Энциклопедия климатических ресурсов Российской Федерации
реклама
М.Г. Лебедева, О.В. Крымская ЭКОЛОГИЯ РЕГИОНА Ч.3 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ И КЛИМАТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ Учебное пособие Белгород 2007 ББК 26.234.8(235.45)я73 УДК 551.5 Л 33 Печатается по решению редакционно-издательского совета Белгородского государственного университета Рецензент: О.В.Дудник - руководитель Межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Центрально-Черноземных областей; Лебедева М.Г. Л 33 Экологическая климатология и климатические ресурсы: учеб- ное пособие / М.Г. Лебедева, О.В. Крымская. – Белгород: БелГУ, 2007.- с. ISBN В учебном пособии нашли отражение прикладные аспекты климатических характеристик региона для оценки степени влияния климата на здоровье и самочувствие человека, а также на разные отрасли экономики. Книга предназначена для студентов и аспирантов эколого- географического профиля, а также для широкого круга читателей. УДК 551.5 ББК 26.234.8(235.45)я73 ISBN Лебедева М.Г., Крымская О.В., 2007 Белгородский государственный университет, 2007 2 Введение......................................................................................................... 5 1. Общая характеристика климата и климатических ресурсов ................ 6 1.1. Наблюдения за погодой и климатом ................................................ 6 1.2. Краткая характеристика климата и его современные изменения12 1.3 Опасные погодно-климатические явления..................................... 30 1.4. Понятие „климатические ресурсы" ................................................ 33 1.5. Методика оценки и районирования индексов обеспеченности климатическими ресурсами ............................................................................. 44 1.6 Антиресурсы климата ....................................................................... 52 2.КЛИМАТ И ЧЕЛОВЕК ........................................................................... 55 2.1. Влияние гидрометеоусловий на состояние организма человека 55 2.2. Биоклиматические ресурсы ............................................................ 61 2.3 Лечебно-профилактические климатические ресурсы для основных видов заболеваний ........................................................................... 64 2.4. Рекреационно-климатические ресурсы ......................................... 78 2.5 Физиолого-климатические ресурсы теплового состояния человека ............................................................................................................................. 86 3. Климат и экономика ........................................................................... 93 3.1 Автотранспортные климатические ресурсы .................................. 93 3.2 Агроклиматические ресурсы ........................................................... 97 3.3 Атомно-энергоклиматические ресурсы ........................................ 111 3.4 Ветровые климатические ресурсы (общие) ................................. 113 3.6 Гелиоэнергетические климатические ресурсы ............................ 123 3.7 Долговечности зданий климатические ресурсы .......................... 129 3.8 Железнодорожные климатические ресурсы ................................ 136 3.9 Канализационные климатические ресурсы .................................. 139 3.10 Коммунального хозяйства климатические ресурсы .................. 141 3.11 Лесохозяйственные климатические ресурсы ............................. 143 3 3.15 Почвенно-климатические ресурсы для проектирования оснований и фундаментов зданий ................................................................. 167 3.16 Производственно-строительные климатические ресурсы ........ 171 3.17 Санитарно-гигиенические климатические ресурсы для градостроительства ......................................................................................... 175 3.18 Световые климатические ресурсы (общие)................................ 182 3.19 Строительно-климатические ресурсы ........................................ 183 3.20 Тепловые климатические ресурсы .............................................. 186 3.21 Тепловые климатические ресурсы .............................................. 189 3.22 Теплозащитные климатические ресурсы зданий....................... 191 3.24 Технико-климатические ресурсы ................................................ 200 3.25 Топливно-климатические ресурсы .............................................. 206 3.26 Топливно-энергетические климатические ресурсы .................. 209 3.27 Транспортно-климатические ресурсы ........................................ 211 3.28 Энергоклиматические ресурсы.................................................... 214 3.29 Энергоклиматические ресурсы зданий ....................................... 219 Заключение ............................................................................................ 227 4 Введение До последнего времени климат чаще всего рассматривался как потенциальный источник бедствий, которые происходят при экстремальных климатических ситуациях. Угроза уменьшения многих видов природных ресурсов и связанная с ней необходимость их экономии заставляют более активно использовать благоприятные для хозяйственной деятельности и жизни общества свойства климата. Ресурсный подход включает исследования в первую очередь продуктивности климата, а также уменьшения вреда, наносимого экономике и человеку неблагоприятными погодными воздействиями. В связи с некоторыми принципиальными трудностями оценки климатические ресурсы во всем мире включены в круг природных ресурсов позднее других составляющих. Однако в настоящее время многие коммерческие организации хорошо понимают значение климатических ресурсов и их изменчивости для развития рынков сбыта, что стимулирует разработку соответствующих прикладных климатических методов и стратегий реагирования на влияние климата. Необходимость обеспечивать практическую деятельность в различных областях экономики заставляет пересматривать методологию климатических исследований, исходя при этом из глубинного анализа чувствительности к климату всех видов производства и связанных с ними социально-экономических секторов. Понятие „климатические ресурсы" до настоящего времени окончательно не определено, хотя сам термин используется очень давно, еще с начала XX в. Первоначально почти все климатические данные причислялись к климатическим ресурсам, т. е. это понятие имело смысл просто характеристики климатических условий. 5 1. Общая характеристика климата и климатических ресурсов 1.1. Наблюдения за погодой и климатом Основой климатических расчетов являются данные приземных метеорологических наблюдений. В течение XIX-XXI веков на территории Центрально-Черноземного региона функционировало довольно большое число метеостанций, принадлежавших Министерству просвещения, Министерству путей сообщения, предприятиям перерабатывающей промышленности (сахарным заводам), некоторые станции существовали непродолжительное время – 5-20 лет и имели перерывы в работе. К началу XXI века сеть метеорологических станций приобрела следующие черты (рис.1). Белгородская область Белгород. Метеорологическая станция Белгород открыта Белгородской гимназией в 1884 году. После перерыва с 1919 года по 1923 год станция восстановлена Управлением Южной железной дороги. Станция несколько раз переносилась. С 5 августа 1955 года станция размещена на аэродроме. Богородицкое Фенино. Метеорологическая станция Богородицкое Фенино открыта в 1881 году владельцем имения «Фенино» И.А. Пульманом. Местоположение станции не менялось. Валуйки. Метеонаблюдения на железнодорожной станции Валуйки начались в 1895 году. До 1924 года существовал дождемерный пункт, но затем программа работы станции была расширена Управлением Юговосточной железной дороги. Готня. Метеостанция Готня организована 1 января 1928 года Гидрометгруппой Управления Донецкой железной дороги. В течение 1943-55гг. местоположение станции несколько раз менялось без существенного изменения высоты метеоплощадки и физико-географических характеристик местоположения. 6 Рис.1. Сеть метеорологических станций Центрально-Черноземного региона. Новый Оскол. Метеорологические наблюдения в Новом Осколе начались в 1885 году и продолжались с большими перерывами до 1919 года. Затем длительных перерывов, за исключением июля 1942 года по 2 июня 1943 года, в работе станции не было. Метеостанция многократно переносилась. В период 1929-1935 гг. метеоплощадка находилась при железнодорожной станции. Старый Оскол. Метеорологические наблюдения в Старом Осколе организованы в 1872 году. После перерыва в наблюдениях 1919-1926 гг. станция вновь организована Управлением Юго-восточной железной дороги. В течение 1926-56гг. местоположение станции неоднократно менялось. В период с 1958 по 1988 год метеоплощадка находилась в северо-восточной части города, затем метеорологические наблюдения перенесены на аэродром. 7 Метеостанции Борогодицеое Фенино, Валуйки и Готня отнесены к разряду реперных климатических. Воронежская область Анна. Метеорологические наблюдения при железнодорожной станции Анна начались в 1911 году. С 1916 по 1931 гг. работа станции имела неоднократные перерывы. Метеоплощадка была перенесена в 1936г. на расстояние 1.6 км; высота расположения метеостанции при этом не изменилась. Богучар. Метеорологические наблюдения организованы в 1897 году Губернским земством во дворе земского управления. В работе станции с 1909 по 1923гг. были неоднократные перерывы. Станцию несколько раз переносили. Современное местоположение станции неизменно с сентября 1927 года. Борисоглебск. Метеорологические наблюдения в г.Борисоглебске проводятся с 1887 г. В 1924 году станция перешла в ведение Юго-Восточной железной дороги и программа наблюдений была расширена. С 1987 г. и по настоящее время перерывов в работе станции не было. Воронеж. Станция открыта как учебная при Воронежском сельскохозяйственном институте в 1918 г. В 1931 г. на базе метеорологической станции была организована геофизическая обсерватория с отделами метеорологии, сельскохозяйственной метеорологии, актинометрии, атмосферного электричества. Длительный перерыв в работе станции был с 1942 по 1948 гг. Переносов местоположения станции не было. Калач. Метеорологическая станция открыта в 1914г. и имела длительный перерыв в наблюдениях с 1919 по 1929гг. В 1932-1934 гг. работала как Засухо-Суховейная Обсерватория. Существенных изменений месторасположения площадки не было. Каменная Степь. Метеорологические наблюдения организованы в 1913 г. Докучаевской экспедицией по изучению мер борьбы с засухой. Изменения месторасположения и длительных перерывов в работе станции не было. 8 Лиски. Метеорологические наблюдения организованы 1 мая 1924г. Министерством путей и сообщения при железнодорожной станции. Изменения месторасположения и длительных перерывов в работе станции не было. Нижнедевицк. Станция открыта в декабре 1947г. Курским управлением гидрометслужбы. До этого в течение 1894 по 1918гг. в г.Нижнедевицке функционировала метеостанция. С 1947г. местоположение метеостанции не менялось и станция функционирует как воднобалансовая. Павловск. Метеорологические наблюдения организованы в 1891г. Воронежским Губернский Земством. Перерывы в работе: 1905-1910гг. Метеоплощадка несколько раз переносилась. К разряду реперных климатических в настоящее время отнесены Воронеж, Каменная Степь и Калач. Курская область Курск. Метеорологическая станция открыта в 1833г. ученым астрономом и метеорологом Семёновым Ф.А. Перерыв в работе станции 18601865гг. С 1896г. по 1957г. станция находилась в центре г.Курска. 1 июля 1957г. метеостанция перенесена на северную окраину города в 4 км от прежнего местоположения. Льгов. Метеорологические наблюдения организованы в ноябре 1881г. и имели длительные перерывы в течение 1888-1904 гг., 1907-1932гг. С 1932г. существенных изменений в месторасположении станции не было. Обоянь. Метеорологическая станция открыта в 1890г. До этого в г.