3.1. Годовой ход
Годовой ход температуры воздуха — результат действия основных факторов формирования климата— в разных районах моря отражает особенности климатообразующих процессов в них. Эти особенности определяют форму кривом годового хода, время наступления экстремальных температур, интенсивность нарастания и падения температуры от месяца к месяцу (табл. 3.1).
В открытых районах моря разность самого холодного и самого теплого месяцев составляет 18— 21 °С (рис. 3.1), над заливами и побережьями — 23—28 °С.
Самым холодным месяцем на море является февраль (—9...— 11°С) и только в вершинах Онежского и Двинского заливов, где влияние континента проявляется сильнее,— январь. Разность между средней месячной температурой воздуха января (—12...— 14°С) и февраля составляет 0,5—1,0 °С. Декабрь и март теплее февраля в среднем на 2—4 °С.
В отдельные годы наименьшая средняя месячная температура может наблюдаться в любой из зимних месяцев с декабря по март (табл. 3.2), а на севере моря иногда в апреле. Вероятность наименьшей средней месячной температуры в феврале составляет более 45% в Воронке, 40—45% в открытой части Бассейна и менее 40% на побережье заливов. На большей части моря средняя месячная температура в январе ниже, чем в марте, только на севере Воронки наблюдается обратное соотношение. К вершинам заливов увеличивается повторяемость наиболее низкой средней месячной температуры, приходящейся на первую половину зимы (декабрь— январь).
В периоды сильно развитой циклонической деятельности, при выносах теплых масс морского воздуха с Атлантики температура может повыситься среди зимы до 2—5 °С тепла. Однако повторяемость положительных температур в это время мала, с января по март в 95—97% случаев они отрицательны.
Наиболее интенсивный рост температуры происходит от марта к апрелю: на 4—5°С на севере п 6—7°С у побережий. Самым теплым месяцем в южной половине моря является июль (12—15 °С), а в северной — август (9—10 °С). Средняя многолетняя температура воздуха июля и августа в открытой части моря различаются на несколько десятых долей градуса, а у южных побережий на 1—2 °С.
Максимальная средняя месячная температура в разные годы в Воронке с вероятностью около 60% приходится на август, а на заливах с вероятностью 60—70% — на июль (см. табл. 3.2). В центральной части Бассейна и Горле наибольшая средняя месячная температура может с равной вероятностью наблюдаться как в июле, так и в августе. В редкие годы (2—8%) в Бассейне наибольшая средняя месячная температура может наблюдаться в июне.
Понижение температуры воздуха в открытом море начинается в сентябре, у побережий —в августе. В Воронке средняя месячная температура в сентябре выше, чем в июне, в Горле и центральной части Бассейна ее значения в эти месяцы одинаковы, на остальной части моря июнь теплее сентября. Период падения приблизительно равен периоду роста (6 мес) или несколько больше его. Наиболее интенсивное падение (на 5—6 °С) происходит от сентября к октябрю. В это время у берегов температура воздуха становится ниже температуры воды, а над центральной частью моря они выравниваются. В октябре средняя месячная температура воздуха остается еще положительной (1—3°С), но в 10—20% лет она принимает отрицательные значения. Отрицательные средние суточные температуры над морем возможны в октябре в 20% случаев, у побережий— в 25—30%, в Мезенском заливе—в 40%.
Устойчивый переход средней суточной температуры через 0°С весной раньше всего начинается на юге Онежского залива — в середине апреля. Вследствие протяженности моря с севера на юг и различной интенсивности процесса этот переход для моря в целом происходит в течение месяца и позднее всего заканчивается в Воронке — в начале второй декады мая (рис. 3.2 а). Осенью переход положительных значений температуры к отрицательным более скоротечен (рис. 3.2 б): начинается в середине октября в Мезенском заливе и завершается на всем море в конце месяца.
В отдельные годы бывают отклонения от этих средних данных. Так, переход средней суточной температуры весной в Двинском заливе в 5% случаев бывает в начале первой декады апреля, в 95% — в начале первой декады мая; осенью переход к отрицательным значения в 5% случаев происходит в конце первой декады октября, в 95% — в середине второй декады ноября.
Продолжительность периода с устойчивой отрицательной средней суточной температурой воздуха на акватории моря составляет от 170 на юго-западе до 200 сут у Каминского берега (рис. 3.3).
