Метеорологические условия формирования пыльных бурь в Западном Казахстане



В статье рассматриваются метеорологические условия пыльных бурь на западе Казахстана в летний период 2005–2014 гг. Рассчитаны среднее и наибольшее число дней с пыльными бурями, выявлена зависимость пыльных бурь от температуры, относительной влажности и скорости ветра.

Ключевые слова: пыльные бури, температура воздуха, относительная влажность, скорость ветра, среднее и наибольшее число дней с пыльными бурями

Проблеме изучения атмосферных загрязнений как естественных, так и искусственных в последнее время уделяется все большее внимание. Особый интерес представляет изучение таких крупномасштабных явлений, как пыльные бури, характерных для аридных и субаридных регионов. В этих районах создаются благоприятные условия для возникновения подобных явлений: большая сухость и измельченность поверхностного слоя почвы, низкая влажность воздуха, высокие температуры и сильные ветры. Образующиеся турбулентные вихри поднимают пылевой материал, который затем подхватывается ветровыми потоками и переносится на различные расстояния. При усилении ветра увеличивается количество приподнятой в воздух пыли, а также ухудшается видимость. В зависимости от структуры поверхностного слоя почвы необходимы различные по интенсивности скорости ветра для подъема и переноса пыли.

Причиной бури принято считать турбулентные вихри, возникающие при усилении ветра, и сильные вертикальные токи, образующиеся благодаря нагреванию поверхности земли солнечными лучами. Одной из причин возникновения пыльной бури является сильная сухая почва и ее распыленность [1].

Пыльные бури можно отнести к опасным явлениям, так как они засыпают сельскохозяйственные угодья, здания, сооружения, дороги и т. п. слоем пыли и песка, достигающим нескольких десятков сантиметров. При этом площадь, на которой выпадает пыль или песок, может достигать сотен тысяч, а иногда миллионов квадратных километров. В связи с этим, актуальностью пыльных бурь является изучение и прогнозирование пыльных бурь, а также заблаговременное предупреждение о них.

Целью данной работы является исследование и анализ характеристик пыльных бурь на территории Западного Казахстана, так как это имеет большое значение для жизни людей, экономики и сельского хозяйства нашей республики и всего мира в целом.

В развитии ветровой эрозии почв помимо действия ветра на ее верхние слои большое значение оказывают не только природные факторы, но также и антропогенные. Одной из форм проявления ветровой эрозии почв являются пыльные, песчаные и другие бури.

Под пыльной бурей принято принимать явление, когда ветром в воздух поднимается большое количество пыли, песка, частиц сухой земли, вследствие чего происходит замутнение атмосферы и значительное ухудшение видимости [2].

Это явление преимущественно летнее. Но они могут возникать и зимой при неустойчивом снежном покрове и отсутствии осадков. Пыльные бури начинаются при некоторых критических значениях скорости ветра, рельефа местности и структуры почв. Повторяемость их различна. Во многих районах пыльная буря возникает при скоростях ветра 10–12 м/с, а на лёссовых почвах возникает при скорости ветра 5 м/с и менее. Продолжительность пыльных бурь меняется в широких пределах — от нескольких минут до нескольких суток. Повторяемость и длительность их по территории неравномерна, в зависимости от характера, состояния почв и особенностей атмосферной циркуляции.

На равнинной территории Казахстана деятельность пыльных бурь наблюдается преимущественно с апреля по ноябрь включительно. Наиболее опасным периодом также является период с апреля по июнь, когда верхние слои почвы еще не закреплены или слабо закреплены растительным покровом.

Для возникновения пыльных бурь в Казахстане и в других районах не являются исключением холодный период года, в том числе зимние месяцы при неустойчивой или небольшой высоте снежного покрова.

Гидрометеорологическими процессами, наиболее часто вызывающими чрезвычайные ситуации в Казахстане, являются наводнения (половодья и паводки), сильный ветер, аномальный холод, аномальная жара, засуха, метели, гололед, ливневые осадки, град, а также пыльные бури, которые я буду рассматривать в моей работе. Долгих С. А. и другие авторы [3] установили, что в Казахстане одновременно увеличилось число случаев сильного ветра, гололеда и пыльной бури. Такие изменения в их повторяемости вызваны происходящими изменениями климата в нашей стране — повышением температуры воздуха, сокращением дней с морозом, некоторым уменьшением количества осадков.

