Глава II
Описание климата Мурманска по метеорологическим элементам
Атмосферное давление
Атмосферное давление и особенно его распределение на земной поверхности является важнейшим условием, определяющим направление переноса различных воздушных масс. Распределение атмосферного давления на разных уровнях в высоких суюях атмосферы определяет направление перемещения и эволюцию, развитие или ослабление различных барических систем (циклонов, антициклонов, гребней, ложбин и др.), которые вызывают резкие изменения погоды. С прохождением антициклонов обычно связана малооблачная тихая погода со значительными, особенно летом, суточными колебаниями ряда метеорологических элементов, с прохождением циклонов, наоборот, — ухудшение погоды: увеличение облачности, усиление ветра, нередко до шторма, выпадение дождя или снега и резкие колебания температуры при смене направления ветра.
Изменчивость годового хода атмосферного давления в Мурманске характеризуется следующими значениями среднего месячного атмосферного давления над уровнем моря (в мб):
Приведенные значения показывают, что наиболее высокое давление приходится на май, а самое низкое — на январь. В отдельные годы в зависимости от повторяемости и интенсивности циклонов или антициклонов средняя месячная и суточная величины атмосферного давления могут значительно колебаться, что иллюстрируют следующие данные годового хода разности между средними величинами наибольшего и наименьшего месячного (а) и суточного (б) атмосферного давления (мб).
Наиболее значительные колебания средней месячной и суточной величин давления наблюдаются зимой (ноябрь—м арт), наименее значительные— летом (июнь—август). Величина барической ступени или высота, на которую нужно подняться от уровня моря, чтобы давление понизилось на один миллибар, составляет около восьми метров. Следовательно, наибольшие суточные колебания, возможные зимой, например в январе, равносильны увеличению высоты места приблизительно на 700 м над ур. м. Резкие колебания давления за короткие промежутки времени могут вызывать ухудшение здоровья человека при сердечно-сосудистых заболеваниях. Поэтому величина барической тенденции или изменение давления за 3 часа представляет известный интерес (табл. 1).
Наибольшая повторяемость высоких барических тенденций > 2 мб за 3 часа наблюдается зимой, наименьшая — летом. Увеличение изменчивости различных характеристик атмосферного давления в зимние месяцы связано с увеличением повторяемости интенсивности и скорости перемещения барических систем: циклонов и антициклонов. Изменяется в течение года величина и направление среднего горизонтального барического градиента *.
* Горизонтальным градиентом любого метеорологического элемента называется изменение его на 100 км расстояния в сторону убывания этой величины.
Так, составляющая среднего барического градиента в январе, направленная к северу, достигает 2,1 мб/100 км, а в июле, направленная к югу, уменьшается по абсолютной величине до 0,8 мб/100 км. Этим объясняется преобладание ветра южного направления зимой и северного летом и увеличение средней скорости ветра зимой по сравнению с летом.
Ветер
Перераспределение повторяемости различного направления ветра от зимы к лету носит муссонный характер. Зимой преобладают южные ветры с материка, а летом — северные с Баренцева моря. Весной и осенью направление ветра менее устойчиво. Но в эти сезоны, особенно осенью, преобладают южные ветры (рис. 6). Повторяемость ветра северной четверти, направленного с Баренцева моря (СЗ, С и СВ), достигает летом 55% и уменьшается зимой до 15%. Повторяемость ветра южной четверти с материка (ЮВ, В и Ю З) достигает зимой 79%, а летом уменьшается до 37%. Наиболее резко (почти в два раза) увеличивается повторяемость северного ветра весной: от апреля к маю. С этим связано заметное увеличение облачности в мае по сравнению с апрелем.
В теплую часть года с мая по сентябрь, особенно в летние месяцы, направление ветра испытывает и суточную периодичность. В ясные или малооблачные дни со значительной амплитудой суточного хода температуры на фоне небольшой средней суточной скорости ветра направление его меняется. Утром или ночью
Рис. 6. Повторяемость ветра различных направлений (%)
а — зимой, б — весной, в — летом, г — осенью.
в такие дни более вероятны южные ветры с материка, а днем — северные с Баренцева моря. Н а берегу Кольского залива днем наблюдается увеличение повторяемости западного ветра, а вечером восточного. Суточная смена направления ветра наблюдается обычно в антициклоническом или безградиентном барическом поле, но она хорошо прослеживается и на средних данных. Значительны годовые колебания характеристик скорости ветра. Увеличение интенсивности и повторяемости циклонических процессов зимой обусловливает увеличение средней скорости ветра, числа дней с ветром ≥15 м/сек*. и продолжительность сильного ветра ≥15 м/сек., а также уменьшение вероятности тихой или маловетреной погоды. Летом в связи с уменьшением интенсивности и повторяемости циклонов и увеличением повторяемости антициклонов наблюдается обратное явление. Наибольшие скорость ветра, число дней с ветром ≥ 15 м/сек. и его продолжительность наблюдаются в январе, а наименьшие — в августе.
* За день с ветром ≥15 м/сек. считается день, в котором наблюдалось увеличение скорости ветра до 15 м/сек. и более, независимо от его продолжительности.
Для ряда подразделений морского и рыбного флота и других организаций представляет интерес не только число дней с сильным ветром, но и со скоростью ветра выше или ниже определенного предела (табл. 2).
Число дней со слабым ветром < 6 м/сек. бывает наименьшим в середине зимы (в январе) — всего 4 дня; оно увеличивается до 9 дней в конце лета (в августе). Число дней со скоростью ветра >10 м/сек. изменяется в течение года в обратном порядке: наибольшее в январе и наименьшее в августе. Скорость ветра в отдельные дни при неустойчивой погоде, связанной с прохождением циклонов, может испытывать в течение суток значительные колебания от штиля до шторма ≥15 м/сек. При неустойчивой погоде увеличение или уменьшение скорости ветра не приурочивается к определенному времени суток. Суточные колебания скорости ветра в определенное время суток обычно наблюдаются при ясной или малооблачной погоде с небольшой средней суточной скоростью ветра, т. е. при антициклонической погоде. Поэтому суточная периодичность скорости ветра обнаруживается и на средних многолетних величинах. Изменение средней многолетней скорости ветра можно проследить по данным табл. 3.
В декабре за время полярной ночи периодические суточные колебания скорости ветра полностью затухают, а летом их амплитуда достигает наибольшей величины: 44% средней суточной скорости. Наименьшие скорости ветра наблюдаются в ночные или утренние сроки (в 1 и 7 часов), а наибольшие — днем (в 13 часов). Увеличение скорости ветра в дневные часы объясняется увеличением вертикального градиента 1 температуры в нижнем слое воздуха, а отсюда и усилением конвективного перемешивания воздуха, в результате которого происходит выравнивание скорости ветра в приземном и в более высоких слоях, где скорость ветра выше, чем внизу. Ночью и утром наблюдается обратное явление. Меняются в течение суток и другие характеристики скорости ветра, например вероятность скорости ветра < 6 м/сек. и > 10 м/сек. (табл. 4).