Период, когда температура воздуха устойчиво держится ниже —10°С, равен 40—50 сут за зиму в открытых районах моря и 50—70 сут у побережий и над мелководными заливами. Устойчивого перехода средней суточной температуры через —15 °С не наблюдается, хотя отдельные дни с указанной температурой отмечаются с декабря по март повсеместно: от 14—20 сут на большей части моря до 30 сут и более на вершинах заливов.
Летом устойчивый переход средней суточной температуры через 10 °С происходит только в южной половине моря и Горле, причем в Горле продолжительность периода с температурой выше 10°С составляет 15—16, в Бассейне 60—70, на заливах — до 90 сут. Средняя суточная температура устойчиво переходит через 15 °С только в вершинах Двинского и Онежского заливов, в других частях моря наблюдаются отдельные дни с такой температурой в июне — августе.
О межгодовой изменчивости средней месячной температуры воздуха можно судить по средним квадратическим отклонениям (см. табл. 3.1). Их наибольшие значения наблюдаются в зимние месяцы, что обусловлено интенсивной циркуляцией атмосферы в это время гола. Вторичным максимум наблюдается в июле под действием отепляющего влияния прогретого континента. Основной минимум приходится на сентябрь. Минимальные значения межгодовой изменчивости присущи переходным сезонам.
Пространственная картина межгодовой изменчивости средней месячной температуры воздуха в январе представлена на рис. 3.4. Наибольшие значения характерны для вершин заливов —4 °С, наименьшие — для северо-запада Воронки — 2 °С. В центральных частях Бассейна они составляют 3°С. В другие месяцы средние квадратические отклонения в разных частях моря не различаются более чем на 1 °С.
Несомненный интерес представляет разность между средними месячнымизначениямн температуры воздуха смежных лет ΔТмес (табл. 3.3). Январские температуры в последовательные (смежные) годы в 30—35 % случаев различаются не более чем на 2°С, в 30 % — на 2—4°С. Случаи, когда январь последующего года холоднее или теплее предыдущего на 6—10 °С, в Воронке наблюдаются реже (13,4%), чем в районе Соловков (17,4 %), хотя среднее квадратическое отклонение температуры в этих районах одинаково. Это свидетельствует о существовании различий во временной корреляции средней месячной температуры в указанных районах.
Температура весенних месяцев соседних лет (апрель) различается меньше, чем зимних: в 50—55% случаев не более чем на 2 °С и очень редко (2— 4%) на 6—8°С. Контрастность июльских температур смежных лет возрастает с запада на восток. Так, в Онежском заливе (Соловки) более чем в 60% случаев июльская температура воздуха различается на 0—2°С, у восточных берегов Двинского залива и в Мезени такие различия возможны только в 32— 37%. Температура осенних месяцев (октябрь), как и весенних, мало изменчива на всем море: в 55 — 65% случаев различается не более чем на 2 °С.
3.2. Сезонная температура воздуха и ее межсезонные изменения
Кривая годового хода дает представление о межсезонных изменениях температуры воздуха и позволяет оценить их по разности температур центральных месяцев сезонов. Однако этот метод оценки не совсем удобен, так как наивысшая и наинизшая температура наступает не одновременно над всем морем. Поэтому вычислены разности средней температуры за соответствующие сезоны.
Средняя температура воздуха зимой составляет —7...—9 СС. Заметное увеличение солнечного тепла весной вызывает рост температуры воздуха над всем морем: от 4—6°С в Воронке до 11 —12 °С на вершинах заливов (табл. 3.4 и рис. 3.5 л). В отдельные годы темпы роста могут существенно отличатся: наименьшие значения равны 1—6°С, наибольшие—7—18 "С. В связи с большой затратой тепла на таяние льдов средняя температура за весенний сезон невелика и составляет от —2 до 2 °С.
От весны к лету над всем морем происходит значительный рост температуры, в среднем на 9—11 °С (рис. 3.5 б). В отдельно взятые годы темпы роста могут отличаться в ±1,5 раза. Средняя температура лета возрастает с севера на юг от 7 до 14 °С. Межсезонные изменения температуры от лета к осени значительно меньше и составляют 3—6°С (рис. 3.5а), так как воды моря во второй половине лета и в начале осени обладают большой энтальпией и, участвуя в теплообмене с атмосферой, замедляют понижение температуры воздуха. У побережий заливов падение температуры происходит быстрее — на 9°С. Поле сезонной температуры воздуха довольно однородно п составляет 4—5°С.
