V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Сравнение климатических характеристик погоды в г. Санкт-Петербурге 2016-2017 гг. и многолетней климатической нормы для данного региона

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Легина Е.К. 1

---

1ГБОУ СОШ №639 г. Санкт-Петербурга

Шибаева Н.А. 1

---

1ГБОУ СОШ №639 г. Санкт-Петербурга

Работа в формате PDF

375.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Принято считать, что погода в Санкт-Петербурге дождливая, туманная и слякотная. Солнце — редкий гость на петербургском небе, постоянно дует сильный ветер. Также есть мнение, что погода в Петербурге непостоянна, что она плохо повторяется от года к году. Но так ли это на самом деле?

В нашей работе мы поставили цель установить, была ли похожа погода в Санкт-Петербурге в 2016-2017 г на долгосрочную климатическую норму.

Для этого мы решали следующие задачи:

— оценить мнение учащихся относительно особенностей погоды и погодных явлений в г. Санкт-Петербурге в 2016-2017 гг, путем проведения опроса среди учащихся;

— сравнить данные собственных погодных наблюдений, а также данные самых точных внешних наблюдений за погодой – авиационного METAR, с долгосрочными климатическими данными;

— имея данные прямых наблюдений за несколько месяцев за два года (2016 и 2017), сравнить их друг с другом для оценки колебаний значений отдельных климатических характеристик.

В ходе работы мы использовали различные методики осуществления исследования. Ежедневно, начиная с 1 октября 2016 г по настоящее время (более года), мы фиксировали в форме таблицы результаты непосредственных наблюдений за погодой, включая различные виды прогнозов. В работе нами обзорно рассмотрена история науки о климате — климатологии, что дает возможность понять, как формируются данные по климату местности. Наша работа имеет практическое значение, поскольку оценивает воспроизводимость климатических характеристик погоды в нашем городе.

Содержание

Краткая история науки о климате

Климатом называется многолетний (порядка нескольких десятилетий) режим погоды, совокупность погодных характеристик за многолетний период, свойственных определённому месту или Земному шару в целом [1]. Погода, в отличие от климата — это мгновенное состояние некоторых характеристик (температура, влажность, атмосферное давление и др). Климат для какой-то территории — локальный климат — характеризует данную местность в силу её географического местоположения. Отклонение погоды от климатической нормы не может рассматриваться как изменение климата, например, очень холодная зима не говорит о похолодании климата.

Климат изучает климатология — наука, раздел метеорологии. Название её происходит от греческих слов «климатос» — место, зона, и «логос» — учение, наука. Климатология рассматривает закономерности климатообразования, их распределение по территории Земли, их предшествующую историю и предстоящие изменения.

История климатологии уходит своими корнями на тысячу лет в прошлое. Великий китайский ученый Шень Ко (1031—1095), обнаружил по окаменевшим ископаемым остаткам бамбука, что в древности погода в провинции, где были найдены эти остатки, была совсем другой – в его времена бамбук там расти не мог из-за засушливой погоды. Это навело его на мысль, что погода может значительно меняться на определенной территории в течение долгого времени.

Немецкий метеоролог Фридрих фон Гумбольдт (1769—1859) уделял большое внимание изучению климата, разработал метод изотерм (линий одинаковых температур), составил карту их распределения и фактически дал обоснование климатологии как науки. Подробно описал континентальный и приморский климат, установил природу их различий.

Английский ученый Эдмунд Галлей (1656—1742), прославленный названной в его честь кометой, в 1686 после путешествия в Южное полушарие составил и опубликовал карту ветров – пассатов. Американский президент и великий ученый Бенджамин Франклин (1706—1790) первым наложил на карту путь знаменитого морского течения – Гольфстрима [2]. Англичанин Фрэнсис Гальтон (1822—1911), конца 1850-х занимавшийся климатологией, первым начинает выпускать метеорологические карты Европы, вводит понятие антициклона [3], публикует работы о климате разных стран.

В мире широко распространяется классификация климатов, предложенная русским учёным Владимиром Кёппеном (1846—1940).

Хельмут Ландсберг (1906—1985), немецкий заметный климатолог, ввел использование статистического анализа в климатологию, превратив её в физическую науку.

Борис Алисов (1891—1972), советский климатолог, в 1936 году предложил принципиально новую классификацию климата, основанную не на характеристиках климатических элементов (температура, влажность, радиационный фон, скорость ветра, количество осадков, испарение), а на динамике воздушных масс [4]. Алисов выделил четыре основных и три промежуточных климатических пояса.

