщується на червень, залежно від річного ходу. На Далекому Сході максимум відзначається у березні, оскільки влітку через велику кількість похмурих днів в умовах літнього мусону тривалість сонячного сяйва різко знижується (див. таблицю, м. Лопатка).

Для розподілу тривалості сонячного сяйва територією Росії осінньо-зимовий період характерно збільшення її з півночі на південь. Найбільші значення відзначаються Півдні Приморського краю (до 200 годин на місяць). У весняно-літній період розподіл тривалості сонячного сяйва територією є досить складну картину, оскільки вплив широти перекривається впливом хмарності. Так, у квітні максимальні значення тривалості сонячного сяйва (понад 300 годин) мають місце на північному заході Республіки Саха (Якутія), у той час як на цих же широтах Європейської частини Росії, де сильний вплив Атлантики і, отже, збільшена хмарність, тривалість сонячного сяйва становить 180 годин і менше.

У липні зменшення тривалості сонячного сяйва відзначається вздовж північного та східного узбережжя також через збільшення хмарності. На півночі це пов'язано із посиленням циклонічної діяльності на полярному фронті, на сході – із впливом мусону. На , і Курильських островах хмарність і знижують тривалість сонячного сяйва до 120-160 годин. Максимальна тривалість сонячного сяйва в липні спостерігається у північних районах Східного Сибіру та на півдні європейської частини Росії (понад 320 годин), що становить 50–70% від можливої. При цьому тривалість сонячного сяйва в день із сонцем становить у середньому 10–11 годин.

У цілому нині найбільше кількість годин сонячного сяйва біля Росії характерно для , Амурської області і півдня Приморського краю (понад 2400–2600 годин), найменше – для північних прибережних районів, півдня Камчатки і Курильських островів (1200 годин і менше).

В умовах гірського рельєфу тривалість сонячного сяйва різко зменшується, особливо в долинах, улоговинах та на захищених схилах гір. Тільки станцій, розташованих на відкритій місцевості, відзначається збільшення тривалості сонячного сяйва з широтою. Різниця у тривалості сонячного сяйва між станціями, що у гірських долинах і рівному відкритому місці, може становити 200 годин і більше.