В книге Семенова О. Е. [4] приведены результаты экспериментальных полевых и лабораторных исследований переноса песка ветром. По результатам измерений во время песчаных бурь получены основные кинематические и динамические характеристики приземного слоя атмосферы над низкими барханными формами рельефа. Показано значительное влияние переносимых частиц песка на параметры потока. Приведено строение пограничного слоя ветропесчаного потока над песчаной поверхностью в аэродинамической трубе. Получены оценки ветрового выноса масс песка и солей за пределы контуров осушенной части дна Арала и их осаждение в регионе. Изучен ветровой перенос масс песка в Аральском регионе, на Юго-востоке Казахстана и на полуострове Мангышлак. Показаны широкие возможности мониторинга бурь из космоса.

Абрамович К. Г., И Васильева А. А. [5] использовали эмпирические номограммы, чтобы оценить вероятность наиболее плохой видимости при пыльных бурях. Также они сделал вывод о том, что вследствие больших колебаний видимости при одной и той же пыльной буре не существует строгой функциональной зависимости между скоростью ветра и горизонтальной дальностью видимости.

Волеваха В. А. исследовала состояние нижней тропосферы при пыльных бурях продолжительностью 6 ч и более при ухудшении видимости 1 км и менее [6]. Эти бури автор считает сильными. Рассматривалась стратификация, турбулентность, влажность пограничного слоя и измерение ветра с высотой в нижней половине тропосферы во время пыльных бурь. Ею установлено, что в периоды пыльных бурь наблюдается своеобразный режим ветра у поверхности земли и в свободной атмосфере, т. е. значительное изменение направления ветра с высотой. Характерным является формирование мезоструйных его усилений, преимущественно ниже уровня 2 км.

В данной статье климатологический анализ режима пыльных бурь проведен за период наблюдения 2005–2014 годы, а также были использованы фактические данные за летний период, так как наибольшая активность «пыльных» процессов наблюдается в июне, июле и августе.

Почвенный покров большей части Западной территории Казахстана характеризуется преимущественно легкими по механическому составу каштановыми, песчаными, супесчаными и суглинистыми, легко выдуваемыми почвами, а также наличием огромных песчаных массивов, полузакрепленных и незакрепленных растительностью. Эти почвы легко пропускают влагу в глубокие слои, почти не удерживая ее в верхних горизонтах. В результате выдувания мелких формаций они превращаются в сыпучие пески.

Исходным материалом послужили данные шести метеорологических станций (МС) Западного Казахстана за последнее десятилетие (2005–2014гг.): Ак-Кудук, Жымпиты, Тайпак, Уил, Уральск, Форт-Шевченко.

В таблице 1 приведены значения среднего числа дней с пыльными бурями за рассматриваемый период.

Таблица 1

Распределение среднего числа дней спыльными бурями (2005–2014гг.)

Станция		Месяц			Сумма среднего числа дней спыльной бурей
		июнь	июль	август
Ак-Кудук		0,43	0,52	0,52	1,47
Жымпиты		1,17	1,61	1,90	4,68
Тайпак		4,13	4,00	3,81	11,94
Уил		0,60	0,61	0,71	1,92
Уральск		0	0	0	0
Форт-Шевченко		0,03	0	0,03	0,06
Итого	6,36		6,74	6,97		20,07

В соответствии с таблицей 1 видно, что максимум среднего числа дней с пыльными бурями наблюдается на МС Тайпак во все летние месяцы (июнь — 4,13 дней, июль — 4 дня, август — 3,81 день с пыльной бурей), а минимум отмечается на МС Уральск за весь рассматриваемый летний период (0 дней с пыльной бурею). Также, наряду с Уральском, наименьшим средним числом дней с пыльными бурями выделяется станция Форт-Шевченко (0,03 дня).

На остальных МС среднее число дней с пыльными бурями колеблется в небольших пределах от 0,43 до 1,90.

В целом на территории Западно-Казахстанской области за период 2005–2014 годы, выделяется зона с умеренным ходом среднего числа дней с деятельностью пыльных бурь, где наибольшее его количество выделяется в северной части Западного Казахстана (станции Тайпак и Жымпиты).

