Радиационные условия Азовского моря

В формировании радиационного климата Азовского моря большое значение играет не только общее количество поступающей солнечной радиации, но и отражательные свойства поверхности, а также циркуляция атмосферы.

Солнечная радиация является главным источником энергии почти для всех процессов в природе. Приходящая к земной поверхности суммарная радиация Q0 состоит из двух потоков: прямой солнечной радиации S и рассеянной радиации D. При взаимодействии с поверхностью часть радиации поглощается ею (Rx), а часть отражается (r) обратно в атмосферу. При нагревании поверхность сама начинает излучать энергию. Потеря энергии за счет излучения поверхности частично компенсируется противоизлучением атмосферы. Разность этих потоков называется эффективным излучением IЭф. Тогда радиационный баланс поверхности R может быть представлен в следующем виде:

R = Q0(1-А)-Iэф,

где А - отношение отраженной радиации r к суммарной Q0, характеризующее отражательную способность поверхности и называемое альбедо поверхности.

Напряжение прямой солнечной радиации S, ее суточные, месячные и годовые суммы зависят главным образом от высоты солнца над горизонтом, продолжительности дня и облачности. Заметное влияние на ход прямой солнечной радиации оказывает помутнение атмосферы. Продолжительность дня и высота солнца обусловливают широтное распределение прямой солнечной радиации, а также ее суточный и годовой ход. Облачность нарушает широтную зональность распределения прямой солнечной радиации. Месячные суммы прямой солнечной радиации плавно изменяются от 540- 600 МДж/м2 в июле до 60-100 МДж/м2 в декабре. Годовая сумма лежит в пределах 3600- 3900 МДж/м2. Месячные суммы прямой солнечной радиации отдельных лет могут отличаться от норм летом на 25-50 %, зимой на 50-150 %. Изменения годовых сумм от года к году обычно не превышают 10-15 % нормы.

Рассеянная радиация приходит к месту наблюдения ото всех точек небесного свода. В безоблачные дни распределение рассеянной радиации зависит от широты местности и прозрачности атмосферы. В суточном ходе максимум рассеянной радиации приходится на околополуденные часы, а в годовом - на летние месяцы. Большое влияние на приход рассеянной радиации оказывает облачность. Для Азовского моря рассеянная радиация достигает максимума в июне-июле (140- 150 МДж/м2 за 1 мес). Минимум приходится на декабрь и составляет 25-45 МДж/м2. За год приход рассеянной радиации составляет 1200-1400 МДж/м2.

В целом за год прямая радиация составляет большую часть суммарной радиации. Суммарная радиация на той же широте в восточной части Азовского моря несколько больше чем в западной, за исключением Таганрогского залива. Это объясняется несколько большей повторяемостью пасмурных дней на западе в осенне-зимний период и большой повторяемостью ясных дней в течение значительной части года на востоке. Годовые значения суммарной радиации изменяются от 4850 МДж/м2 в вершине Таганрогского залива до 5250 МДж/м2 на юго-востоке моря (Темрюкский залив). В сезонном ходе она имеет минимум в декабре и максимум - в июне-июле. Кривая годового хода суммарной радиации практически симметрична относительно конца июня - начала августа, хотя можно отметить наиболее крутой подъем ее от апреля к маю.

В декабре значения радиации изменяются округленно от 80 до 150 МДж/м2, их изолинии располагаются зонально. В последующие месяцы радиация возрастает и особенно резко весной. За весну она составляет около 1500 МДж/м2. Этот рост обусловливается увеличением высоты солнца и продолжительности дня, а также ослаблением циклонической деятельности и, следовательно, уменьшением облачности.

В этот период на распределение суммарной радиации начинают оказывать влияние бризы. Наиболее четко это влияние проявляется в мае. Благодаря бризам у берегов Азовского моря образуется относительно малооблачная зона, а на расстоянии 50--60 км от берега - зона увеличенного количества облачности. Из-за влияния бризов конфигурация изолиний суммарной солнечной радиации повторяет береговую черту. В июне-июле значения радиации изменяются по акватории моря округленно от 690 до 750 МДж/(м2-мес). В целом за лето приход суммарной радиации в среднем составляет 2050 МДж/м2 для Таганрогского залива, 2100 МДж/м2 для открытого моря. В течение всего лета на распределение суммарной радиации также оказывают влияние бризы.

Осенью приход суммарной радиации снижается из-за уменьшения высоты солнца и продолжительности дня, а также из-за усиления циклонической деятельности. Суммарный поток радиации равен 920 МДж/м2 в Таганрогском заливе, 960 МДж/м2 в открытом море. Расположение изолиний суммарной радиации близко к зональному.

