Осадки характеризуются повторяемостью (%), количеством осадков (мм), выпадающих за определенный промежуток времени, продолжительностью (ч) и интенсивностью (мм/ч). Результатов определения количества осадков непосредственно над акваторией моря очень мало. К тому же существующие методы их измерения страдают значительными погрешностями. Учет твердых осадков в полярных районах, и особенно над морем, сопряжен с дополнительными методическими трудностями. Непрерывная продолжительность осадков и их интенсивность определяются реже, чем сумма осадков. Значительно более массовыми являются попутные судовые наблюдения за фактом выпадения осадков с качественной оценкой их интенсивности (слабые, умеренные, сильные). Эти данные позволяют достаточно точно определить повторяемость осадков разного вида (жидких, твердых, смешанных).
Из-за недостатка прямых измерений количества осадков над морем прибегают к различным косвенным методам их расчета. При этом используют, как правило, данные измерений на береговых и островных метеорологических станциях, число которых составляет около 10 % общего числа станций на земном шаре (заметим, кстати, что Над океанами выпадает примерно 80 % всех осадков) [156]. Известны методы экстраполяции на море данных о количестве осадков, полученных на береговых станциях, путем умножения их на некоторый постоянный множитель [256, 340]. При этом не используется какая-либо судовая информация об осадках на море.. Для Советской Арктики применялись .методы определения осадков <по запасу воды в снежном покрове или по числу дней с осадками [37]. В Канадской Арктике сумма осадков определялась по эквиваленту воды свежевыпавшего снега [413], в центральных районах Гренландии — по гляциологическим наблюдениям за снегонакоплением [416]. В этом случае, однако, возникает сложный вопрос о репрезентативности данных береговых станций для океанических областей.
В других методах определения количества осадков используются данные о повторяемости их над морем. Так, Джекобе [413] для построения сезонных карт использовал предположение о линейной зависимости количества выпадающих в океанах осадков от их повторяемости. Предварительно им была построена карта годовых сумм осадков. Для этого он использовал среднеширотные суммы осадков, полученные из условия баланса солености вод на поверхности океана, и относительные пространственные коэффициенты, вычисленные по карте осадков из «Большого атласа мира».
Более приемлемыми в настоящее время являются, по-видимому, следующие два способа. В одном из них [418] используется повторяемость различных типов текущей погоды с осадками («слабый непрерывный дождь», «ливневый дождь» и т. п.) из сообщений в регулярных сводках погоды. На основании сопоставления указанной информации с измеренным количеством осадков на станциях, где орографические эффекты минимальны, Такер [418] получил эмпирическую связь этих типов текущей погоды с суммами осадков за 3 ч. Таким методом Такер построил годовую и сезонные карты количества осадков в Северной Атлантике по данным наблюдений на судах погоды за период 1953—1957 гг. Он показал, в частности, что количество осадков на островных и береговых станциях нельзя считать репрезентативным для открытого океана. Метод Такера в настоящее время широко используется при расчетах осадков над морем и продолжает совершенствоваться [410]. Он позволяет наиболее эффективно использовать также многочисленные наблюдения судов за прошлые годы.
В СССР для построения карт годовых и месячных сумм осадков используется метод В. С. Самойленко [181, 251]. По этому методу пересчет повторяемости осадков в их количество выполняется по формуле, полученной на основе многолетних наблюдений островных и береговых станций,
При построении карт годовых и месячных сумм осадков в работах [17, 19] указанным методом кроме данных о повторяемости осадков по судовым наблюдениям использованы также карты интенсивности осадков, выполненные по наблюдениям 418 станций, а также данные о средних многолетних годовых суммах осадков на 830 станциях, расположенных на островах и побережьях материков.
Исследованию режима осадков в северной полярной области посвящено значительное число работ. Наиболее ранние обобщения дождемерных данных по осадкам на Баренцевом море выполнены О. М. Рудневой [181], над Арктикой в целом — 3. М. Прик [17, 291, 336]. Методика расчетов заключается в следующем. Карты среднего числа дней с осадками ≥0,1 мм для центральных месяцев сезонов построены по данным советских и зарубежных дрейфующих станций за период 1950— 1961 гг. и стационарных метеорологических станций севернее 60° с. ш. Карты количества и интенсивности осадков для 12 месяцев, теплого и холодного периодов, а также для года в целом получены по наблюдениям за повторяемостью осадков в районах открытого моря и дождемерным данным полярных станций за период их работы по 1952 г. Для станций, где количество осадков не измерялось, годовые суммы осадков были получены косвенно при помощи корреляционной связи между числом дней с осадками и их суммой. Количество зимних осадков определялось по запасу воды в снежном покрове.