Обояни метеорологические наблюдения проводились в течение 18381840гг. Перерывы в работе станции 1905-1911гг., 1920г., 1941-1943гг. Местоположение станции менялось. Поныри. Метеорологические наблюдения организованы в феврале 1891г. при железнодорожной станции Управлением Московско-Курской железной дороги. Перерывы в работе станции 1905-1910гг., 1919-1925гг., 19411943гг. До января 1937г. станция считалась научно-исследовательской же- 9 лезнодорожной станцией. Существенных изменений местоположения станции не было. Рыльск. Метеорологические наблюдения начаты в 1886г. и с перерывом в течение 1891 по 1895гг. продолжались до 1900г. Затем метеорологическая станция была организована в 1924г. при сельхозтехникуме. Перерыв в работе был с 1935г. по 1943г. Тим. Метеорологические наблюдения организованы 1872г. Длительные перерывы в работе станции: 1876-1890гг., 1893-1910гг., 1920-1943гг. Местоположение станции неоднократно изменялось. Фатеж. Метеорологическая станция организована в 1912г. Перерывы в работе станции 1916-1934гг., 1941-1943гг. Местоположение станции неоднократно изменялось. К разряду реперных климатических в настоящее время отнесены Рыльск и Поныри. Липецкая область Грязи. Наблюдения на метеорологической станции Грязи организованы в 1890г. управлением Юго-Восточной железной дороги. Имелись длительные перерывы в работе станции: 1900-1915гг., 1920-1927гг. Конь-Колодезь. Метеорологическая станция открыта в феврале 1893г. Конь-Колодезьской сельскохозяйственной школой. Изменения месторасположения и длительных перерывов в работе станции не было. Лев Толстой. Метеорологические наблюдения начались в 1898г. В 1910г. станция перешла в ведение Управления Рязано-Уральской железной дороги. Изменения месторасположения и длительных перерывов в работе станции не было. До 1919г. станция называлась Астахово, с 1919г. – Лев Толстой. Липецк. Метеорологические наблюдения в г.Липецке организованы в 1893г. Липецким Курортным Управлением. Перерыв в работе станции 19201924гг. Местоположение станции неоднократно менялось. 10 К разряду реперных климатических в настоящее время отнесена станция Конь Колодезь. Тамбовская область Жердевка. Метеорологические наблюдения организованы с апреля 1927г. при железнодорожной станции. Перерывов в работе станции не было. Кирсанов. Открыта Министерством путей сообщения в 1891 г. при железнодорожной станции. Перерыв в работе станции 1920-1924гг. Местоположение станции практически не менялось. Мичуринск. Метеорологические наблюдения организованы в 1879г. Перерыв в работе 1920-1924гг. До 1935г. метеостанция называлась «Козлов», с 1935г. – Мичуринск. Местоположение станции неоднократно менялось и окончательное расположение станции определилось с 1948г. Моршанск. Метеорологическая станция открыта в 1894г. Управлением Московско-Казанской железной дороги. До этого в течение 1845-1860гг. в г.Моршанске проводились наблюдения частными лицами. Перерыв в работе станции 1917-1924гг. До 1917г. станция находилась при Реальном училище. С 1924г. метеоплощадка находится вблизи железной дороги. Обловка. Метеорологическая станция организована в 1899 г. Управлением Рязано-Уральской железной дороги. Перерыв в работе – 1911-1927 гг. До 1904 года станция называлась «Уварово». За весь период работы был один перенос станции – в 1960 г. Совхоз им. Ленина. Метеорологическая станция при совхозе «Утиная» была организована в ноябре 1828г. Воронежским свекло-сахарным трестом. С 1928 по 1934гг. метеостанция называлась Совхоз «Утиная», с 1934г. по 1948г. – Совхоз «Ново-Покровское», с 1948 по 1961гг. – Совхоз им. Сталина, с ноября 1961г. нынешнее название. Изменения месторасположения и перерывов в работе станции не было. Тамбов. Метеорологические наблюдения при железнодорожной станции в г.Тамбове проводились в период 1845-1888гг. Кроме железнодорожной метеостанции в г.Тамбове метеорологические наблюдения проводились при 11 учительской семинарии с 1878г. по 1909г. и при Губернской гимназии в период 1902-1909 гг. В 1899г. метеорологическая станция вновь открыта управлением Рязано-Уральской железной дороги. Перерыв в работе был с 1919 по 1926гг. Метеоплощадку неоднократно переносили. 1.2. Краткая характеристика климата и его современные изменения Географическое положение территории Черноземного центра между 50 и 540 с.ш. обеспечивает получение значительной суммы солнечной радиации. Месячные и годовые суммы прямой солнечной радиации в ЦЧО при безоблачном небе составляют (МДж/м2): январь апрель июль октябрь год 500 с.ш. 123 527 684 305 4870 520 с.ш. 103 517 686 273 4720 540 с.ш. 84 508 688 252 4580 Особенно сильное влияние на поступление солнечной радиации оказывают периоды длительной циклонической и антициклонической циркуляции в весенние и летние месяцы. При сильно развитой циклонической деятельности отношение фактической солнечной радиации к возможной составляет до 25-30 %, а при антициклонической – повышается до 75 – 80 %. Под влиянием циркуляции атмосферы соотношение между прямой и рассеянной радиациями может существенно изменяться, в том числе нарушаться широтная зональность в распределении прямой и суммарной радиации. Месячные и годовые суммы суммарной солнечной радиации в ЦЧО при безоблачном небе (МДж/м2): январь апрель июль октябрь год 500 с.ш. 190 691 870 385 6380 520 с.ш. 162 677 868 356 6175 12 540 с.ш. 137 663 867 329 5970 Основное климатообразующее значение имеют суммы радиации летнего полугодия, когда они велики, а альбедо мало. Практический интерес представляет так называемая поглощенная радиация. Около 80 – 85 % суммы солнечного тепла, поступающего в почву в течение года, приходится на весну и лето. Зимой, когда мал приход солнечной радиации и почти на всей территории лежит устойчивый снежный покров, роль поглощенной радиации несущественна. Черноземный Центр в целом характеризуется как район умеренноконтинентального климата. Благодаря тому, что его территория лежит в зоне распространения в теплое время континентального тропического воздуха из юго-восточного районов, здесь преобладает относительно жаркое лето со средней температурой июля от 19 до 22 °С. В то же время в силу удаленности от морских бассейнов поступающий сюда в зимнее время влажный атлантический воздух теряет в значительной степени свои свойства. Поэтому зима здесь довольно холодная со средними температурами января от -8,5 °С до - 11,5 °С. Черноземный Центр принадлежит к районам среднего увлажнения. За год выпадает от 450 до 575 мм осадков. Наблюдаются существенные различия в климатических условиях внутри региона: степень континентальности климата в западной части меньше, чем в восточной. Характер подстилающей поверхности в Черноземном Центре неодинаков. Его сильно пересеченная западная часть задерживает больше осадков, чем низменная восточная (Тамбовская область). Поэтому степень увлажнения отдельных частей района также различна - достаточная в Курской области, а на юго-востоке Воронежской области проявляется недостаток атмосферных осадков. На северо-западе и западе района испаряемость составляет около 600 мм, то есть почти равны годовому количеству осадков. На востоке 13 и юго-востоке района испаряемость возрастает до 800 мм, то есть почти в полтора раза превышает сумму осадков за год. Существенной чертой климата центрально-черноземных областей является его неустойчивость. Зимой в юго-западных районах бывают сильные оттепели, уничтожающие иногда снежный покров. Последующий за ними возврат холодов часто приводит к вымерзанию озимых. Годы хорошего увлажнения периодически сменяются годами с острым дефицитом атмосферных осадков, особенно в юго-восточных районах. В такие засушливые годы устойчивость сельскохозяйственных культур снижается. Различие климатических условий лучше всего проследить по сезонам года. Переход от зимы к весне в ЦЧО проходит довольно быстро. Со второй декады марта начинается таяние снежного покрова. В южной части района поля полностью освобождаются от снега в конце марта, а в северной, особенно в северо-восточной части, несколько позднее, примерно в первой декаде апреля. Период со среднесуточной температурой выше +5 °С устанавливается на юге района в начале, а на севере - во второй декаде апреля. Весной число дней с дождливой и пасмурной погодой достигает 14-15. Больше половины числа дождливых дней приходится на вторую и третью декады апреля. Число дней с малооблачной погодой в среднем весной не превышает 11-12. Наибольшее количество таких дней типично для юговосточной части района. Здесь с последней декады апреля или с начала мая устанавливается преимущественно сухая погода и происходит довольно интенсивный расход почвенной влаги. Весной (за апрель-май) на северо-западе и западе района выпадает до 9095 мм атмосферных осадков. На востоке и юго-востоке количество их снижается до 70 мм и менее. Для этой части района, близко к расположенной к засушливому Юго-Востоку, характерны весенние суховеи. Число дней с суховеями достигает в мае семи. На западе района оно снижается до трех. 14 К отрицательным явлениям весеннего периода относятся также и заморозки. Они бывают в отдельные годы не только в апреле, но и на протяжении всего мая. Вероятность появления заморозков исключена только с первой декады июня. Таким образом, в ходе весны в Черноземном Центре можно проследить следующие особенности: в западной части района весна более продолжительна и повышение температур происходит в основном постепенно, в восточной части района весна «запаздывает» на 10-11 дней и ход ее совершается значительно быстрее. С прекращением ночных заморозков в Черноземном Центре начинается лето. Оно продолжается обычно до середины сентября. Среднемесячные температуры воздуха летних месяцев редко бывают ниже 19-20 °С. За этот период выпадает наибольшее количество атмосферных осадков. На СреднеРусской возвышенности количество их за июнь-сентябрь достигает 250 мм. Число дней с пасмурной и дождливой погодой составляет здесь от 12 до 25 % всех дней лета. Количество засушливых дней невелико (до 16). Несколько иной режим лета в восточной части Черноземного Центра. В этот период преобладает малооблачная погода. Среднемесячные температуры достигают 22 ° С. Почти половина всех малооблачных дней является засушливой. Суховеи возможны в течение всего лета, захватывая даже большую часть сентября. Наибольшее число дней с суховеями бывает в июле и августе (от 5 до 7). Общее число засушливых дней достигает за лето 22-30. Количество осадков за июль-сентябрь составляет до 230 мм. Осадки выпадают преимущественно в виде кратковременных ливней. Теплый период отличается в Черноземном Центре большей продолжительностью. На северо-западе и западе района он составляет примерно 175 дней (со средними суточными температурами выше 5 ° С). Общая же сумма температур за вегетационный период здесь достигает 2700 °. На юго-востоке района продолжительность вегетационного периода увеличивается до 185 15 дней, а сумма температур - до 3000 °. На северо-востоке продолжительность вегетационного периода и сумма его температур примерно те же, что и на северо-западе. Различие состоит лишь в том, что равная северо-западу общая сумма температур складывается здесь из более высоких средних суточных температур летних месяцев. Теплый период здесь захватывает значительную часть осени и продолжается фактически до первой декады октября на юго-востоке района и до последних чисел сентября в его северо-западной и северо-восточной частях. Начало осеннего периода характеризуется не только преобладанием ясной погоды и высоких дневных температур, но и значительной засушливостью. В первой половине октября обычно начинаются затяжные моросящие дожди. Падение среднесуточных температур ниже +5 ° С почти на всей территории района происходит после 20 октября. Таким образом, осень, в обычном понимании этого слова, охватывает в Черноземном Центре только часть октября и ноябрь. В конце ноября на севере и в начале декабря на юге района устанавливается слабоморозная погода. В это время происходит постепенный переход к зиме. Зимний период в Центрально-Черноземных областях длинный. В связи с частыми вторжениями холодных воздушных масс из северо-восточных и восточных районов страны здесь имеют место значительные понижения температуры (до -30 ° С и ниже) сильные морозы не бывают продолжительными. Столь же частое вторжение атлантического воздуха вызывает резкий переход к оттепелям. В связи с этим зима в Черноземном Центре неустойчивая, что отражается на толщине снежного покрова. Накопление его идет на протяжении всей зимы, и наибольшую мощность снежный покров приобретает в конце феврале-начале марта. Высота снежного покрова в южной части района равна в это время 20 30 см, а в северной 50-60 см. В западной части Черноземного Центра зима несколько мягче, чем в восточной, и менее продолжительна. 16 При изучении изменений климата мы сделали акцент на двух основных элементах: температурном режиме и количестве осадков. Эти параметры подсчитывались и осреднялись за периоды 1961- 1990 гг., 1971-2000 гг., 1991-2000 гг., затем средние показатели сравнивались с многолетней климатической «нормой-80». Территория Центрального Черноземья, по мнению Л.