Самые большие межсезонные изменения температуры воздуха происходят от осени к зиме (на 11 —14 °С), когда море покрывается льдом (рис. 3.5с). В отдельные годы темпы ее понижения меньше, чем в другие сезоны.
Средняя сезонная температура воздуха претерпевает менее значительные межгодовые изменения, чем средняя месячная соответствующего сезона (табл. 3.5). В табл. 3.5 приведены наибольшие и наименьшие значения сезонной температуры в отдельные годы.
Произведен расчет сезонной температуры, возможной 1 раз в 20 лет в аномально теплые п холодные сезоны. Последние определены по следующим уравнениям связи, полученным по данным береговых станции (рис. 3.6):
Сезонная температура воздуха, которая может быть равна или превышена 1 раз в 20 лет в аномально теплые сезоны и температура, которая может быть ниже указанных в аномально холодные сезоны, представлена на рис. 3.7—3.8. В холодную зиму один раз в 20 лет температура воздуха равна —10...—12 °С, кроме Мезенского залива где опускается до —13... — 14 °С. В теплую зиму такой же вероятности температура воздуха составляет —4... —5 °С и —7... —8 °С в Мезенском заливе .
Как свидетельствуют данные табл. 3.5, наиболее холодными зимами в этом столетии были 1901/02 и и 1965/66 г., а самыми теплыми 1936/37 и 1974/75.
Разность между температурами аномально холодной и аномально теплой весны составляет 5 °С и более (рис. 3.7 6 п 3.8 б).
Разность температур аномально .холодного и аномально теплого лета составляет 4 °С и более в Онежском и Двинском заливах и 6°С и более на севере Воронки (рис. 3.7 в и 3.8 в). Температура теплой осени, возможная 1 раз в 20 лет, на 4—5 °С и более выше холодного сезона такой же вероятности (рис. 3.7 г и 3.8 г).
Многолетний ход сезонной температуры воздуха за период 1883—1984 гг. по ст. Соловки дан на рис. 3.9, где горизонтальные линии обозначают среднее значение температуры за данный сезон. Во все сезоны года можно выделить несколько периодов повышении и понижений сезонной температуры.
Наиболее холодные зимы наблюдались с конца XIX в. и до середины 20-х годов XX в., затем наступил период теплых зим. во время которого отмечались наиболее теплые зимы в 30-е годы, связанные с потеплением Арктики. С середины 50-х годов вновь наступил период с холодными зимами, который продолжается и до настоящего времени. Наиболее холодными были весны в начале XX в. и в 60—70-е годы. Лето до десятилетия 1925—1934 гг. отличалось более низкой температурой, чем последующий период, в котором наиболее теплыми были сезоны с десятилетия 1929—1938rr.no 1939—1948 гг. Наиболее холодные осени наблюдались до десятилетия 1916—1925 гг., затем в течение длительного времени происходили небольшие колебания температуры, а после десятилетия 1963—1972 гг. наметилось тенденция к понижению осенних температур.
Аналогичный ход сезонной температуры характерен для всего моря, только в одних районах моря он выражен более ярко, а в других сглажен.
Для оценки интенсивности льдообразования на море определенный практический интерес представляет сумма отрицательных средних суточных температур (градусо-дней мороза), среднее многолетнее значение которой представлено на рис. 3.10 а. Распределение ее на акватории моря аналогично распределениям температуры воздуха в любой зимний месяц.
Существует тесная корреляционная связь (г = 0,99) между средней сезонной температурой Тсез и суммой градусо-дней мороза Q, а именно:
По сезонной температуре воздуха в аномально холодным и теплый сезоны, возможные 1 раз в 20 лет, определена сумма отрицательных средних суточных температур этой же вероятности (рис. 3.10 б, в). Сравнение показывает, что сумма градусо-дней мороза в аномальные сезоны указанной вероятности различаются на 1000—1100 °С.
3.3. Суточный ход
Суточный ход температуры воздуха оценивается по средним многолетним значениям температуры воздуха за каждый час суток, полученным по записям термографов на береговых и островных станциях за период не менее 10 лет. Эти данные свидетельствуют, что на большей части моря наблюдает ся почти правильный синусоидальный суточный ход температуры с дневным максимумом и ночным минимумом (рис. 3.11). Но моменты наступления экстремумов неодинаковы в разные месяцы. Наиболее рано (12—14 ч) дневной максимум отмечается в первой половине зимы. При переходе от зимы к весне и к лету он наступает позже. В июле—августе наиболее высокая температура отмечается уже в 14—16 ч, а в Кандалакшском заливе — в 15—16 ч.