В связи с заменой дождемера на осадкомер Третьякова необходимые методические разработки с целью учета погрешностей измерения осадков в северной полярной области 7 новым прибором выполнены Н. Н. Брязгиным [36—40], а на побережье Северного Ледовитого океана — Ц. А. Швер [40]. При подготовке новых карт годовых сумм осадков в Арктике данные о количестве твердых осадков были откорректированы с учетом особенностей конструкции прибора, методов наблюдений и результатов экспериментальных исследований снегопереноса в полярных районах. В работе [37] приведены две карты годового количества осадков: с учетом и без учета погрешностей осадкомера. Вследствие (введения различных поправок на смачивание прибора, на испарение и надувание ложных осадков, ветровое воздействие, эти карты существенно различаются. Исправленные данные месячного количества осадков изменили прежнее представление о характере их годового хода в западном районе Северной Арктики, хотя картина географического распределения повторяемости осадков над морем, расположение областей минимального и максимального их количества изменились мало. Сравнение новых карт осадков с картами 3. М. Прик [291] показало, что учет ошибок измерения осадков привел к увеличению среднего многолетнего количества осадков во все сезоны: зимой на 25—30 %, а в летние месяцы на 10—15 % по сравнению с прежними значениями.
Указанные методические разработки [36—40] использованы также при построении карты годового количества осадков в Атласе океанов [19]. Для ее создания использованы наблюдения более 200 советских и зарубежных островных и прибрежных станций за период работы по 1975 г., а также дрейфующих станций СП. В качестве дополнительной информации привлечены обобщенные по квадратам географической сетки судовые визуальные наблюдения за повторяемостью осадков. По изогиетам указанной карты определена средняя толщина слоя осадков за год по 12 крупньш водосборным бассейнам Арктики. Средний слой осадков водосборного бассейна Баренцева моря составляет 726 мм/год (739 мм/год на материке, 574 мм/год на островах) [40].
Достаточно надежные значения осадков, испарения и стока рек в Арктике позволили определить пресноводный баланс Северного Ледовитого океана и отдельных его частей, что имеет большое научное и народнохозяйственное значение для учета запасов пресных вод в северной полярной области.
При описании режима осадков Баренцева моря в данной работе использованы советские и зарубежные публикации, содержащие сведения об осадках на акватории моря [19, 36, 38, 76, 247]. В качестве дополнительной информации привлечены обобщенные по 5-градусным квадратам географической сетки судовые визуальные наблюдения за повторяемостью осадков (рис. 8.1), а также данные прибрежных и островных станций о числе дней с различными осадками и полусуточных, одно-, двух-, трехсуточных суммах осадков.
Особенности распределения осадков над морем зависят главным образом от характера атмосферной циркуляции и многообразных воздействий подстилающей поверхности. Активизация осадкообразующих процессов в районе европейской части Арктики происходит обычно при зональной и меридиональной формах циркуляции, а ослабление их — при восточной форме [74]. Главная роль в формировании режима осадков над акваторией моря принадлежит циклонам. Повторяемость их зимой в 4—5 раз, а летом в 2—3 раза больше, чем антициклонов, и все значительные суммы осадков здесь выпадают при прохождении фронтов [290].
При зональной циркуляции вынос тепла из Северной Атлантики происходит наиболее интенсивно зимой, в южную половину моря больше, чем в северную (см. рис. 6.4, 6.5). Поэтому область максимальной повторяемости осадков, как и облачности, располагается зимой в южной половине моря, в зоне от 70 до 75° с. ш. и совпадает со средним положением оси арктического фронта [397]. При выносах теплых воздушных масс нижние слои воздуха охлаждаются и приобретают инверсионную стратификацию. Охлаждение сопровождается процессами конденсации, образованием слоистой облачности и выпадением дополнительных количеств осадков. В январе повторяемость осадков в этом районе моря наибольшая (40%) и уменьшается к северо-восточной окраине до 25 %. Последнее обусловлено уменьшением влагопереноса, влагосодержания воздуха и облачности в этом направлении.
