Особенностью атмосферной циркуляции зимой над дальневосточными морями является наличие восточно-азиатской высотной фронтальной зоны, которая возникает в результате больших термических контрастов между континентом Евразии и Тихим океаном. В рассматриваемом районе происходит постоянное развитие континентальных циклонов и возникновение новых образований. В зависимости от траекторий циклонов выделяются нормальные, промежуточные и аномальные процессы.
Нормальные процессы — циклоны, смещающиеся с запада п Японского моря на Алеутские острова. Аномальные и промежуточные процессы — выход циклонов в Охотское море или на Камчатку.
Атмосферные процессы, развивающиеся в зимний период над Восточной Азией, также оказывают существенное влияние на районы дальневосточных морей. Усиление западного переноса приводит к разрушению сибирского максимума и к выходу западных циклонов на Дальний Восток. В тыловой части западного циклона восстанавливается сибирский антициклон, осуществляется мощный заток холода на Восточную Азию, активизируется высотная фронтальная зона, создаются условия для развития серии южных циклонов.
Таким образом, интенсивный западный перенос над Евразией приводит к восстановлению сибирского максимума, возмущению потоков в атмосфере и частым выходам аномальных южных циклонов на фоне нормальных процессов. Интенсивность зонального переноса и перемещение западных циклонов оказывает непосредственное влияние на развитие серий аномальных циклонов и формирование блокирующего максимума на северо-востоке Азии. Вынос теплого тихоокеанского воздуха по восточной периферии южных циклонов осуществляется на большую часть Камчатки, Чукотку, Охотское море и с востока распространяется на Сахалин. Отмечается повышение температуры воздуха у земли, обложные осадки, метели. Усиление сибирского антициклона в этих случаях осуществляется за счет устойчивости меридиональной циркуляции. Каждый последующий циклон зарождается и смещается южнее и восточнее, следуя за проникающим холодным сибирским воздухом.
На развитие зимних синоптических процессов над районами дальневосточных морей в ряде случаев сказывается непосредственное влияние термического состояния подстилающей поверхности.
Большое влияние на углубление циклонов оказывает выхоложенный континент п-ова Камчатки, когда циклоны проходят восточнее по Тихому океану. Здесь они интенсивно углубляются, значительно увеличиваются по площади, оказывая воздействие на погоду Сахалина.
В первую половину зимы температура поверхности воды Охотского моря выше, чем температура воздуха на материке, что сказывается на большей повторяемости глубоких циклонов в декабре—январе, чем в феврале. Увеличение количества циклонов над Охотским морем в марте связано с активизацией западного переноса в этом месяце и выходами континентальных циклонов.
В теплую половину года характерным синоптическим процессом в Восточной Азии является сочетание периодически восстанавливающегося антициклона над Охотским морем и циклонической деятельностью в бассейне Амура и на Сахалине. Развитие циклонической деятельности над Сахалином в весенне-летний период происходит главным образом по двум причинам. Во-первых, задерживающее влияние на смещение фронтальных разделов к востоку оказывает летний аитициклонез в Охотском море; во-вторых, активизируется циклоническая деятельность в бассейне Амура и тайфунная деятельность в западной части Тихого океана.
Другим характерным синоптическим процессом теплого периода является усиление широтного переноса воздушных масс вследствие уменьшения контрастов температуры между сушей и морем в весенне-летний период, а во вторую половину лета происходит замена на противоположное термическое воздействие моря в характере синоптических процессов. Осуществляются прорывы холода с более северных районов континента в бассейне Амура, где усиливается циклоническая деятельность. Часть циклонов приходит на Сахалин. Максимальное усиление циклонической деятельности происходит в случае объединения циклонов, смещающихся с континента и тайфунного происхождения.
Охотский антициклон является основным источником формирования области повышенного давления в летнее время. Осенью с усилением зонального переноса воздушных масс на юг области приходят ядра и отроги среднеазиатского и сибирского антициклонов, которые приносят более ясную и теплую погоду, чем охотский антициклон.
Наибольшая повторяемость (70—80 %) приходится на циклоны, смещающиеся с юго-запада и запада. Антициклоны наблюдаются чаще всего в теплое время года, 40—50 % от общего числа составляют антициклоны, зарождающиеся в Охотском море (табл. 2).