Для представления о возможных пределах, которых может достигать деятельность пыльных бурь, было выбрано наибольшее число дней с пыльной бурей отдельно за один из рассматриваемых периодов наблюдения.

В таблице 2 для анализа приведено наибольшее число дней с пыльными бурями.

Таблица 2

Распределение наибольшего числа дней спыльной бурей (2005–2014гг.)

Станция	Месяц
	июнь	июль	август
Ак-Кудук	3 (2006 год)	7 (2006 год)	5 (2006 год)
Жымпиты	12 (2009 год)	10 (2010 год)	17 (2010 год)
Тайпак	21 (2014 год)	21 (2014 год)	20 (2014 год)
Уил	10 (2014 год)	7 (2014 год)	6 (2012 год)
Уральск	0	0	0
Форт-Шевченко	1 (2014 год)	0	1 (2005 год)
Сумма	47	45	49

В соответствии с таблицей 2 наблюдается такая же зависимость, как и в распределений среднего числа дней с пыльными бурями. Наибольшее число дней во все месяцы наблюдается на МС Тайпак в 2014 году, а наименьшие значения — на станции Уральск.

Термические условия пыльных бурь стоит также отнести к одной из основных характеристик интенсивности пыльных бурь.

В данной работе была рассчитана повторяемость различных температур воздуха при пыльных бурях (табл.3).

Таблица 3

Повторяемость (%) различных температур воздуха (С) при пыльных бурях (2005–2014гг.)

Станция	Градации температуры воздуха,
	< + 15	+ 15.0 / + 18.9	+ 19.0 / + 21.9	+ 22.0 / + 24.9	+ 25.0 / + 27.9	+ 28.0 / + 30.9	+ 31 / + 33.9	+ 34.0 / + 36.9	+ 37.0 / + 39.9	> + 40.0
Ак-Кудук	0	6,5	8,7	19,6	17,4	26,1	15,2	4,3	2,2	0
Жымпиты	1,4	3,5	5,7	11,3	21,3	16,3	23,4	15,6	1,4	0,7
Тайпак	0,5	1,4	6,5	11,1	22,0	22,8	16,5	12,5	6,1	0
Уил	0	3,5	8,8	17,5	26,3	19,3	15,8	5,3	1,8	0
Уральск	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Форт-Шевченко	0	0	0	0	0	50	50	0	0	0

В соответствии с таблицей 3 видно, что наибольшая повторяемость температур воздуха (50 %) имеют градации температуры, которые составляют плюс 28,0  плюс 30,9 С и плюс 31,0  плюс 33,9 С на МС Форт-Шевченко, что представляет большой интерес и требует дальнейшего исследования.

При повторяемости температур воздуха менее плюс 14 С наблюдаются наименьшие повторяемости температур воздуха на всех рассматриваемых станциях, при этом нельзя без внимания оставлять повторяемость температур воздуха более 40,0 С, так как именно при этих температурах могут возникать особо опасные пыльные бури и при данной повторяемости температур воздуха отмечается только один случай на МС Жымпиты.

В целом, можно сказать, что в Западном Казахстане пыльные бури наблюдаются при температурах воздуха, которые в среднем могут составлять от 22,0 С до 34,0 С.

Относительная влажность является неотъемлемой частью при возникновении пыльных бурь. Чем относительная влажность ниже, тем больше условий для возникновения пыльной бури и наоборот, при высокой влажности наблюдается редкое явление с пыльными бурями.

На рисунке 1 приведена повторяемость относительной влажности воздуха при пыльных бурях.

Рис. 1. Гистограмма повторяемости относительной влажности воздуха, %

В соответствии с рисунком 1, резкие отличия наблюдаются на МС Форт-Шевченко, здесь наблюдаются две хорошо выраженных повторяемости пыльных бурь при градации 26–33 % и > 58 %. Рассматривая гистограмму повторяемостей относительной влажности воздуха при пыльных бурях можно заметить, что наибольшая её повторяемость приходится на низкую влажность, в среднем от 17 до 34 %. Именно при такой относительной влажности возникновение пыльной бури возможно в большей мере.