Минимальная температура обычно наблюдается за 1—2 ч до восхода Солнца. Например, на о. Мудьюг в декабре минимум приходится на 7—8 ч, а весной и летом на более ранние часы. В Воронке и Бассейне его наступление во время полярного дня в июне отмечается в 1 ч, а в остальных районах в 3 ч. В августе он смещается к 4—5 ч. Утренние минимумы имеют радиационное происхождение.
За полярным кругом зимой в период полярной ночи суточный ход температуры воздуха незначителен, амплитуда не превышает 0,2—0,3 °С, максимум наблюдается в вечерние или ночные часы. Ночные повышения температуры объясняются разными причинами [29]: разрушением приземной инверсии при адвекции тепла, конденсацией водяного пара с выделением скрытого тепла у верхней границы пленки холодного воздуха, увеличением облачности ночью. Вечернее возрастание температуры может быть следствием полусуточного изменения атмосферного давления воздуха, вызванного адиабатическим нагреванием [13]. В умеренных широтах указанные явления также возможны, но они не приводят к обращению суточного хода температуры воздуха, так как мало значимы по сравнению с определяющим влиянием радиационного фактора. Средиземное положение Белого моря приводит к определенному влиянию суши — увеличению амплитуды суточного хода, особенно заметному с заливах.
Основной характеристикой суточного хода температуры воздуха является амплитуда ее колебаний— разность между средними значениями температуры самого теплого и самого холодного часа. Как уже отмечалось, минимальные амплитуды наблюдаются в декабре—январе при отсутствии (на севере моря) пли малом количестве (в более южных районах) солнечной радиации и преобладании пасмурного состояния неба (рис. 3.12, табл. 3.6). С увеличением высоты Солнца во второй половине зимы и весной амплитуда периодических суточных колебаний возрастает. Однако в апреле наблюдается некоторое замедление роста, а в мае—некоторое уменьшение суточных амплитуд, связанное с таянием льдов в море и снега на побережье и островах. Максимальные амплитуды отмечаются летом или весной (чаще в апреле). Весенний максимум амплитуды обусловлен значительным притоком солнечного тепла днем при малооблачном небе и ночным выхолаживанием поверхности моря, еще покрытого льдом.
Суточные амплитуды летом мало отличаются от их значений весной в связи с тем, что формируются в условиях преобладания пасмурной погоды и туманов, хотя и при относительно большом притоке тепла в период длинного (пли полярного) дня.
Значительную часть года наименьшие амплитуды суточных периодических изменений температуры наблюдаются в Воронке и в Бассейне. На мелководных заливах и побережье они в несколько раз выше, особенно в теплое время года (табл. 3.6).
Внутрисуточная изменчивость температуры воздуха может быть оценена также по разности между истинной максимальной и минимальной температурами за сутки. Средняя разность за месяц или год (табл. 3.7) всегда больше амплитуды среднего суточного хода. Различия обусловлены непериодическими изменениями температуры воздуха, связанными с синоптическими процессами. Поэтому средние значения амплитуды непериодических изменений температуры (а также их дисперсия) зимой, в период интенсивной циклонической деятельности больше, чем в теплое и переходное время года (табл. 3.8). Средние значения разности максимальной и минимальной температур содержат в себе и периодическую и непериодическую составляющие, а во время полярной ночи — почти полностью определяются непериодической изменчивостью погодных условий.
Распределение средней суточной амплитуды температуры воздуха на акватории моря в центральные месяцы сезонов дано на рис. 3.13. По ряду станций для построения карт использованы данные о средней суточной амплитуде, рассчитанной как разность между средней максимальной и средней минимальной температурами воздуха за месяц. Оценки показывают, что погрешность в среднем не превышает ± (0,2.. .0,3) °С. В январе средние значения суточных изменений температуры, обусловленные синоптической изменчивостью, r удаленных от побережья районах Бассейна и Воронки равны 5— 6°С п возрастают до 7—8°С у побережья заливов, где периодические суточные изменения больше.