Циклоны. Среднее число циклонов с давлением в центре ниже 1000 гПа, обусловливающих значительное ухудшение погоды по Сахалинской области (1960— 1979 гг.), приводится ниже:
Типовые траектории циклонов, выходящие на Дальний Восток, представлены на рис. 2.
Ниже дается общая характеристика основных траекторий циклонов, вызывающих значительное ухудшение погоды на юге Сахалина.
При перемещении западных циклонов в теплое полугодие происходит быстрая смена циклонического и антициклонического полей, циклоны с бассейна Амура начинают перемещаться к востоку. Повторяемость циклонов, смещающихся с-запада, составляет 30—40 % от числа циклонов, смещающихся в теплое полугодие.
Южные и юго-западные циклоны смещаются на Сахалин в период значительного развития гребня тихоокеанского антициклона, который ориентирован на юг Охотского моря. Циклоны этой группы возникают в Желтом и Восточно-Китайском морях и смещаются на Японское и Охотское моря, а иногда и в бассейн Амура. Общее число циклонов этой группы составляет 40—50 % (рис. 3, 4). В число циклонов данной траектории входят тайфуны, наносящие большие ущербы.
В августе—сентябре тайфуны выходят на северную часть Японского моря, Приморский край или несколько восточнее — на Сахалин. Эти процессы наблюдаются в период максимального развития Тихоокеанского антициклона.
В холодное время года основной район циклогенеза на Дальнем Востоке включает в себя Восточно-Китайское, Японское и Желтое моря и прилегающую часть Тихого океана. Здесь же происходит регенерация слабых циклонов, смещающихся с континента. Это район зарождения самой большой группы циклонов, входящих в группу южных и юго-западных траекторий (рис. 5). Появление области высокого давления способствует возникновению циклона на юге Дальнего Востока. Как правило, после прохождения западного циклона длительное время осуществляется вторжение масс континентального воздуха на юг Дальнего Востока. В течение периода холодного вторжения развивается серия циклонов южных и юго-западных траекторий. В осенне-зимний период число циклонов этой группы составляет 55—60 % от общего числа. Южные и юго-западные циклоны перемещаются в Охотское море (аномальные процессы), либо на Камчатку (промежуточные процессы) в зависимости от наличия и распространения к северу крупномасштабного высотного гребня над Тихим океаном и Охотским морем.
При зональных процессах наблюдается смещение западных циклонов. Зимой с запада перемещается в среднем 7—8 циклонов, весной их число возрастает до 10— 11 (30—40 % от общего числа). Отклонение к югу определяется положением и степенью углубления дальневосточной барической ложбины.
Выход западных циклонов на акваторию дальневосточных морей наблюдается при развитии широтного переноса.
К группе восточных циклонов относятся глубокие тихоокеанские циклоны, развивающиеся над дальневосточными морями в зимний период. На юг Сахалина в среднем выходят 1—2 циклона в год. Они смещаются с востока в результате развития серии циклонов у восточного побережья Японии, в дальнейшем смещаются на Курильские острова. Выходы таких циклонов наблюдаются не каждую зиму.
В течение года на юг Сахалина приходят 1—3 циклона с северо-запада, условия их перемещения и развития мало отличаются по сезонам. Циклоны этой группы относятся к ныряющим. Циклоны, чаще всего холодные, развиваются незначительно и вызывают небольшое ухудшение погоды.
Антициклоны. В холодное полугодие антициклоны очень редко проходят через Охотское море. Малоподвижных областей высокого давления в этом районе зимой практически не наблюдается. В теплое время года антициклоническая ситуация наблюдается часто, а в июне—июле она является преобладающей. Среднее число случаев антициклонов, обусловливающих погоду на юге Сахалина за год, составляет 17— 18 случаев, в том числе на зиму приходится только 1—2 случая.
Процессы летнего антициклогенеза над Охотским морем определяют ход синоптических процессов и характер погодных условий на всем Дальнем Востоке. По месту возникновения антициклоны разделены на три типа — охотский, тихоокеанский и сибирский и отдельно стационарные.
