Режим гололедных явлений в Западном Казахстане



В данной статье рассматриваются повторяемость гололеда по территории, минимальных температур воздуха, максимальных скоростей ветра и их направлений во время гололедных явлений в Западном Казахстане.

К числу наземных гидрометеоров, образующихся в зимнее время на различных предметах или на поверхности земли, кроме инея, изморози и твердого налета, относится и гололед. Как и ряд других наземных гидрометеоров, гололед представляет собой дополнительный вид атмосферных осадков. Однако отложения гололеда приносят и значительный ущерб различным отраслям народного хозяйства. Под тяжестью гололедных образований могут нарушаться телефонная и телеграфная связь, гибнут фруктовые насаждения. Обледенение полевой растительности обусловливает в условиях отгона скота пастбищную бескормицу.

Гололедные явления в приземном слое воздуха и на поверхности земли являются результатом не только текущих, но и предшествующих атмосферных процессов. Особенно интенсивен гололед при оттепелях и жидких переохлажденных осадках (дождь, морось) после устойчивых и сильных похолоданий.

В связи с этим различают гололед фронтального и внутримассового происхождения. Первый вид гололеда наблюдается в клине холодного воздуха перед теплым фронтом или перед окклюзией по типу теплого фронта. Внутримассовые гололеды чаще бывают при адвекции теплого и влажного воздуха над переохлажденной предшествующими морозами земной поверхности. Последние наблюдаются чаще фронтальных, но менее интенсивны.

Объект исследования

Территория Западного Казахстана отличается большим разнообразием рельефа. На западе находится Прикаспийская низменность, постепенно понижающаяся от периферии (50–60 м) к Каспийскому морю. К северо-востоку от Прикаспийской низменности располагается Эмбинское плато, представляющее собой волнисто-холмистый рельеф с большим расчленением по сравнению с другими платами.

Между Южным Уралом и Казахским мелкосопочником лежит Тургайское плато (Тургайская столовая страна высотой 250–300 м). К юго-западу от Тургайского плато в меридиональном направлении простираются Мугоджары (450–500 м, местами 600 м), которые являются продолжением Уральских гор и представляющие собой низкогорный, сильно расчлененный горный массив.

Между полуостровом Мангышлак (Мангистау) на западе и Аральским морем на востоке расположено плато Устюрт. Плато Устюрт представляет собой равнину с поднимающимися местами пологими возвышенностями.

Мангыстауские горы, находящиеся на Мангышлакском полуострове, состоят из трех параллельных низкогорных гряд со средней высотой 400–450 м. Вершины имеют волнисто-холмистый рельеф, склоны крутые и изрезаны сложной сетью оврагов.

Физико-географическая неоднородность обусловливает неравномерное распределение гололедных явлений по территории.

Была рассчитана повторяемость числа дней с гололедом за исследуемый период. Выявлена связь между числом дней с гололёдом и высотой расположения станций. Рассмотрен вопрос о температурно-ветровом режиме во время отложения гололёда и проделан анализ его с учетом макросиноптической ситуации над территорией Западного Казахстана в холодный период года.

Исходные данные иметоды исследования

Для исследования взяты ряды фактических материалов наблюдений за образованием гололеда за период 1970–2013 гг. по 10 станциям, равномерно расположенным по территории Западного Казахстана. Число случаев в таблицах 1, 2 и 3 на некоторых станциях не совпадают из-за отсутствия данных по температуре и характеристикам ветра за отдельные сроки. Метод исследования — синоптико-статистический.

Результаты иобсуждение

Распространение гололеда по территории Западного Казахстана обусловлено не только его физико-географической неоднородностью, но и неустойчивостью на его территории синоптических процессов в холодное время года, особенно в начале и конце зимы. Благодаря этому распределение его по территории Казахстана не носит ярко выраженного зонального характера. На большей части Западного Казахстана гололед отмечается в основном с октября по апрель. В годовом ходе на всех станциях наиболее часто гололед отмечается в декабре — от 21,7 до 44,9 случаев в месяц. Исключение составляют станции Мугоджарская и Кызан, где наибольшее число дней с гололедом отмечается в ноябре и январе, и составляет 39,8 и 38,8 соответственно. А наименьшая повторяемость приходится на апрель месяц — от 0,0 до 6,0 случаев в месяц. Уменьшение повторяемости гололедных явлений обусловлено в основном характером циркуляции воздуха, а именно ослаблением влияния выходов южных циклонов, с которыми чаще всего связаны гололедные явления, приносящих теплый и влажный воздух со Средиземного, Черного и Каспийского морей в холодный период года (табл. 1).