Вероятность слабого ветра < 6 м/сек. наибольшая ночью (в 1 час), наименьшая днем (в 13 ч асов). Вероятность скорости ветра > 10 м/сек. изменяется в течение суток в обратном порядке
Зависимость характеристик скорости ветра от его направления иллюстрирует табл. 5, которая в связи с недостатком данных еже частных наблюдений над скоростью ветра приведена только для всего года
Зависят от направления ветра и суточные колебания его скорости. В табл. 6 приводится суточный ход скорости ветра при устойчивом в течение всех суток направлении ветра с Баренцева моря или материка, т. е. при устойчивом ветре северной и южной четверти
Как видно из данных табл. 6, суточные амплитуды периодических колебаний скорости ветра в любом из месяцев при ветре с Баренцева моря почти в два раза меньше, чем при ветреобратного направления. Наибольшие средние скорости ветра при любом его направлении во всех месяцах теплой части года наблюдаются в 13 часов, наименьшие — в 1 час и только в сентябре — в 7 часов. Таким образом, направление ветра оказывает существенное влияние на суточную амплитуду его скорости, но не вызывает смещения во времени ее фаз (максимума и минимума)
Температура воздуха
Средний многолетний температурный режим Мурманска складывается под влиянием преобладания притока теплых масс атлантического воздуха зимой и прохладного воздуха с Баренцева моря летом, а поэтому характеризуется аномально теплой для его широты зимой и сравнительно прохладным летом. Морозные дни зимой со средними суточными температурами ниже —20, —25 и —30° встречаются сравнительно редко. Также редко наблюдаются летом и жаркие дни со средней суточной температурой >20°. Как видно из рис. 7, наиболее низкие значения всех характеристик температуры приходятся на февраль, наиболее высокие — на июль. Время наступления более низких температур запаздывает на один месяц по сравнению с более континентальными районами, что характерно для морского климата, время наступления самых высоких температур совпадает с континентальными районами. Аналогичное явление наблюдается и в Ленинграде [11]. В отдельные годы самым холодным или теплым может быть любой из зимних или летних месяцев. Приводим значения вероятности самого холодного и теплого месяцев в процентах от общего числа лет по многолетним данным:
Рис. 7. Годовой ход различных характеристик температуры воздуха
/ — абсолютный максимум, 2 — средний максимум, 3 — средняя месячная, 4 — средний минимум, 5 — абсолютный минимум
В отдельные годы средние месячные температуры могут существенно отличаться от средних многолетних (табл. 7)
Наибольшая изменчивость средней месячной температуры наблюдается в зимние месяцы, с декабря по март, наименьшая — в конце лета и начале осени, август—сентябрь
В холодный период, с октября по апрель включительно, на фоне относительно теплой погоды встречаются морозные дни с минимальной температурой ниже —20°. Такие морозные дни возможны уже в октябре. Но в этом месяце они еще весьма мало вероятны и наблюдаются один раз в 50 лет. В ноябре они возможны один раз в два года, в декабре — примерно 4 раза, а в январе и феврале — 7 раз в один год. В марте число морозных дней убывает до двух, а в апреле — до одного в 10 лет. Всего за холодный период наблюдается в среднем около 19 морозных дней с минимальной температурой ниже —20°. Сильный мороз в обычные зимы — непродолжительное явление. Всего за зиму, с ноября по март включительно, наблюдается в среднем 257 часов, или около 11 суток с температурой воздуха ниже —20°. Это составляет всего 7% общего числа дней холодного периода. Наибольшее число часов (100) с морозом до —20° и ниже приходится на февраль, а наименьшее (12 часов) — на ноябрь. Отдельные значительные похолодания в Мурманске обычно непродолжительны (табл. 8)
В любом из месяцев холодного периода года (октябрь—апрель) наблюдаются дни с оттепелью. В октябре и апреле оттепель в среднем бывает более чем в 50% дней. В ноябре бывает около 13 дней с оттепелью, в декабре и марте — около 7, в январе —около 4 и в феврале — около 2. Круглосуточная оттепель наблюдается значительно реже, в среднем около 16 дней в октябре, около 3 — в ноябре, около одного — в декабре и около 6 — в апреле. В январе и феврале круглосуточная оттепель наблюдается в среднем не чаще 5 дней за 100 лет, а в марте — не чаще одного дня за 10 лет. В отдельные годы наблюдалось отсутствие оттепели в течение одного из всех месяцев холодного периода. В Мурманске оттепель отсутствовала в 10% лет — в декабре, в 18% — в январе, в 28% — в феврале и в 8% — в марте
В теплый период (май—сентябрь) в Мурманске наблюдается в среднем около 24 жарких дней с максимальной температурой не ниже 20°. Распределение числа жарких дней в отдельных месяцах представлено в табл. 9
Жаркие дни с максимальной температурой >20° наблюдаются в 98% лет в июле, в августе— в 89% лет, в июне— в 83% лет, в мае — в 25% лет, а в сентябре — всего в 9% лет. В жаркие дни в Мурманске всегда наблюдается высокая суточная амплитуда порядка 10— 15° и более. Поэтому жаркая погода даже в июле никогда не удерживается в течение всех суток, т. е. минимальная Температура всегда ниже 20°. Кроме жарких дней, в теплый пе- онод возможны и заморозки. Всего в теплый период наблюдается § среднем около 19 дней с морозом, из них 15 дней приходится на май и по 2 дня — на июнь и сентябрь. В июле за весь период наблюдений мороза в Мурманске не было. Заморозки в теплый период заканчиваются в среднем 1 июня, начинаются 19/IX. Таким образом, средняя продолжительность безморозного период достигает 109 дней. В отдельные годы начало и конец заморозков и продолжительность безморозного периода испытывают значительные колебания (табл. 10)
Изменяясь в течение года, средняя температура воздуха устойчиво переходит через определенные пределы. Устойчивый переход температуры через определенный предел, например через 5° в сторону ее повышения, еще не исключает возможного ее понижения в отдельные дни до температуры ниже 5°. Точно также после перехода средней температуры через 5° в сторону ее понижения в отдельные дни возможна и более высокая температура
Переход температуры через определенный предел, например 10° в сторону ее повышения или понижения, означает, что скользящая средняя месячная температура начиная с данного дня и в последующие дни будет оставаться выше или ниже этого предела (табл. 11)
Переход средней температуры через —5, 0, 5 и 10° осуществляется в Мурманске ежегодно, а через — 10°—-не каждую зиму. В 12% зим устойчивого перехода средней температуры через — 10° не наблюдается. В очень холодные зимы возможен переход средней температуры через — 15°. Но такое явление наблюдается в 8% лет. Также редко, в 6% лет, в очень теплом летнем сезоне возможен переход средней температуры через 15°. Заметные колебания от года к году даты перехода средней температуры через указанные выше пределы показывают данные табл. 12, а данные табл. 13 — продолжительности периода с температурой выше указанных пределов.