Основные пояса:

- пояс экваториального воздуха;

- пояс тропического воздуха;

- пояс умеренных широт;

- пояс арктического и антарктического воздуха.

Промежуточные пояса:

- субэкваториальный;

- субтропический;

- субарктический.

В каждом типе выделяются континентальный и морской подтипы. Выполненное на основе этой классификации районирование территории бывшего СССР и других регионов Земли и сейчас не потеряло своей ценности. Современные студенты-географы изучают климатологию по учебникам профессора Алисова.

Климат Санкт-Петербурга

Климат Санкт-Петербурга умеренный и влажный, переходный от континентального к морскому. Для нашего региона характерна частая смена воздушных масс, связанная с деятельностью циклонов. Летом преобладают западные и северо-западные ветры, зимой западные и юго-западные [5]. Петербургские метеостанции располагают данными с 1722 года.

Из-за небольшого количества солнечного тепла влага испаряется медленно. За год в Санкт-Петербурге бывает в среднем 75 солнечных дней, из них лишь 30 — полностью безоблачных. Поэтому на протяжении большей части года преобладают дни с облачной, пасмурной погодой, рассеянным освещением. Самая высокая облачность зимой (свыше 80 %), наименьшая — летом (около 50 %). Наблюдаются туманы, особенно осенью и в начале зимы; число дней с туманами в среднем за год составляет около 32 [5].

Продолжительность дня в Санкт-Петербурге меняется от 5 часов 51 минуты до 18 часов 50 минут. В городе наблюдаются так называемые «белые ночи», наступающие 25—26 мая, когда солнце опускается за горизонт ненадолго, и вечерние сумерки практически сливаются с утренними. Заканчиваются белые ночи 16—17 июля. В общей сложности продолжительность белых ночей более 50 дней.

Средняя температура воздуха в Санкт-Петербурге по данным наблюдений за 1981—2010 годы составляет +5,8 °C. Самый холодный месяц в городе — февраль со средней температурой −5,8 °C, в январе −5,5 °C. Самый тёплый месяц — июль, его среднесуточная температура +18,8 °C. Сравнительно небольшая разница среднесуточных температур февраля и июля (24,6 °C) характеризует умеренность петербургского климата [5]. Самая высокая температура, отмеченная в Санкт-Петербурге за весь период наблюдений, — +37,1 °C (7 августа 2010 года) [6], а самая низкая — −35,9 °C (11 января 1883 года) [6].

Первый день со средней положительной температурой приходится на начало апреля, а первый день со средней температурой ниже нуля — на середину ноября. Средняя продолжительность всего периода с положительной среднесуточной температурой составляет 230 дней, а с температурой выше +5 °C — 165 дней [5].

Среднегодовая сумма осадков в Санкт-Петербурге — около 662 мм. Но количество выпадающих осадков примерно на 200—250 мм превышает испарение влаги, что обуславливает повышенное увлажнение. Влажность воздуха в Петербурге всегда высокая. В среднем за год составляет около 75 %, летом — 60-70 %, а зимой — 83-88 %. Большая часть атмосферных осадков выпадает с апреля по октябрь, максимум их приходится на август, а минимум — на март. В течение года среднее количество дней с осадками — около 200 (от 13 дней в апреле до 22 дней в декабре), в среднем число часов с осадками за год —1300 [5]. Самым дождливым было лето 1928 года, когда выпало 451 мм осадков (при норме 256 мм). Самым засушливым летом было лето 1858 года, когда в Санкт-Петербурге выпало 98 мм осадков. В ΧΧ веке самые дождливые дни в Санкт-Петербурге были в августе 1935 и 1947 годов. В августе 1935 года за один день в городе выпало от 65 до 90 мм осадков, что превысило дневную норму осадков в 25-35 раз [7]. Многие улицы были покрыты слоем воды в 30–35 см

Первый снег выпадает обычно в начале ноября и сохраняется до середины апреля. Устойчивый снежный покров лежит от 110 до 145 дней, в среднем от начала декабря до конца марта. К концу февраля высота снежного покрова достигает максимальной величины около 30–32 см.

Опрос учащихся

В работе мы сравнивали наблюдаемую погоду с долгосрочными климатическими характеристиками, опубликованными на различных интернет-ресурсах. Поскольку разовое отклонение не является свидетельством изменения климата, мы решили оценить, был ли прошедший год типичным, укладывающимся в долгосрочную климатическую норму, или же имел какие-то отклонения.

Мы провели опрос среди учащихся, всего было опрошено 142 человека в двух возрастных группах — старшей (с 8 по 11 классы) и младшей (4 классы). Был разработан опросный лист, форма которого приведена в Приложении 1.