Таблица 1

Повторяемость гололеда (в% от общего числа случаев)

Станция (высота станции)	Месяцы								год
	9	10	11	12	1	2	3	4
Актобе (219)	0,0	1,1	20,9	28,9	17,5	13,2	12,3	6,0	349
Аяккум (111)	0,0	2,2	6,6	24,8	32,1	18,2	15,3	0,7	137
Иргиз (114)	0,0	1,1	18,7	35,8	12,8	13,4	17,6	0,5	187
Мугоджарская (399)	0,0	1,2	39,8	21,7	7,2	7,2	18,1	4,8	83
Уральск (35)	0,3	0,9	15,2	32,2	24,6	14,6	12,3	0,0	342
Джаныбек (28)	0,0	0,9	12,2	36,5	19,8	19,4	11,3	0,0	225
Ганюшкино (-25)	0,0	0,0	4,7	44,9	32,7	9,3	8,4	0,0	107
Тайпак (1)	0,0	0,0	11,5	35,4	22,1	15,0	15,0	0,9	113
Кызан (0)	0,0	0,0	7,5	27,5	38,8	12,5	13,8	0,0	80
Каратобе (44)	0,0	0,0	6,8	42,7	31,1	12,6	6,8	0,0	103

За исследуемый период на территории Западного Казахстана общее число случаев с отложением гололеда изменялось от 80 на ст. Кызан до 349 на ст. Актобе. Наибольшая повторяемость гололедных явлений наблюдается на станциях Актобе и Уральск (349 и 342 случаев в год соответственно), что составляет 20,2 и 19,8 % от общего числа случаев. А наименьшая повторяемость приходится на ст. Мугоджарская и Кызан (4,8 и 4,6 % соответственно).

Ниже приводится график зависимости числа дней с гололедом от высоты места для различных форм рельефа (рис.1).

Рис. 1. Зависимость среднего годового числа с гололедом от высоты места

Как показано на рис.1 увеличение числа дней с гололедом наблюдается до определенной высоты, а затем — уменьшение. Для Западного Казахстана рост числа дней с гололедом наблюдается до высоты 300 м, далее число дней с гололедом уменьшается. Причем станции, расположенные в северной половине Западного Казахстана, имеют большую повторяемость, чем станции, расположенные на его южной половине. Таким образом, максимальное число дней с гололедом в Западном Казахстане приходится на разные высоты, например, оно может наблюдаться как на высоте 219 м, так и на высотах 35 и 28 м. Это говорит о том, что на распределение гололедных явлений на территории Западного Казахстана существенное влияние оказывает не только высота места, но и тип рельефа. Станция Мугоджарская находится на высоте выше 300 м, поэтому она не была включена при построении зависимости повторяемости числа дней с гололёдом от высоты станции.

В настоящей статье рассмотрен вопрос о температурно-ветровом режиме во время гололедных явлений на основании фактических материалов наблюдений гидрометеорологической сети Западного Казахстана. Изучение такого комплекса метеорологических величин имеет не только научное, но и большое практическое значение.

Изменение температуры воздуха способствует деформации проводов, их удлинению или укорачиванию. Деформации подвергаются не только оголенные, но и обледенелые провода. На обледенелые провода резкое изменение температуры воздуха, оказывает более сложное влияние, чем на оголенные провода. В этом случае значительные колебания температуры воздуха могут способствовать провисанию или вибрации проводов [1]. При этом, безусловно, должны сыграть свою роль ветровой и другие факторы.

Диапазон колебаний температур за период обледенения проводов изучен недостаточно. Значительные колебания температуры воздуха в период гололедообразования связаны с природой этих явлений. Они, как правило, имеют фронтальное происхождение, и смена воздушных масс при прохождении фронтов оказывает влияние на изменение температур. В связи с этим гололед может удерживаться на наземных предметах, в том числе на проводах, при более низких температурах по сравнению с температурой, при которой они образуются. В 70–90 % случаев гололед в Казахстане образуется при температурах около 0–5 ℃ мороза, в 5–10 % образование гололеда наблюдается выше 0 ℃, а в остальных случаях происходит при температурах ниже 5 ℃ мороза. А в период обледенения проводов довольно часто могут наблюдаться сравнительно низкие температуры воздуха -5÷ -15 ℃ и ниже.