Кроме дат перехода средней температуры через пределы 5 и 10°, большой практический интерес представляют даты перехода средней температуры через 8°. Осенняя дата определяет начало,, а весенняя — конец отопительного сезона (табл. 14)
Очень ранние и поздние даты начала отопительного сезона (5 и 95% -пой вероятности), т. е. возможные один раз в 20 лет, колеблются в пределах от 18 августа до 29 сентября, или различаются на 42 дня. Даты окончания отопительного сезона той же вероятности колеблются от 21 мая до 10 июля, т. е. различаются на 40 дней. Такие же колебания может испытывать и продолжительность отопительного сезона
Средняя расчетная температура самой холодной пятидневки составляет —28°. В исключительно холодную зиму 1965-66 г. она достигала —30°. Средняя температура отопительного сезона, как и его продолжительность, может в отдельные годы значительно отличаться от средней многолетней. Так, в самую холодную зиму 1965-66 г. она понижалась до —6,8°, а в наиболее теплую 1943-44 г. достигала — 1,4°
В формировании температурного режима Мурманска болыное- значение имеет адвекция воздушных масс различного происхождения, особенно летом и зимой, когда температурные различия воздушных масс, поступающих с Баренцева моря или материка, наиболее значительны. Трансформация воздушных масс или прогревание их днем и летом и выхолаживание зимой и ночью при устойчивой антициклонической погоде оказывает также существенное влияние на температуру воздуха. Но устойчивая антициклоническая погода менее вероятна, чем неустойчивая циклоническая. Поэтому каждому направлению ветра соответствует определенный температурный режим, отличный от среднего, не зависящего от направления ветра, и любая характеристика температуры зависит от направления ветра. Ввиду небольшой длительности использованного периода (1936— 1955 гг.) и малой повторяемости отдельных направлений ветра, например северного зимой или восточного и юго-восточного в течение всего года, средние температуры при определенных направлениях ветра рассчитаны только для сезонов и округлены до целых чисел (табл. 15). В последней графе табл. 15 указаны средние температуры по сезонам, полученные по данным [15], т. е. не зависящие от направления ветра
Наибольшие различия в средней температуре воздуха при определенном направлении ветра складываются зимой и летом. Весной и осенью эти различия в известной мере сглаживаются. Самый холодный ветер зимой имеет юго-восточное направление. Он наиболее часто выносит холодный континентальный арктический воздух с Карского моря, который по пути к Мурманску проходит над северными районами Европейской территории СССР или вдоль юго-восточного побережья Баренцева моря и практически не прогревается над поверхностью воды, свободной от льда. Самый теплый ветер зимой имеет северо-западное направление. Он выносит арктический воздух, в значительной мере прогретый над поверхностью вод теплого Нордкапского течения, либо атлантический воздух, который, огибая Норвегию с севера, не выхолаживается над сушей. Самый теплый ветер летом бывает юго-западного и южного направления, он выносит наиболее теплый континентальный воздух с материка. Самый холодный ветер летом бывает северного, северо-западного или северо-восточного направления, он выносит прохладный воздух с Баренцева моря
Весной и осенью температурные различия, зависящие от направления адвекции воздушных масс, в значительной мере сглаживаются. Наиболее холодные в эти сезоны ветры северной четверти (СЗ, С и СВ), с ними приходит арктический воздух, а наиболее теплые — юго-западные, с ними приходит теплый воздух из средних широт Атлантики. Распределение температур по направлениям ветра в различные сезоны приведены в табл. 16
Сильные морозы ниже —20° зимой не наблюдаются при ветре со стороны Баренцева моря, т. е. при ветрах северного, северо-западного направлений, и очень мало вероятны при северо-восточном ветре. Наиболее вероятны они при юго-восточном ветре. Оттепель зимой наиболее вероятна при западном ветре, с которым часто поступает теплый атлантический воздух
Весной сильный мороз возможен только при юго-восточном и южном ветре, но более вероятен при юго-восточном. Наименее вероятна оттепель при восточном и наиболее вероятна при южном и юго-западном ветре. При двух последних направлениях ветра возможна и жаркая погода, но наиболее вероятна она при юго- западном ветре
Летом заморозки в воздухе не наблюдаются только при южном ветре. Жаркая погода возможна при любом направлении ветра, но очень мало вероятна при ветрах северной четверти, направленных со стороны Баренцева моря, при которых наблюдается только в самом начале смены направления или в дневное время при бризах
Осенью заморозки возможны при любом направлении ветра. Однако они наиболее вероятны при юго-восточном и наименее вероятны при северном и северо-западном направлениях ветра. Жаркая погода осенью, как и весной, возможна только при южном и юго-западном направлениях ветра и наиболее вероятна при юго-западном. При ветре с Баренцева моря в теплый период года, с мая по сентябрь, наблюдается увеличение облачности. За счет увеличения облачности уменьшается периодическая амплитуда суточного колебания температуры. На рис. 8 представлен суточный ход температуры воздуха по ежечасным данным за дни с устойчивой в течение всех суток адвекцией с Баренцева моря и материка. Д ля сравнения здесь же показан суточный ход температуры воздуха, не связанный с направлением адвекции [15]. Как видно из рис. 8, в любом из месяцев, с мая по сентябрь, при ветре с Баренцева моря средняя суточная температура ниже и ее суточная амплитуда меньше, чем те же средние многолетние величины, полученные независимо от наравления ветра; при адвекции с материка — обратное явление. Наибольшие различия в средней суточной температуре при адвекции с моря и материка наблюдаются в начале лета (в июне), а в ее суточной амплитуде — в середине лета (в июле). Наименьшие же различия у этих обеих характеристик наблюдаются в сентябре. Суточная амплитуда температуры при адвекции с Баренцева моря в течение теплого периода мало меняется: от 2,1° в июне до 1,8° в сентябре. При адвекции же с материка она меняется более значительно: от 8,5° в июле до 2,9° в сентябре. Средняя суточная температура при адвекции с материка достигает 16,5° в июле, всего 4,7° в мае и 7,6° в сентябре. При адвекции с Баренцева моря средняя суточная температура увеличивается от мая к июлю и более медленно убывает от июля к сентябрю. При устойчивом направлении ветра амплитуда суточного хода температуры зависит и от облачности. Так, например, в июне и июле при адвекции с материка и ясной или малооблачной погоде она может достигать 15—20°, а при пасмурной погоде, которая при ветрах с материка наблюдается сравнительно редко, она уменьшается до 6—4°
Связь средней температуры с направлением ветра показывает, что в холодный период года, с октября по апрель включительно,в квартирах, обращенных к югу, в сторону преобладающих и наиболее холодных ветров при одинаковой толщине стен и обогревании, значительно холоднее, чем в квартирах, обращенных к северу, в сторону более теплых и менее вероятных ветров северной четверти. К сожалению, это обстоятельство при проектировке зданий часто не учитывается. Помимо направления ветра, на температуру оказывает влияние и скорость ветра. На рис. 9 и 10 представлена повторяемость (в % от общего числа наблюдений) различных сочетаний температуры воздуха < 0 ° в холодный период года (с октября по апрель) и > 0 ° в теплый период (с мая по сентябрь включительно) и скорости ветра. Эти рисунки представляют практический интерес для различных отраслей народного хозяйства и органов здравоохранения. В дополнение к ним приводим средние скорости ветра при различных градациях температуры воздуха ниже 0° в холодный период:
С понижением температуры от 0 до —20° средняя скорость ветра убывает, а при дальнейшем ее понижении остается постоянной. Постоянство скорости ветра при понижении температуры начиная с —20° характерно для побережья Кольского залива, где расположена ст. Мурманск, Халдеев мыс, и объясняется усилением стока холодного воздуха с окружающих сопок к заливу.
Рассмотрим средние скорости ветра при различных температурах воздуха > 0° в теплый период года (с мая по сентябрь):
В диапазоне температур от 5 до 15°, вероятность которых достигает 63%. наблюдаются наименьшие скорости ветра. При низких температурах, от 5 до 0°, и относительно высоких, более >20°, скорость ветра увеличивается. Следовательно, в теплый период года аномально высокие и низкие температуры воздуха обусловливаются адвекцией с материка или Баренцева моря и наблюдаются при повышенных по сравнению с нормой скоростях ветра.
Влажность воздуха
Влажность воздуха характеризуется: 1) упругостью водяного пара, 2) относительной влажностью, или отношением упругости водяного пара при данной температуре к насыщающей упругости при этой температуре, 3) недостатком насыщения, или разностью между насыщающей и фактической упругостью водяного пара при данной температуре. Эти характеристики влажности меняются во времени в течение года и суток, а в условиях Мурманска в значительной степени зависят и от направления ветра.
Характеристики влажности воздуха, приведенные на рис. 11, показывают, что годовой ход упругости водяного пара и недостатка насыщения совпадают. Н аименьшие величины наблюдаются в январе и феврале, наибольшие — в августе, а недостаток насыщения — в июле. Годовой ход относительной влажности обратен годовому ходу рассмотренных характеристик влажности воздуха: наиболее высокая относительная влажность (85%)— в ноябре, декабре и январе, наименьшая (69%) — в июне.
Суточные колебания упругости водяного пара по данным наблюдений за 4 срока (1, 7, 13 и 19 часов) незначительны: в период с ноября по февраль они отсутствуют, наибольшая суточная амплитуда 0,3 мб — в марте и апреле, а с мая по октябрь включительно она не превышает 0,2 мб.
Периодические колебания недостатка насыщения в течение суток более значительны. По данным наблюдений, наименьшая величина недостатка насыщения весной и осенью наблюдается утром, около 7 часов, а летом — ночью, около 1 часа. Суточная амплитуда изменяется от 0 мб с ноября по февраль до 5 мб в июле.