В теплый период происходит ослабление циклонической деятельности и повсеместное уменьшение повторяемости осадков, особенно в южной половине моря (июль 10%). В траекториях циклонов появляется значительная меридиональная слагающая — они перемещаются с континента на север по направлению теплых вод северной ветви Нордкапского и Западцо-Новоземельского течений. Наиболее благоприятные условия для образования слоистых облаков и моросящих осадков создаются при выносах влажного воздуха с юга на север в районы моря, где ледяные поля граничат с открытой водной поверхностью. Поэтому повторяемость осадков в этих районах весь год сохраняется высокой. Летом ледовая кромка располагается в зоне 77—80° с. ш. [19], от южной оконечности арх. Шпицберген на северное побережье арх. Новая Земля. Повторяемость осадков здесь составляет 20—25 % случаев.
Осенняя активизация циклонической деятельности приводит к повсеместному увеличению повторяемости осадков, которая изменяется до 25 % у побережья Скандинавии до 40 % у северо-восточной границы моря.
![Рис. 8.2. Количество осадков по месяцам и годовая сумма осадков, мм [19].](/foto/barenzklimat81_2.jpg "Рис. 8.2. Количество осадков по месяцам и годовая сумма осадков, мм [19].")
Годовой ход количества осадков противоположен годовому ходу их повторяемости, что обусловлено неодинаковой интенсивностью выпадения осадков в разные сезоны. Зимой осадки часты, но суммарное количество их за меояц меньше, чем летом, когда они наблюдаются сравнительно реже. Обычно максимум количества осадков на суше приходится на лето (июль—август). Такой континентальный тип распределения осадков характерен, например, для Мурманска. На Баренцевом море, как и в Северной Атлантике, наибольшее количество осадков отмечается в сентябре—октябре (рис. 8.2) и обусловлено активизацией циклонической деятельности. Минимум количества осадков, как и во всей Арктике, приходится на март— апрель и определяется устойчивой антициклонической погодой, связанной с перемещением полярных антициклонов.
По сравнению с другими арктическими морями на Баренцево море выносится циклонами наибольшее количество влаги, значительная часть которой сохраняется в его атмосфере. Поэтому здесь наблюдается самая высокая интенсивность осадков [48]. Поток влаги летом в 3—5 раз больше, чем зимой. Формированию летнего максимума интенсивности и количества осадков способствует также максимум в годовом ходе интегральных значений тепло- и влагосодержания тропосферы и среднего балла облачности.
Пространственное распределение годовых сумм осадков в Баренцевом море характеризуется четкой зональностью и уменьшением их к северо-востоку, отражая тем самым преобладающую роль устойчивых и продолжительных зимних циркуляционных процессов (см. рис. 8.2). Наибольшее годовое количество осадков наблюдается у побережья Скандинавии (1000—1200 мм) и Кольского полуострова (600—700 мм), где проходят основные пути исландских циклонов. В увеличении осадков здесь заметную роль играют теплые Нордкапокое и Мурманское течения, над которыми в нижнем слое воздушных масс усиливаются процессы конденсации. К северу и востоку от этого района годовые суммы осадков на акватории моря довольно быстро уменьшаются. В юго-восточной части моря, восточнее о. Колгуев, годовое количество осадков составляет около 500 мм, в районе, прилегающем к Земле Франца-Иосифа, не превышает 300 мм [37].
Некоторое увеличение осадков наблюдается в северо-западной части моря. В районе южной оконечности арх. Шпицберген и ближайших к нему островов они составляют 350—450 мм за год. Эта область повышенного количества осадков хорошо согласуется с положением одной из ложбин исландского минимума, которая прослеживается даже на годовой карте давления [290]. Регенерации циклонов и увеличению осадков здесь способствуют термодинамические условия воздушных масс в зоне соприкосновения теплого ЗападноШпицбергенского и холодного Надеждинско-Медвежинского течений.
На западном и южном побережьях арх. Новая Земля осадков выпадает более 400 мм, а на северном— около 300 мм. Зона максимальных фронтальных осадков располагается в середине острова, на ледниках (700 мм) [37].
