М. С. Маршунова

Радиационный режим

По имеющимся фактическим и расчетным величинам прямой солнечной, суммарной радиации и радиационного баланса построены карты месячных и годовых сумм этих параметров в Арктике. На годовых картах изолинии проведены через 200 Мдж/м2 для прямой радиации, через 500 Мдж/м2 для суммарной радиации и радиационного баланса. На месячных картах изолинии проведены через 50 Мдж/м2.

Карты месячных сумм прямой и суммарной радиации для ноября, декабря и января не приводятся. В большей части Арктики в этот период длится полярная ночь и приток радиации, естественно, равен нулю (табл. 1).

Таблица 1.
Продолжительность полярного дня и полярной ночи.
Районы Полярный день Полярная ночь
Начало Конец Начало Конец
66 о с.ш.
68
70
72
74
76
78
80
82
84
86
88
90
13 VI
27 V
17 V
   9 V
   2 V
25 IV
19 IV
14 IV
   8 IV
   3 IV
29 III
24 III
19 III
30 VI
17 VII
27 VII
   5 VIII
12 VIII
18 VIII
24 VIII
30 VIII
   4 IX
   9 IX
15 IX
20 IX
25 IX

   9 XII
26 XI
16 XI
   9 XI
   3 XI
27 X
22 X
16 X
11 X
   6 X
30 IX
25 IX

   4 I
17 I
26 I
   2 II
   9 II
15 II
21 II
26 II
   3 III
   8 III
13 III
19 III

Примечание: во время полярного дня Солнце не опускается ниже - 50'. Во время полярной ночи Солнце не поднимается выше 50'.

Прямая солнечная радиация

Характер распределения прямой солнечной радиации зависит от высоты Солнца и облачности. Значения солнечной радиации возрастают с севера на юг, но часто широтное распределение солнечной радиации нарушается распределением облачности. Изолинии общей облачности и прямой солнечной радиации в основном совпадают. На картах 1 - 10 приведены распределения прямой солнечной радиации с февраля по октябрь и за год. В ноябре, декабре и январе прямая солнечная радиация не наблюдается севернее 70 о с.ш. В феврале граница полярной ночи смещается уже к 80о с.ш.. Но на остальной территории прямая солнечная радиация увеличивается лишь до 25 Мдж/м2 .

В марте прямая солнечная радиация за полярным кругом возрастает до 100 Мдж/м2 . Это обусловлено увеличением продолжительности дня и уменьшением облачности. В апреле происходит резкое увеличение продолжительности дня, особенно в высоких широтах. На широте 85о с.ш. уже наступает полярный день. В этом месяце отмечается увеличение числа ясных дней. Правильный широтный ход изолиний нарушается - минимум радиации смещается в район Норвежского и Баренцева морей - районы максимальной облачности.

В мае за счет таяния льдов и выноса их из Арктики в Атлантику отмечается большое количество туманов и низкой слоистой облачности. По сравнению с апрелем радиация над океаном почти не возрастает. Резкое возрастание радиации происходит в континентальных районах , в Канадском арктическом архипелаге. Такая же картина наблюдается в июне и июле. В годовом ходе месячных сумм прямой радиации максимум отмечается не только в июне, когда высота Солнца наибольшая, но и в другие месяцы ( май - июль ) в зависимости от условий облачности.

В августе прямая радиация везде уменьшается, особенно в центральной части Арктики.

В сентябре продолжается уменьшение солнечной радиации за счет уменьшения длительности дня и высоты Солнца. К северу от 80 о с.ш. полярный день уже заканчивается.

В октябре происходит резкое уменьшение солнечной радиации. Севернее 85 о с.ш. начинается полярная ночь. По широте полярного круга походит изолиния 25 Мдж/м2. В ноябре полярная ночь достигает 70 о с.ш., а в декабре солнечна радиация севернее полярного круга не наблюдается.

В целом за год прямая солнечная радиация в Арктике составляет 800 - 1200 Мдж/м2. Наименьшее количество радиации наблюдается к северо - востоку от о-ва Ян Майен, здесь прямая радиация меньше, чем на северном полюсе. Максимум - в Гренландии и Канадском арктическом архипелаге.

Суммарная солнечная радиация

В феврале в южной части Арктики полярная ночь уже кончается. Суммарная радиация изменяется от 0 на 78 о с.ш. до 50 Мдж/м2 на широте полярного круга. Распределение величин радиации имеет правильный широтный характер. Месячная сумма радиации в феврале составляет 0 - 2 % годовой суммы и очень близка к месячным значениям возможной суммарной радиации, т.к. на февраль приходится минимум облачности.

