VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Потепление или похолодание? Исследование динамики температурного режима Голышмановского района

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Долгих  Д.О. 1

---

1МАОУ «Голышмановская СОШ №1»

Гурова  Л.Б. 1

---

1МАОУ «Голышмановская СОШ №1»

Работа в формате PDF

793.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В последнее время заметно возрос интерес к изучению климата. Как и всё в природе, климат не является чем-то постоянным.На протяжении всего существования Земли, он испытывал значительные изменения и периодические колебания, эпохи оледенения сменялись межледниковыми периодами, происходили и более кратковременные изменения климата.

Изменения климата – это колебания его характеристик, то есть отклонение их от определённого среднего уровня. Причины изменений и колебаний климата весьма многообразны и сложны.Одной из главных причин в настоящее время является человеческий фактор. Мы привыкли считать, что природа всесильная, забывая, при этом, что она ранима и хрупка.

Рост городов, ускорение научно-технического прогресса, нужды цивилизации привели к глобальным масштабам загрязнения окружающей среды. Одним из видов загрязнения атмосферы является «парниковый эффект», в результате которого отмечается тенденция к повышению температуры Земли. Данные говорят сами за себя: в ближайшие сорок лет температура на планете повысится, по прогнозам, на 1-2 градуса. Подсчитано, что за сто лет температура повышается примерно на восемь градусов. К чему же может привести глобальное потепление? Парниковый эффект оказывает пагубное влияние на окружающую среду, с последующими изменениями границ сельскохозяйственных районов. Кроме того,в масштабах целых континентов ожидается повышение уровня моря на 30 сантиметров в ближайшие 40 лет. Неужели, на территории Западно – Сибирской равнины, где мы с вами живем, снова появятся тропические леса или море? Факты ужасающие!Многочисленные разговоры о «конце света» заставляют нас, ныне живущее поколение, серьезно подойти к данной теме. Нам стало интересно, а что же происходит с показателями температуры в нашем Голышмановском районе и, насколько высока вероятность глобального потепления в будущем? Данная проблема побудила к проведению исследования в области климатологии.

Гипотеза: если температура воздуха постоянно будет превышать допустимую норму, то вероятность потепления климата очевидна.

Объект: температура воздуха Голышмановского района

Предмет: факторы, определяющие изменение температур

Цель: на основе данных произвести анализ температур за последние 60 лет, вычислить вероятность потепления климата вГолышмановском районе и исследовать влияние очевидных последствий на территорию района.

Задачи:

1) Составить характеристику климата Голышмановского района;

2) Проанализировать динамику среднегодовых температур, начиная со второй средины прошлого века по десятилетиям

3). Составить задачи на определение вероятности событий.

4) Выявить факторы, определяющие глобальное потепление климата

5). Предположить, какие последствия потепления возможны на территории нашего района

Методы исследования: статический анализ, прогнозирование.

Оборудование: компьютер, климатические карты атласа, архивные статистические материалы МС Голышманово

2. Основная часть

2.1. Климат Голышмановского района

Голышмановский район расположен на юге Тюменской области, в зоне лесостепи, Исетско-Тобольской провинции. Погода отличается большой неустойчивостью из-за частых затоков холодного воздуха из Арктики, и теплого, сухого из Казахстана. Циклонические формулы циркуляции здесь преобладают над антициклонными, особенно весной.

Климат типично континентальный с четко выраженными сезонами года. Среднегодовая температура воздуха 0,8°С, средняя температура самого холодного месяца в году (января) -18°С, самого теплого (июля) +17,5° С. Абсолютный максимум +34°С, абсолютный минимум -44°С. Годовая сумма осадков составляет 350-450мм., 80% этого количества приходится на тёплый период (с апреля по октябрь) и 20% - на холодный (с ноября по март). Летом преобладают осадки ливневого характера, зимой – обложные и моросящие. Характерны слабые ветры скоростью 2-4 метра в секунду, однако возможны штормы и ураганы. Положительной чертой климата является обилие солнечной радиации. Продолжительность солнечного сияния более 2000 часов в год и значительные суммы температур за вегетационный период (1800-1900°) возмещают краткость безморозного периода и создают широкие возможности для возделывания зерновых культур и картофеля. Коэффициент увлажнения в районе менее 1.

Биоклимат района характеризуется в зимний период как суровый, наибольшую повторяемость имеет морозная погода, суровость которой усиливается за счет ветра. Летом характерна благоприятная, умеренно тёплая и сухая погода. В переходные сезоны преобладает изменчивая погода.