Аитициклоническая деятельность над Охотским морем может быть обусловлена: а) прохождением западных антициклонов или их отрогов (сибирские антициклоны); б) вхождением ядер и отрогов высокого давления с северо-запада, северо- востока и их последующей малоподвижностью над Охотским морем (тихоокеанские и стационарные антициклоны); в) формированием новых антициклонов над Охотским морем (охотские антициклоны).
Средняя повторяемость каждого типа от 4 до 8 случаев в год. Выход антициклонов на Охотское море с запада (сибирские) наблюдается при зональных процессах. Они больше характерны для начала и конца теплого периода. Эти антициклоны представляют собой небольшие подвижные образования, перемещающиеся в тыловых частях циклонов. По более южным траекториям проходят более обширные и хорошо развитые антициклоны, которые усиливаются по мере продвижения к востоку. На Охотское море распространяются гребни этих антициклонов. На юге Сахалина устанавливается теплая сухая погода.
Перемещение областей высокого давления на Охотское море с северо-запада осуществляется по восточной периферии высотных гребней, распространяющихся с бассейна Амура на Якутию. Это разновидность зональной циркуляции.
Если высотные гребни над бассейном Амура, Якутией и Охотским морем усиливаются и превращаются в малоподвижные, то приземные центры остаются стационарными. Процесс сохраняется тем дольше, чем активнее и продолжительнее осуществляется адвекция холода с северных районов континента в передней части антициклонов. Над Охотским морем гребень нередко превращается в самостоятельную область высокого давления.
Непосредственно формирование антициклонов над Охотским морем происходит в массах арктического воздуха, поступающего на акватории моря по восточной периферии высотных гребней. Оформление антициклона происходит над холодной поверхностью Охотского моря.
Повторяемость циклонической циркуляции на Сахалине в несколько раз превосходит антициклоническую. Весной и осенью через юг Сахалина в среднем проходит циклонов в 4— 6 раз больше, чем антициклонов, летом — в 2—3 раза, а зимой — более чем в 20 раз.
В целом за год число циклонов преобладает над антициклонами в пять раз (соответственно 83% и 17% ). Это указывает на частую повторяемость неблагоприятной погоды на Сахалине, включая южную часть острова — район расположения Южно-Сахалинска.
2.1. Атмосферное давление
Давление, производимое атмосферой на находящиеся в ней предметы и на земную поверхность, называют давлением воздуха. Величина его зависит от высоты места и является одним из важнейших факторов, определяющих направление движения воздушных потоков.
Среднее за год давление в Южно-Сахалинске (высота барометра 23,5 м) равно 1009 гПа
Изменения среднего годового давления от года к году незначительны— не более 2—3 гПа. За 1946— 1975 гг. наибольшее среднее годовое давление было в 1964 г. и составило 1011,4 м гПа, наименьшее в 1965 г.— 1007,1 гПа. Изменчивость средних месячных величин наибольшая зимой — 4 гПа, летом 2гПа. В годовом ходе максимальное среднее месячное давление отмечается осенью (октябрь— 1012 гПа), наименьшее — летом (июль— 1006 гПа). Летом (июнь—август) месячные значения давления воздуха изменяются в пределах 1003— 1013 гПа, зимой (ноябрь—март) — 999— 1018 гПа.
Абсолютный максимум давления отмечен в феврале 1951 г., когда столбик ртути барометра поднимался до отметки 1038 гПа. Минимальное давление зарегистрировано в сентябре 1961 г. (959 г П а ).
Месячная амплитуда экстремальных значений давления воздуха в отдельные годы зимой составляет 60—65 гПа.
В летний период колебания давления воздуха в течение месяца несколько сглажены, максимальное значение составляет 1023 гПа, минимальное — 981 гПа.
Основные характеристики режима давления представлены в табл. 3.
2.2. Ветер
Недоучет данных о ветровом режиме может нанести существенный ущерб некоторым отраслям народного хозяйства. Однако это обстоятельство учитывается далеко не во всех случаях, и имеющаяся информация о ветровом режиме на практике потребителем часто используется не в полном объеме.
Для полной характеристики ветрового режима необходимы вероятностные характеристики скорости и направления ветра (см. табл. 3—6 приложения, а также табл. 4, рис. 6).