Суточный ход относительной влажности по ежечасным данным в зимние месяцы до февраля включительно полностью затухает. В марте и апреле, а также осенью самая высокая относительная влажность наблюдается около 6—7 часов, а с мая по август — около 2—4 часов ночи. Самая высокая относительная влажность наблюдается в послеполуденные часы, от 14 до 15 часов. Таким образом, самые высокие величины относительной влажности совпадают во времени с наиболее низкой температурой воздуха, а самая низкая величина относительной влажности — с самой высокой температурой воздуха. Суточная амплитуда относительной влажности увеличивается от 0% в феврале до 23% в июле, а начиная с августа понижается от 22 до 0% в ноябре. Относительная влажность, помимо периодических колебаний, связанных с определенным временем суток, испытывает более значительные непериодические колебания, вызываемые выпадением осадков, сменой направления ветра и т. д. Она наиболее изменчива в дневное время. Д аж е в декабре в отдельные дни величина относительной влажности может опускаться ниже 60%, а в июле и августе — ниже 20%. В то же время в декабре и июле в дневные часы она может быть и выше 80%.
В среднем влажные дни с относительной влажностью ≥ 80 % в 13 часов чаще всего наблюдаются в ноябре, декабре и январе — 22—23 дня, в мае и апреле среднее число влажных дней уменьшается до 5—6. Сухие дни с относительной влажностью ≤ 30 % наблюдаются в любые из сроков 1, 7, 13 и 19 часов только в период с апреля по август. Наибольшее число таких дней (около двух) бывает в июне. Средняя месячная относительная влажность воздуха в отдельные годы может заметно отличаться от средней многолетней. Так, в феврале она колебалась от 88% в 1965 г. до 75% в 1959 г. Еще более значительные ее колебания могут быть летом. Так, например, в июле она достигала 80% в 1956 г. и всего 60% в 1960 г. Такие же значительные колебания падают и на число сухих дней с относительной влажностью ≤ 30 % за любой из сроков наблюдений. В 1955 и 1965 гг. сухих дней не было за весь год, а в 1960 г. их число достигло 12 за период с апреля по август.
Значительно меняется и месячное число влажных дней с относительной влажностью -80% за 13 часов. Например, в феврале 1959 г. таких дней было только 10, а в 1965 г. — 26. В июле 1951 г. было 13 влажных дней, а в июле 1960 г . — всего 1 день. Наиболее низкие значения относительной влажности наблюдаются в ясные дни при быстром прогревании холодного воздуха с малым влагосодержанием, наиболее высокие — при значительном радиационном выхолаживании теплого и влажного воздуха в ночные и утренние часы и при выпадении обложных осадков в дневные часы. На температуру воздуха и его влажность влияет и направление адвекции или, в конечном счете, направление ветра. В табл. 17 приводятся ориентировочные данные о средней относительной влажности при различных направлениях ветра в теплый период за 15 лет (1950—.1965 гг.) и амплитуда ее колебания, зависящая от направления ветра.
Самый влажный ветер в теплую часть года имеет северное направление, несколько менее влажный — северо-западное и северо- восточное. Таким образом, наиболее влажные ветры в теплый период года направлены с Баренцева моря. Наиболее сухой воздух приносит с материка ветры юго-восточного, южного и юго-западного направлений. Наибольшие различия в относительной влажности воздуха, зависящие от направления ветра, наблюдаются в июле, к началу осени (сентябрь) эти различия в значительной мере сглаживаются. Точно также зависит от направления ветра и повторяемость сухих дней (табл. 18)
При ветрах с Баренцева моря северо-западного, северного и северо-восточного направлений сухие дни отсутствуют. Они наиболее вероятны при ветрах с материка юго-восточного, южного и юго-западного направлений. Суточный ход относительной влажности воздуха такж е зависит от направлений адвекции воздушных масс — направления ветра Суточный ход относительной влажности при устойчивом направлении ветра с материка и с моря и независимо от ветра по данным [17] представлен на рис. 12. Как видно из рис. 12 в любое время суток при ветрах с Баренцева моря относительная влажность выше, а при ветрах с материка ниже той ж е величины, не зависящей от направления ветра, суточная амплитуда относительной влажности при ветрах с моря ниже, а при ветрах с материка выше* чем та же величина, не связанная с направлением ветра. Такое положение наблюдается в период с апреля по сентябрь включительно.
Относительная влажность воздуха находится в обратной связи с его температурой, т. е. обычно понижается при повышении последней. Однако при данной температуре воздуха относительная влажность его может колебаться в довольно широких пределах. На рис. 13 представлена вероятность различного сочетания температуры воздуха > 0 ° и относительной влажности в процентах от общего числа наблюдений.
Облачность и солнечное сияние
Облачность определяется визуально по 10-балльной шкале. Облачность 8 баллов означает, что 0,8 неба покрыто облаками и т. д. К ясным относятся дни, в которые сумма отметок облачности за 4 срока наблюдений не более 7 баллов, а к пасмурным — дни, в которые сумма отметок облачности за те же сроки не менее 33 баллов. Годовой ход различных характеристик нижней облачности в Мурманске, как видно из данных рис. 14, имеет два максимума в мае и октябре и два минимума в марте и июле. Наименьшая средняя облачность и число пасмурных дней и наибольшее число ясных дней за весь год наблюдается в марте. В этом месяце низкая подынверсионная 1 облачность обычно разрушается в дневные часы за счет радиационного прогревания, а кучевая облачность еще не развивается. Увеличение облачности наблюдается в мае вследствие развития кучевой облачности и увеличения повторяемости ветра с Баренцева моря, выносящего с его акватории значительную, а нередко сплошную облачность, а некоторое уменьшение — в середине лета (июль) в связи с увеличением повторяемости антициклонов. Но июльский минимум выражен менее резко по сравнению с мартовским, так как в июле отмечается наибольшая в году повторяемость ветра северного, северо-восточного и северо-западного направлений с Баренцева моря, который выносит значительную и сплошную облачность. Поэтому с июля увеличивается повторяемость пасмурных дней. Наиболее значительная облачность наблюдается в октябре. Она обусловливается увеличением повторяемости циклонов и связанной с ними фронтальной облачностью, а такж е интенсивным радиационным выхолаживанием масс влажного воздуха и образованием низкой облачности.
Повторяемость различных форм облачности в различных сезонах зависит от условий их образования (табл. 19).
Кучевые формы облаков Си, СЬ образуются в результате конвекции в неустойчиво стратифицированных по вертикали массах воздуха, т. е. при значительном понижении температуры с высотой в нижнем слое атмосферы. Такое распределение температуры по вертикали происходит вследствие радиационного прогревания нижнего слоя воздуха в дневные часы и в теплую часть года или прогревания холодных масс арктического воздуха над поверхностью более теплой воды Баренцева или Норвежского моря, свободной от льда, преимущественно в холодную часть года. Образовавшуюся над морем конвективную облачность выносят на берег ветры северных направлений.
Облака Ас образуются в результате распада вершин мощных кучевых облаков Си cong. или размывания фронтальной облачности. В теплую часть года складываются более благоприятные условия для развития конвекции над сушей. Поэтому облака Cu, Cb, и Ac наиболее вероятны летом и наименее вероятны зимой. Фронтальная облачность As и Ns находится в прямой связи с циклонической деятельностью. Годовой ход ее повторяемости параллелен годовому ходу повторяемости и интенсивности циклонов с максимумом зимой и минимумом летом. Подынверсионная облачность St и Sc связана с образованием инверсии. Она наименее вероятна весной в период интенсивного прогревания и наиболее вероятна осенью в период интенсивного выхолаживания теплых и влажных масс воздуха. Увеличение повторяемости St в летние месяцы, особенно в июле, зависит от увеличения повторяемости адвекции с Баренцева моря, а следовательно, и от выноса приподнятого тумана с его акватории.
Д ля облачности характерна и суточная периодичность. В табл. 20 приведен приближенный суточный ход нижней облачности по данным наблюдений за 4 основных срока: 1, 7, 13 и 19 часов.