Как выяснилось по результатам опроса (Табл. 1), учащиеся считают, что по количеству солнечных дней, количеству дождей и количеству снега в зимний период, 2017 год оказался не таким же, как 2016 г, и, в целом, нетипичным. Ответы старшей и младшей возрастных групп на одни и те же вопросы практически совпадают в процентном отношении, поэтому мы приняли решение не делить ответы на группы, и объединили их в одну таблицу.

Таблица 1. Воспроизводимость климатических характеристик по мнению учащихся.

Согласно мнению опрошенных в каждой из возрастных групп, солнечных дней в 2017 году было меньше, а дождей, наоборот, больше, чем в 2016-м. Этого мнения придерживается большинство — примерно 7 человек из 10-ти (Рис. 1 и 2). При этом, как наглядно показано на рисунках, каждый четвертый-пятый (22-24% опрошенных) считает, что количество солнечных и дождливых дней было примерно таким же, как и в предыдущие годы. Каждый десятый опрошенный указал, что солнца было даже больше, а дождя – меньше, чем выпадает в среднем за год.

Рисунок 1. Оценка количества солнечных дней в ходе опроса.

Рисунок 2. Оценка количества дождливых дней в ходе опроса.

Что касается количества снега в 2017 г. по сравнению с предыдущим годом, мнение опрошенных разделилось практически поровну (Рис. 3).

Рисунок 3. Оценка количества снега в ходе опроса.

Как показано на рисунке, опрошенные уверены, что снега в 2017 году было столько же или меньше, чем в предыдущем, и только каждый восьмой оценил прошедший год как более снежный.

Располагая результатами опроса, мы оценили основные климатические характеристики за 2017 год. В своей оценке мы основывались на результатах наблюдений за погодой, которые мы непрерывно ведем с 01.10.2016 г. В качестве подтверждения собственных прямых наблюдений, мы использовали текущие погодные сводки, используемые в авиации.

Климатические характеристики октября, ноября и декабря 2016-2017 гг

Поскольку наблюдения были начаты нами в начале октября 2016 года, к настоящему моменту мы можем сравнить три полных месяца 2016 года с теми же месяцами 2017-го – октябрь, ноябрь и декабрь. Были ли эти месяцы похожими друг на друга? Как оказалось, различия от года к году есть.

В качестве сравнительных погодных характеристик мы использовали следующие данные:

среднюю дневную температуру месяца;

количество дней с отрицательной температурой;

максимальную и минимальную температуру месяца;

число дней с осадками (по видам осадков);

число ясных и число пасмурных дней.

Результаты сравнения представлены в Табл. 2.

Таблица 2. Сравнение октября, ноября и декабря 2016-2017 гг.

Октябрь оказался похожим на предыдущий, и по температуре, и по облачности. Осадки в 2017 выпадали немного чаще. По ноябрю разница заметнее: в 2016 году месяц был гораздо более снежный и холодный — разница среднемесячной температуры составила 3,8°С, в 2017 году температура втрое реже опускалась ниже нуля (5 дней против 15-ти в 2016 г), снега в 2017-м году в ноябре почти не выпало (1 день, 30 ноября), а в 2016-м он шел 13 дней. Зато дождь в 2017 году также выпадал чаще — 11 раз против 7 в 2016-м. Декабрь, как и октябрь, разницы большой не показал, разве что в 2017-м году он оказался менее дождливым (5 дней против 14-ти в 2016-м).

Легко заметить, что по отдельным характеристикам отличия от года к году в один месяц бывают значительными, однако в целом картина оказывается сопоставимой, и от климатических многолетних норм отличается незначительно.

Авиационные погодные сводки

Полеты на самолетах требуют самых точных метеоданных, поскольку по фактической погоде принимаются важные решения — например, выбор скорости при посадке, правильное положение механизации крыла, решение уйти на запасной аэродром или вернуться в аэропорт вылета. От этих решений напрямую зависят жизни людей, поэтому точность этих данных очень высока, а частота обновления сводок — велика (один раз в полчаса наблюдения, и незамедлительно при резком изменении той или иной важной характеристики).

Текущая погода для авиации дается в закодированном виде и называется METAR (METeorological Aerodrome Report). В качестве сравнительной информации мы использовали эти данные.

Чтение сводок METAR требует определенной подготовки, сводка погоды публикуется в виде кода [8].

Сводки находятся в свободном доступе. Для получения сводок мы пользовались одним из интернет-ресурсов [9].