Поглощенная радиация представляет собой часть суммарной радиации и сильно зависит от альбедо подстилающей поверхности. Ледовый покров увеличивает альбедо, уменьшая таким образом количество поглощенной радиации. Альбедо изменяется от максимальных значений (40-50%) зимой до минимальных (10-12 %) летом.

На период с апреля по сентябрь приходится около 80 % годовой суммы поглощенной радиации с максимумом в июле, когда эта величина в Таганрогском заливе составляет 660 МДж/м2, а в открытом море 690 МДж/м2. Минимум поглощенной радиации отмечается в декабре-январе и составляет 55 МДж/м2 в Таганрогском заливе, 75МДж/м2 в открытом море, максимум - в июле. Пространственные изменения среднегодовых сумм тепла невелики. Максимальная сумма за год отмечается в центральной и юго-восточной частях (4200-4300 МДж/м2), уменьшается в юго-западной части моря (до 4100-4200 МДж/м2) и на востоке Таганрогского залива (до 3800-4000 МДж/м2). Меньшее количество тепла, получаемого Таганрогским заливом, объясняется его более северным расположением и меньшим коэффициентом прозрачности атмосферы.

Годовой ход поглощенной радиации в целом совпадает с ходом суммарной солнечной радиации. Замедление роста поглощенной радиации с мая по июль объясняется некоторым усилением циклонической деятельности в это время (в основном за счет местных циклонов).

Эффективное излучение представляет собой разность между излучением Земли, направленным вверх, и противоизлучением атмосферы, направленным вниз. Обычно излучение Земли больше противоизлучения атмосферы. Поэтому эффективное излучение характеризует то количество тепла, которое подстилающая поверхность теряет вследствие излучения. На эффективное излучение сильное влияние оказывают изменения облачности, влажности и температуры в приземном слое, а также разности температур подстилающей поверхности и воздуха.

В течение года эффективное излучение изменяется слабо. Минимум эффективного излучения наблюдается в декабре-январе (-60... -80 МДж/м2), максимум - в августе-сентябре (-190... -210 МДж/м2). Годовые величины также незначительно изменяются в пространстве. Минимальные значения (-1460 МДж/м2) отмечаются в восточной части Таганрогского залива и на юго-западе моря, максимальные (1590 МДж/м2) на юго-востоке моря в районе Мариуполя и Мысового.

Годовой ход эффективного излучения имеет неровный вид с резкой асимметрией: рост продолжается с декабря по август - восемь месяцев, а уменьшение - четыре месяца. Эта асимметрия вызвана фазовыми различиями между элементами, влияющими на эффективное излучение, в частности фазовыми различиями между температурами воды и воздуха.

Радиационный баланс подстилающей поверхности представляет собой разность между поглощенной радиацией и эффективным излучением и зависит от всех факторов, влияющих на ее составляющие.

Зимой радиационный баланс для открытого моря отрицателен. В декабре составляет -5…-10 МДж/м2, в январе -4... -8 МДж/м2, причем на юге появляется зона с положительным балансом 5-10 МДж/м2. В феврале зона с отрицательным балансом еще меньше и значения баланса при этом не больше 5 МДж/м2.

В восточной части Таганрогского залива в декабре радиационный баланс равен нулю. В январе в Таганрогском заливе баланс составляет -10... -20 МДж/м2.

Весной радиационный баланс резко возрастает до 800 МДж/м2 за сезон в Таганрогском заливе и до 900 МДж/м2 за сезон в открытом море. Особенно сильно поле радиационного баланса изменяется в марте. Контраст между северо-западными и юго-восточными районами достигает 120-150 МДж/м2. Такой резкий рост радиационного баланса обусловливается ростом суммарной радиации и уменьшением альбедо за счет таяния льдов.

Летом радиационный баланс увеличивается до 1330 МДж/м2 за сезон в Таганрогском заливе и до 1425 МДж/м2 в открытом море. Пространственное изменение радиационного баланса мало.

Осенью радиационный баланс уменьшается и в ноябре по всему морю составляет 5-20 МДж/м2. Всего за сезон приходит 350-380 МДж/м2. Влияние бризов практически отсутствует. Общим для Азовского моря является небольшое увеличение баланса в центральных районах моря по сравнению с прибрежными.

Радиационный баланс в целом за год по всему Азовскому морю положителен. В восточной части Таганрогского залива годовая сумма баланса минимальна и составляет 2400 МДж/м2. Максимальные (2700-2750 МДж/м2) суммы баланса находятся в центральном районе моря. У побережья значения радиационного баланса меньше на 80-120 МДж/м2.

Годовой ход радиационного баланса подобен ходу своей основной составляющей - поглощенной солнечной радиации, но имеет несколько меньшую амплитуду. Отрицательные значения радиационного баланса в декабре-январе обусловлены незначительным преобладанием эффективного излучения над поглощенной радиацией. В остальное время поглощенная радиация существенно превышает эффективное излучение.