Глава 3. Оценка биоклиматических условий Приволжского Федерального Округа

Проанализированы результаты расчетов сезонного и годового пространственного распределения биоклиматических показателей с оценкой комфортности территории, которые позволили выявить закономерности и построить схемы их пространственного распределения.

Для оценки степени комфортности рассчитывалась эффективная температура, которая является характеристикой ощущения степени тепла или холода организмом полураздетого (до пояса) человека и является эмпирической функцией температуры и относительной влажности воздуха. Анализ полученных данных показывает, что на территории ПФО за холодный период (с ноября по март) ЭТ находится в пределах от -10,9 до -4,1^оС, что характеризует зимние условия на исследуемой территории как «холодно» с «умеренной» нагрузкой на организм человека. Распределение изолиний эффективной температуры в период с ноября по март на территории ПФО имеет практически меридиональный характер. Наименьшие значения ЭТ отмечаются в пунктах, расположенных на северо-востоке и юго-востоке ПФО, а наибольшие - на юго-западе исследуемой территории.

Значения ЭТ в теплый период (с мая по сентябрь) изменяются по территории от 11,0 до 17,8^оС, что характеризует биоклиматические условия как «прохладно» и «умеренно тепло» (с нагрузкой - комфортно). Расположение изолиний эффективной температуры имеет хорошо выраженный зональный характер. Исключением является восточная половина республики Башкортостан (РБ), где изотермы ЭТ ориентированы с севера на юг благодаря меридионально направленной горной системе Южного Урала. К зоне «прохладно» по шкале эффективной температуры относится лишь северная часть и северо-восток Пермского края. На большей же части территории теплоощущения в теплый период характеризуются как «умеренно тепло». Самые благоприятные биоклиматические условия отмечаются на «южных» станциях. Число дней с комфортной погодой (по значениям ЭТ) за год колеблется от 34 на северо-востоке до 66 на юго-западе.

Значения КНЛТ среднегодовой ЭТ на территории ПФО имеют положительный знак и меняются от 0,04 до 0,52°С/10 лет. Заметное улучшение биоклиматических условий в течение года отмечается в центральных районах Башкортостана, на большей части Пермского края (КНЛТ ЭТ от 0,44 до 0,52^оС/10лет, R² около 21-26%). Статистически незначимы за весь год величины КНЛТ рассматриваемого биоклиматического показателя в населенных пунктах, расположенных на большей части Оренбургской, Саратовской, Ульяновской и Самарской областей, Мордовии, в центре, на юго-западе и юго-востоке РТ, в центре и на западе Нижегородской и Пензенской области, а также на юго-востоке Кировской области, на востоке Пермского края и Удмуртии. На остальной территории Приволжского округа значения КНЛТ ЭТ статистически значимы и имеют положительный знак. Значение коэффициента детерминации R² для КНЛТ с положительным знаком значительно выше, чем для тех же отрицательных, что говорит о большей статистической достоверности выводов для изменений биоклиматических условий на территории ПФО в сторону улучшения, в особенности в холодный период года.

Наиболее же часто используется эквивалентно-эффективная температура (ЭЭТ), учитывающая комплексное влияние на человека температуры, влажности воздуха и скорости ветра. ЭЭТ – представляет собой сочетание метеовеличин, производящее тот же тепловой эффект, что и неподвижный воздух при 100% относительной влажности и определенной температуре и оценивает теплоощущение обнаженного по пояс человека.

Анализ полученных результатов показывает, что на территории ПФО за холодный период ЭЭТ находится в пределах от -29,2 до -18,0^оС, что характеризует зимние условия на исследуемой территории как «очень холодно» и «угроза обморожения» (рис.1). На большей части ПФО с ноября по март наблюдаются теплоощущения «очень холодно». Почти на всей территории Оренбургской области, Удмуртии, Пермского края и республики Татарстан (РТ), в северных, восточных и юго-восточных районах Кировской области, на севере, западе, юго-востоке РБ, согласно классификации ЭЭТ, расположена зона, где начинается «угроза обморожения». Наименьшие значения эквивалентно-эффективной температуры отмечаются в пунктах, находящихся в восточной части Оренбургской области (Зауральская равнина). Пространственное распределение значений ЭЭТ на территории ПФО выявляет области, где данный показатель несколько выше большинства. К таковым относятся станции, расположенные в центральной и юго-восточной части Башкортостана, в западных районах Нижегородской области, на юге Пермского края, на юге и востоке Ульяновской области, в г.Саратов.