Зима – самый продолжительный климатический сезон. В нашем районе его продолжительность шесть месяцев. Зимой наиболее отчётливо проявляются черты континентальности климата. В этот период года господствуют континентальные ветры из областей западного отрога Азиатского антициклона. Южные и юго-западные ветры приносят холодные воздушные массы с относительно малым содержанием влаги. Это даёт значительную повторяемость ясных морозных дней. Вторжение циклонических масс с запада сопровождается сильными ветрами и снегопадами. Мощность снежного покрова 30 см. Продолжительность периода с устойчивыми морозами – 130 дней.

Весна приходит не по календарю. За начало весны принимают даты перехода среднесуточных температур через 0°С, а конец – через +10°С. Для этого периода характерны возвраты холодов. В то же время нередки вторжения сухих прогретых воздушных масс, когда температура воздуха повышается до +20-25°С.

Лето. За начало лета принимают срок перехода среднесуточных температур через +10°С. В нашей зоне этот переход падает на срок от 10 до 20 мая. В летний период погода часто меняется.

Осень. За рубежи осени обычно принимают переход среднесуточных температур через +10°С (начало) и через 0°С (окончание). В сентябре и октябре вслед за постепенным понижением температуры, всё чаще идут моросящие дожди. Октябрь – поздний осенний месяц, среднесуточная температура которого +1,5°С.

Раз в пять лет осень радует быстротечным «бабьим летом» с возвратом тёплой, солнечной и сухой погоды.

На юге области в середине сентября день становится короче на 5-6 часов.

Резкий холодный ветер несёт низкую пелену туч. При ясной погоде нередки ночные заморозки

В агроклиматическом отношении наш район относится к умеренно тёплой, недостаточно увлажнённой зоне (Приложение 1).

Таблица 1. Агроклиматическое районирование. Голышмановский район

2.2. Температура воздуха как главный компонент климата

Одним из основных климатических показателей является температура воздуха. Её показатели зависят от ряда факторов – это:

1) географическое положение;

2) солнечная радиация;

3) циркуляция воздушных масс;

4) характер подстилающей поверхности.

Какие же климатообразующие факторы играют ведущую роль?

Влияние географического положения. Большая протяжённость территории области с севера на юг обуславливает разное количество солнечного тепла, получаемое территорией. От географической широты зависит солнечная радиация (прямая и рассеянная), связанная с углом наклона солнечных лучей. Суммарная солнечная радиация лесостепного юга области – более 90 ккал/см2. Не все солнечные лучи достигают земной поверхности. Часть радиации поглощается атмосферой, часть рассеивается и отражается облаками и пылью, содержащейся в воздухе. Поэтому в атмосфере наблюдается три вида радиации: прямая, рассеянная и отражённая.

Нагретая земная поверхность излучает тепло. Чем выше температура поверхности и чем меньше облачность, тем больше потери тепловой энергии. Сначала нагревается земная поверхность, затем она отдаёт тепло атмосферному воздуху. Чем больше процент солнечной радиации, тем выше температура воздуха. Температура увеличивается так же, как количество солнечной радиации с севера на юг.

Широта места определят продолжительность дня и возможную продолжительность солнечного сияния. Наибольшая продолжительность дня на территории нашего района в июне, наименьшая – в январе (Приложение 2).

Продолжительность солнечного сияния с ноября по январь составляет 26-37% возможной, а летом возрастает до 52-58% за счет увеличения, главным образом, длительности дня (Таблица 2).

Таблица 2. Отношение наблюдавшейся продолжительности солнечного сияния к возможной.

Количество поглощаемой земной поверхностью радиации определяется как разность между суммарной и отражённой. Значение энергетической освещённости отражённой радиацией зависит от альбедо подстилающих поверхностей, которые существенно различаются. Летом в среднем отражается 16% приходящей радиации. В период высокого и низкого атмосферного давления, то есть антициклоны и циклоны, которые также влияют на изменение температуры воздуха: летом при прохождении антициклона температура повышается, зимой – понижается. При прохождении циклона в холодный период отмечается резкое потепление.

Итак, на наш взгляд, наиболее важным фактором, влияющим на температуру, является географическая широта, от которой зависит количество получаемого территорией тепла и света.

Термический режим рассматриваемой территории носит типично континентальный характер. Открытая с севера на юг Западно-Сибирская равнина подвержена сильному влиянию внешних воздействий: резким и неожиданным переходам от тепла к холоду, значительным колебаниям температуры от месяца к месяцу, ото дня ко дню в течение суток.

В годовом ходе температуры воздуха самый холодный месяц – январь. Средняя температура его равна -18°С. Минимальные температуры могут опускаться до -44°С.

От января к февралю средняя температура повышается на 2°С, от февраля к марту уже на 6°С, от марта к апрелю рост её максимален – на 11°С. Интенсивное повышение температуры происходит в основном за счёт дневных температур, то есть за счёт радиационного тепла.