Поэтому возникла необходимость рассмотрения режима минимальных температур во время гололеда с целью изучения частоты повторяемости минимальной температуры воздуха по рассматриваемым ниже градациям.

Анализ материалов показал, что в распределении наибольшей повторяемости минимальных температур воздуха во время гололеда наблюдаются определенные закономерности. В таблице 2 приводятся данные о повторяемости минимальной температуры во время гололеда по исследуемым станциям.

Таблица 2

Повторяемость минимальной температуры во время гололеда (в% от общего числа случаев)

Станция (высота станции)	Температура, °С				число случаев
	5,0 ÷ 0,1	0,0 ÷ -4,9	-5,0 ÷ -9,9	-10,0 иниже
Актобе (219)	4,8	84,3	10,5	0,3	332
Аяккум (111)	6,5	86,2	6,5	0,8	123
Иргиз (114)	4,4	82,9	11,0	1,7	181
Мугоджарская (399)	6,6	90,8	2,6	0,0	76
Уральск (35)	18,2	72,7	8,8	0,3	352
Джаныбек (28)	16,9	78,7	4,0	0,4	225
Ганюшкино (-25)	1,9	91,5	6,6	0,0	106
Тайпак (1)	12,4	77,0	8,8	1,8	113
Кызан (0)	3,8	93,8	2,5	0,0	80
Каратобе (44)	8,7	83,5	6,8	1,0	103

Наибольшая повторяемость минимальной температуры воздуха во время гололеда на всех станциях приходится па градацию 0–5 °С мороза. Максимум ее приходится на ст. Мугоджарская, Ганюшкино и Кызан и составляет 91–94 % от общего числа случаев. На остальной территории Западного Казахстана повторяемость градации минимальной температуры 0, -5 ℃ составляет 73–87 %. Относительно большой процент повторяемости минимальной температуры воздуха при гололеде приходится на градации 5,0 ÷ 0,1 и -5,0 ÷ -9,9 ℃, и изменяется от 4 до 18 % и от 3 до 11 % соответственно. На станциях Тайпак, Иргиз и Каратобе, расположенных на высотах 1–114 м гололедные явления в 1–2 % случаях встречаются при температурах -10,0 и ниже. Очевидно, это связано с удаленностью этих станции от Каспийского моря, а значит и большей сухостью воздуха.

Приведенные сведения о характере распределения минимальных температур воздуха во время гололеда указывают на большой диапазон их колебаний по территории Западного Казахстана и, следовательно, на необходимость их учета проектными и строительными организациями связи и энергетики.

При проектировании и строительстве воздушных линий связи и ЛЭП важное место, помимо температурного воздействия на провода, должно отводиться учету ветровой нагрузки.

При этом необходимо учитывать преобладающие направления ветров и максимальные скорости при этих направлениях. Учет таких характеристик необходим в период гололедных отложений на проводах, так как нагрузки на них в результате взаимодействия обоих компонентов значительно возрастают.

Следует остановиться на количественной и качественной сторонах характеристик ветрового режима, ибо его недоучет в период интенсивного гололеда может привести ко многим нежелательным последствиям — обрывам проводов, разрушению опор. В этом отношении очень важно знать максимальные скорости при различных направлениях ветра во время гололеда.

Для определения преобладающих направлении ветра при отложениях гололёда были построены розы ветров (рис. 2).

Рис. 2. Повторяемость направлений ветра при максимальных скоростях во время гололеда (%)

Анализ этих рисунков показал, что преобладающие направления ветра неплохо совпадают со средней многолетней повторяемостью их за зимний период, в частности, за декабрь. Это обстоятельство очень важно ввиду того, что в случае отсутствия данных по ветровому режиму при гололедном явлении можно использовать их многолетние значения, представленные в справочнике.