Значения ЭЭТ в теплый период (май-сентябрь) изменяются по территории от 4,0 до 13,0 ^оС, что характеризует биоклиматические условия как «умеренно прохладно», «прохладно» и «комфортно (умеренно тепло)». Из рис.2 видно, что расположение изолиний эквивалентно-эффективной температуры имеет практически зональный характер. Северная и восточная части Кировской области, северные районы Пермского края, а также восток РБ, север Нижегородской области находятся в зоне «умеренно прохладно». На остальной, то есть на большей части, исследуемой территории теплоощущения в теплый период характеризуются как «прохладно». Исключением являются станции, имеющие более южное географическое расположение (ЕТ от 12,1 до 13,0^оС), где биоклиматические условия оцениваются как «комфортно (умеренно тепло)». Следует отметить также, что почти на всей горной территории РБ, исключая северные районы, изолинии ЭЭТ принимают азональный характер.

Значения КНЛТ средней годовой эквивалентно-эффективной температуры на территории ПФО меняются от -0,21 до 2,01 ⁰С/10лет. Заметное улучшение биоклиматических условий в течение года отмечается в центральных районах Башкортостана и Оренбургской области, на большей части Пермского края (КНЛТ ЕТ от 1,74 до 2,01 ^оС/10лет, R² около 63-75%). Статистически незначимы за весь год величины КНЛТ рассматриваемого биоклиматического показателя на юго-западе РТ, в северной и центральной части Саратовской области, север, северо-запад и юго-восток РБ, юго-востоке Кировской области, западе Мордовии, западный и центральный районы Удмуртии, центр Пензенской области (рис.3). На остальной территории Приволжского округа значения КНЛТ ЭЭТ статистически значимы и имеют положительный знак. Значение коэффициента детерминации R² для КНЛТ с положительным знаком значительно выше, чем для тех же отрицательных. Значения же ЭЭТ в январе на большей части территории изменяются в пределах 2,2-4,5 ^оС/10лет, а в июле в пределах 1,3-1,6 ^оС/10лет.

Биоклиматические показатели холодного периода. Для рекреационной оценки зимнего периода в данной работе использовался индекс суровости погоды по Бодману, определяющий условия, способствующие обморожению. Он определяется низкой температурой воздуха и скоростью ветра, которые особенно влияют на охлаждение не защищенной одеждой поверхности тела человека и на органы дыхания.

На территории ПФО значения индекса суровости Бодмана меняются от 1,7 до 2,4 балла, что характеризует зимние условия как «малосуровые» и «умеренно-суровые». При этом, значения индекса суровости на территории ПФО в холодный период года (с ноября по март) в пунктах, расположенных в центральной части Башкортостана, в западных районах Нижегородской области, на юге Пермского края, в Самарской и Ульяновской областях, восточной части республики Мордовия, оцениваются как «малосуровые». На остальной исследуемой территории зима характеризуется как «умеренно суровая» (2<S<3). Самые суровые условия (2,4 балла) зимнего периода наблюдаются на юго-востоке Приволжского округа (Зауральская равнина). Наименьшие значения индекса Бодмана (1,7 балла) в период с ноября по март соответствуют станциям, находящимся в горной местности Южного Урала республики Башкортостан и на юге Пермского края.

Число дней с суровой погодой с ноября по март колеблется от 0 до 24. Чаще всего суровые погодные условия отмечаются на востоке Оренбургской области (13-16% дней за холодный период).

Число дней с умеренно-суровой погодой (2<S<3) на исследуемой территории изменяется от 23 до 78 за холодный период. В более половины случаев (52-51%) с ноября по март такие условия отмечаются на востоке Оренбургской области, на Бугульминско-Белебеевской возвышенности и на юге Кировской области.

В целом, за холодный период значения КНЛТ индекса Бодмана за исследуемый период на территории Приволжского Федерального Округа меняются от -0,4 до 0,06 балла/10лет. Заметное улучшение биоклиматических условий зимой отмечается в центральных районах Оренбургской области и РБ, юге Марий Эл, юго-западе Пермского края, (КНЛТ индекса «S» от -0,4 до -0,29 балла/10лет, R² более 70%). Значение коэффициента детерминации R² для КНЛТ с отрицательным знаком значительно выше, чем для тех же положительных, что говорит о большей статистической достоверности выводов для изменений суровости на территории ПФО в сторону смягчения.

Для оценки теплового состояния человека в холодный период используется также показатель «приведенная температура», предложенный К.Ш.Хайруллиным и В.Н.Адаменко. Он характеризует теплопотери человека в зависимости от сочетания фактических значений температуры и скорости ветра, приравненные к теплопотерям той же температуры воздуха, но в условиях безветрия.