Устойчивый переход температуры через -5°С осуществляется, в среднем 25 марта, через 0°С – 6 апреля. В апреле среднемесячная температура становится положительной, в мае она достигает +10°С.

Самым жаркий месяц является июль. Средняя температура июля +17,5°С, во все годы она не опускается ниже 15°С. Максимальные температуры могут достигать до 39°С. За последние годы максимум температур на территории района был отмечен в 2004 году (39,1°С). Начиная с августа, температура снижается от месяца к месяцу, сначала медленно; затем более интенсивно, падение температуры от октября к ноябрю составляет уже 9,5°С, после чего процесс несколько замедляется.

Осенний переход t° через 0°С отмечается 22 октября. Ноябрь – первый месяц зимы, его средняя t° составляет -8,3°С. К концу ноября температура устойчиво переходит через -10°С.

В декабре температура продолжает снижаться. Наиболее низкие отрицательные средние годовые температуры связаны с ветрами северной четверти, которые приносят из Арктики похолодания. Температуры при ветрах южных румбов имеют более высокие значение (рис 1).

Рис. 1. Годовая термическая роза ветра (-4°С – точка начального отсчёта).

Суточный и годовой ход температур воздуха в приземном слое атмосферы определяется по температуре на высоте 2 метра. В основном этот ход обусловлен соответствующим ходом температур деятельной поверхности. Особенности хода температур воздуха определяются его экстримумами, то есть наибольшими и наименьшими температурами (максимум и минимум). Разность между этими температурами называют амплитудой хода температуры воздуха. Закономерность суточного и годового хода температур воздуха выявляется при осреднении результатов многолетних наблюдений. Она связана с периодическими колебаниями.

В умеренных широтах наименьшие амплитуды наблюдаются зимой, наибольшие – летом. В ясные дни амплитуда значительно больше, чем в пасмурные.

Амплитуда годового хода вычисляется как разность средних месячных температур самого тёплого и самого холодного месяцев.

Среднесуточная температура вычисляется как отношения разности между самой высокой температурой и самой низкой за стуки к числу наблюдений.

Среднесуточная температура вычисляется по формуле:

Где

31 – число дней в месяц.

Среднегодовая температура воздуха рассчитывается по формуле:

где СМ – среднемесячная температура.

Для измерения температуры воздуха применяются термометры психометрический, максимальный и минимальный.

Все термометры помещаются в психометрической будке, которая защищает их от солнечной радиации, теплового излучения Земли и окружающих, а также от осадков, ветра и др. Будка на метеорологических площадках устанавливается на высоте 175 см., что позволяет помещать резервуары психометрических термометров на высоте 200 см.

Метеорологические наблюдения проводятся восемь раз в сутки через каждые 3 часа.

МС Голышманово начала проводить метеорологические наблюдения с 1928 г. Метеосводка из Голышманово передаётся в город Омск, а из Омска в город Тюмень.

В последние годы на помощь наблюдателю приходят новые средства механизации и автоматизации, приборы с дистанционным управлением. Это даёт возможность определить характеристики погоды быстрее и с большей точностью.

Температура воздуха оказывает большое влияние на биологические процессы, Сумма положительных температур в период активной вегетации растений (1800-1900°) и средняя продолжительность этого периода 120-125 дней позволяет возделывать в нашем районе яровую пшеницу, озимую рожь, овес, ячмень, картофель, кукурузу на силос, а также выращивать огородные культуры: морковь, лук, свеклу, капусту, огурцы, томаты, которые вызревают на корню только в очень тёплые годы.

2.3. Анализ динамики среднегодовых температур Голышмановского района и определение вероятности их повышения.

В качестве анализа температурного режима, мы взяли данные на метеостанции Голышманово за последние 60 лет. При среднегодовой норме температур +0,8°С в отдельные годы отмечались колебания от – 1,9°С (1969 г.) до + 3,4°С (2008 г.). Сравнивая графики хода среднегодовой температуры воздуха можно заметить, что за последние годы среднегодовая температура превысила норму в 2-3 раза. Значительные отклонения температуры отмечается за последние 17 лет (Приложение 3).Это можно заметить и анализируя среднегодовую температуру за каждые 10 лет от даты начала исследования (Рисунок 2).

Рис. 2. Среднегодовая температура воздуха по десятилетиям

Причин потепления климата может быть две. Это природная изменчивость и антропогенное воздействие. По оценкам экспертов Всемирной Метеорологической Организации, к середине XXI века количество углекислого газа на планете удвоится. При этом температура атмосферы Земли повысится в умеренных широтах на 3 -4°С, на полюсах - более чем на 10°С.1?