В марте с увеличением высоты Солнца и продолжительности дня происходит быстрый рост суммарной радиации: в 5 - 10 раз больше, чем в феврале, сохраняется широтное распределение изолиний от 50 Мдж/м2 в околополюсном районе до 250 Мдж/м2 на полярном круге с небольшим уменьшением в сторону Баренцева и Норвежского морей и ростом в Гренландии. В большей части Арктики, за исключением Баренцева и Норвежского морей, облачность минимальна от 4 до 6 баллов, и месячные значения суммарной радиации близки к возможным. Вклад марта в годовой приход радиации составляет 4 - 8 %.

В апреле радиация продолжает увеличиваться, причем особенно сильно в самых северных районах, где уже наступает полярный день: так в околополюсном районе вместо 50 Мдж/м2 , нанесенной на мартовской карте, проходит изолиния 350 - 400 Мдж/м2 , т.е. радиация увеличивается в 7 -8 раз, в более южных районах она возрастает лишь в 2 - 2,5 раза. Четкий широтный ход радиации существенно нарушается. Изолинии вытягиваются в сторону более облачных районов - Баренцева и Норвежского морей.

С мая по август расположение изолиний суммарной радиации в Арктике не имеет выраженного широтного хода, поскольку влияние астрономических факторов в период полярного дня сглаживается. Образование отдельных районов пониженного и повышенного прихода радиации зависит от распределения облачности и льда.

В мае радиация увеличивается по сравнению с апрелем в 1,5 раза. Наименьшие месячные суммы радиации наблюдаются в Баренцевом и Норвежском морях, где среднемесячная облачность 7,5 - 8,5 баллов и открытая водная поверхность. Наибольшие значения радиации в Арктическом бассейне и Канадском арктическом архипелаге. В мае радиация в Арктике больше, чем в умеренных широтах. Доля суммарной радиации за май в годовом приходе радиации возрастает до 20 %.

Июнь - месяц максимального прихода радиации. Особенности распределения радиации те же, что и в мае, минимальный приход радиации по-прежнему наблюдается в Баренцевом и Норвежском морях. Отчетливо обозначается максимальный приход радиации в Арктическом бассейне и Канадском арктическом архипелаге. Область максимальной облачности в июне все еще приходится на район Баренцева моря ( 8 - 9 баллов ). В Арктическом бассейне облачность также увеличивается до 8 - 8,5 баллов. Облачность уменьшается в южных частях арктических морей и, особенно, на континенте, где она снижается до 6,5 баллов. Максимум радиации в Канадском арктическом архипелаге связан с меньшей, чем в остальных районах, облачностью. В Арктическом бассейне увеличение суммарной радиации происходит за счет рассеянной при значительной облачности и высоком альбедо. Вклад июня в годовой приход радиации такой же как в мае.

В июле с уменьшением высоты Солнца приход радиации уменьшается в 1,2 - 1,4 раза по сравнению с июнем, области максимального и минимального поступления радиации остаются прежними. Вклад июля в годовой приход радиации снижается до 17 - 19 %. В августе значение радиации уменьшается в 1,5 - 1,7 раза по сравнению с июлем. Вновь намечается широтный ход радиации. Вклад августа в годовой приход радиации составляет 10 - 12 %.

В сентябре распределение суммарной радиации в Арктике приобретает почти правильный широтный ход, изменяясь от 80 Мдж/м2 на полюсе до 200 Мдж/м2 на широте полярного круга. Вклад сентября в годовой приход радиации составляет лишь 4 - 5 %.

В середине октября севернее 82 о с.ш. уже наступает полярная ночь. Поэтому на карте суммарной радиации вновь появляется нулевая изолиния, проходящая примерно по 83 о с.ш.. На широте полярного круга радиация составляет 100 Мдж/м2 .

На годовой карте наблюдается общее смещение изолиний в сторону Атлантики и формирование области пониженного прихода радиации в районе Земли Франца-Иосифа, Шпицбергена, Баренцева и Норвежского морей ( 2200 - 2500 Мдж/м2 ). Подобное распределение суммарной радиации связано с условиями облачности и характером подстилающей поверхности. Этот район является самым облачным в Арктике и характеризуется самым низким значением альбедо. К востоку от этого района облачность уменьшается, а альбедо растет, т.к. увеличивается ледовитость.

В годовом режиме суммарной радиации особо выделяется Арктический бассейн с высоким приходом радиации, несмотря на большую среднюю облачность, особенно в летний период ( средняя облачность за период апрель - сентябрь составляет 8,4 балла ). Большие значения суммарной радиации в Арктическом бассейне обусловлены большой отражательной способностью подстилающей поверхности в течение всего года (среднее альбедо за год составляет 78 % ).