В апреле картина остается аналогичной зимней с незначительными изменениями па заливах у южного побережья, где амплитуда возрастает за счет увеличения периодической составляющей. В Воронке, наоборот, средняя суточная амплитуда несколько уменьшается вследствие того, что периодическая составляющая возрастает здесь не столь заметно, а непериодические изменения резко уменьшаются с сезонными изменениями в циркуляции атмосферы. Летом (июль) средние суточные амплитуды возрастают по сравнению с зимой и весной над всем морем до 6—7°С и особенно у южного побережья заливов (до 9—10 °С). Это увеличение в период ослабленной циркуляции атмосферы на 60—70% обязано периодическим внутрисуточным изменениям температуры.
В октябре над морем отмечаются наименьшие в году суточные изменения температуры воз- духа (3—5°С), причем на севере моря они почти полностью соответствуют непериодическим изменениям, а на юге периодические и непериодические составляющие приблизительно равны.
Приведенные значения являются средними, полученными независимо от состояния неба. Влияние облачности и влажности воздуха на суточный ход температуры является наиболее значительным и непостоянным, так как зависит от циркуляции атмосферы и состояния поверхности моря. При пасмурной погоде амплитуда обычно меньше, чем при ясной, так как уменьшаются и приток тепла от Солнца и эффективное излучение (табл. 3.7). При ясном небе зимой, когда приток солнечной радиации минимальный, амплитуда обусловлена в основном ночным излучением и, следовательно, зависит от термического состояния поверхности моря.
В отдельные дни суточные амплитуды довольно значительны (табл. 3.9) и наблюдаются преимущественно в зимнее время при резких изменениях погоды. Вероятность как больших (более 20—25 °С), так п малых (менее 1 °С) суточных изменений температур невелика п составляет 0,)—0,2%. Наиболее часто отмечаемые суточные амплитуды зимой на севере моря приходятся на градации 1—7 °С, на юге — на 4—10 °С. В начале зимы (ноябрь—декабрь), когда воды моря обладают еще достаточно высокой энтальпией и велико их отепляющее действие на прилегающие слои воздуха, наиболее часто отмечаются суточные амплитуды от 1 до 4 °С. Во второй половине зимы модальное значение амплитуд возрастает и смещается на градацию 4—7°С. Наибольшая изменчивость амплитуд (σA) отмечается зимой и летом, наименьшая — осенью. Между средним значением амплитуды и ее изменчивостью существует тесная корреляционная связь, объясняемая тем, что в статистическом распределении, ограниченном слева нулем, увеличение изменчивости вызывает рост среднего и наоборот. Таким образом, по распределению средних суточных амплитуд по акватории моря можно судить и об их изменчивости в разных его районах.
3.4. Междусуточнаи изменчивость
Междусуточную изменчивость в январе и июле на территории СССР исследовала Е. С. Рубинштейн [28, 29]. Для более подробного анализа этой характеристики использованы наблюдения береговых и островных станций в основном за период 1936— 1960 гг. [32, 33].
Годовой ход междусуточной изменчивости имеет два максимума и два минимума. Основной максимум наблюдается зимой в период наибольшей интенсивности циклонической деятельности. Второй, относительно небольшой максимум, отмечаемый летом, обусловлен частой сменой теплого воздуха, выносимого с суши, холодным воздухом с Баренцева моря, поступающим с преобладающими северными ветрами. Минимумы междусуточной изменчивости приходятся на переходные сезоны. Весной он вызван значительной затратой тепла при таянии льдов, что ограничивает пределы вариации температуры воздуха. В южных районах моря это наблюдается в апреле, на севере — в мае. Осенний минимум совпадает по времени с высокой энтальпией вод моря, когда на фоне сезонного понижения температуры воздуха и малом притоке солнечного тепла происходит интенсивная теплоотдача с поверхности моря в атмосферу. Циркуляция атмосферы в это время еще недостаточно активна, чтобы привести к заметному росту междусуточной изменчивости температуры воздуха, перекрыв влияние теплообмена.