Используя классическую формулу вероятности, определим вероятность повышения температуры в 2018 году в Голышмановском районе.

Р (А) = N(А) :N = 46 : 60 = 0,76

где Р (А) – вероятность события

N (А) – число лет, благоприятствующих повышению температуры

N – всего количество значений (лет)

Из расчета видно, что вероятность потепления климата в 2018 году составила приблизительно 0,8. К чему это может привести? Голышмановский район относится к северной лесостепи. Среднегодовые температуры за последние годы достигли положительных, весьма высоких значений – 2, 2 градуса. Особенно отмечается потепление в холодные периоды года. На основании анализа данных метеостанции зимних температур, продолжительность холодного сезона существенно сокращается. В результате потепления климата произойдет смещение сельскохозяйственных зон к северу, что приведет к спаду урожайности сельскохозяйственных культур. Известно также, что высокое содержание углекислого газа в атмосфере благоприятствует росту фотосинтеза и продуктивности сельского хозяйства. Поэтому вопрос о снижении урожайности с/х культур очень спорный. Положительным последствием потепления климата является экономии топлива и электроэнергии. К отрицательным можно отнести гибель сибирских лесов, вымирание некоторых видов животных и птиц, засухи, миграции северных народов в южные районы, что может привести к социальному взрыву.

Заключение

Решив ряд задач, поставленных в ходе работы, нам удалось создать картину термического режима в нашем районе, вычислить вероятность потепления климата и определить его последствия.

Одной из причин колебаний климата являются отклонения температуры воздуха от нормы.Средние температуры в нашем районе, как за год, так и за отдельные периоды и месяца не остаются неизменными, они колеблются около какого-то определённого уровня. Для Голышмановского района этот уровень составляет +0,8°С. Из графиков видно, что если в период с 1957 по 1988 гг. отклонение от нормы были незначительные, то в последние годы отмечается тенденция, к повышению температуры на 1,5-2 градуса. По сравнению с городом, этот показатель в районе несколько ниже, так как территория нашего района практически полностью выведена из промышленного производства и человеческий фактор здесь не является определяющим. Причиной изменения температур в районе, на мой взгляд, является естественный природный процесс, который не представляет опасности. Но мы имеем не благополучных в экологическом отношении соседей, это Казахстан и Урал. Воздушные массы, приходящие с этих территорий несут множество вредных веществ, пыли, различных микроорганизмов, что может привести к изменению газового состава атмосферы. Гипотеза, выдвинутая в начале исследования, подтвердилась. Вероятность потепления климата в Голышмановском районе, как и на всем земном шаре очень высока и последствия этого события для района могу быть самыми разнообразными.Таким образом, человечество стоит перед выбором путей смягчения последствий изменения климата, разработки методов долгосрочного стратегического планирования, адаптации отраслей хозяйства к возможным климатическим изменениям.

Список литературы

1) Атлас Тюменской области. Главное управление геодезии и картографии. Москва – Тюмень, 1971 г.

2) Бакулин В.В., Козин В.В. География Тюменской области. Средне-Уральское книжное издательство. Екатеринбург, 1996 г.

3) Исаев А.А. Экологическая климатология. – М, 2001

4) Колесник П.И. Метеорология. Головное издательство издательского объединения «Выща школа». Киев, 1986 г.

5) Павленко В.А., Серов А.А. Потепление климата Западной Сибири и возможные эколого-экономические последствия. СГГА, Новосибирск, 2006

6) Фадеев Г.А. Экология. Издательство «Учитель», Волгоград, 2006 г.

7) Швер Ц.А., Ковбы С.А. Климат Тюмени. Гидрометеоиздат. Ленинград, 1985 г.

8) Статистические материалы Голышмановскойметеорологической станции

Приложение 1.

Агроклиматическое районирование юга Тюменской области

Приложение 2.

Продолжительность дня на середину месяца (в часах)

Приложение 3

Среднегодовая температура воздуха МС Голышманово

Приложение 3.1

Среднегодовая температура воздуха (1957-1967 г.г.)

Среднегодовая температура воздуха (1967-1977 г.г.)

Среднегодовая температура воздуха (1977-1987г.г. )

Тобольск

Тюмень

Голышманово

Приложение 3.2

Приложение 3.3

Приложение 3.4

Приложение 3.5

Приложение 3.6

Среднегодовая температура воздуха (1987-1997г.г. )

Среднегодовая температура воздуха (1997-2007г.г. )

Среднегодовая температура воздуха (2007-2017г.г. )

1Павленко В.А., Серов А.А. Потепление климата Западной Сибири и возможные эколого-экономические последствия. СГГА, Новосибирск