Сводки в коде METAR содержат данные о скорости и направлении ветра, вертикальной видимости, дальности горизонтальной видимости на взлетно-посадочных полосах (ВПП), атмосферных явлениях, облачности, температуре воздуха, температуре точки росы, атмосферном давлении. В сводку может включаться и дополнительная информация (явления предшествующей погоды, состояние ВПП и т. д.) [10].

Прямое наблюдение

В качестве одного из вида данных для подтверждения прогноза мы использовали прямое наблюдение. Ежедневно мы заносили в журнал погоды (Приложение 2) наблюдения, включающие в себя показания термометра (для контроля температуры), описание состояния облачности, описание погодных явлений и описание ощущаемой силы ветра. Направление ветра учитывать возможности не было, однако, его силу мы оценивали по шкале «штиль – очень слабый – слабый – умеренный – сильный – очень сильный», которая, по нашим оценкам, в целом соответствует шкале Бофорта.

Запись погодных наблюдений производилась в интервале от 14.00 до 18.00. Если за этот промежуток происходили значительные изменения погоды, в журнале погоды они указывались отдельно.

На сегодняшний день (12 января 2018 года) в журнале имеется 3745 записей.

Результаты анализа данных

Для сравнения с многолетними климатическими характеристиками, мы выделили те из них, которые, с одной стороны, фиксировались нами на ежедневной основе, а с другой — оценивались учащимися в ходе проведенного опроса. Мы не стали разделять информацию по выпадавшим осадкам по виду осадков.

В качестве характеристик мы выбрали следующие:

— максимальная, минимальная и средняя температура каждого месяца (для сравнения со средней многолетней температурой по Санкт-Петербургу);

— число ясных, пасмурных дней, дней с осадками, дней с туманами (также помесячно).

Данные по температурам приведены в Табл. 3.

Таблица 3. Данные по температурам за наблюдаемый период помесячно.

Как видно по собранным нами данным, самая низкая средняя температура в году пришлась на январь 2017 года и составила −3,8 °C, при этом многолетняя норма немного ниже: −5,3 °C, но в целом, цифры сопоставимые. Согласно данным работы [11], за последние 17 лет ещё более теплый январь был отмечен в Санкт-Петербурге в 2001, 2005, 2007, 2008, 2009 и 2015 годах. Самым теплым месяцем в 2017 году оказался август со средней наблюдаемой температурой +19,6 °C, при этом обычно средняя температура июля оказывается несколько выше (+19,8 °C), а августа — немного ниже (+17,8 °C). Разница среднесуточных температур самого холодного и самого теплого месяцев составляет 23,4 °C, что очень близко к многолетней норме (24,6 °C).

Самая высокая температура, отмеченная в Санкт-Петербурге в 2017 году — +27 °C (рекорд 2010 г составляет +37,1 °C), а самая низкая — −22 °C (рекорд 1883 г составляет −35,9 °C).

Данные по ясным, пасмурным дням, туману и атмосферным осадкам (также помесячно) приведены в Табл. 4.

Таблица 4. Ясные, пасмурные, туманные дни и осадки за период наблюдений.

Согласно нашим наблюдениям, в 2017 году в течение 170 дней (почти каждый второй день) в городе наблюдались осадки (при средней годовой норме около 200 дней с осадками), что свидетельствует о том, что год в целом был довольно типичный, что, однако, не подтверждает результата проведенного нами опроса учащихся. То есть, количество осадков было средним, по крайней мере, не больше, чем бывает обычно (многолетняя норма). 249 дней оказались пасмурными, и солнца в эти дни было не видно.

Каждый третий день, хотя бы некоторое время, в Санкт-Петербурге появлялось солнце (116 дней с переменной облачностью, малооблачных, преимущественно ясных и полностью ясных), при этом полностью ясных дней было отмечено 55 (при норме около 30 в год). Самое большое количество солнечных дней пришлось на март, май, июнь и сентябрь, преимущественно пасмурно было в августе, октябре и декабре (ни одного полностью ясного дня). Туманных дней было отмечено 35, при многолетней норме около 32 — то есть, в этом плане год выдался полностью типичным. Стоит также отметить, что в статистику попали дни, когда в дневное время небо было ясным, а в утренние и вечерние часы – затягивалось облаками, поэтому количество «полностью ясных» дней превосходит климатическую норму, в которой учитываются истинно полностью ясные дни (24 часа чистого неба).

Выводы

Полученные результаты дают нам сделать вывод, что 2017 год оказался достаточно типичным с точки зрения основных погодных характеристик. Данный вывод сделан по оценке средних, максимальных и минимальных температур, количества ясных и пасмурных дней, дней с осадками и дней с туманом.