По мере образования ледяного покрова теплообмен с атмосферой затрудняется, и изменчивость температуры воздуха возрастает с ростом интенсивности циркуляции атмосферы. Распределение средней (абсолютной) междусуточной разности температуры воздуха на акватории моря (рис. 3.14) во многом соответствует распределению температуры воды и в общих чертах характерно почти для всех
месяцев холодного времени года. В январе область наименьшей междусуточной изменчивости температуры воздуха 2,5 °С и менее имеет место над свободной ото льда поверхностью северной части Воронки и в Бассейне, которая образуется вследствие быстрой трансформации холодных воздушных масс над теплой водой. В прибрежной зоне и над замерзающими мелководными заливами междусуточные изменения температуры воздуха увеличиваются,так как любое даже непродолжительное прояснение неба приводит к быстрому выхолаживанию и понижению температуры воздуха. При этом создаются условия для возникновения тонкой пленки выхоложенного воздуха вблизи подстилающей поверхности с инверсионной стратификацией атмосферы. При усилении ветра, образовании облачности или адвекции воздушных масс пленка разрушается и, как следствие, повышается температура воздуха.
Весной (рис. 3.15) с уменьшением интенсивности циркуляции атмосферы уменьшается и междусуточная изменчивость температуры воздуха, а благодаря льдотаянию, которое начинается в это время на юге моря, сглаживаются и пространственные различия. В открытых районах моря средняя междусуточная изменчивость равна 1,7—1,9 °С, у побережий и на заливах — 2,0—2,4 °С.
Летом она находится в тех же пределах, что и весной (1,7—3,0 °С), а осенью (в сентябре) достигает минимальных значений: 1,1 — 1,4°С в открытых районах моря и 1,5—1,8°С у западных и южных берегов.
Междусуточная изменчивость температуры воздуха претерпевает многолетние изменения, связанные с естественными изменениями атмосферной циркуляции. На севере европейской части СССР (Кола, Архангельск) в 30-е и 40-е годы отмечалась явная тенденция к падению междусуточной изменчивости в зимний период [29]. Затем наметился некоторый рост ее. За последние 30 лет падение наблюдалось также в 50-е годы и в середине 70-х годов, а наибольшие значения отмечены в 60-е годы. Так, сравнение данных за 1936—1960 и 1961 —1980 гг. по станции Канин Нос показал, что температура последнего 20-летия отличается несколько большей изменчивостью во все сезоны года [14].
Для более полной характеристики междусуточной изменчивости температуры воздуха кроме средних значений междусуточных разностей приведены характеристики их временной изменчивости.
Осенью и зимой отрицательные междусуточные изменения температуры воздуха (понижения) возможны чаще, чем положительные (повышения), а весной н летом, наоборот, рост температуры воздуха от суток к суткам отмечается чаще, чем падение (табл. 3.10).
Весной заметное преобладание положительных междусуточных разностей отмечается на севере моря (Канин Нос) и у южных берегов (Онега). Летом такое соотношение наблюдается по всей акватории моря. Зимой и особенно осенью повышения температуры воздуха более кратковременны, чем понижения (табл. 3.11). Весной и летом, наоборот, положительные изменения температуры несколько продолжительнее отрицательных. В среднем знак сохраняется около 2 сут. Средняя интенсивность повышений и понижений температуры воздуха претерпевает сезонные и пространственные изменения (табл. 3.12). Зимой в Воронке повышения температуры более значительные, чем понижения, а в южной части моря, более изолированной от Баренцева моря и подверженной влиянию суши, наоборот, более значительны понижения. Весной в связи с сезонным ростом температуры воздуха междусуточные повышения температуры повсеместно превышают понижения. В следующие сезоны понижения и повышения температуры воздуха за сутки в Воронке в среднем почти одинаковы. У южных берегов заливов летом положительные, а в октябре отрицательные изменения температуры несколько превышают.
Междусуточные разности температуры воздуха в 80—95% случаев сохраняют знак до 3 сут, причем в 35—55% случаев рост пли падение температуры происходит только в течение 1 сут, а в 25—35% случаев — 2 сут и в 10—20% случаев — 3 сут (табл. 3.13). Понижения или повышения температуры воздуха, продолжающиеся 7—8 сут,—очень редкое явление.