В. Клименко, является областью относительно наибольшей стабильности атмосферных процессов, а, следовательно, и наибольшей в пределах ЕТР устойчивости аномалий температуры, однозначная характеристика которой обычно распространяется на весь этот регион, до некоторой степени соразмерный с масштабом синоптического процесса. Крупные аномалии среднемесячной температуры и месячных сумм осадков, формирующиеся над Русской равниной, чаще распространяются или над восточной, или над западной частями лесостепной зоны. Центральная часть лесостепи в пределах Курской области чаще других находится под влиянием этих крупных аномалий месячных характеристик климата. Поэтому нами была выбрана метеостанция Курск в качестве репрезентативной для исследования аномалий метеорологических параметров. Таблица 1 Отклонение в оС среднемесячной температуры воздуха за периоды 1961-1990гг., 1971-2000гг., 1991-2000гг от климатической «нормы-80» по метеостанции Курск годы янв фев мар апр май июн июл авг сен окт ноя дек год 1961-90гг 1971-2000 1991-2000 0,5 1,9 3,6 0,0 1,0 2,2 0,6 1,3 1,9 0,3 0,7 1,2 0,3 0,1 -0,3 0,1 0,4 0,8 0,0 0,1 0,4 0,1 0,0 0,0 0,2 0,1 0,8 -0,1 -0,7 -1,4 0,0 0,1 -0,5 0,2 0,4 0,8 -0,2 -0,1 0,7 Тенденция к потеплению выражена более заметно. Наибольшие положительные аномалии температуры воздуха отмечены в холодный период года - с января по апрель. Так, в январе среднемесячная температура повысилась по сравнению с «нормой-80» на 3,6о С, в феврале – на 2,2оС, в марте – на 1,9оС, в апреле – на 1,2оС. 17 Общую тенденцию к росту температуры воздуха в холодный период нельзя считать однозначной. Все метеостанции ЦЧО в последнем десятилетии XX века отметили резкие похолодания, связанные с затоком холодных арктических воздушных масс, в ноябре-декабре. За последние десять лет в ноябре и декабре температура воздуха оказалась ниже «нормы-80» на 0,51,3оС. Данный факт следует иметь в виду при оценке условий перезимовки растений. В теплый период года температурный режим изменился незначительно по сравнению с нормой. Обращает на себя внимание тот факт, что в мае статистически значимо отмечаются отрицательные отклонения среднемесячной температуры воздуха от нормы. На практике это означает длительные возвраты холодов, заморозки в начале вегетационного периода, отрицательно сказывающиеся на состоянии посевов. Рассмотрев ряд средних месячных температур воздуха и рассеяние средних месячных значений температур воздуха в отдельные годы по отношению с средней многолетней температуре за данный месяц, мы получили близкие значения средних квадратических отклонений (в оС) за периоды 1991-2000 гг. и 1891-1980 гг. (табл.2). Сравнения проводились для станции Курск, имеющей длительный ряд наблюдений и стабильное место расположения с 1891 года. Таблица 2 Среднеквадратическое отклонение среднемесячной температуры воздуха Янв годы «норма-80» 3,6 1961-1990 4,1 1971-2000 3,8 1991-2000 2,6 фев 3,6 3,7 3,9 3,0 мар 2,5 3,0 2,7 2,3 апр 2,4 2,5 2,5 2,4 май июн июл авг 2,3 2,3 2,2 2,0 1,9 1,9 2,2 2,3 1,7 1,5 1,5 1,4 1,8 1,5 1,5 1,2 сен 1,7 1,6 1,9 2,4 окт 2,3 1,9 1,7 1,3 ноя дек 2,4 2,0 2,7 3,8 2,9 2,8 2,7 2,8 год 0,9 1,1 1,1 0,8 Относительная стабильность и даже уменьшение величин среднеквадратического отклонения от нормы температуры воздуха при однозначных аномалиях величины указывает на то, что абсолютные величины отклонений 18 температуры воздуха от средних многолетних значений в последнем десятилетии XX века несколько уменьшились. Важной характеристикой условий произрастания растений является изменчивость средних максимальных и средних минимальных температур воздуха. В течение XX столетия средняя максимальная температура увеличилась на 0,8оС, в то время как средняя минимальная температура выросла на 1,2С (рис.2). 12,5 Температура, град 12,0 11,5 11,0 10,5 10,0 9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 Температура, град . . . . . . . . . . y = 0,0082x - 6,1748 Годы Средняя максимальная температура воздуха Курск 1912-2005гг 5,0 3,0 1,0 -1,01900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Годы y = 0,0119x - 21,375 Средняя минимальная многолетняя температура воздуха Курск 1896-2005гг Рис. 2. Изменение средней максимальной и средней минимальной температуры воздуха в XX веке в Курске 19 Вследствие повышения приземной температуры воздуха в XX веке является увеличение продолжительности и теплообеспеченности вегетационного периода. Анализ средних значений сроков прекращения и начала заморозков и продолжительности безморозного периода вегетации показал, что данные, полученные за 1891-1980 гг., 1961-90 гг., 1991-2000 гг. периоды, различаются в пределах не более 3 суток. Межгодовая изменчивость временных границ безморозного периода дат окончания и возобновления заморозков составила 13 суток. Изменчивость продолжительности безморозного периода вегетации примерно в 1,3-1,6 раза больше изменчивости сроков начала и окончания, что косвенно свидетельствует об их некоррелированности. На рис. 3 приведен график временного хода продолжительности безморозного периода. На фоне устойчивого увеличения вегетационного периода наблюдается статистически незначимое увеличение продолжительности 2000 2005 1990 1995 1980 1985 1970 1975 1960 1965 1950 1955 1940 1945 y = 0,0922x - 14,684 1930 1935 1920 1925 1910 1915 1900 1905 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 1890 1895 Дни безморозного периода вегетации. Годы в воздухе Линейный (в воздухе) Продолжительность безморозного периода в воздухе 18912005 Курск Рис. 3. Продолжительность безморозного периода в воздухе 1891-2005 Курск Существенное влияние климатические изменения оказывают на осадки (табл. 3). Таблица 3 20 Отклонения количества осадков (%) по месяцам и за год за периоды 1961-90,1971-2000,1991-2000гг от «нормы-80» по данным метеостанции Курск янв 1961-1990гг 111 1971-2000гг 108 1991-2000гг 101 фев 106 113 131 мар 100 100 111 апр 108 113 118 май 98 102 103 июн 118 128 116 июл 104 112 113 авг 98 96 85 сен 102 126 148 окт 100 133 175 ноя 100 94 83 дек 102 89 68 Год 104 109 111 В течение последних 10 лет сумма осадков, выпадающих в течение года, существенно не изменилась. Заметно уменьшилось количество осадков в декабре и составило 68% от «нормы-80», в августе 85% от «нормы-80». Больше осадков стало выпадать в сентябре, октябре 148 – 175% от нормы. В остальные месяцы количество осадков за исследуемый период близко к климатической норме. Наблюдаемые изменения влагообеспеченности вегетационного периода в целом нельзя считать неблагоприятными для сельскохозяйственного производства. Анализируя изменчивость атмосферных осадков (коэффициент вариации) для станции Курск за различные временные интервалы, мы отмечаем, что для осадков величина коэффициента вариации в последнем десятилетии существенно отличается от данной характеристики для столетнего ряда наблюдений (табл.4). Таблица 4 Коэффициент вариации месячного количества осадков Годы янв фев март апр май июн июл авг сент окт но- дек год яб «Норма-80» 0,63 0,61 0,54 0,60 0,63 0,62 0,65 0,60 0,58 0,73 0,55 0,56 0,18 1961-1990гг 0,54 0,49 0,52 0,56 0,57 0,48 0,49 0,54 0,55 0,63 0,52 0,55 0,18 1971-2000гг 0,46 0,42 0,53 0,57 0,52 0,50 0,53 0,56 0,57 0,59 0,62 0,59 0,15 1991-2000гг 0,46 0,35 0,49 0,45 0,42 0,62 0,61 0,66 0,66 0,63 0,70 0,47 0,11 Относительное уменьшение коэффициента вариации атмосферных осадков фиксируется в месяцы (декабрь - мае). В переходные периоды года (осенью) изменчивость атмосферных осадков относительно возрастает в последнем десятилетии по сравнению со столетним рядом наблюдений. Данная 21 тенденция отражает изменения в атмосферной циркуляции, происходящие в конце столетия. Аналогичные результаты по изменчивости атмосферных осадков отмечены и для других метеостанций Центрально-Черноземного района. Распределение температуры воздуха в зимний период, когда приход солнечного тепла незначителен, определяется влиянием выноса тех или иных воздушных масс и их радиационным охлаждением. В теплый период года повторяемость перемещений воздушных масс из различных географических районов определяет термический режим и влагообеспеченность территории. Исследования многолетних изменений климата и их долгосрочная оценка в первую очередь основывается на анализе одного из климатообразующих факторов – циркуляции атмосферы. Оценить причастность крупномасштабных атмосферных процессов Северного полушария (ЭЦМ) к формированию аномалий климатических параметров пытались специалисты и ранее. Нами рассмотрены тенденции изменения отдельных климатических параметров, выявлены связи типов атмосферной циркуляции с аномалиями климатических характеристик в регионе и оценены статистически значимые тренды типов циркуляции атмосферы. Зависимость аномалий климата от ЭЦМ оценивалась с помощью корреляционного метода сравнения временных геофизических рядов с крупномасштабной атмосферной циркуляцией. В расчетах использованы среднесуточные значения температуры воздуха и количества осадков в январе и июле 1971-1995 гг. По этим данным для каждого дня вычислялись средние многолетние значения указанных характеристик, а затем определялись их аномалии. Метод сравнения временных геофизических рядов с календарями смены ЭЦМ содержит определенные вычислительные процедуры. Ежедневный календарь смены ЭЦМ преобразуется во временной ряд геофизического показателя циркуляции, в котором наблюдаемые номера ЭЦМ заменяются на средние значения геофизического параметра за время существования каждого ЭЦМ (температуры воздуха, суточной суммы осадков и др.). Затем вычис22 ляются коэффициенты корреляции между временными рядами геофизического показателя циркуляции и геофизического параметра не только в совпадающие моменты, но и при сдвигах во времени между этими рядами. Максимальное или минимальное значения коэффициента корреляции в зависимости от знака временного сдвига характеризуют отклик геофизического параметра на циркуляцию при отрицательных сдвигах или отклик циркуляции на геофизический параметр при положительных сдвигах. Для принятия решения о существовании связи между коррелируемыми рядами строится распределение вероятностей коэффициента корреляции при заведомом отсутствии связи между геофизическим показателем циркуляции и геофизическим параметром. Ряд геофизического параметра моделируется шумовым рядом, модуль спектра которого в среднем по ансамблю реализаций совпадает с модулем спектра ряда геофизического параметра. Все перечисленные операции проделываются и для шумового ряда геофизического параметра. Они повторяются для разных исходных реализаций шумового ряда, что позволяет построить выборочное интегральное распределение вероятностей шумового коэффициента корреляции. Доверительной вероятностью для принятия решения о существовании связи между рядом геофизического параметра и показателем циркуляции является вероятность того, что шумовые коэффициенты корреляции не превысят значений нешумовых. Далее аналогичным образом вычисляется вероятность того, какие ЭЦМ вносят статистически значимый вклад в создание этой связи. В табл. 1 представлен список ЭЦМ, которые имеют значимую статистическую связь с аномалиями геофизических параметров при доверительной вероятности более 0,75. Следует отметить, что в настоящей работе сохранены условные обозначения ЭЦМ, указанные в первоисточнике. 23 Таблица 1 Статистические характеристики ЭЦМ и метеорологические характеристики, соответствующие им в Курске в январе за 1971-1995 гг. Метеорологическая характеристика ЭЦМ Ср. суточная температура воздуха, оС Общая продолжительность ЭЦМ, дни Средняя аномалия характеристики при данном ЭЦМ -12,5 -9,2 -10,0 -5,2 1,3 0,9 1,0 1,7 1,8 0,8 -5,1 -1,7 -2,6 2,2 -0,1 -0,5 -0,3 0,4 0,5 -0,5 17,8 18,1 17,6 19,7 19,6 16,0 17,2 1,9 1,9 3,8 5,1 2,0 1,9 -0,6 -0,3 -0,8 1,4 1,3 -2,4 -1,2 -0,5 -0,5 1,3 2,6 -0,4 -0,5 ЯНВАРЬ 18 40 47 196 10 24 23 45 40 25 4в 12бз 12г 13з 1б 5б 7аз 11г 12бз 12вз Среднесуточные суммы осадков, мм Среднее значение метеорологической характеристики при данном ЭЦМ ИЮЛЬ Среднесуточная температура воздуха, оС 2б 3 4б 4в 7бл 8бл 9б 2б 4б 4в 8бл 10а 13л Среднесуточные суммы осадков, мм 55 26 56 42 23 17 18 55 56 42 17 16 262 Обобщенные сведения об ЭЦМ, определяющих аномалии климатических параметров представлены в табл. 2. Таблица 2 Статистические характеристики суммарной продолжительности ЭЦМ, имеющих статистически значимую связь с аномалиями климатических параметров Климатическая характеристика Среднесуточная темпера- ЭЦМ, вызывающие положительЭЦМ, вызывающие отрицательные ные аномалии климатических хааномалии климатических характерирактеристик стик Mean. Std, b(tr) d(tr), Mean. Std, b(tr) d(tr), % дни дни дни/10 % дни дни дни/10 лет лет ЗИМА 18 15 2,9 46,3 7 5 -0,7 5,8 24 тура воздуха Суточные суммы осадков Среднесуточная температура воздуха Суточные суммы осадков 10 7 -0,1 0,1 9 7 -1,4 17,9 6 5 -0,9 ЛЕТО 13,3 21 10 -1,7 21,0 6 5 -0,6 6,4 47 18 1,8 14,2 Примечание: в табл.2 приведены статистические характеристики, рассчитанные по данным периода с 1899 по 1995 гг., где mean – среднее, std – стандартное отклонение, b(tr) - коэффициент линейного тренда, d(tr) – объясненная трендом доля дисперсии ряда (в %), которая используется в качестве меры значимости линейного тренда. Зимний период. Средняя продолжительность ЭЦМ, связанных с положительными аномалиями температуры воздуха, составила 18 дней. В изменении продолжительности этих ЭЦМ отмечен положительный статистически значимый тренд. Продолжительность ЭЦМ, связанных с отрицательными аномалиями температуры воздуха, составила 7 дней и характеризовалась отрицательным статистически незначимым трендом. Обе тенденции способствуют увеличению температуры воздуха в холодном полугодии. Отрицательные аномалии среднесуточной температуры воздуха связаны с действием ЭЦМ 4в, 12г и 12бз, которые относятся к группам «Нарушение зональности» и «Меридиональная северная циркуляция». Наибольшее понижение температуры воздуха происходит при ЭЦМ 4в и 12г. При этом воздушный перенос над Русской равниной становится широтным западным, а исследуемая территория находится под воздействием западных циклонов. Положительные аномалии осадков над исследуемой территорией обусловлены развитием ЭЦМ 11 г и 12 бз, относящихся к «Меридиональной северной циркуляции». При ЭЦМ 11г осуществляется широтный западный перенос, при ЭЦМ 12бз воздушный перенос над Русской равниной становится долготным южным с выходом на территорию южных циклонов. 