Известно, что ветровой режим обусловливается определенными макросиноптическими процессами, господствующими над территорией Западного Казахстана. Так, холодный период года характеризуется довольно частым распространением почти на всю территорию Казахстана отрога сибирского максимума, и очевидно, что преобладающими направлениями ветра в Западном Казахстане должны быть юго-восточные ветры с переходом на южные.

Анализ преобладающих направлении ветров на исследуемых станциях показал, что одновременно с влиянием юго-западной и западной периферии сибирского антициклона, по которой приходит холодный воздух с севера, происходит вынос теплого воздуха со Средиземного моря и юга Малой Азии, что способствует развитию циклоничности. Преобладающими в этом случае являются ветры юго-западные, реже ветры с северной составляющей.

Так, на станциях Актобе, Джаныбек, Уральск и Каратобе преобладают ветры южных направлении, а на станциях Иргиз, Кызан и Тайпак — северные и северо-восточные ветры (рис 2). На станции Мугоджарская равновероятна повторяемость как восточных и юго-восточных, так и западных и юго-западных ветров.

Различия в преобладающих направлениях ветра на станциях Западного Казахстана связаны с влиянием как отрога сибирского антициклона так и циклонической деятельностью. Преобладание восточных и юго-восточных ветров объясняется еще и местными термическими условиями. Зимой воды Каспия менее охлаждены, чем прилегающие песчаные пустыни. В связи с этим усиливается тенденция переноса более холодных воздушных масс из пустыни в сторону Каспия.

Сопоставление ветрового режима при гололеде за холодный период года с помесячными данными о преобладании направлений показало, что эти расхождения тем больше, чем меньше влияние определенного циркуляционного фактора. Например, влияние сибирского максимума возрастает к январю и уменьшается к лету, что связано с природой его образования и, следовательно, с сезонным его воздействием [1]. Максимум влияния южных циклонов приходится на конец зимы и весенние месяцы.

Кроме направления ветра большую роль в образовании гололеда играет скорость ветра. Очень важно знать на какую градацию приходится наибольшая повторяемость больших скоростей ветра в период гололедообразования. В табл. 3. приведена повторяемость максимальной скорости ветра во время гололеда в процентном отношении от общего числа случаев явлений.

Таблица 3

Повторяемость максимальной скорости ветра во время гололеда (в% от общего числа случаев)

Станция (высота станции)	Скорость ветра, м/c							число слу-чаев
	0 ÷ 1	2 ÷ 5	6 ÷ 10	11 ÷ 15	16 ÷ 20	21 ÷ 24	25 ÷ 28
Актобе (219)	20,2	46,1	28,3	5,1	0,3	0,0	0,0	332
Аяккум (111)	25,6	54,5	19,8	0,0	0,0	0,0	0,0	121
Иргиз (114)	15,5	63,0	18,8	2,8	0,0	0,0	0,0	181
Мугоджарская (399)	15,8	31,6	31,6	11,8	6,6	1,3	1,3	76
Уральск (35)	11,9	65,3	22,2	0,3	0,3	0,0	0,0	352
Джаныбек (28)	8,4	62,7	27,6	0,4	0,9	0,0	0,0	225
Ганюшкино (-25)	27,4	39,6	30,2	0,9	1,9	0,0	0,0	106
Тайпак (1)	44,2	38,9	13,3	2,7	0,9	0,0	0,0	113
Кызан (0)	22,5	45,0	30,0	2,5	0,0	0,0	0,0	80
Каратобе (44)	7,8	43,7	41,7	6,8	0,0	0,0	0,0	103

По данным таблицы 3 на всех станциях наибольшая повторяемость скорости ветра приходится на градацию 2–5 м/сек и изменяется от 31,6 % (Мугоджарская) до 65,3 % (Уральск). Относительно большой процент повторяемости максимальных скоростей ветра во время гололеда приходится на градацию 0–1 и 6–10 м/сек и составляет в основном от 13 до 30 % (ст. Каратобе и Тайпак — 42–44 % соответственно). Повторяемость максимальных скоростей 11–15 м/сек значительно уменьшается и составляет в основном 0,0–7 % (на ст. Мугоджарская -12 %). Особо следует отметить режим максимальных скоростей ветра на ст. Мугоджарская. Повторяемость градации 2–5 и 6–10 м/сек (31,6 %) равновероятны. Это единственная из рассматриваемых станций в Западном Казахстане, где встречается образование гололеда при скоростях больше 20–25 м/сек, что очевидно связано с местоположением этой станции.