Высокие годовые значения суммарной радиации в Канадском арктическом архипелаге обусловлены минимальной в Арктике облачностью ( 5 - 5,5 баллов ).

Радиационный баланс

В январе - феврале и ноябре - декабре в период полярной ночи в пределах Арктики суммарная радиация практически отсутствует, радиационный баланс обусловлен только эффективным излучением. Месячные значения радиационного баланса в эти месяцы равны -- 50 200 Мдж/м2 . Наиболее низкое значение баланса наблюдается в Баренцевом море, Баффиновом заливе и у берегов Шпицбергена, т.е. в районах, где зимой наблюдаются большие участки открытой воды.

Норвежское и Гренландское моря и прилегающие районы океана являются основными областями, где поверхность Земли зимой теряет радиационное тепло. Сравнительно с этими величинами потеря энергии над Северным ледовитым океаном и континентальными районами оказываются меньше, составляя лишь половину ( или даже меньше ) значений баланса, полученных для открытого моря. В марте в большинстве районов значения радиационного баланса продолжают оставаться отрицательными, несмотря на появление Солнца. Только в Норвежском море значения баланса положительны.

В апреле нулевая изолиния проходит вдоль северного побережья Азии и Америки. Наибольшие положительные значения радиационного баланса наблюдаются в Баренцевом и Норвежском морях.

В мае значения баланса становятся положительными во всей Арктике. Заметно сгущение изолиний в субарктических районах, особенно на Аляске и вдоль кромки льдов в Баренцевом и Гренландском морях. Радиационный баланс суши и моря значительно различается, поскольку на побережье континента снег уже исчезает, а на поверхности ледовитых морей он еще сохраняется.

В июне контраст между сушей и морем еще больше возрастает: в море преобладают значения радиационного баланса, равные 150 - 200 Мдж/м2 , а вдоль побережья Азии и Америки до 300 Мдж/м2. Максимальные значения баланса ( до 350 Мдж/м2 ) наблюдаются в Баренцевом и Норвежском морях, а также в проливе Девиса. В южных районах Чукотского и Карского морей значительные пространства открытой воды среди плавучих льдов вызывают также рост радиационного баланса.

В июле радиационный баланс достигает наибольших значений. По-прежнему высоким остается баланс в Баренцевом и Чукотском морях, в южной части Баффинова залива. В августе месячные значения радиационного баланса заметно уменьшаются: в 1,5 - 2 раза по сравнению с июлем , что обусловлено снижением суммарной радиации и установлением снежного покрова в наиболее северных районах.

В сентябре на карте вновь появляется нулевая изолиния: она ограничивает центральную часть Арктического бассейна, проходит по 75 о с.ш. в районе Канадского арктического архипелага, огибает Шпицберген и подходит к Таймырскому полуострову. На побережье значения радиационного баланса еще продолжают оставаться небольшими положительными.

В октябре значения радиационного баланса во всей Арктике вновь становятся отрицательными и составляют - 50  -100 Мдж/м2 , на участках открытой воды до 150 Мдж/м2 .

Годовые значения радиационного баланса суши и моря в Арктике положительные, лишь поверхность Арктического бассейна и ледников, в том числе ледяного щита Гренландии, северных островов Канадского арктического архипелага, где альбедо выше 70 % за год, имеют отрицательный радиационный баланс ( - 50  - 80 Мдж/м2 ). Распределение изолиний годового радиационного баланса для однородной подстилающей поверхности имеет в основном широтный характер. РЕзкое нарушение широтности происходит на границе льда. Характерные значения радиационного баланса на годовой карте Арктики 200 - 600 Мдж/м2; в субарктике 700 - 1000 Мдж/м2 .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Черниговский Н. Т., Маршунова М. С. Климат Советской Арктики (радиационный режим). - Л.: Гидрометеоиздат, 1965, 198 с.
  2. Маршунова М. С., Черниговский Н. Т. Радиационный режим зарубежной Арктики. - Л.: Гидрометеоиздат, 1971, 180 с.
  3. Радиационный режим Гренландского и Норвежского морей. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983, 64 с.
  4. Маршунова М. С., Мишин А. А. Справочник по радиационному режиму Арктического бассейна (дрейфующие станции). - СПб.: Гидрометеоиздат, 1994, 66 с.
  5. Маршунова М. С., Радионов В. Ф. Динамика радиационного климата Арктики. // Проблемы Арктики и Антарктики, вып. 69, 1995, с. 64 - 73.