25 Средняя суммарная продолжительность ЭЦМ, связанных с отрицательными аномалиями суточных сумм осадков в холодный период, составляет 9 дней. Изменение суммарной продолжительности этих ЭЦМ характеризуется отрицательным статистически значимым трендом. После 1999 года отмечен рост суммарной продолжительности ЭЦМ, связанных с отрицательными аномалиями суточных сумм осадков в холодный период. Проведенный анализ показал, что в январе наибольшее число связей с аномалиями метеорологических параметров характерно для ЭЦМ 13з, 1б и 7аз, относящихся к группам «Отрог Сибирского антициклона» и «Южные циклоны». Летний период. В изменении продолжительности ЭЦМ, связанных с положительными аномалиями температуры воздуха летом, выявлен отрицательный статистически незначимый тренд. В летний период положительные аномалии температуры воздуха на исследуемой территории связаны с ЭЦМ 4в и 7бл (нарушение зональности). ЭЦМ 4в формирует над Русской равниной широтный западный и долготный южный воздушный перенос с выходом на территорию юго-западных циклонов. При ЭЦМ 7бл территория оказывается под действием стационарного антициклона. Отрицательные аномалии температуры воздуха обусловлены ЭЦМ 2б (зональная циркуляция), 3, 4б (нарушение зональности), 8бл, 9б (меридиональная северная циркуляция). При ЭЦМ 3, 8бл, 9б над Русской равниной осуществляется широтный западный и долготный южный воздушный перенос с выходами на территорию юго-западных циклонов. ЭЦМ 2б соответствует широтный западный перенос и воздействие гребня Азорского антициклона на исследуемую территорию. При ЭЦМ 4б над Русской равниной преобладает долготный северный воздушный перенос, а территория ЦЧР находится под влиянием арктических антициклонов. В изменении продолжительности ЭЦМ, связанных с отрицательными аномалиями температуры воздуха летом выявлен отрицательный статистически значимый тренд. 26 За этот же период в изменениях продолжительности процессов, связанных с положительными аномалиями суточных сумм осадков, отмечен отрицательный статистически незначимый тренд, а в изменениях продолжительности процессов, связанных с отрицательными аномалиями осадков, наблюдается положительный статистически значимый тренд. Обе тенденции направлены на уменьшение среднемесячного количества осадков летом. За этот же период наблюдается отрицательный статистически незначимый тренд в изменении среднемесячного количества осадков в летний период. Вышеперечисленные закономерности получены на основании анализа продолжительности ЭЦМ в зимний и летний периоды с 1971 по 1995 год. Увеличив период исследования с 1899 по 1995 гг., провели аналогичный анализ изменений крупномасштабной циркуляции для холодного и теплого полугодий в целом. Получены близкие результаты (рис. 1 и 2). Подтверждается тенденция существования положительного линейного тренда в изменении температуры воздуха для столетнего периода наблюдений. Для ЦентральноЧерноземного региона положительный линейный тренд составил 2,9 0/100 лет при вкладе в дисперсию 46, 3 % - для зимнего периода и -0,9 0/100 лет при вкладе в дисперсию 13,3 % - для летнего периода. Продолжительность процессов, связанных с положительными аномалиями температуры воздуха в холодном периоде, постоянно увеличивалась. Период более быстрого роста продолжительности этих процессов наступил с середины 60-х годов XX века. В теплом полугодии отмечен рост продолжительности ЭЦМ, связанных с отрицательными аномалиями суточных сумм осадков. Коэффициент линейного тренда составил 1,8 мм /сут/100 лет при вкладе в дисперсию 14,2 %. Положительные аномалии суточных сумм осадков за столетний ряд наблюдений не имеют статистически значимого линейного тренда. Наиболее значительные положительные аномалии температуры наблюдались в период действия на территории стационарных антициклонов и атлантических циклонов, при ведущей роли последних, так как суммарная 27 продолжительность их была почти в 2,5 раза больше, чем у стационарных антициклонов Отрицательные аномалии температуры воздуха формировались при ультраполярных антициклонических вхождениях на ЕТР (УП-1зап., УП-3с.в., УП-1вост., УП-2вост.) и одном из циклонических типов - Цн-4. Все указанные процессы относятся к меридиональной форме циркуляции. Положительные аномалии осадков в январе связаны с циклоническим типом Цн-1 (меридиональная форма циркуляции) и стационарным антициклоном. Средние суточные осадки выше среднемноголетнего значения - отличительная их черта. В июле положительные аномалии температуры воздуха над исследуемой территорией формируются при северных (Ацн-1-3), западных (Зап-1,Зап2) и северо-западных (СЗ-2) антициклонических вхождениях на территорию ЕТР. Северные и северо-западные антициклонические вхождения характеризуются меридиональной составляющей циркуляции, а западные - ее зональной составляющей. Отрицательные аномалии температуры воздуха летом связаны с циклоническими (Цн-1 и Цн-2) и северо-западными антициклоническими (СЗ-1) вхождениями на исследуемую территорию. Все указанные типовые процессы характеризуются меридиональной составляющей циркуляции. На рис. 5 и 6 показано, как изменяется суммарная продолжительность в днях типов атмосферной циркуляции, вызывающей как похолодание, так и повышение температуры воздуха в июле. 28 y = 1,1818x + 4,2091 2 R = 0,2494 30 20 10 0 -101991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Годы Рис. 5. Сумма типов циркуляции, вызывающих положительные аномалии температуры воздуха в июле y = -0,7273x + 12,364 R2 = 0,5387 15 10 5 0 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Годы Рис.6. Сумма типов циркуляции, вызывающих отрицательные аномалии воздуха в июле. Анализ типов атмосферной циркуляции и их связей с аномалиями метеорологических параметров в период 1991-2002 гг., проведенный нами, показывает, что в последнем десятилетии XX века отмечается определенная стабилизация в циркуляционных процессах: резких аномалий в количестве осадков зимой не отмечено. Аномалии температуры воздуха в январе за счет изменения циркуляционного фактора достаточно устойчивы по знаку и вели29 чине. В летний период выявились статистически значимые тренды в изменении продолжительности синоптических процессов, вызывающих как отрицательные, так и положительные аномалии температуры воздуха. 1.3 Опасные погодно-климатические явления Центрально-Черноземный регион находится в центре Русской равнины, вдали от морей и крупных водоемов, поэтому количество опасных явлений здесь сравнительно невелико. Повторяемость опасных явлений в регионе близка к средним характеристикам количества опасных явлений по стране. Максимальная вероятность опасных явлений характерна для территорий, где наблюдаются различия в подстилающей поверхности – горы, моря, долины крупных рек, например, Северный Кавказ, Приморье и др. Сильный дождь. Сильный дождь – отмечается при количестве осадков 50 мм и более за 12 часов или более короткий временной интервал. Фиксируется также сильный ливень – количество осадков 30 мм и более за 1 час. Как правило, образуется на атмосферных фронтах со значительной конвективной неустойчивостью при наличии мощной кучевой облачности. Негативным фактором воздействия является гидродинамический поток воды, затопление территории, дождевой паводок. Возможен размыв почвы, дорог, возникновение текучего состояния почвы. Возникают затруднения в работе транспорта и проведение наружных работ. Повреждаются сельскохозяйственные посевы, особенно расположенные на склонах. Продолжительные дожди – суммарное количество осадков 120 мм и более за трое суток. Как правило, образуются при прохождении активных циклонов, при большой конвективной неустойчивости и связаны с кучеводождевой и слоисто-дождевой облачностью. Негативные последствия такие же, как при сильных дождях и ливнях. Сильный снегопад – это количество осадков 20 мм и более за 12 часов и менее, что связано с атмосферными фронтами глубоких циклонов. Харак30 теризуются существенной снеговой нагрузкой на различные сооружения, деревья, на дорогах возможны образования снежных заносов, вызывающих затруднения в работе транспорта. Сильная метель – это выпадение и перенос снега при скорости ветра 15 м/с и более в течение не менее 12 часов. Образуется на атмосферных фронтах глубоких циклонов, а также на перифериях антициклонов, где сильные барические градиенты вызывают низовую метель. Сильные метели формируют гидродинамический и аэродинамический эффект, способствующий ветровой и снеговой нагрузке на сооружения. Образуются снежные заносы. Отмечаются повреждение и разрушения линий связи и электропередач, затруднения в работе транспорта. Сильный гололед (сложные отложения) – диаметр отложений льда на проводах 20 мм и более, для сложного отложения и налипания мокрого снега – 35 мм и более. Образуется зимой в циклонах, преимущественно в теплых секторах, при выносе теплого влажного воздуха на холодную поверхность при температуре у земли от 0 до -8оС. Возможно образование сильных гололедов на перифериях стационарных антициклонов или перед теплым малоподвижным фронтом. Негативно, прежде всего, гравитационное воздействие: гололедная нагрузка на проводах, на поверхности. Возникает обрыв проводов. Затруднена работа транспорта. Сильный мороз – температура воздуха у поверхности земли -35оС и ниже. Образуется зимой в тыловой части циклона или в центральной части антициклона. Происходит выхолаживание почвы и воздуха. Из-за опасности обморожения прекращаются все виды наружных работ. Возможны нарушения в теплоснабжении, нарушения в работе транспорта. Возникают простудные заболевания людей и животных. Сильная жара – температура воздуха у земли 35оС и выше. Образуется в теплое время года при устойчивом выносе сухих теплых воздушных масс в юго-восточных и южных частях циклонов, центральных частях антициклонов. Возникает перегрев почвы и воздуха. При сильной жаре возможны 31 нарушения в работе транспорта и электроснабжении. Повышается заболеваемость людей и животных из-за тепловых ударов. Возможны повреждения сельскохозяйственных культур. Суховей – сохранение в течение 3 дней и более температуры воздуха 25оС и выше, при низкой относительной влажности воздуха (менее 30%) и скорости ветра 7м/с и более. Из-за суховея возникает перегрев почвы и воздуха, иссушение почвы. Отмечается гибель сельскохозяйственных посевов, тепловые удары у людей и животных. Крупный град – диаметр 20 мм и более. Формируется на активных атмосферных фронтах, при значительной конвективной неустойчивости в атмосфере. Из-за крупного града возможно разрушение и повреждение строений, повреждение посевов сельскохозяйственных культур, гибель животных. Заморозок – понижение температуры воздуха или на поверхности почвы ниже 0оС в теплый период года. Формируется в антициклонах или гребнях повышенного атмосферного давления у поверхности земли при вторжении холодного арктического воздуха. Охлаждение почвы и воздуха в период активной вегетации сельскохозяйственных культур может привести к значительному повреждению посевов. Сильный продолжительный туман - метеорологическая дальность видимости 100 метров и менее, при продолжительности 12 часов и более. Возникает в антициклонах или в теплых секторах циклонов при выносе теплого влажного воздуха. Вызывает затруднения в работе всех видов транспорта. Сильный ветер. К категории «сильного ветра» относится ветер с максимальной скоростью 25 м/с и более. Сильный ветер оказывает аэродинамическое давление и ветровую нагрузку на сооружения и человека. Вызывает разрушение построек, повреждение воздушных линий связи и электропередач. В сельском хозяйстве возможны повреждения посевов. Часто возникают затруднения в работе транспорта, строительстве. Отмечается перенос почвы, снега. Сильный ветер связан с синоптическими процессами в тропосфере, конвективной неустойчивостью и рельефом местности. 