Сезонные различия в повторяемости периодов с сохранением знака изменения температуры складываются следующим образом. Зимой п осенью кратковременные (1—2 сут) повышения температуры наблюдаются чаше (70—85%), чем понижения (65—70%). Продолжительные периоды (4 сут и более), наоборот, чаще возможны при понижениях температуры. Они связаны с арктическими вторжениями и последующим выхолаживанием воздуха в стационарных антициклонах при малооблачной погоде. Повышения температуры происходят при выносах теплого воздуха в циклонических образованиях, имеющих обычно большую скорость перемещения. Кроме того, теплый воздух быстро трансформируется над морем, покрытым льдом. Весной и летом наблюдается обратное соотношение, т. е. кратковременные понижения отмечаются несколько чаще (60—78%). чем кратковременные повышения (60—70%), а продолжительные периоды более вероятны при повышениях температуры. Повторяемость длительных периодов изменения температуры воздуха того и другого знака зимой больше в Воронке, чем в южной части моря, а летом увеличивается к вершинам заливов. Проявляется некоторая закономерность в наступлении наибольших междусуточных изменений температуры воздуха в зависимости от продолжительности периода. При сохранении знака междусуточных изменении в течение 2 сут наиболее резкий рост температуры в холодное время года приходится на первые, а в теплую—на вторые сутки. Резкие понижения температуры, наоборот. чаше приходятся на вторые сутки и только летом на юге моря — на первые. При повышении температуры воздуха в течение 3 сут, наибольшие изменения во все сезоны происходят на вторые сутки. При такой же длительности понижения температуры наибольшие изменения приходятся также на вторые сутки и только на севере моря весной и летом— на первые. При сохранении знака до 4 сут значительное повышение температуры возможно в основном в холодный период на третьи, а в теплый— на вторые сутки. Столь же длительные понижения вызывают наиболее резкое падение температуры зимой и весной на третьи сутки, а летом — первые — вторые сутки.
3.5. Повторяемость и продолжительность низкой температуры
Понятие «низкая температура» не является однозначным. Пороговые значения температуры определяются с учетом температурного режима конкретного географического района и того, какое неблагоприятное воздействие оно оказывает. Учет продолжительности низкой температуры на Белом море необходим при производстве работ на открытом воздухе и оценке условий ледообразования и плавания судов. При выполнении работ на открытом воздухе предусматриваются перерывы на обогрев или сокращение рабочего дня (в зависимости от скорости ветра) при температуре воздуха — 20°С и ниже.
Режим низких температур охарактеризован средним многолетним числом дней с температурой ниже —20, —30°С и продолжительностью действия этих температур. За день с низкой температурой принимались сутки, когда минимальная температура равна или ниже этого предела. При этом продолжительность сохранения низкой температуры может быть самом разной: от нескольких минут до 24 ч. Из этого числа дней можно выделить такие, когда температура ниже определенного предела держится большую часть суток или в течение полных суток. В такие дни и средняя суточная температура также опускается ниже определенного предела, что особенно сильно влияет на разные сферы производственной деятельности человека. Продолжительность периодов с непрерывной низкой температурой воздуха вычислена по данным термографов. При расчетах по 4-срочным наблюдениям данные одного срока экстраполировались на 6 ч.
На режим низких температур воздуха большое влияние оказывает энтальпия вод моря путем теплообмена через поверхность с атмосферой и состояние его поверхности (вода, лед). Поэтому распределение числа дней с низкой температурой воздуха имеет большое сходство с распределением температуры воды на поверхности моря в холодное время года и существенно отличается весной и осенью, когда длительность периода с отрицательной температурой воздуха зависит от времени устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С, а следовательно, от широты места и связанных с ней высоты Солнца и притока тепла от него.
В северной части Воронки и в центральной части Бассейна, где поверхность моря почти до февраля свободна ото льда, наблюдается всего около 10 суток когда минимальная температура воздуха опускается — 20°С и ниже (рис. 3.16 а). На заливах число таких дней увеличивается от 15 до 30 у побережий. Наиболее часто температура опускается ниже указанного предела в Мезенском заливе (более 40 сут).