На территории ПФО приведенная температура находится в широком диапазоне значений от -19,7 до -29,4^оС, что характеризует зимние условия на большей части исследуемых станций как дискомфортные с ограниченным временем прогулок и частичным ограничением пребывания ослабленных и больных людей на воздухе (рис.4). Условия значительного дискомфорта в зимний период в ПФО наблюдаются лишь на востоке Оренбургской области (t_прив = -29,4 и 29,1^оС) (Зауральская равнина). Данный показатель несколько выше на станциях, расположенных в центральной части Башкортостана и Саратовской области, в западных районах Нижегородской области, на юге Пермского края, в восточной части республики Мордовия, на юге и востоке Ульяновской области. Достаточно низкие значения приведенной температуры отмечаются на станциях, находящихся на Бугульминско-Белебеевской возвышенности, на востоке и юго-востоке Кировской области, в центральной и юго-западной частях республики Татарстан.

Значения КНЛТ приведенной температуры на территории ПФО меняются от -0,16 до 2,82 ^оС/10лет (рис.5).

Заметное улучшение биоклиматических условий зимой отмечается в центральных районах Оренбургской области и РБ, юге Марий Эл, юго-западе Пермского края (КНЛТ t_прив от 2,28 до 2,82 ^оС/10лет, R² около 74-80%). При этом, в январе значения КНЛТ приведенной температуры на большей части территории ПФО меняется в пределах 1,3-3,8 ^оС/10лет.

Статистически незначимы за холодный период величины КНЛТ рассматриваемого биоклиматического показателя на юго-западе РТ, севере Саратовской области, юго-востоке и северо-западе РБ, юго-востоке Кировской области, в западной части Мордовии и Удмуртии, на востоке Пермского края. Значение коэффициента детерминации R² для КНЛТ с положительным знаком значительно выше, чем для тех же отрицательных, что говорит о большей статистической достоверности выводов для изменений суровости на территории ПФО в сторону смягчения.

Исследование особенностей суровости погодных условий на территории ПФО указывают на хорошую согласованность использованных методов Бодмана и Адаменко-Хайруллина. Более полной количественной характеристикой суровости климата являются оценки, полученные с учетом не только низких температур воздуха, но и скорости ветра и влажности воздуха. Для оценки суровости климата в работе также выбран индекс влажного ветрового охлаждения по Хиллу, размерность которого H_w выражается в мкал см^-2с^-1. Биоклиматический индекс H_w характеризует интенсивность потери тепла материальным телом или человеческим организмом в воздушном потоке с определенной температурой и влажностью. При невысоких положительных, а также отрицательных температурах воздуха влажный ветровой поток усиливает дискомфортное состояние человеческого организма. При высоких положительных температурах воздействие влажного ветрового потока уменьшает состояние дискомфортности человека.

На территории ПФО значения индекса влажного ветрового охлаждения по Хиллу меняются от 38 до 65,8 мкал см^-2с^-1, что свидетельствует об отсутствии станций с абсолютно суровыми зимними условиями. На большей части исследуемой территории в холодный период отмечаются суровые погодные условия. Наибольшие значения индекса H_w наблюдаются в пунктах, расположенных в восточной части Оренбургской области (65,8 и 65 мкал см^-2с^-1 соответственно). Погодные условия здесь за холодный период характеризуются как «экстремально суровые». Экстремально суровые погодные условия отмечаются также на большей части Чувашии, Оренбургской области, Марий Эл, Пензенской области, Мордовии и РТ. Сухость воздуха и слабые скорости ветра в течение холодного периода ослабляют дискомфортность климатических условий в центральных горных районах Башкортостана, на юге Пермского края, где по индексу Хилла зима относительно суровая и комфортная.

Суровость климата имеет ярко выраженную внутри- и межгодовую динамику. В целом, за холодный период (с ноября по март), значения КНЛТ индекса H_w на территории Приволжского округа меняются от -6,46 до 1,23 мкал см^-2с^-1/10лет. Заметное улучшение биоклиматических условий зимой отмечается в центральных районах Оренбургской области и РБ, юге Марий Эл, юго-западе Пермского края (КНЛТ H_w от -6,46 до -4,73 мкал см^-2с^-1/10лет, R² около 74-87%).

Исследование особенностей суровости погодных условий на территории Приволжского округа указывают на достаточно хорошую согласованность использованных методов Бодмана, Адаменко-Хайруллина, и Хилла.