За период с ноября по февраль, когда суточная периодичность в ходе облачности очень мала или вообще не наблюдается, данные не приводятся. Как видно из табл. 20, в период с марта по октябрь наблюдаются два типа суточного хода количества облаков. Первый тип с максимумом около 7 часов характерен для более холодных месяцев (марта, апреля и октября), когда днем не наблюдается развитие значительной кучевой облачности, а утром образуется низкая слоистая или слоисто-кучевая облачность, которая разрушается днем. Второй тип с максимумом около 13 часов характерен для более теплых месяцев (с мая по сентябрь включительно), когда днем наблюдается более интенсивное развитие кучевых или кучево-дождевых облаков.
Для характеристики повторяемости различных форм облаков в течение суток в табл. 21 приведены данные наблюдений в различные часы суток в теплый период (с мая по сентябрь включительно). Эти данные показывают, что наиболее резко с максимумом в 15 часов меняется в течение суток повторяемость кучевых облаков, развивающихся в результате местной конвекции. Менее резко меняется в течение суток повторяемость кучево-дождевой облачности, поскольку она не только развивается в результате дневной конвекции, но и выносится с моря ветрами северной четверти. Слоисто-кучевая облачность мало изменяется в течение дня. Она несколько уменьшается утром и увеличивается днем. Значительно меняется повторяемость слоистой облачности. Наиболее вероятна она от 3 до 6 часов, а наименее вероятна— от 12 до 15 часов.
Помимо процессов трансформации (выхолаживания или прогревания снизу от подстилающей поверхности), облачность зависит и от направления ветра (рис. 15), В течение всего года в теплый и холодный периоды наибольшая облачность наблюдается при ветре с Баренцева моря (северного, северо-западного и северо-восточного направлений), а наименьшая — при ветре с материка (южного, юго-восточного и юго-западного направлений). При ветре с материка в теплый период облачность меньше, чем в холодный, а при ветре с Баренцева моря в теплый период облачность больше, чем в холодный, что объясняется увеличением повторяемости ветра с Баренцева моря, который выносит оттуда значительную и сплошную облачность, удерживающуюся при устойчивом северном ветре нередко в течение суток. Следовательно, различия в облачности при различном направлении ветра в теплый период больше, чем в холодный.
Возможная продолжительность солнечного сияния определяется длительностью дня, зависящей от широты места и времени года и от степени закрытости горизонта. Фактическая ж е продолжительность солнечного сияния, помимо того, зависит и от облачности. Поэтому для оценки относительной ясности неба служит отношение фактической продолжительности солнечного сияния к возможной, выраженное в процентах. Д ля относительной оценки вероятности пасмурного неба служит число дней без солнца.
Годовой ход различных характеристик солнечного сияния приведен на рис. 16 и 17. В среднем за год солнце светит 1297 часов. При этом годовая продолжительность солнечного сияния в отдельные годы может значительно отличаться от средней многолетней. Так, например, в 1964 г. солнце светило 1390 часов, а в 1968 — всего 977 часов. Средняя продолжительность солнечного сияния в условиях Мурманска меняется в значительных пределах. В декабре во время полярной ночи солнце не показывается в течение всего месяца, а в июне во время полярного дня оно светит в среднем 246 часов. В отдельные годы в любом из месяцев фактическая продолжительность солнечного сияния может существенно отличаться от средней многолетней (рис. 16). Так, например, в= июне 1953 г. солнце светило 398 часов, а в июне 1955 г. всего 137 часов, т. е. почти в три раза меньше. Отношение фактической продолжительности солнечного сияния к возможной, ввиду преобладания значительной облачности, составляет в целом за год всего 33%, а в любом из месяцев не превышает 35%. Только в наиболее ясные месяцы оно увеличивается: в марте до 38%, а в апреле до 46% (рис. 17). Число дней без солнца в течение всех зимних месяцев, кроме марта, составляет более половины всех дней месяца, а в декабре все дни без солнца, независимо от того, сколько в этом месяце было ясных дней. В период с марта по сентябрь число дней без солнца не превышает 8, а в апреле, мае и июне — 4 дней (рис. 17).
Атмосферные осадки и снежный покров
Осадки в Мурманске, как и в других районах умеренного климата, в основном образуются в результате циклонической деятельности и притока воздушных масс с высоким абсолютным влагосодержанием и значительной вертикальной неустойчивостью (падением температуры с увеличением высоты).
Обложные дожди и снегопады, связанные с прохождением циклонов и фронтов, дают во всех сезонах и в целом за год наибольшее количество осадков. Поэтому избыток или дефицит осадков в любом из месяцев определяется повторяемостью циклонов и антициклонов. Меньшее количество осадков дают ливневые дожди и снегопады. В условиях Мурманска интенсивность ливневых осадков зависит от направления переноса воздушных масс, значительно изменяющегося по сезонам. Здесь наблюдаются два типа ливневых осадков, образующихся: 1) при переносе масс континентального воздуха, поступающего из более южных или юго- западных районов и 2) при адвекции воздушных масс с Баренцева моря. Последние называют осадки «зарядами».
Интенсивность ливневых осадков, а отсюда и формирование количества месячных и сезонных сумм осадков, зависят от условий трансформации воздушных масс и величины вертикальных градиентов в различные сезоны. Изменение значений вертикального градиента температуры воздуха в слое до 3,0 км при различном направлении адвекции воздушных масс в середине лета (в июле) и в середине зимы (в январе) иллюстрируют данные табл. 22.
При воздушных потоках с материка зимой в нижнем слое воздуха преобладает инверсия или наблюдается очень медленное понижение температуры с высотой и только в среднем слое с высотой 1,5 км устанавливается вертикальный градиент температуры, превышающий 5°/100 м. Наличие инверсии в нижнем слое воздуха исключает образование кучево-дождевых облаков, из которых выпадают ливневые осадки. Летом же во всей толще атмосферы до высоты 3,0 км преобладает значительное понижение градиента температуры с высотой, превышающее 5°/100 м, т. е. складываются благоприятные условия для образования кучево-дождевых облаков, дающих ливневый дождь, нередко с грозой При воздушных потоках с Баренцева моря зимой, когда холодный воздух приходит из Арктики и в значительной степени прогревается снизу над поверхностью его более теплой воды, в этом воздухе устанавливается значительный вертикальный градиент температуры, превышающий с высоты около 0,2 км 5°/100 м. Таким образом складываются благоприятные условия для развития кучево-дождевой облачности, из которой обычно выпадает обильный снег зарядами. Летом наблюдается обратное явление. В воздушном потоке, направленном с Баренцева моря, с высоты 1,0 км наблюдается небольшое падение температуры — градиент меньше 5°/100 м. Поэтому летом при северном ветре кучево-дождевая облачность образуется значительно реже, чем зимой, и дает более слабые осадки. В связи с этим внутрисезонное соотношение количества различных типов осадков в течение года изменяется от зимы к лету, что показывают данные в табл. 23 для Мурманска, приведенные в процентах от общего сезонного количества осадков [20].