Пределы колебаний средних месячных величин скорости ветра в отдельные годы бывают наибольшими в зимнее время, когда средние отклонения возможны до 0,7—0,8 м/с, а наибольшие положительные и отрицательные отклонения достигают соответственно 1,8—2,0 м/с. Более устойчивые средние месячные скорости ветра — летом и в переходные сезоны. Отклонения, возможные в этот период, невелики, в среднем составляют 0,3—0,4 м/с. Наибольшие возможные отклонения не превышают 0,8— 1,5 м/с, наименьшие — 0,3—0 ,4 -м/с (табл. 5).
В суточном ходе скорости ветра ночью меньше, чем днем, причем наибольшие различия наблюдаются в переходные сезоны (апрель—июнь, сентябрь—октябрь) (табл. 6).
В течение года наибольшую повторяемость (68—89 %) имеют ветры до 5 м/с. Далее с увеличением скорости ветра повторяемость их уменьшается. Скорости ветра от 6 до 9 м/с повторяются в 11—24% , а более 10 м/с — от 1 до 11% случаев. Повторяемость ветра со скоростью свыше 15 м/с в зимние месяцы значительна, особенно в феврале. Вероятность их в январе составляет 2 %, в феврале 4 %. В летние месяцы скорости ветра заметно снижаются. В июле—августе повторяемость ветра более 15 м/с составляет 0,1—0,2% от общего числа случаев. Для лета характерна наибольшая повторяемость скоростей 2—5 м/с, продолжительность которых составляет 430—540 ч (60—70 % от общей продолжительности за месяц) (табл. 7).
В Южно-Сахалинске в среднем около 20 дней в году наблюдается с сильным ветром (свыше 15 м/с). В отдельные годы число их может достигать 38 дней (1952 г.). В январе—феврале сильные ветры бывают в среднем 3—4 дня в месяц, в июле—августе отмечаются не ежегодно (табл. 8). Как правило, сильные ветры в холодное время года (ноябрь—март) чаще всего отмечаются при северных направлениях ветра, а в теплое — при северных, юго-восточных и западных.
Наибольшая скорость ветра в Южно-Сахалинске наблюдается в феврале (34 м/с, порывы свыше 40 м/с) и в сентябре (40 м/с) (табл. 9).
Как правило, скорость ветра при порывах значительно превосходит среднюю скорость ветра. Порывы необходимо учитывать в строительном проектировании при определении прочности креплений и в других инженерных расчетах.
Наблюденные максимумы скорости ветра не позволяют непосредственно судить о возможных значениях больших скоростей ветра. Учитывая, что строительные объекты рассчитываются на длительное существование, при определении ветровых нагрузок на сооружения за расчетную скорость целесообразно принимать максимальную скорость ветра с заданной обеспеченностью (табл. 10). В зависимости от предполагаемой эксплуатации строительного сооружения выбирается период определенной продолжительности и соответствующая расчетная скорость ветра.
Несмотря на то, что в Южно-Сахалинске повторяемость ветров северо-восточных и юго-восточных направлений в зимний период незначительна (2—4 % ), максимальная скорость при этих направлениях может достигать больших величин (табл. И ), и не учитывать эти скорости при проектировании нельзя, так как они наносят значительный ущерб хозяйству города в восточной части.
Учитывая, что ветер оказывает неблагоприятное воздействие практически на все отрасли народного хозяйства, особый интерес представляют сведения о ветровом режиме в пограничном слое атмосферы. Для характеристики ветрового режима над городом и его окрестностями использовались данные зондирования атмосферы аэрологической станции Южно-Сахалинск.
В зимнее время в слое от поверхности земли до высоты 0,3 км четко наблюдается преобладание ветра северного направления (сказывается влияние Сусунайской низменности, направленной с севера на юг). С высоты 0,5 км увеличивается повторяемость западного и северо-западного направлений, а с высоты 1 км они становятся преобладающими.
В переходные и летний периоды до высоты 0,5 км преобладающими являются ветры южного направления, на высоте 0,5— 1,0 км — западного и юго-западного.
Характерной особенностью ветрового режима является увеличение скорости по мере поднятия вверх, а также ясно выраженный годовой ход скорости ветра с минимумом летом и максимумом в зимние месяцы (табл. 12).