Полученные данные не позволяют сделать вывод об изменении локального климата, например, потеплении, поскольку в высокой степени соответствуют многолетней климатической норме.

При сравнении трех полных месяцев 2016 г с 2017 г, было показано локальное отличие в одной или нескольких климатических характеристиках, при общем сходстве итоговых цифр. Это различие локальных характеристик от года к году также могло влиять на восприятие группы опрошенных школьников.

Результаты проведенного опроса среди учащихся показали, что опрошенные считают, что количество солнечных дней в прошедшем году было меньше, а количество выпавших осадков в виде дождя – выше, чем в предыдущим. Данные обстоятельства не подтверждаются прямыми наблюдениями, подкрепленными сводками METAR, и, по всей видимости, связаны с тем, что солнечные дни в большей части пришлись на весну и раннее лето, а на вторую половину года выпал лишь один умеренно солнечный месяц — сентябрь.

Практические наблюдения за погодными характеристиками зафиксировали интересные единичные факты, например:

- рекорд положительной температуры 2 января в 2018 г (около +5 °C);

- 1 июня 2017 г к вечеру температура составила +3, шел снег с ледяной крупкой;

- 3 раза в течение года порывы ветра превышали значение в 17 м/с (такой ветер валит с ног, а скорость ураганного ветра – 25 м/с и более);

- осенью 2017 г был лишь один снежный день (30 ноября).

Заключение

Наша работа имела целью установить, была ли похожа погода в Санкт-Петербурге в 2016-2017 г на долгосрочную климатическую норму. В работе собраны, систематизированы и проанализированы данные по климатическим характеристиками из прямых наблюдений за погодой, подтвержденные данными METAR. Проведенный опрос школьников показал, что согласно их собственным ощущениям, год отличался от предыдущего большим количеством дождей и меньшим количеством солнечных дней.

Установлено, что по большинству климатических характеристик период 2016-2017 годов был очень близок к многолетней климатической норме.

На основании полученных данных нельзя сделать вывода о том, что в регионе Санкт-Петербурга происходит резкое изменение климата, хотя колебания погоды от года к году и месяца к месяцу отмечены. Сделано предположение, что такие колебания отдельных климатических характеристик могут влиять на общее впечатление о погоде в прошедшем году.

Данные, собранные в ходе подготовки работы, планируется использовать для дальнейших исследований в области науки о погоде.

Список литературы

Астапенко П.Д. Вопросы о погоде. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982. — 240 с.

Шокальский Ю. М. Океанография. — Л.: Гидрометеоиздат, 1959. — С. 540.

Борисенков Е.П. Климат и деятельность человека. — М.: Наука, 1982. — 223 с.

Алисов Б.П. Географические типы климатов // Метеорология и гидрология. — 1936. — № 6.

Даринский А. В. География Ленинграда. — Л.:Лениздат, 1982. — С. 21—29

Погода в Санкт-Петербурге. Температура воздуха и осадки. Август 2010 г. http://www.pogodaiklimat.ru/monitor.php?id=26063&month=1&year=2010

Книга рекордов Петербурга. Всё самое-самое в истории и жизни города. Редактор-составитель Дмитрий Шерих. — СПб.: Иванов и Лещинский, 1995. С. 8—9.

Технический регламент, Том II — Метеорологическое обслуживание международной аэронавигации, ISBN: 978-92-63-40049-9, library.wmo.int/pmb_ged/wmo_49-v2_2013_ru.pdf

МетарТаф, http://metartaf.ru/ulli

Сафонова Т.В. Авиационная метеорология: учеб. пособие/ Т.В. Сафонова. – Ульяновск: УВАУ ГА, 2005, 215 с

Файловый архив. Санкт-Петербург. Среднемесячные, среднегодовые, максимальные, минимальные значения температуры воздуха и осадков, http://www.pogodaiklimat.ru/file.htm

Приложения

Приложение 1

Опросный лист

ELE_01_2017 Опрос: ПОГОДА В 2017 ГОДУ

КЛАСС 4 8 9 10 11

По Вашей оценке, сколько солнечных дней было в 2017 году по сравнению с прошлыми годами?

Больше, чем обычно Меньше, чем обычно Столько же

По Вашей оценке, сколько дождей было в 2017 году по сравнению с прошлыми годами?

Больше, чем обычно Меньше, чем обычно Столько же

По Вашей оценке, сколько снега было в 2017 году по сравнению с прошлыми годами?

Больше, чем обычно Меньше, чем обычно Столько же

Приложение 2

Таблица данных