Существенное влияние на распределение осадков в прибрежных районах оказывает орография побережья и островов. На наветренных склонах гор Скандинавии, Шпицбергена, Новой Земли и на некотором расстоянии перед ними количество осадков заметно увеличивается, тогда как за ними наблюдается явление дождевой тени [247, 291, 336]. Уменьшение осадков на подветренных склонах обусловлено тем, что воздушные массы атлантического происхождения, переваливая через указанные горы, теряют значительную долю своего начального влагосодержания. Это видно из сопоставления зимних полных потоков влаги (табл. 8.1) и интегрального влагосодержания тропосферы (табл. 8.2) на наветренной стороне Скандинавских гор (Будё, Эрландет) и подветренной (Соданкюля, Мурманск). Летом, когда западный перенос ослаблен, разницы в распределении влагопереноса и влагосодержания тропосферы в этом районе не наблюдается.
Выпадающие над морем осадки в течение года могут иметь различное фазовое состояние. Доля твердых осадков в годовой сумме всех видов осадков по акватории моря изменяется почти зонально, увеличиваясь от 30 % в южных районах до 70 % на широте 80° с. ш. [76]. В среднем за год минимальная повторяемость снега отмечается в югозападных рационах, особенно у побережья Скандинавии
Зимой наибольшие месячные суммы осадков выпадают в юго-западной части моря: в январе около 100 мм на побережье Скандинавии, 50—60 мм в районе о. Медвежий. На юго-восточном побережье в среднем за месяц выпадает 30—40 мм осадков и далее к северо-востоку месячные суммы осадков уменьшаются до 15—20 мм [40]. Осадки выпадают в основном в виде снега, снежных зерен и крупы. Повторяемость их в несколько раз больше, чем жидких [76]. Но при прохождении глубоких циклонов в юго-западном районе и зимой возможны жидкие осадки. Они наблюдаются даже на широте о. Медвежий [247].
Весной, в период минимума осадков, на югозападном побережье их сумма за месяц составляет около 50 мм (Варде), в районе о. Медвежий — 30—40 мм, в восточной половине моря— 15— 20 мм. Месячные суммы осадков летом повсеместно возрастают по сравнению с весной и изменяются от 60 мм на побережье Скандинавии до 40 мм у Новой Земли. Летние осадки отмечаются обычно в виде дождя, в северных районах моря возможны в виде мокрого снега. Жидкие осадки в южной части моря преобладают над твердыми и смешанными в период с июня по август, а в северной части — только в июле—августе [76].
Осенью, в период активизации циклонической деятельности, месячное количество осадков больше зимнего в западной части моря на 10—15 мм, вдоль восточной границы моря — вдвое [19]. При этом резко возрастает доля смешанных осадков.
Обобщение ежедневных наблюдений за осадками различной интенсивности на островных и береговых станциях показало (табл. 8.3), что отличительной особенностью климата моря является преобладание небольших осадков в статистическом распределении как твердых, так и жидких осадков. В среднем за год на градацию суточных сумм менее 5 мм приходится около 90 % всех осадков. Летом повторяемость значительных осадков возрастает, что заметно по сдвигу всех кривых распределения вправо по оси количества осадков (табл. 8.3). Если зимой на суточные и полусуточные суммы осадков ≤ 1 мм приходится 60—70 % случаев, то летом — только 30—40 %. Доля осадков ≥ 10 мм возрастает от зимы к лету от 0,1 до 10%.
Распределение по значениям полусуточных сумм осадков имеет те же закономерности, что и распределение суточных. Нет существенных различий и между распределением ночных и дневных сумм осадков. Разница состоит лишь в том, что в полусуточных суммах вклад осадков малых значений больше, чем в суточных, в ночных осадках больше, чем в дневных.
Особый интерес представляет повторяемость ежедневных сумм осадков выше опасных (ОЯ) и особо опасных (ООЯ) количеств. Как известно, критерии степени опасности зависят от фазового состояния осадков (табл. 8.4). Выявлено, что при любом фазовом состоянии осадков чаще наблюдаются опасные количества, чем особо опасные. Твердые и смешанные осадки чаще достигают опасных количеств как в суточных так и в полусуточных суммах, чем жидкие. В целом полусуточные суммы осадков достигают критериев ОЯ и ООЯ вдвое реже суточных.