Наибольшие скорости ветра при отложении гололеда вызваны усилением циклонической деятельности, наблюдающейся в холодное время года.

Выводы

1. На большей части Западного Казахстана гололед отмечается в основном с октября по апрель. В годовом ходе на всех станциях наиболее част гололед отмечается в декабре -от 21,7 до 44,9 случаев в месяц, а наименьшая повторяемость приходится на апрель месяц — от 0,0 до 6,0 случаев в месяц. Исключение составляют станции Мугоджарская и Кызан, где наибольшее число дней с гололедом отмечается в ноябре и январе, и составляет 39,8 и 38,8 соответственно. Распределение отложений гололеда по территории Западного Казахстана обусловлено не только физико-географической неоднородностью, но и неустойчивостью на его территории синоптических процессов в холодное время года.
2. Рост числа дней с гололедом наблюдается до высоты 300 м, далее оно резко уменьшается.
3. Наибольшая повторяемость минимальной температуры во время гололеда на всех станциях приходится на градацию 0–5 °С мороза. На станциях, расположенных на высотах 10–115 метров гололедные явления встречаются при температурах -10 °С и ниже.
4. Преобладающими направлениями ветра на станциях Уральск, Актобе, Джаныбек и Каратобе являются ветры южных направлений (Ю, ЮЗ, ЮЮВ), на станциях Иргиз, Кызан и Тайпак — северных (С, СВ), а на станциях Аяккум и Ганюшкино — восточных (В, ВЮВ). Различие в преобладающих направлениях ветра связаны с влиянием как отрога сибирского антициклона, так и циклонической деятельности. Определенную роль играют термические условия.
5. На всех станциях наибольшая повторяемость максимальной скорости ветра при отложении гололеда приходится на градацию 2–5 м/сек. Исключение составляет ст. Мугоджарская, где встречается образование гололеда при скоростях больше 20 м/сек.
6. Приведенные данные показывают, что результаты фактических данных по температурно-ветровому режиму при гололедных явлениях должны по возможности использоваться проектировщиками с учетом как качественной, так и количественной сторон.

Литература:

1. Белоус И. М. Об особенностях температурно-ветрового режима во время гололедно-изморозевых явлений на линях связи и электроперадачи в Казахастане //Труды ГМИ. -Л.: Гидрометеоиздат, 1967. –Вып. 26. –С. 195–209.
2. Климат Казахстана. Под ред. А. С. Утешева. Л.: Гидрометеоиздат, 1959.
3. Андреев Ю. Н. К вопросу о физико-метеорологических условиях образования гололеда //Труды ГГО, вып. 3 (65), 1947.
4. Бургсдорф В. В. и Муретов Н. С. Расчетные климатические условия для высоковольтных линий электропередачи. Труды ВНИИЭ, вып. 10, т. 1, Госэнергоиздат, М.-Л., 1960.
5. Заморский А. Д. Иней, изморозь, гололед. Гидрометеоиздат, Л., 1951.
6. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 3, ч. I, Л.: Гидрометеоиздат, 1958.
7. Справочник по климату Казахстана. Многолетние данные. — Алматы, 2004. — Вып. 14. — Раздел 1. Температура воздуха. Раздел 2. Атмосферные осадки. Раздел 3. Атмосферные явления. — 563 с.
8. Дюсебаев М. К., Абдимуратов Ж. С., Жаманбаева Ж. Н. Снижение риска гололедообразования на воздушных ЛЭП Казахстана. Источник: https://aues.kz/wpcontent/uploads/2018/12/7 %D1 %81 %D1 %82 %D0 %B0 %D1 %82 %D1 %8C %D1 %8F.pdf
9. Eastern U. S. Flooding and Ice Storm. National Climatic Data Center, National Oceanic and Atmospheric Administration. Источник: http://ru.wikipedia.org/wiki/Гололёд_1998_года_в_Северной_Америке.
10. Гололед и туман на юге России. Что такое гололед и гололедица? Источник: https://oko-planet.su/pogoda/newspogoda/print:page,1,465926-gololed-i-tuman-na-yuge-rossii-chto-takoe-gololed-i-gololedica.html