Обложные осадки в любой сезон, особенно весной и осенью, дают наибольший вклад в их сезонное количество. Ливневые осадки при адвекции с материка дают наибольшее количество только летом, когда они наиболее интенсивны и нередко сопровождаются грозами и шквалами. Весьма интенсивным, например, был грозовой ливень днем 26 июня 1957 г., который в сопровождении сильной грозы продолжался всего 12 минут и дал слой осадков 22 мм. Ливневые осадки зимой при адвекции с материка имеют очень малую интенсивность, порядка 0,1—0,2 мм/сутки. Осадки зарядами наиболее интенсивны зимой. В этот сезон они выпадают реже, чем в остальные, но дают наибольшую долю общего количества за сезон, а в отдельных случаях — наибольшее суточное количество, до 15 мм и более. Зимой осадки зарядами сопровождаются сильными метелями, порой образующими тяжелые снежные заносы, затрудняющие работу транспорта. Высокая их повторяемость может вызвать значительное превышение нормы месячного количества осадков. Например, в январе 1967 г. в Мурманске было 6 дней с осадками зарядами, в том числе 2 дня с грозой. В январе 1967 г. за месяц выпало 55 мм осадков, что составляет 250% месячной нормы ставляет 250% месячной нормы. Существующие методы измерения количества осадков еще не дают достаточно точных величин. В Мурманске до 1953 г. количество осадков измерялось при помощи дождемера, из которого в холодный период года значительная доля осадков выдувалась сильными ветрами. С 1953 г. измерение проводилось с помощью осадкомера, имеющего меньшее количество потерь за счет выдувания ветром, но еще не гарантирующего абсолютной точности измерений. Осадкомер полностью улавливает дождь или снег, выпадающий под прямым углом к горизонтальной поверхности. С увеличением скорости ветра угол наклона траектории выпадающих осадков к горизонтальной поверхности уменьшается, поэтому принимающий сосуд осадкомера осадки улавливает не полностью. Кроме того, при измерении часть осадков теряется за счет смачивания прибора. В связи с этим в значение измеренного осадкоме- ром количества осадков вносят поправки на указанные потери. Поправки на испарение осадков, собранных осадкомером за промежуток между сроками измерений, до 1970 г. не вносились. Поэтому существуют три многолетние нормы осадков: 1) измеренные по показаниям дождемера; 2) приведенные к показанию осадкомера и 3) с поправками к осадкомеру на выдувание ветром и смачивание прибора (табл. 24).
Как видно из данных табл. 24, годовой ход осадков совпадает, но их месячное количество в зимние месяцы, полученное различными методами, существенно различается. Среднее многолетнее количество осадков по данным дождемера, как наименее точное, из практики исключено. Количество осадков по данным осадкомера с поправками к нему применяется в точных расчетах водного баланса, а количество осадков, приведенное к осадкомеру, применяется для оценки их недостатка или избытка. Такая норма будет использована в дальнейшем описании осадков.
Наименьшее количество осадков выпадает в марте, наибольшее— в августе. За зиму выпадает 28% общей годовой суммы, за весну 13%, за лето 37%, а за осень 22%. В отдельные годы в зависимости от повторяемости циклонов и антициклонов и направления их траекторий месячное количество осадков может сильно отличаться от нормы. Годовой ход наибольшего и наименьшего количества осадков, наблюденных в Мурманске по осадкомеру, приведен на рис. 18. Наибольшие различия в месячном количестве осадков наблюдаются зимой и летом, наименьшие — осенью и весной. Значительный дефицит осадков в месяцы теплого периода года обусловливается повышенной повторяемостью вы- щ . соких малоподвижных анти- г циклонов [22], а холодного — устойчивой в течение месяца адвекцией с материка. Значительный избыток осадков в теплый период (с мая по сентябрь) определяется повышенной повторяемостью южных циклонов, проходящих через Мурманск или вблизи него и смещающихся с юго-запада на северо-восток или с юга на север [22]. При прохождении южных циклонов выпадают обильные фронтальные осадки, вследствие высокого влагосодержания и вертикальной неустойчивости континентального воздуха в теплых секторах циклонов, и создаются благоприятные условия для интенсивных грозовых ливней. В холодный период года (с октября по апрель) избыток осадков возникает вследствие прохождения атлантических циклонов, смещающихся через Мурманск с запада на восток, особенно с южной составляющей («ныряющие» циклоны). В тылу последних формируется синоптическое положение, характерное для осадков зарядами [20]. В Мурманске осадки выпадают довольно часто. В среднем за год наблюдается около 288 дней с осадками, т. е. более чем в половине всех дней года. Из них наблюдается около 94 дней с осадками <0,1 мм за сутки, 155 дней с осадками < 0,5 мм, 183 дня с осадками < 1 мм. Количество осадков ≥ 5 мм за сутки выпадает редко, всего 22 дня за год. За зиму в среднем наблюдается до 5 дней с осадками более 5 мм за сутки, за весну — около двух дней, за лето — около 10 дней и за осень — около 5 дней. Еще реже наблюдаются значительные осадки ≥ 10 мм за сутки. Годовое число дней с осадками ≥ 10 мм за сутки составляет в среднем около шести, из них по одному дню приходится на весну, осень и зиму и 3 дня на лето. Еще более интенсивные осадки ( ≥20 мм за сутки) наблюдаются очень редко, в среднем один день ежегодно за лето и два дня за 10 лет за весну и осень. Осадки ≥ 30 мм за сутки наблюдаются только летом, в среднем два дня за 10 сезонов лета.
Осадки бывают твердыми (снег), жидкими (дождь) и смешанными (дождь со снегом или мокрый снег). Годовой ход твердых, жидких и смешанных осадков, приведенный к показанию осадко- мера, дан в табл. 25, из которой видно, что более половины годового количества осадков (54%) выпадает в виде дождя и 33% в виде снега.
В Мурманске сравнительно часто наблюдаются слабые осадки в количестве <0,1 мм за сутки при моросящих дождях или снежных зернах. Видимость при этом существенно не ухудшается. Однако и такой слабый дождь или снег, смачивая предметы на открытом воздухе, причиняет им вред.
Продолжительность осадков меняется в течение года аналогично числу дней с осадками (табл. 26).
Продолжительность бездождья в теплый период года порядка двух и более дней часто вызывает необходимость мероприятий, направленных к поливам земельных участков, улиц и т. п. В табл. 27 приводится среднее число сухих периодов непрерывной продолжительности с суточным количеством осадков <0,1 мм.
Дождь выпадает при различном направлении и скорости ветра. Повторяемость различных направлений ветра при дожде в теплый период года в Мурманске, по данным автора, составляет 96% общего количества жидких осадков. Дождь возможен здесь и в холодный период, когда он выпадает при температурах, близких к0°, и преимущестенно в виде слабых осадков, а с увеличением их интенсивности он обычно переходит в мокрый снег. Комплексной характеристикой жидких осадков занималась и Ц. А. Швер [19]. Из данных, приведенных в табл. 28, видно, что при дожде преобладают северные и северо-западные ветры. Высокая повторяемость этих направлений вызывается в теплый период большой повторяемостью осадков при адвекции с Баренцева моря. Во время дождя наблюдается некоторое увеличение повторяемости и южного ветра; это объясняется увеличением повторяемости южного направления осенью, при котором дождь выпадает чаще, чем летом, и в конце весны (в мае).
Повторяемость различной скорости ветра при дожде, по данным автора и Ц. А. Швер, хорошо согласуется.
Наибольшая средняя скорость ветра во время дождя около 6 м/сек. наблюдается при северном ветре и около 5 м/сек. при южном, западном и северо-западном. Наименьшая средняя скорость ветра в тех же условиях, от 3 до 4 м/сек., приходится на северо-восточное, восточное и юго-восточное направления ветра. Данные табл. 27 представляют практический интерес. Они показывают, что наиболее сильно смачиваются дождем вертикальные стены зданий, направленные к северу и северо-западу, а наименее сильно — к северо-востоку, востоку и юго-востоку.
Снежный покров оказывает значительное влияние на формирование температурного режима в холодный период года. После его установления в ясные и тихие ночи обычно наблюдается более значительное похолодание, чем при той же погоде, но при отсутствии снежного покрова. Таяние снежного покрова требует значительной затраты тепла, приносимого массами теплого воздуха или поступающего от солнечной радиации. Поэтому при наличии снежного покрова весной и зимой оттепели менее интенсивны, чем при отсутствии последнего. Условия залегания снега характеризуются высотой, плотностью, запасами воды в снеге. Не меньший интерес представляют и другие характеристики залегания снега — даты наступления различных фаз снежного покрова, появления его, образования устойчивого покрова, разрушения и схода снежного покрова.