Еще одним важным показателем, характеризующим пыльные бури, является скорость ветра. В таблице 4 приведена повторяемость различных скоростей ветра при пыльных бурях.

Таблица 4

Повторяемость (%) скоростей ветра (м/с) при пыльных бурях (2005–2014гг.)

Станция	Градации скорости ветра, м/с
	Менее 2	2,0–4,9	5,0–7,9	8,0–10,9	11,0–13,9	14,0–16,9
Ак-Кудук	0	10	54,3	31,3	2,2	6,5
Жымпиты	0,7	27,7	48,2	22,0	1,4	0
Тайпак	6,5	59,6	26,0	4,9	2,4	0,6
Уил	1,8	14	63,2	21,1	0	0
Уральск	0	0	0	0	0	0
Форт-Шевченко	0	0	0	0	50	50

В соответствии с таблицей 4 видно, что наибольшая повторяемость пыльных бурь при скорости ветра 5,0–7,9 м/с наблюдается на МС Уил (63,2 %), а наибольшая повторяемость при скорости ветра 2,0–4,9 м/с наблюдается на МС Тайпак (59,6 %). Также можно выделить МС Форт-Шевченко с повторяемостью 50 % при скоростях 11,0–16,9 м/с.

При этом нужно отметить, что на метеорологической станции Уральск возникновение пыльных бурь не отмечалось за весь рассматриваемый период.

В ходе работы можно сказать, что на территории Западного Казахстана за летний период 2005–2014 гг. наблюдалось неравномерное распределение деятельности пыльных бурь. При этом станция, расположенная в северной части (Тайпак) Западного Казахстана характеризуется наибольшей повторяемостью всех метеорологических показателей образования пыльных бурь. А станция Уральск наоборот, характеризуется наименьшей и не существенной повторяемостью метеорологических характеристик при пыльных бурях, так как они на данной метеорологической станции не наблюдались.

Анализ изменения скоростей ветра показал, что оптимальной скоростью для образования пыльной бури на территории Западного Казахстана являются скорости ветра 5–8 м/с на всех рассматриваемых станциях, кроме метеорологических станций Жымпиты и Уральск.

Термические условия пыльных бурь стоит также отнести к одной из основных характеристик повторяемости и интенсивности пыльных бурь. Наибольшая повторяемость температур воздуха в среднем 28–31 С преобладает во многих рассматриваемых станциях Западного Казахстана.

При том, что были рассмотрены шесть станций равномерно располагающихся по территории Западного Казахстана, распределение на всех станциях характеризуется по-разному. Выделяются станции Тайпак с преобладанием и станция Уральск с отсутствием пыльных бурь. В дальнейшем, требуется исследование синоптических условий формирования пыльных бурь для более глубокого изучения причин их возникновения.

Таким образом, проблема исследования пыльных бурь, их тенденция и прогноз в настоящее время актуальна, поскольку пыльные бури являются причиной аварий и нарушений ритмичной деятельности различных отраслей хозяйства, что приводит к ухудшению экономического и экологического равновесия окружающей среды.

Литература:

1. Груза Г. В., Ранькова Э. Я. Наблюдаемые и ожидаемые изменения климата России: температура воздуха. — Обнинск: ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД», 2012. — С. 153–193.
2. Хромов С. П., Мамонтова Л. Н. Метеорологический словарь. — Л.: Гидрометеоиздат, 1974. — 568 с.
3. Долгих С. А., Илякова Р. М., Кожахметов П. Ж., Никифорова Л. Н., Петрова Е. Е., Смирнова Е. Ю. Оценочный доклад об изменениях климата на территории Казахстана. — Астана: РГП «Казгидромет», 2014. — С. 7–25.
4. Семенов О. Е. Введение в экспериментальную метеорологию и климатологию песчаных бурь. // КазНИИЭК. — 2011. — вып. 3. — 210 С.
5. Абрамович К. Г., Васильева А. А. Руководство по прогнозированию метеорологических условий для авиации. — Л.: Госкомгидромет, 1985. — С. 118–120.
6. Волеваха В. А., Бабенко В. П., Ганюгина Н. Ф. О состоянии нижней тропосферы во время сильных пыльных бурь на Украине. // Труды Укр-НИГМИ, 1977. — Вып. 160. — С. 47–58.