32 Смерч. Сильный мелкомасштабный вихрь под облаками. Имеет вид темного облачного столба диаметром в несколько десятков метров. Он опускается в виде воронки из низкого основания кучево-дождевого облака, навстречу которой с земной поверхности может подниматься другая воронка из брызг и пыли, соединяющаяся с первой. Скорость ветра в смерче достигает 50-100 м/с при сильной восходящей составляющей. Опасность представляют мощный аэродинамический удар и сильное разрежение воздуха за счет падения атмосферного давления. Наблюдаются всасывание и подъем, раздробление и вихревые разрушения предметов, их придавливание. По пути перемещения смерча на поверхности земли возникают катастрофические разрушения. Опасные явления имеют различную повторяемость: наиболее часто наблюдаются заморозки: 1 раз в два-три года. Туманы, сильный ветер могут наблюдаться один раз в пять-шесть лет. Сильный мороз и сильная жара – один раз в 10 лет. Наиболее редко фиксируются смерчи – один раз в 80-100 лет. 1.4. Понятие „климатические ресурсы" Большая часть географов опирается на определение, принадлежащее Н. Ф. Реймерсу , который называет природными ресурсами „природные объекты и явления, используемые в настоящем, прошлом и будущем для прямого и непрямого потребления, способствующие созданию материальных богатств, воспроизводству трудовых ресурсов, поддержанию условий существования человечества и повышающие качество жизни". По другому определению, климатические ресурсы представляют собой „интегральную совокупность параметров атмосферы - ее вещества, энергии, информации и пространства, прямое или непрямое потребление которых поддерживает существование и улучшает качество жизни, способствует со33 зданию материальных благ". При экологическом подходе природноресурсный потенциал оценивается как „совокупность условий, необходимых для жизни и воспроизводства, населяющих данную территорию организмов, в том числе и человека". Экономический подход позволяет оценить стоимость природных ресурсов. Наиболее полезна, по мнению авторов, экологоэкономическая оценка использования природных ресурсов, так как она включает учет затрат на восстановление естественного ландшафта в результате эксплуатации природных ресурсов. Применительно к климатическим ресурсам эколого-экономический подход не имеет первостепенного значения, хотя экологические последствия при оценке ресурсов следует учитывать. Использование климатических ресурсов, как правило, не приводит к серьезным экологическим нарушениям окружающей среды. Скажем, использование осадков для орошения в разумных пределах практически не имеет вредных последствий, хотя выпадение осадков само по себе может нанести большой ущерб, например, вызвать наводнение. Эксплуатация ветроэнергетических установок создает некоторый шум и распугивает птиц в окрестности. Однако такого рода нарушения экологической обстановки не идут в сравнение с пользой, получаемой от выработки энергии ветродвигателями. Располагая здание оптимальным образом по отношению к ветру, т. е. используя косвенным образом ресурсы ветра, можно создать неблагоприятные экологические условия вокруг этого здания. Но данный вопрос обычно решается на стадии проектирования, и поэтому нет необходимости учитывать экологические последствия при оценке климатических ресурсов. Анализировать и районировать климатические ресурсы, как и природные ресурсы, можно с двух основных позиций: экономической и географической. Географическая концепция характеризуется тем, что: -во-первых, анализ ресурсов начинается с физико-географических исследований, и при их районировании исходным таксоном служит ланд34 шафтный район, т.е. ресурсный потенциал определяется свойством геосистемы; - во-вторых, по географическому определению, природно-ресурсный потенциал — это те свойства природы, которые теоретически доступны для использования в любой отдаленной перспективе. Сторонники экономической концепции исходят из того, что: во-первых, природно-ресурсный потенциал начинается с оценки направления его использования. Природно-ресурсный потенциал является частным случаем экономического районирования, единицей которого служит административный район; во-вторых, понятие природные ресурсы „исторически конкретно" и непосредственно связано с конкретным использованием. Обе концепции имеют право на существование, и выбор зависит от цели исследования. Если оценивать климатические ресурсы, то наибольший эффект от их использования может быть достигнут при экономическом подходе. Поэтому в литературе принято следующее определение, используемое при представлении основной части материала: „климатическими ресурсами называются запасы вещества, энергии и информации в климатической системе (прежде всего атмосфере), которые используются или могут быть использованы для решения конкретной задачи в экономике или социальной сфере". В показателях климатических ресурсов должна быть отражена приносимая ими польза. Благодаря такому подходу выделено много разновидностей климатических ресурсов. В данном пособии рассматривается климатический ресурсный потенциал практически всех основных видов экономической и социальной деятельности на территории Центрально-Черноземных областей. Соответствие климата понятию „ресурсы" Принадлежность климата к природным ресурсам должна быть связана с определенными условиями. Одним из первых такие условия, характеризу35 ющие ресурсы, сформулировал американский экономист Д. Свелл, который считает, что ресурсы должны: быть небольшими по сравнению со спросом; быть способными вызвать конфликт; иметь отраслевого хозяина; открывать возможности для капиталовложений и применения современной технологии. Всем этим условиям как атмосферные, так и климатические ресурсы практически удовлетворяют. Например, конфликт может быть вызван изменением содержания в атмосфере загрязняющих веществ, климатические характеристики температуры, влажности, ветра, солнечной радиации определяют в значительной мере затраты на капитальные вложения в строительство зданий и сооружений. Каждый вид климатических ресурсов ориентирован на решение определенной задачи и, как правило, имеет хозяина. Например, ветроэнергетические ресурсы находятся в ведении Минэнерго, а ресурсами осадков, используемых для орошения, ведают сельскохозяйственные организации. Несколько другие условия, позволяющие считать климат ресурсом, сформулированы международной рабочей группой по проблемам климата в составе Совета климатических исследований Ассамблеи физико- математических наук. Рабочая группа считает, что ресурсы существуют всегда в контексте ограниченности и цены. Это условие также выполняется при применении к такой категории, как климат. Действительно, если бы климат не менялся в пространстве и во времени, он не был бы интересен в экономическом аспекте. В этом случае человеческая деятельность протекала бы в однородной внешней среде, которой не надо было бы присваивать цену. Изменчивость же климата обеспечивает и его ограниченность, и цену. Следовательно, встает вопрос о климатических ресурсах. 36 Понятно, например, что сезонность климата ограничивает некоторые виды хозяйственной и социальной деятельности, а другим, наоборот, способствует. Так же воздействует и изменчивость климата в пространстве. Дифференциация климата во времени и в пространстве определяет также возможность присваивать климату цену. Например, два совершенно одинаковых участка земли, расположенные в районах с разными климатическими условиями, будут иметь различную ценность, так как количество климатических ресурсов у этих участков разное. Обладая такими участками, их владельцы как бы получают доступ к тем или иным климатическим ресурсам, могут производить их обмен и денежные расчеты при обмене. Таким образом, климат приобретает черты собственности. Поскольку имеются принципиальные возможности менять климат и эти возможности с течением времени растут, климат становится все более пригодным для продажи или приобретения, как и другая собственность. Выбирая ту или иную политику, можно получить определенный климат аналогично тому, как получают чистую воду. Являясь собственностью, атмосфера и климат имеют некоторую особенность. Зависимость состояния атмосферы от циркуляции (атмосферной и океанической) придает атмосфере и климату отчасти статус общей собственности. Однако микроклимат формируется, прежде всего, под влиянием местных факторов и его часто можно не считать общей собственностью. Таким образом, климат удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к понятию „ресурсы". Использование климатических ресурсов Атмосферные ресурсы могут быть как климатическими, когда анализируют многолетние характеристики атмосферы, так и погодными, если оценивают характеристики атмосферы в заданный момент времени. По характеру использования можно выделить: 1) сами ресурсы не изменяются (возобновляемые ресурсы) и 2) ресурсы изменяются при искус- 37 ственном воздействии (не возобновляемые ресурсы), например при воздействии на осадкообразование, образование облаков и при рассеянии тумана. Использование ресурсов первой группы может быть активным и пассивным. Последнее разделение видов использования ресурсов, относящееся и к климатическим ресурсам, является очень важным. Оно позволяет значительно расширить понятие „климатические ресурсы" и применить ресурсный подход к решению более широкого круга задач по учету влияния климата на различные стороны социально-экономической деятельности. При активном, или прямом, использовании атмосферных и климатических ресурсов тот или иной их вид используется посредством некоторого технического вмешательства. Например, ветровая (или солнечная) энергия преобразуется с помощью ветро - (или гелио-)установок в другой вид энергии (например, в электрическую); атмосферные осадки используются для орошения с помощью простых технических приспособлений и т. п. Под пассивным, или косвенным, использованием атмосферных ресурсов подразумевается выбор хозяйственных и социальных мероприятий и решений, которые прямо не используют процессы, происходящие в атмосфере, но позволяют утилизировать выгоду от использования климатических характеристик. Таким образом, например, используются агроклиматические ресурсы в сельском хозяйстве, когда выбираются определенная культура и агротехнические мероприятия в зависимости от особенностей климата данного района; ориентируется строящееся здание с учетом направлений ветра и поступления солнечной радиации и тем самым увеличивается климатический ресурсный потенциал; планируются работы на открытом воздухе с учетом значений температуры воздуха и скорости ветра, и т. п. Развивая данную точку зрения, можно ввести понятие „отрицательные ресурсы". Такой вид ресурсов возникает, когда от тех или иных особенностей климата приходится защищаться: возводить ограждающие конструкции, отапливать помещение, устанавливать ветро-, снего- и солнцезащиту, учитывать в расчетах конструкции климатические нагрузки и т.п. Вместе с тем учет 38 климата позволяет сделать эту защиту более рациональной и экономичной, избежать лишних затрат, в связи с чем отрицательные ресурсы климата убывают. Уменьшение вредного влияния климата в связи с его изменением, например потеплением, может создать даже дополнительные положительные ресурсы. Классификации климатических ресурсов Климатические ресурсы классифицируются: - по метеорологическим величинам (температура, ветер, осадки и т. д.); - по территории или масштабу климатических процессов (макро-, мезои микроклиматические); - по направлению использования, т. е. по функциональному признаку (агроклиматические, биоклиматические и т. д.). Все три категории климатических ресурсов представлены в табл. 9. Таблица 9 Классификации климатических ресурсов по метеорологическим величинам, направлению использования (в секторах экономики и социальной сфере) и территории Классификационная единица По метеорологическим величинам 1. Общие климатические ресурсы 1.1.Энергетические ресурсы атмосферы 1.1.1.Солнечная радиация Пояснение Запасы энергии, вещества и информации в климатической системе, которые могут использоваться для разных целей Месячные и годовые суммы суммарной радиации Средняя месячная энтальпия 1.1.2.