Появляется снежный покров в среднем 16 октября, но в этом месяце при оттепелях он обычно сходит. Устойчивый снежный покров образуется позже, 11 ноября. Весной обычно в апреле, а иногда и в конце марта начинается интенсивное снеготаяние и к 9 мая снежный покров разрушается. Однако в мае и даже в июне он снова может образоваться при снегопадах, но на короткое время. Окончательный сход снежного покрова наблюдается в среднем 21 мая. В отдельные годы в зависимости от условий погоды даты образования устойчивого снежного покрова и его разрушения могут значительно колебаться во времени (табл. 29)
Ранняя (5%) и поздняя (95%) даты образования снежного покрова, возможные один раз в 20 лет, различаются на 64 дня, а также даты разрушения снежного покрова — на 44 дня
Средняя многолетняя высота снежного покрова, по данным снегосъемок, достигает к концу второй декады ноября 9 см и постепенно увеличивается к концу марта до 42 см. В течение апреля высота снежного покрова быстро уменьшается. В конце третьей декады апреля снежный покров сохраняется менее чем в 50% лет
Атмосферные явления
Туман. Туманом называется скопление мелких, не различимых глазом капель воды, взвешенных в воздухе, при котором горизонтальная видимость ухудшается до одного и менее километра. В районе Мурманска в течение года наблюдается четыре различных типа туманов.
Адвективные туманы наблюдаются в теплой части года. Как установлено автором [21], эти туманы образуются над поверхностью Баренцева моря в теплых массах воздуха, поступающих из северных районов Атлантики или с материка и выхолаживающих этот воздух над поверхностью более холодной воды. Образовавшийся над морем туман выносится ветрами северных направлений на побережье и в Кольский залив. На пути к Мурманску этот туман обычно приподнимается днем, переходя в низкую слоистую облачность, закрывающую вершины сопок. И только в ночные часы он иногда достигает Мурманска как приземный туман.
Радиационные туманы возможны в любое время года при радиационном выхолаживании в ясные тихие ночи нижнего слоя достаточно влажного воздуха. Наименее вероятны радиационные туманы во время полярного дня и наиболее вероятны осенью, когда устанавливаются продолжительные ночи и еще сохраняется достаточно высокая абсолютная влажность воздуха за счет испарения с почвы.
Фронтальные туманы в Мурманске наблюдаются редко. Наиболее вероятны они осенью и зимой.
Туманы испарения образуются над поверхностью относительно теплой воды, в данном случае над Кольским заливом при притоке с материка холодного воздуха с температурой до —8, —10° и ниже. Основной причиной образования этого тумана является большая разность насыщающих упругостей водяного пара по отношению к температуре поверхности воды и фактически имеющейся в притекающем холодном воздухе, или в конечном счете достаточно высокая разность температур поверхности воды и воздуха над водой. Такие условия складываются в Кольском заливе с октября по апрель включительно при значительных похолоданиях. В этот период и образуются туманы испарения, которые наиболее вероятны в середине зимы, с декабря по февраль включительно. При интенсивном развитии тумана испарения во время сильного мороза он временами распространяется за берег, закрывая узкую прибрежную зону, район торгового и рыбного портов, судоверфи и железнодорожного узла.
Наибольшее число дней с туманом и его продолжительность наблюдаются в декабре во время полярной ночи, а наименьшее — в июне во время полярного дня. Средняя продолжительность тумана за день колеблется от двух часов в июне до восьми в декабре. Вероятность образования тумана и его продолжительность зависят и от времени суток. В большей части зимы с ноября по февраль продолжительность тумана мало меняется в течение суток. Начиная с марта продолжительность тумана в дневное и вечернее время быстро убывает от 18% в марте до 5% в июне. В дальнейшем с июля продолжительность тумана в дневное и вечернее время снова увеличивается до 30% в октябре. В июне за весь период наблюдений в Мурманске туман в дневное время (12—18 часов) не наблюдался.
Таблицы 30 и 31 дают представление о температуре, направлении и скорости ветра во время тумана. Зимой туманы наблюдаются чаще всего при температурах не выше — 10°. Вероятность такой температуры при тумане колеблется от 46% в ноябре до 94% в марте. Туман при оттепели возможен зимой только в ноябре. Летом преобладают адвективные туманы, наиболее вероятные при температурах от 5 до 10°. В апреле и октябре наблюдается два максимума повторяемости температур во время тумана: при температуре от — 10 до —15° и от 0 до —5° в апреле и при температурах от —5 до —10° и от 0 до 5° в октябре.
В апреле и октябре возможны туманы испарения и радиационные. Туманы испарения вероятны при более низких температурах, а радиационные — при более высоких. С мая по сентябрь туманы испарения никогда не образуются, возможны только адвективные туманы, выносимые с Баренцева моря, или радиационные, даже слабые морозы до —5° во время тумана маловероятны. Высокие температуры при тумане ≥ 10° возможны только в июне и августе и очень мало вероятны в начале сентября.
Из данных табл. 31 видно, что осенью (в сентябре, октябре), зимой (с ноября по март) и в начале весны (в апреле) туманы наблюдаются преимущественно при южном ветре, а к концу весны и летом (с мая по август) — при северном ветре. Это не является следствием преобладания южного ветра в первом и северного ветра — во втором из указанных периодов. В самом деле, вероятность южного ветра при тумане с октября по апрель достигает 87%, а вероятность того же направления независимо от тумана — всего 48%. Точно так же вероятность северного ветра при тумане с мая по август достигает 63%, а независимо от тумана — всего 29%
Наиболее низкие скорости ветра при тумане наблюдаются в мае и сентябре, когда преобладают радиационные туманы, адвективные маловероятны, а туманы испарения отсутствуют. Наибольшие скорости ветра наблюдаются при тумане в зимние месяцы, в которые туман наблюдается преимущественно при сильном морозе. При низкой температуре усиливается сток холодного воздуха с сопок к заливу, за счет которого увеличивается скорость ветра.
Некоторое увеличение скорости ветра во время тумана наблюдается и в летние месяцы, когда преобладают туманы, выносимые с Баренцева моря северными ветрами.
Туман испарения над поверхностью Кольского залива, как было указано выше, образуется при морозной погоде. Годовая продолжительность тумана испарения достигает 744 часов. Наибольшее число часов с туманом испарения, около 220, приходится на январь, а наименьшее, всего 9 — на октябрь.
При устойчивой морозной погоде туман испарения может удерживаться над Кольским заливом в течение нескольких суток подряд, затрудняя нормальную работу рыбного и торгового флота и портов. В период с ноября по февраль образование и рассеяние тумана испарения не зависит от времени суток. Суточный ход тумана испарения прослеживается только в марте, апреле и октябре, когда он наиболее вероятен утром и наименее вероятен днем. В апреле образовавшийся утром туман испарения рассеивается не позже 12 часов. Условия погоды при тумане испарения аналогичны условиям при тумане в холодный период года (табл. 32).
Метели. В Мурманске возможны три вида метелей: общая, низовая и поземок. Общая метель наблюдается при снегопаде и усилении ветра, который поднимает снег с поверхности земли. Общая метель при сильном ветре и обильном снегопаде может значительно ухудшать видимость. При низовой метели снег не выпадает, но поднимается ветром с поверхности земли. При большой скорости ветра низовая метель может ухудшать видимость. Поземок наблюдается при более слабом ветре, который переносит снег вдоль земной поверхности, не ухудшая видимости. Метель возможна в любом из месяцев, кроме июля и августа, а поземок — только в период с октября по май включительно и наблюдается значительно реже, чем метель. В среднем за год в Мурманске наблюдается 52 дня с метелью. В отдельные годы в зависимости от состояния снежного покрова и скорости ветра годовое число дней с метелью может значительно отличаться от среднего многолетнего. Так, например, в 2% лет число таких дней может превышать 90, а в 8% — быть меньше 30.
Всего за год наблюдается около 400 часов с метелью. Средняя продолжительность отдельной метели достигает 8 часов. В 69% случаев метель длится не более 6 часов, непрерывные метели, продолжающиеся более суток, наблюдаются редко, всего в 3% случаев.
Так же как и туманы, метели наблюдаются при определенных условиях погоды (табл. 33).