Биоклиматические показатели летнего периода. Рекреационно-климатические ресурсы летнего периода позволяет оценивать предложенная Г.В.Шелейховским радиационная эквивалентно-эффективная температура (РЭЭТ) – показатель теплового ощущения человека под влиянием комплексного воздействия температуры и влажности воздуха, скорости ветра, энергетической освещенности солнечной радиацией. Значения РЭЭТ используются для характеристики климатолечебных свойств региона.

Для аналитической оценки теплоощущений одетого человека (летняя одежда одного типа) И.В.Бутьевой была предложена нормальная эквивалентно-эффективная температура (НЭЭТ), учитывающая влияние температуры, влажности воздуха и скорости ветра. Комфортными приняты НЭЭТ в пределах от +17^оС до +22^оС.

Биологически активная температура окружающей человека среды (БАТ) позволяет определить комплексное воздействие на него температуры, влажности воздуха, скорости ветра, суммарной солнечной радиации, длинноволновой радиации подстилающей поверхности. Данный биоклиматический показатель предложен С.С.Андреевым (2005). Зона комфорта БАТ заключена в пределах от +10 до +20^оС.

На территории ПФО значения РЭЭТ в теплый период (май-сентябрь) изменяются от 16,4 до 23,6^оС, что характеризует погодные условия как «прохладный субкомфорт» и «комфортно-тепло». Расположение изолиний РЭЭТ имеет практически зональный характер. Температурные условия в пунктах, расположенных южнее изолинии 21^оС, проходящей по северной части Саратовской и Самарской областей, по югу и востоку Ульяновской, по северным и восточным районам Оренбургской области, а также в центральной части Башкортостана, оцениваются как «комфортно-тепло». На остальной, то есть на большей части, исследуемой территории погодные условия в теплый период характеризуются как «прохладный субкомфорт». Исключением является северо-восток Пермского края, где летние условия оцениваются как «холодный дискомфорт» (РЭЭТ=16,4^оС). Наибольшие значения радиационно-эквивалентно-эффективной температуры (РЭЭТ=23^оС и более) отмечаются на юго-востоке Саратовской области и в южной части Оренбургской. Следует отметить также, что почти на всей горной территории РБ, исключая северные районы, изолинии РЭЭТ принимают азональный характер.

Расположение изолиний нормальной эквивалентно-эффективной температуры (НЭЭТ) в теплый период года на территории ПФО также имеет практически зональный характер. Расчеты показали, что значения НЭЭТ на исследуемых станциях с мая по сентябрь изменяются от 10,2 до 17,4⁰С, что свидетельствует о недостаточном комфорте теплоощущений одетого человека. Исключением являются пункты, расположенные на юго-востоке Саратовской области, где НЭЭТ достигает значений 17,4 и 17,1⁰С соответственно. Здесь в течение всего теплого периода «комфортно-тепло». Наименьшие значения рассматриваемого биоклиматического показателя отмечаются на станциях северо-востока Пермского края и севера Кировской области (10,2 и 10,8⁰С соответственно). Следует отметить также, что на территории Южного Урала (в южной и восточной частях РБ) изолинии НЭЭТ принимают азональный характер.

Распределение биологически активной температуры (БАТ) в теплый период года на территории ПФО имеет практически зональный характер, изменяясь от 17,1 до 22,9°С, что свидетельствует о «комфортности» и «теплом дискомфорте» погодных условий. Территория южнее изолинии БАТ= 20^оС, проходящей по центральным районам Нижегородской области, по северу Ульяновской области, южной части РТ, по центральным и восточным районам РБ, а также на юге Пермского края, востоке РТ и в Казани характеризуется незначительным превышением максимально комфортных условий по БАТ, составляющей 20,1-22,9^оС. Максимальные значения рассматриваемого биоклиматического показателя отмечаются на самых южных станциях ПФО (22,7^о-22,9^оС), минимальные – на северо-востоке Пермского края и на севере Кировской области (17,1 и 17,6^оС соответственно). Следует отметить также, что на территории Южного Урала (в южной и восточной частях РБ) изолинии БАТ принимают азональный характер.

В целом, теплый период характеризуется небольшими значениями КНЛТ рассматриваемых показателей, которые имеют положительный знак практически на всей территории ПФО: от -0,21 до 1,03 ⁰С/10лет. Наиболее благоприятными биоклиматические условия в летнем периоде становятся на большей части Пермского края, Кировской области, а также в центральной части РБ. Величина КНЛТ в этих пунктах находится в пределах от 0,8 до 1,03 °С/10лет. Вклад линейного тренда в общую изменчивость РЭЭТ и НЭЭТ при этом составил 43-55%.