Теплосодержание 1.1.3.Ветер 1.1.4.Атмосферное электричество В настоящее время не используется 1.2.Тепловые ресурсы 1.2.1.Температура воздуха Средняя по площади температура воздуха 1.2.2.Температура почвы 1.3.Ресурсы влаги в атмосфере и почве (влажностные ресурсы) 1.3.1.Облачность Водность облаков 1.3.2.Осадки Среднее по площади количество осадков 1.3.3.Снежный покров Средняя по площади наибольшая декадная высота снежного покрова 1.3.4.Почвенная влага Средняя влажность почвы 1.4.Световые ресурсы 1.4.1.Освещенность Средняя по площади сумма суммарной 39 освещенности 1.5.Газовые ресурсы атмосферы 1.5.1.Озон 1.5.2.Отдельные газы атмосферы По направлению использования В настоящее время не используется Особое значение имеют О2, СО2 2. Специализированные макроэкономические ресурсы для различных секторов экономики и социальной сферы 2.1. 2.1.Агроклиматические ресурсы 2.1.1.Общие 2.1.2.Яровая пшеница 2.1.3.Озимая пшеница 2.1.4.Ячмень 2.1.5.Овес 2.1.6.Рожь 2.1.7.Картофель 2.2.Зооклиматические ресурсы 2.3.Лесохозяйственные климатические ресурсы 2.3.1.Повреждения лесов: пожароопасность, ветроломы и буреломы, энтомовредители, фитопатология 2.3.2.Производительность лесов 2.4.Климатические ресурсы водного хозяйства 2.4.1.Водоресурсы и водоснабжение 2.4.2.Управление водными ресурсами 2.4.3.Канализации (канализационные ресурсы) 2.5.Климатические ресурсы коммунального хозяйства 2.5.1.Топливно-климатические ресурсы 2.5.2.Автотранспорта (автотранспортные ресурсы) 2.5.3.Канализации (канализационные ресурсы) 2.5.4.Торговли (торговые ресурсы) 2.6.Биоклиматические ресурсы 2.6.1.Физиолого-климатические теплового состояния человека Запасы энергии, вещества и информации в климатической системе, используемые для конкретных целей Мало изучены; сводятся в основном к ресурсам для пастбищного животноводства Температурно-влажностный комплекс и частота сильных ветров Температура и влажность почвы Спрос на воду зависит от параметров климата Интенсивность осадков Характеристики отопительного периода Неблагоприятные условия погоды (дождь, ветер и др.) ресурсы Разделяются для летнего и зимнего сезонов и характеризуют тепловое состояние здорового человека 2.6.3.Лечебно-профилактические ресурсы для: органов дыхания, сердечно-сосудистых заболеваний, простудных заболеваний и ревматизма 2.6.4.Санитарно-гигиенические ресурсы для Санитарно-гигиенические нормативы градостроительства 40 2.7.Нефтегазовые климатические ресурсы 2.7.1.Прочностные ресурсы трубопроводов Определяют глубину заложения магисти компрессорных станций ральных трубопроводов и их целостность (особенно в районах чередования разных способов укладки) 2.8.Строительно-климатические ресурсы 2.8.1.Тепловые ресурсы зданий(жилых, общественных и производственных): теплозащитные ресурсы зданий (ограждающих конструкций); энергоклиматические ресурсы зданий (систем вентиляции и кондиционирования) 2.8.2.Нагрузочно-климатические ресурсы: Атмосферные нагрузки на здания и сооруветровые, гололедные, снеговые жения (ЛЭП, ВЛ, высотные здания и др.) 2.8.3.Ресурсы долговечности зданий «Косые дожди», температурные колебания (прочностные ресурсы) 2.8.4.Почвенно-климатические ресурсы для проектирования оснований и фундаментов зданий 2.8.5.Канализации (канализационные ресур- Интенсивность осадков сы) 2.8.6.Производственно-строительные ре- Не препятствуют или способствуют произсурсы водству строительно-монтажных и ремонтных работ 2.9.Энергоклиматические ресурсы 2.9.1.Ветроэнергетические ресурсы 2.9.2.Гелиоэнергетические ресурсы 2.9.3.Атомно-энергоклиматические ресурсы Благоприятствуют работе АЭС 2.9.4.Теплоэнергоклиматические ресурсы Благоприятствуют (не препятствуют) работе ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ 2.9.5.Гидроэнергоклиматические ресурсы Благоприятствуют работе ГЭС 2.10.Транспортно-климатические ресурсы 2.10.1.Автотранспорта (автотранспортные ресурсы) 2.10.2.Железнодорожного транспорта (железнодорожные ресурсы) 2.10.3.Авиации 2.10.4.Водного транспорта Представлены в специальных изданиях по морским трассам и рекам По территории 3.Территориальные климатические ресурсы Климатические ресурсы различных территорий 3.1.Макроклиматические ресурсы Рассматриваются по крупным территориям, государствам, значительным частям большого государства (см. п. 1 и 2 данной классификации) 3.2.Мезоклиматические ресурсы Рассматриваются по краю, району, области, населенному пункту 3.3.Микроклиматические ресурсы Рассматриваются по району городской застройки, сельскохозяйственному угодью, отдельному полю, дому 41 Классификации по направлению использования и по территории Предметом данных классификаций стали специализированные климатические ресурсы (см.табл.9), являющиеся потенциалом для решения конкретных прикладных задач. Выделяются различные виды климатических ресурсов: - по основным секторам экономики и социальной сферы, реагирующим на климат; - по территории (макро-, мезо-, микроклиматические ресурсы). Основными видами являются агроклиматические, биоклиматические, энерго-климатические, строительно-климатические, транспортно- климатические ресурсы климатические ресурсы коммунального хозяйства и др. Каждый из этих видов ресурсов имеет ряд разновидностей. Так, в агроклиматические ресурсы входят климатические ресурсы отдельных сельскохозяйственных культур; в биоклиматические - физиолого-климатические ресурсы, рекреационно-климатические ресурсы, лечебно-профилактические ресурсы (для больных с различными заболеваниями), санитарно- гигиенические ресурсы. В энергоклиматические ресурсы включаются ресурсы для развития гелиоэнергетики, гидроэнергетики, атомной, тепло- и ветровой энергетики. Строительно-климатические ресурсы состоят из ресурсов для обеспечения теплового режима зданий, устойчивости к климатическим нагрузкам зданий и и сооружений, долговечности зданий, проектирования канализации и трубопроводов, безопасного и экономного проведения строительных работ и др. Транспортно-климатические ресурсы складываются из ресурсов для автомобильного и железнодорожного транспорта, ресурсы коммунального хозяйства — из ресурсов для обеспечения работы городского транспорта, уборочных работ, отопления жилья и других, ресурсы водного хозяйства - из ресурсов для канализации, различных элементов водоснабжения и управления водными ресурсами. Последний вид климатических ресур- 42 сов очень важен, так как обеспечивает доступ к другому виду природных ресурсов - водным запасам. Данные виды и разновидности ресурсов могут определяться для любых территорий, как больших, так и малых. Можно оценивать микроклиматические ресурсы отдельного строения, поля или даже части поля. В то же время при анализе климатических ресурсов в очень большом регионе, включающем несколько стран, например на территории Евроазиатского континента, встречаются некоторые трудности. Они связаны с разным уровнем развития производительных сил в различных странах, качеством жизни и другими социально-экономическими факторами. Поэтому районирование климатических ресурсов, определяемых по данной схеме (социально-экономической), наиболее целесообразно реализовывать в условиях одной страны или группы стран с одинаковым уровнем развития, а также описывать климатические ресурсы в рамках любой сколь угодно малой территории внутри страны. Единицей территории при районировании климатических ресурсов в данном их понимании являются либо административное образование, либо населенный пункт или метеорологическая станция. Специализированные климатические ресурсы могут быть дополнительно подразделены на: потенциальные (ресурсный потенциал), возможные в принципе для использования; технические - часть потенциальных, реализуемых при помощи определенных технических или других средств; реальные, использование которых технически достижимо, экологически безопасно и экономически выгодно. Впервые такое разделение ресурсов применили специалисты по ветрои гелиоэнергетике, где оно наиболее актуально. Ими были выделены все три вида ресурсов. Потенциальные ресурсы в ветроэнергетике — это, скорее, гипотетические ресурсы. Например, в России они велики и могут перекрывать все дру43 гие источники энергии, однако выработать такое количество энергии практически невозможно. Для этого пришлось бы по всей территории России расположить ветродвигатели определенной конструкции и мощности, оптимальной для каждого района. Технические ресурсы составляют лишь часть потенциальных ресурсов и связаны с возможной утилизацией ветровой энергии посредством конкретных ветровых установок при их оптимизации для района. О технических ветроэнергетических ресурсах страны можно говорить лишь для некоторого стандартного двигателя. Похожим образом обстоит дело и с агроклиматическими ресурсами. Потенциальные агроклиматические ресурсы определяются в основном такими климатическими показателями, как тепло- и влагосодержание почвы, количество поступающей солнечной радиации. Но в реальных условиях прогнозируемый урожай зависит как от вида сельскохозяйственной культуры, так и от бонитета земли, от производственно-технических и других условий, например от орошения, уровня обеспеченности и качества сельскохозяйственной техники. В отличие от ветроэнергетики, где реальные климатические ресурсы всегда меньше потенциальных, реальные агроклиматические ресурсы могут превышать потенциальные. 1.5. Методика оценки и районирования индексов обеспеченности климатическими ресурсами До недавнего времени климат, подобно воде и воздуху, не рассматривался как собственность, практически не оценивался в экономическом плане, и поэтому методика введения климата в экономический анализ не была разработана. Климат по ряду причин трудно оценить количественно. Эксперты ВМО называют первой причиной то, что, как уже говорилось выше, климат имеет 44 черты общей собственности. Оценки, принятые при нормальных рыночных операциях, в большинстве случаев не удается распространить на климат. Вторая причина, по их мнению, возникает благодаря тому, что цена климата определяется на протяжении жизни целого поколения или даже больше, в то время как в настоящее время экономический анализ разработан для принятия решений на более короткий период. Некоторые традиционные методы оценки и анализа прибыли, использующие поправки на будущее, довольно сомнительны при их применении к климатическим условиям. По мнению Рабочей группы ВМО, для кардинального решения данной проблемы следует развивать новую, специальную макроэкономику, которая учитывала бы оценку вклада в прибыль влияния окружающей среды, в том числе климата. При этом Рабочая группа не определила, какую цену назначить климату. Попытки найти способы оценки стоимости климата делались рядом исследователей. Один из таких способов состоит в определении цены климата как индекса комфорта. От степени комфортности среды, в которой находится работник, зависит производительность труда. Например, если жарко и высокая влажность, то число рабочих часов сокращается и уменьшается интенсивность труда. При низкой температуре и скорости ветра > 10 м/с на работы на открытом воздухе вводятся повышенные расценки труда. Комфортность среды очень важна и для индустрии отдыха. Для достижения комфортности используется, например, кондиционирование воздуха. Стоимость этого мероприятия можно оценить количественно. Благодаря изменчивости во времени и в пространстве климат обеспечивает различный потенциал для разных видов производственной и социальной деятельности. Более детальное рассмотрение этих свойств климата позволит оценить их результаты в виде выгод или потерь. Климатический потенциал может быть оценен как фундамент затрат (финансовых и др.). Например, цена климата некоторого южного района может реализоваться в развитии крупномасштабных солнечных технологий. Затраты на улучшение 45 некоторого участка земли по отношению к участку в другом районе, используемому с той же целью, также могут быть сравнительно легко оценены. Предсказание климатических условий, исходя из которых, планируется тот или иной вид деятельности, также становится основой для количественной оценки. Виды и разновидности климатических ресурсов выражаются первоначально в разных единицах: энергетических, тепловых, весовых, электрических, в баллах и др. Кроме того, каждая разновидность климатических ресурсов определяется, как правило, специализированными климатическими показателями. Во многих случаях комплекс показателей удается свести к одномерной комплексной характеристике, в других — приходится пока иметь дело с совокупностью показателей. Агроклиматический потенциал, например, может характеризоваться одним показателем - биоклиматическим потенциалом, а для оценки транспортно-климатических ресурсов (для автотранспорта) используется несколько климатических характеристик (видимости, гололедицы на дорогах, заносов и др.). Поэтому при составлении книги, как показатели, так и разновидности ресурсов, прежде всего, преобразовывались. Первым этапом этого преобразования климатический ресурсный потенциал явилось нормирование климатических характеристик, т. е. приведение значений климатического показателя к безразмерному стандартному виду х' в диапазоне значений [0, 1] по формуле х = / ха в а (1) где х — значение показателя, в исходных единицах; а и b — минимальное и максимальное значения х в ряду данных, в исходных единицах. Для удобства можно увеличить все значения х' в 10 раз, т. е. выразить их в баллах. Преобразование по формуле (1) позволит избавиться от отрица- 46 тельных значений показателя. Выражение для отрицательных значений (в баллах) можно записать как: В = 10 x' =10 - 10(x - a)/ для положительных значений — В = 10 (х - b)/ , = a - b. При исследовании климатических ресурсов отдельной области ряд составлялся из данных метеорологических станций. Сравнивая разные области между собой, необходимо выбирать общероссийские экстремумы; подробно изучая распределение ресурсов внутри области, можно использовать внутриобластные максимум и минимум. Те же рассуждения применимы и к более мелким территориям. Вторым этапом преобразования климатических показателей при расчете климатического ресурсного потенциала является переход к некоторым условным единицам. Для перехода к условным единицам значения в баллах для каждого климатического показателя суммировались по территории. Сумма баллов приравнивалась к некоторому условному числу. К 1000 у.