Осадки количеством более 10 мм/сут встречаются повсеместно (табл. 8.5). Однако повторяемость их невелика и изменяется от 9 дней за год на юго-западном побережье до 4—5 на юго-восточном и до 0,8—1,0 сут в районе арх. Земля Франца-Иосифа. Осадки количеством более 20 мм/сут также наблюдаются в любом районе моря, а осадки количеством более 50 мм/сут возможны исключительно редко, в среднем 0,02— 0,07 сут за год, и только в юго-западной части моря, где наиболее развита интенсивная циклоническая деятельность. Интенсивные осадки здесь обусловлены длительной и интенсивной адвекцией влаги, в тылу исландских циклонов, которая уменьшается в восточном направлении. Выявленные зоны высокой повторяемости интенсивных осадков совпадают с районами их наибольших годовых сумм, а зоны отсутствия таких осадков соответствуют районам наименьших годовых сумм (рис. 8.2).
Как суточный, так и полусуточный максимум жидких осадков обычно больше максимума твердых и смешанных (табл. 8.6—8.7). Изменчивость полусуточных сумм, как правило, больше суточных. Средние из максимальных годовых значений твердых й смешанных осадков за суточные и полусуточные интервалы различаются меньше, чем жидких. Следовательно, большая часть твердых суточных осадков накапливается за половину суток, что указывает на «зарядовый» характер их выпадения, а жидких — за суточный период, свидетельствуя об их длительном, обложном характере. «Заряды» — шквалистые ливневые осадки, выпадающие в виде мокрого снега, дождя и крупы из кучево-дождевых облаков. Обложные осадки выпадают при тихой погоде на периферии антициклонов, сформированных в морокой воздушной массе. Они возможны также в зоне стационарных фронтов с волнами. Интенсивность обложных осадков мало меняется во время их выпадения, а поэтому полусуточные суммы их могут быть значительно меньше суточных.
Наибольшие за период наблюдений суточные количества осадков в юго-западных районах моря составляют 50—60 мм. На побережье Скандинавии и Мурмана фронтальные осадки, усиленные влиянием орографии, могут достигать 70— 75 мм/сут. В центральных районах моря при осадках «зарядами» максимальное количество может составить 40—50 мм, а у побережья Новой Земл и — 30 мм. В районе Земли Франца-Иосифа суточный максимум осадков может достигать 20— 25 мм.
При решении ряда практических задач оперативного обслуживания, в вопросах инженерного проектирования сооружений требуются данные о вероятности выпадения осадков заданного количества. Для южного побережья моря, где наблюдается наибольшее количество осадков, получены рассчитанные полусуточные, одно-, двух-, трехсуточные максимумы осадков, возможные 1 раз в заданное число лет (табл. 8.7, 8.8).
Эмпирическая вероятность ранжированных значений максимумов осадков определялась по формуле Чегодаева:
Твердые и смешанные полусуточные ОЯ (≥ 10 мм/12 ч) возможны ежегодно, ООЯ (≥ 20 мм/12 ч) выпадают 1 раз в 10—15 лет. Интенсивность осадков «зарядами» зависит от вертикальной неустойчивости арктического воздуха, т. е. от разности температур вода—воздух [402], наибольшие значения которой отмечаются в первую половину зимы (ноябрь—январь). Интенсивные снегопады также наиболее вероятны в январе, феврале [252], когда горизонтальные контрасты температуры воздуха в северном полушарии достигают наибольших значений и создаются благоприятные условия для обострения фронтальных разделов, регенерации и углубления циклонов, образования обширных многоцентровых депрессий.
Жидкие осадки более опасных количеств (≥ 20 мм/12 ч) наблюдаются 1 раз в 5 лет, более ООЯ — 1 раз в 50 лет. Особенностью летних осадков высоких широт является их длительный моросящий характер. Нередко обильные осадки могут выпадать непрерывно или с небольшими перерывами в течение двух, трех и более суток подряд. Учитывая это, наряду с обильными полусуточными и суточными суммами жидких осадков для южного побережья, рассчитаны их двух- и трехсуточные максимумы различной обеспеченности, которые находятся между собой в корреляционной зависимости (рис. 8.3). Суточные максимумы жидких осадков превышают полусуточные в 1,2—1,3 раза, а трехсуточные больше полусуточных в 1,8—1,9 раза.