Наиболее вероятны при метелях температуры от 0 до - 10 0 (72%). С понижением температуры вероятность метели убывает, так как при низких температурах преобладают слабые ветры и ясная погода. Возможны, но мало вероятны метели при оттепелях. При оттепели метель возможна при снегопаде, а при отсутствии снегопада только в начале оттепели, пока снежный покров еще не уплотнился. Наиболее вероятен при метели ветер южного и юго- восточного направлений (60%), которые преобладают в холодный период года. При ветрах с Баренцева моря (северо-западного, северного и северо-восточного направлений) вероятность метели достигает 40% от общего числа случаев. Большая вероятность метелей при ветрах с Баренцева моря объясняется выпадением обильных снегопадов зарядами при этих направлениях ветра. При метелях наиболее вероятны скорости ветра от 10 до 17 м/сек. (64%), маловероятны (3%) и возможны при снегопаде или при наличии рыхлого свежевыпавшего снега слабые ветры ≤5 м/сек.
Грозы. Грозы в Мурманске наблюдаются редко, в среднем около 6 дней за год. Наиболее часты грозы в июне и июле — 4 дня за два месяца. В октябре и ноябре за весь период наблюдений гроз не было. В отдельные годы число дней с грозой может заметно отличаться от среднего многолетнего. Так, за зиму 1965-66 г. было 4 дня с грозой (2 в январе и 2 в феврале), что составляет около 67% среднего годового значения (в среднем зимой отмечалось 4 дня с грозой за 10 сезонов). В любой из летних месяцев грозы могут отсутствовать. В отдельные годы число дней с грозой в июне или августе может достигать среднего годового значения, а в июле даже превышать его. В 1958 г. был всего один день с грозой за весь год, а в 1966 г.— 13
В Мурманске наблюдаются два сезона с грозами: летний и зимний. Условия образования гроз в обоих сезонах принципиально различны. Летние грозы начинаются в конце мая и заканчиваются в начале сентября и наблюдаются преимущественно в массах теплого континентального воздуха на фоне теплой, нередко и жаркой погоды. Наиболее вероятны летние грозы днем, с 12 до 18 часов, а наименее вероятны ночью, с 0 до 6 часов. Вечером, с 18 до 24 часов, они более вероятны, чем утром, с 6 до 12 часов. Зимние грозы, по данным наблюдений с 1948 г., когда они отмечались регулярно, начинаются в начале декабря и заканчиваются в начале апреля. Наблюдаются они при адвекции холодного арктического воздуха с Баренцева, реже с Норвежского моря. И в том и в другом случае холодный арктический воздух, проходя над более теплой поверхностью воды Норвежского или южной части Баренцева моря, успевает значительно прогреваться и увлажняться в нижнем слое и приобретать значительную неустойчивость, достаточную для выпадения обильных осадков зарядами. Последние в очень редких случаях могут сопровождаться грозами. Как летние, так и зимние грозы имеют фронтальное происхождение.
Град. Град выпадает в Мурманске очень редко. Повторяемость его ниже, чем других атмосферных явлений — всего 5 дней за 10 лет, из них по одному дню за 10 лет в любом из месяцев с мая по сентябрь. Наибольшее число дней с градом достигало двух в июне и одного в мае, июле, августе и сентябре и трех за год. В 50% лет град не наблюдался за весь год. Град в основном выпадает при адвекции холодного арктического воздуха при северных ветрах и прохладной погоде. В очень редких случаях он связан с грозовым ливневым дождем после жаркой погоды. Такое явление наблюдалось 26 июня 1968 г , когда в период кратковременного ливня с грозой выпадали отдельные небольшие градины.
Гололед. Гололед представляет собой слой прозрачного, реже матового льда, осаждающегося на различных предметах, не защищенных от выпадающего моросящего или крупнокапельного дождя при слабом морозе. Это явление возможно в любом из месяцев, кроме летних (июль—август). Однако в среднем за год наблюдается только 4 дня с гололедом. Ежегодно по одному дню за месяц гололед бывает в ноябре и декабре. В остальных месяцах, в которых гололед возможен, он наблюдается редко, не более чем 4 дня за 10 лет.
Отложения гололеда в Мурманске незначительны. Средняя величина большого диаметра отложений гололеда всего 7 мм, наибольшая— 10 мм, а вес отложений гололеда в 100% случаев не превышает 200 г на один погонный метр провода.
Гололед в 87% случаев образуется при выпадении дождя, мороси или мокрого снега с дождем, в 7 5%— при слабом морозе и в 83% — при южном ветре.
Когда отложения гололеда достигают максимальной толщины и веса, скорость ветра в 37% случаев не превышает 5 м/сек., в 42% случаев при наибольшей толщине и весе отложений гололеда может превышать 9 м/сек. и очень редко, только в 4% случаев, может достигать 14—15 м/сек
Изморозь. Отложения изморози в зависимости от условий погоды могут иметь зернистую или кристаллическую структуру. Как и гололед, изморозь может образоваться в любом месяце, кроме летних. Но в любом из месяцев и в целом за год изморозь наблюдается значительно чаще, чем гололед. В среднем за год наблюдается 39 дней с изморозью, из них 28 дней приходится на зимние месяцы, с декабря по февраль включительно. В эти месяцы изморозь бывает ежегодно. Наиболее редко, от 9 до 3 дней за 10 лет, изморозь образуется в мае и сентябре.
Изморозь дает более мощные отложения, чем гололед. Так, например, средняя величина большого диаметра отложений зернистой изморози достигает 14 мм, а наибольшая — 84 мм. Средняя величина большого диаметра отложений кристаллической изморози достигает 71 мм, а наибольшая — 160 мм. Однако ввиду малой плотности отложений изморози их вес, как и гололеда, не превышает 200 г на один погонный метр провода. Несмотря на малую плотность, а следовательно, и вес, отложения изморози приносят вред линиям связи, электропередачи, транспорту, использующему электроэнергию (электровозы и троллейбусы), и пр.
Кристаллическая и зернистая изморозь образуется более чем в 90% случаев при ветре южной четверти (юго-восточное, южное и юго-западное направления), в 80% случаев — при тумане, дымке или ледяных иглах, взвешенных в воздухе. Кристаллическая изморозь образуется обычно при морозной погоде, в 88% случаев при температуре ниже —10°, а зернистая — при более высокой температуре, в 66% случаев не выше —10°.
В момент максимальных отложений изморози скорость ветра меньше, чем в аналогичных условиях гололеда, так как изморозь обычно разрушается ветром. В 72% случаев при максимальных отложениях изморози наблюдается слабый ветер, менее 6 м/сек., и только в 3% случаев возможен более сильный ветер, скоростью более 10 м/сек.
Метеорологическая горизонтальная видимость
Дальность метеорологической горизонтальной видимости обусловливается повторяемостью таких атмосферных явлений: туман, дымка, мгла, снегопад и метель. В условиях Мурманска ухудшение горизонтальной видимости может быть вызвано скоплением в нижнем слое воздуха продуктов сгорания жидкого или твердого топлива. Скопление частиц дыма и копоти наблюдается под слоем инверсии, особенно низкой или приземной. Такие инверсии имеют наибольшую повторяемость зимой. Зимой сравнительно часто выпадают осадки преимущественно в виде снега, ухудшающие горизонтальную видимость сильнее, чем дождь той же интенсивности. Таким образом, в зависимости от условий погоды видимость ухудшается зимой и улучшается летом. Наибольшая повторяемость горизонтальной видимости менее четырех и одного километра отмечается в зимние месяцы (декабрь, январь, февраль), а наименьшая— в летние (июнь и июль). Суточный ход горизонтальной видимости хорошо прослеживается с марта по сентябрь (табл. 34). В этот период суточные колебания температуры достигают 3° и более, в ясные дни 7° и более; следовательно, в течение дня существенно меняется вертикальная температурная стратификация нижнего слоя воздуха. Суточные колебания повторяемости различной горизонтальной видимости показаны в табл. 35.
Ухудшение горизонтальной видимости в утренний срок (7 час.) наблюдается в марте, апреле, мае, июле, августе и сентябре и в ночное время (1 час) — в июне, а улучшение — днем (в 13 час.).