е. приравнивалась сумма баллов по каждому климатическому показателю. После этого все баллы переводились в условные климатические единицы (у.к.е. или просто у.е.) в которых и велись дальнейшие расчеты и выполнялось районирование. В табл.10 приведен пример перевода значений в исходных единицах сначала в баллы, затем в условные единицы. Эта таблица иллюстрирует методику расчетов. Казалось бы, при таком подходе может несколько исказиться соотношение климатических ресурсов отдельного района. Их значения в баллах и условных единицах полностью совпадают в случаях, когда рассматривается один климатический показатель, например биоклиматический потенциал для характеристики агроклиматических ресурсов. Различия в значениях, приве47 денных в баллах и условных единицах, максимальны, когда показателей и разновидностей особенно много. Но и в таком случае по абсолютному значению эти различия оказались настолько малы, что при выборе одинакового числа широких градаций по баллам и условным единицам не получилось бы заметных различий при картировании в том и другом случае. Поэтому при описании географического распределения значения ресурсов взяты в условных единицах. Таблица 10 Пример расчета канализационных климатических ресурсов Интенсивность дождя Административнопродолжительностью 20 территориальная едимин ница л/с на 1 га балл у.е. Белгородская область 90 4,3 8,3 Воронежская область 85 4,6 9,0 Курская область 90 4,3 8,3 Липецкая область 85 4,6 9,0 Тамбовская область 85 4,6 9,0 Суточный максимум осадков 1 %й обеспеченности мм балл у.е. 88 7,5 11,1 94 7,2 10,7 117 5,9 8,9 103 6,7 10,0 84 7,7 11,4 Канализационные ресурсы (среднее по двум показателям), у.е. 9,7 9,8 8,6 9,5 10,2 По каждому району или станции (или по другой территориальной единице) значения климатических показателей, характеризующих некоторую разновидность климатических ресурсов, выраженные в условных единицах, осреднялись с некоторыми весами. Выбор веса каждого климатического показателя происходил на основе опыта специалиста, проводившего осреднение в зависимости от вклада данного показателя в общий комплексный показатель, характеризующий ресурс. Вопрос о весах не возникал, когда использовался непосредственно комплексный показатель, так как в этом случае вклад отдельных климатических характеристик определен формулой. В процессе расчета климатических ресурсов составители иногда прибегали к корреляционному анализу связей между отдельными климатическими показателями и ресурсами. Разновидности ресурсов объединены в виды или группы ресурсов, а все группы, в свою очередь, составляют общероссийский интегральный или общеобластной климатический потенциал. В процессе объеди48 нения также возникает проблема весовых коэффициентов, которая решена на основе опыта, здравого смысла и некоторых экономических сведений. В итоговых таблицах, содержащих данные об интегральных климатических ресурсах и составляющих их видах (группах) ресурсов, и в таблицах видов ресурсов и составляющих их разновидностей все составляющие указаны в процентах от итоговых данных каждой территориальной единицы, которые выражены в условных единицах. Оценка климатических ресурсов в условных единицах позволяет сравнивать между собой их разновидности, а также сопоставить климатический ресурсный потенциал с потенциалами других природных ресурсов. Кроме того, исследования климатических ресурсов на заданной территории выявляют структурные особенности климата в экономическом аспекте, что позволяет обосновать проведение социально-экономических мероприятий, выявить резервы промышленного производства. В результате создается весьма информативная, но вместе с тем относительная картина распределения климатических ресурсов на территории региона. Существенным недостатком такого подхода является то, что ресурсы, выраженные в условных единицах, не обладают свойством аддитивности. Ресурсы различных территорий нельзя складывать. Точно так же нельзя складывать климатические ресурсы, выраженные в первоначальных естественных единицах. Например, нельзя складывать суммы температур, определяющие ресурсы тех или иных растений. Для введения климата как ресурса в экономический анализ следует стремиться к получению стоимостной оценки климатических ресурсов, которая обладает свойством аддитивности, удобна для сравнений и может непосредственно использоваться в экономических расчетах. Совершенно очевидно, что составление подобной оценки для всех видов климатических ресурсов, рассмотренных в книге, задача непомерно трудная. Стоимость каждой разновидности климатических ресурсов зависит 49 от многих факторов, действующих по-разному во времени и в пространстве, а не только от свойств климата. Биоклиматические ресурсы оцениваются по затратному принципу по нескольким статьям: стоимость одежды и затраты на социальное страхование. Годовую стоимость одежды населения России можно оценить примерно в 80 .млрд. руб. (тепловые свойства одежды выражаются в единицах С1о). Кроме того, по результатам социальных и санитарно-гигиенических исследований, около 15 % заболеваний связано с не учетом влияния метеорологических условий. В первую очередь это относится к болезням людей с обостренной метеотропной реакцией на отдельные погодные ситуации. В соответствии со статистическими данными за последнее десятилетие XX в. по России в среднем на каждого работающего человека приходилось по семь нерабочих дней (или один бюллетень). Исходя из средней заработной платы для начисления пенсий (например, 1800 руб.) и числа работающих (около 70 млн. человек), общая сумма потерь за год из-за не учета воздействия метеорологических факторов составит приблизительно 6,3 млрд. руб. Таким образом, учитывая влияние климата на тепловое состояние человека, выраженное через стоимость одежды (= 80 млрд. руб.), климатическую часть рекреационных ресурсов ( 4 млрд. руб.) и зависимость заболеваемости от не учета климата (6,3 млрд. руб.), можно приближенно оценить экономический эффект от использования данных о биоклиматических ресурсах. Он составляет 90 млрд. руб. Оценка стоимости климатических ресурсов При оценке стоимости климатических ресурсов устанавливается стоимость климата, или КРП, а не эффективность использования климатической информации. Так, климат, благоприятный для решения некоторой конкретной задачи, стоит дорого, а неблагоприятный — дешево (применительно к этой зада50 че). В то же время эффективность использования климатической информации во втором случае может быть больше. В России различия климатических ресурсов огромны. Например, очень холодный климат Республики Саха применительно к самочувствию человека самый дешевый на территории России, т. е. климатические ресурсы Республики Саха очень малы (здесь нужны теплые одежда и жилье, более частая медицинская помощь). Климат Краснодарского края при таком подходе стоит дорого. Использование климатической информации для улучшения самочувствия человека в Республике Саха дает больший экономический эффект, чем в Краснодарском крае. Если не учитывать климатические данные в Республике Саха, человек просто погибнет, в то время как в Краснодарском крае, скорее всего, выживет и без учета климата. Составляя оценку стоимости климатического потенциала, будем рассматривать лишь основные климатозависимые социально-экономические системы (здоровье человека, строительство, энергетику, транспорт и т. п.). Кроме того, для определения стоимости КРП выделены наиболее важные составляющие каждого вида ресурсов. Таким образом, указывается нижняя оценка стоимости климатических ресурсов. Следует также помнить, что в энциклопедии представлены удельные климатические ресурсы. Общая методика составления оценок стоимости различных видов климатических ресурсов включает следующие этапы: 1.Оценивается стоимость продукции данной социально-экономической системы. 2.Устанавливается общий вклад климата в стоимость продукции. С этой целью в большей части случаев определяется стоимость продукции в двух районах с резко различающимся климатом, например на севере и юге России. 51 3.Различие в стоимости продукции приравнивается к разнице удельных значений климатических ресурсов (в у. е.) в выбранных районах, и определяется стоимость 1 у. е. 4.Стоимость 1 у. е. умножается на число у. е. в каждой области, и получаются оценки стоимости удельных значений КРП. Наиболее сложным является второй этап, и на этом этапе возможны и другие пути. Оценка стоимости климатических ресурсов позволит качественно представлять вклад климатической составляющей в стоимость земельных участков, зданий и сооружений, и решать широкий круг других экономических задач. 1.6 Антиресурсы климата Термин „антиресурс" впервые использовал по отношению к природным ресурсам Н. Ф. Реймерс (1990 г.). Антиресурсы климата — климатические ресурсы со знаком минус, информация о которых используется для нейтрализации или ослабления неблагоприятного воздействия климата путем привлечения, как правило, других видов ресурсов. Следовательно, из антиресурсов польза извлекается косвенным способом, за счет приспособления к отрицательному влиянию климатических условий на объект или технологический процесс. Климатические антиресурсы так же, как и ресурсы, выражаются в условных единицах, в виде положительного числа. Но при этом, чем больше антиресурсы, тем больше расход на компенсацию отрицательного влияния внешней среды. Значит, большому антиресурсу соответствует малый ресурсный потенциал, выраженный в баллах или условных единицах. Если, например, в заданном районе имеет место большая ветровая нагрузка, то ресурсный потенциал в условных единицах для объекта, на который действует нагрузка, мал, и наоборот, антиресурс удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ресурсу. Ему может быть дана стоимостная оценка, его количество ограничено и при некоторых условиях его может не хватать. 52 К антиресурсам относятся многие виды ресурсных потенциалов в холодную половину года. Это все виды атмосферных нагрузок, температурноветровой потенциал строительства, производства строительных работ, энергетический потенциал климата для атомных и тепловых станций, физиологоклиматический потенциал здоровья человека. В течение всего года климатический потенциал развития сухопутного транспорта является антиресурсом. Наряду с этим многие из перечисленных выше зимних антиресурсов в теплую половину года превращаются в положительные ресурсы: создаются благоприятные условия для строительства, для здоровья человека и особенно для сельскохозяйственного производства и лесного хозяйства. В то же время некоторые климатические составляющие ресурса могут давать отрицательный вклад в ресурс, тогда как другие его составляющие являются положительными, и наоборот. Так, зимой вклад радиации в тепловой режим здания положителен и в конце зимы может быть очень большим, в то время как и температура, и ветер создают климатический антиресурс. Вопросы к главе 1. 1. Укажите реперные климатические станции на территории ЦЧО. 2. Под влиянием каких факторов формируется климат территории? 