Па рис. 3.16 б дано число дней со средней суточной температурой —20 °С и ниже. В удаленных от побережий районах моря оно в 3—4 раза меньше. чем число дней с минимальной температурой, так как морозы ниже —20 °С в 65—75% случаев кратковременны и держатся меньше половины суток. Над мелководными заливами и особенно на их побережьях доля кратковременных морозов несколько уменьшается, а продолжительных возрастает. Это следует из того, что число дней со средней суточной температурой ниже указанного предела лишь вдвое меньше, чем минимальной (Мезень, Архангельск),
Понижения температуры воздуха до —20°С и ниже в ночные часы могут наблюдаться уже в октябре на вершинах заливов (Мезень, Архангельск, Онега) и в ноябре на большей части моря, но над морем они не ежегодны (табл. 3.14). Наибольшее число дней с такими морозами в районах открытого моря приходится на февраль, когда его поверхность покрывается льдом и потоки тепла в атмосферу уменьшаются. В это время наблюдается в среднем 3—5 сут с минимальной и 1—2 сут со средней суточной температурой ниже —20 °С (табл. 3.15). В вершинах заливов, где особенно заметно зимнее выхолаживающее влияние суши, а также на их побережьях морозы ниже —20 °С отмечаются чаще в январе (7—И сут с минимальной и 3—5 сут со средней суточной температурой). В начале зимнего сезона (ноябрь—декабрь), когда морс обладает еще достаточными запасами тепла и происходит значительный приток его через поверхность в атмосферу, понижения температуры до —20 °С и ниже происходят реже, чем в конце зимы — в апреле и в марте соответственно. На вершинах заливов число дней с минимальной температурой ≤—20 °С в декабре и в марте примерно одинаково, а со средней суточной температурой — в декабре даже больше, чем в марте, что является характерной чертой климата суши.
В отдельные годы число дней с низкой температурой может сильно отличаться от приведенных средних значений. Среднее квадратическое отклонение числа дней со средней суточном температурой ниже указанного предела возрастает с севера на юг почти в 2 раза (от 4—5 сут в Воронке до 8—9 на юге заливов). Число дней с минимальной температурой ниже —20°С более изменчиво во времени, чем со средней суточной (рис. 3.17).
Наибольшее число дней, возможное ! раз в 20 лет, может быть рассчитано по данным о средних значениях (см. рис. 3.16, табл. 3.14, 3.15) в соответствии с уравнением :
где n 20—наибольшее число дней с минимальной (или средней суточной) температурой — 20 °С и ниже за год, возможное 1 раз в 20 лет; n — среднее многолетнее число дней с минимальной (или средней суточной) температурой за год.
В северной части Воронки и в центре Бассейна, где среднее число дней с температурой —20°С и ниже равно 10 и менее, 1 раз в 20 лет наибольшее число дней может составить около 30, а в районах, где наблюдается в среднем 30 дней с температурой ≤ — 20 °С, 1 раз в 20 лет следует ожидать около 60 дней с такими морозами.
Суммарная за год продолжительность температуры —20°С и ниже изменяется по акватории моря от 50 ч на севере Воронки до 300 ч на побережьях заливов Бассейна и 400 ч в Мезенском заливе (рис. 3.18).
Пространственное распределение суммарной продолжительности в основном повторяет распределение числа дней с низкой температурой (рис. 3.16). Между числом дней со средней суточной температурой пс и суммарной продолжительностью т∑ существует корреляционная связь:
Среднее число непрерывных периодов с температурой —20 °С и ниже в 1,5—2 раза меньше, чем число дней с такой температурой, так как только в 25—35% случаев указанная температура сохраняется больше суток (больше 24 ч). Средняя продолжительность непрерывного периода с температурой — 20 °С и ниже на большей части моря составляет 13— 14 ч, а на заливах— !6—23 ч (табл. 3.16). Такие морозы наиболее продолжительны в январе. У побережья Кольского полуострова в январе в среднем наблюдается 4—5 случаев понижения температуры с непрерывной продолжительностью около 24 ч. В конце зимы (март) продолжительность их уменьшается в среднем до 10 ч. Но возможны длительные периоды с такой температурой. Температура воздуха ниже —20 °С 1 раз в 10 лет может непрерывно держаться в Воронке 3—4 сут (78— 96 ч), у побережья заливов — около 9—10 сут. (200—250 ч).
При ультраполярных вторжениях арктического воздуха и дальнейшего его выхолаживания в малоподвижных антициклонах температура воздуха зимой при ясном небе может опускаться до —30 °С и ниже. В Воронке и центральной части Бассейна такие морозы наблюдаются 1—4 раза в 10 лет в основном в январе—феврале. На побережье и на вершинах заливов, подверженных влиянию суши, число дней увеличивается до 2—6 (со средней суточной до 1—2), а в Мезенском заливе до 14 (со средней суточной до 4). Непрерывная продолжительность таких морозов невелика п в 35 —65% случаев составляет 6 ч и менее. Очень редко они могут непрерывно сохраняться до 2—3 сут.