3. Чем определяется поступление солнечной радиации к поверхности земли? 4. Что оказывает наибольшее влияние на характер перемещения воздушных масс в зимний и весенний, летний и осенний периоды? 5. Какая форма циркуляции атмосферного воздуха является преобладающей для Центрально-Черноземных областей? 6. Влияет ли рельеф на климатические показатели в ЦЧО? 7. От чего зависит суточная амплитуда температуры и воздуха? 8. Как изменились за последние 30 лет значения температуры воздуха на территории Белгородской области? 53 9. Ветры каких направлений преобладают на территории Белгородской области, в какое время года наблюдаются наибольшие скорости ветра, в какое – наименьшие? 10. Какие факторы влияют на распределение осадков по территории области? 11. Что понимается под изменением климата или климатической тенденции? 12. С чем связаны современные изменения климата? 13. Как проявляются современные изменения климата на территории Белгородской области? 14. Какие синоптические процессы влияют на аномалии климатических характеристик? 15. Перечислите опасные метеорологические явления. На какие отрасли экономики они влияют? 16. Что такое «климатические ресурсы»? 17. В чем суть географической концепции климатических ресурсов? 18. В чем суть экономической концепции климатических ресурсов? 19. Принадлежит ли климат к природным ресурсам? 20. Дать характеристику активного и пассивного использования атмосферных и климатических ресурсов. 21. Как можно классифицировать климатические ресурсы? 22. Как можно разделить климатические ресурсы по характеру использования? 23. Что подразумевается под понятием «отрицательные ресурсы»? Что такое «антиресурсы климата»? 24. Какие виды климатических ресурсов относятся к основным? 25. Какие виды климатических ресурсов преобладают в различных отраслях экономики? 26. Как рассчитывается климатический ресурсный потенциал? 27. Как оценивается стоимость различных видов климатических ресурсов? 54 2.КЛИМАТ И ЧЕЛОВЕК 2.1. Влияние гидрометеоусловий на состояние организма человека Функционально-динамические свойства любого организма зависят от его приспособленности к условиям существования, что и определяет сущность гомеостаза живых существ. Под этим термином подразумевается то динамическое единство и равновесие, в котором находится живой организм с внешней средой, ее многочисленными факторами. Основными факторами внешней среды, определяющими гомеостаз, являются атмосферное давление, температура, влажность, освещенность, естественные магнитные и электрические поля, одним словом комплекс, который входит в понятие метеорологических условий среды. Давление воздуха. Исследования различных авторов показали, что влияние изменений атмосферного давления на организм человека неоднозначно. Известное практическое значение имеет тот факт, что при понижении атмосферного давления газы, находящиеся в желудочно-кишечном тракте, расширяются, вызывая растяжение органов. Это может сопровождаться ухудшением аппетита и нарушением процесса пищеварения. Кроме того, связанное с пониженным давлением высокое стояние диафрагмы может привести к затруднению дыхания и нарушению функций сердечно-сосудистой системы. Существует ряд гипотез о колебаниях атмосферного давления с периодом 3-15 минут и даже нередко с амплитудой до 4 мм.рт.ст. При некоторых метеорологических процессах возникают колебания такой частоты, которые могут оказывать биологическое действие. Температура. Температура воздуха играет большую роль в процессах теплообмена человека. Терморегулирование человеческого организма – поддержание постоянной температуры тела (гомотермия) при различной температуре окружающей среды и средней температуры тела около 37 оС происхо55 дит различными путями (испарение, излучение, конвекция, теплопроводность). Но терморегулирование выполняется организмом автоматически, без дополнительных усилий и без неприятных ощущений только в определенных пределах значений температуры окружающего нас воздуха, т.е. когда сохраняется тепловой баланс организма – так называемая зона комфорта. Верхний и нижний пределы значений температур, составляющих зону комфорта составляют «критические температуры». Значения их у различных людей могут существенно отличаться. Средние значения зоны комфорта – 21-24 оС, нижний предел критической температуры – 18 оС, верхний – 27 оС. Значения эти могут изменяться в зависимости от влажности воздуха и скорости ветра. Эффективная температура. Это биометеорологический индекс, характеризующий эффект воздействия на человека комплекса метеоэлементов (температура, влажность воздуха и ветер) через единственный показатель – так называемую эффективную температуру воздуха (ЭТ). ЭТ – это то значение температуры, которое должен иметь сухой воздух при штиле, чтобы оказывать на человеческий организм такое же воздействие, как и воздух, обладающий некоторой влажностью при наличии ветра. В жаркую и влажную погоду ЭТ будет выше действительно наблюдаемой, а в холодную, ветряную и влажную погоду ЭТ будет значительно ниже наблюдаемой. В таблице 11 приведены значения температуры воздуха при штиле и эффективных температур при различной скорости ветра. Таблица11 Скорость ветра, м/с Штиль 1 2-4 -1 6-7 -9 10-11 -17 15-16 -20 Температура, оС -3 -6 -17 -20 -23 -9 -12 -23 -28 -34 -15 -17 -31 -37 -40 -20 -23 -40 -45 -51 -26 -28 -45 -53 -59 -31 -34 -53 -62 -67 56 Температура поверхности кожи человека обычно 31-35 оС. При длительном охлаждении температура кожи становится ниже 29 оС, появляется дрожь, при которой организм выделяет тепла больше обычного. При понижении температуры кожи до 27 оС у большинства людей наступает кома. Минимальная температура, при которой люди кратковременно бывали на воздухе, составляет -88 оС. Избыточное тепло может привести к тепловому истощению, либо к тепловому удару. Последствия теплового истощения менее опасны, чем теплового удара. Перегрев организма влечет за собой нарушения работы механизма терморегуляции, а это ведет к нарушению функций кровообращения и некоторых центров головного мозга. В течение очень короткого времени человек может находиться в сухом воздухе при очень высокой температуре – до 160 оС, экспериментально установлено, что в течение часа здоровый человек может выдержать температуру 71 оС. ЦЧО находится в зоне наиболее благоприятного термического режима. Влажность воздуха. В сочетании с температурой она оказывает большое влияние на организм. Результирующая температура, т.е. воспринимаемая температура тем выше, чем выше влажность воздуха. При одной и той же температуре влажный воздух «теплее» сухого. Для человеческого организма оптимальными следует считать условия, при которых относительная влажность составляет 50 %, а температура - 1618 оС. При более высокой температуре желательно, чтобы влажность, а, следовательно, и результирующая температура были ниже. При влажном воздухе повышается опасность воздушной инфекции. При дыхании теплым влажным воздухом происходит недостаточное охлаждение легких, это оказывает неблагоприятное влияние на организм. Дождь. Не способствует распространению инфекционных заболеваний. При бактериологическом исследовании дождевой воды в ней не обнаружено никаких микроорганизмов. Дождь играет в этом смысле положительную 57 роль. Он очищает воздух: капли, содержащие микробы, опускаются на землю, смывается пыль. По данным различных наблюдений многочисленные жалобы, связанные с метеорологическими явлениями, сразу же прекращаются, как только начинаются дожди и грозы. Нарушение самочувствия во время зноя исчезает тотчас же, как только начинаются дожди. Можно предполагать, что одновременно с выпадением дождя происходит изменение электрического поля атмосферы. Снег. Действует, как правило, благотворно на психически лабильных и чувствительных к метеорологическим факторам людей. Сильный ветер. Оказывает давление на поверхностные ткани организма, может вызывать утомление. Зимой при низких температурах ветер понижает сопротивляемость организма. Колебания в содержании кислорода в атмосферном воздухе, обусловленные метеорологическими причинами, имеют огромное значение для биологических процессов. Многие исследователи отмечают многочисленные случаи совпадения прохождения фронта с возникновением ревматических болей. С прохождением атмосферных фронтов связаны также боли при рубцующемся очаговом туберкулезе и при мигрени. Приступы болей в органах с гладкой мускулатурой, пораженных хроническими воспалительными процессами, тоже имеют связь с условиями погоды. Помимо основных метеорологических показателей, на здоровье и самочувствие человека влияют: солнечная активность, электромагнитные свойства атмосферы, атмосферное электричество, ионизация воздуха, содержание кислорода в воздухе. Они не всегда связаны с климатическими факторами, и некоторые из них являются самостоятельными агентами, способными вызывать метеотропные реакции у человека. Установлено, что солнечная активность воздействует на молекулярном уровне, влияет на поведенческие функции человека, провоцирует обострение 58 ряда заболеваний. В последние годы делаются попытки составления гелиомедицинских прогнозов, используемых в здравоохранении. Солнечная активность влияет на электромагнитное поле Земли. Электрические заряды (электроны и ионы) являются „регулировщиками" в проходах клеточных мембран и определяют основные процессы жизнедеятельности клетки. Молекулы тканей организма и, прежде всего, молекулы воды в них реагируют на изменения внешнего электромагнитного поля, которое ориентирует их в определенных направлениях, нарушая нормальную работу организма человека. В период солнечных и магнитных бурь возникают дополнительные биотоки, что приводит к нарушению некоторых физиологических функций, увеличению числа случаев инфарктов и скоропостижной смерти. При прохождении атмосферных фронтов наряду с изменением давления меняется и электрическое поле атмосферы. Напряженность электрического поля в этом случае может составлять 1500 В/м, что в 10 раз превышает норму у поверхности земли. Соответственно увеличивается число обращений за медицинской помощью, особенно среди больных, страдающих сердечнососудистыми заболеваниями. Ионизация воздуха также рассматривается как активный биологический фактор. Предполагается, что через легкие и кожу аэроионы осуществляют электрический обмен между организмом и окружающей средой. Ионизируемый воздух оказывает определенное влияние на многие функции организма, причем оно может быть положительным или отрицательным в зависимости от концентрации аэроионов, их полярности, подвижности, продолжительности воздействия. Отрицательные аэроионы, являющиеся ионами кислорода, играют позитивную роль - нормализуют основной обмен веществ и используются для терапии ряда заболеваний. Наибольшее число отрицательных ионов отмеча- 59 ется в чистом воздухе, в лесу, в горах, вблизи водопадов, на берегу моря во время прибоя. Преобладание тяжелых положительных ионов оказывает неблагоприятное, угнетающее воздействие на человека. Особенно велико количество тяжелых ионов в загрязненном промышленном воздухе. Средняя концентрация положительных и отрицательных ионов колеблется от 100 до 1000 в 1 см3 воздуха, в горах до нескольких тысяч в 1 см3 воздуха. Кислород играет важную роль в общем обмене веществ, происходящем в организме. Плотность кислорода (содержание его в единице объема) у поверхности земли колеблется в пределах 240-300 г/м3. Вертикальный градиент плотности в пограничном слое составляет 3,3 г/м3 на 100 м подъема. Уменьшение плотности кислорода на 10-15 г/м3 (погодная гипоксия) может приводить к обострению ряда сердечно-сосудистых заболеваний, коронарной недостаточности, изменению кислотного состава организма, провоцирует нарушение функций щитовидной железы. При экстремальных погодных условиях обостряются нервно- психические заболевания. Резкие похолодания, жаркая погода, большая скорость ветра, высокая интенсивность солнечной радиации, прохождение атмосферных фронтов, инфразвуковые колебания, возникающие при этом, повышают возбудимость нервной системы, вызывают раздражительность, головные боли, чувство безотчетной тревоги, страх, возрастает число техногенных катастроф и дорожно-транспортных происшествий. Особый интерес вызывают работы, в которых прослежено влияние региональных и локальных аномалий ГМП на живые организмы. В аномальных районах резко изменяются градиенты составляющих элементов ГМП, достигающие нескольких сотен, а в некоторых случаях даже нескольких тысяч гамм/км. Уникальной в этом отношении является Курская магнитная аномалия, где величина вертикальной составляющей ГМП в 3 раза превышает величину вертикальной составляющей нормального поля. Было изучено влияние аномального ГМП в районе Курской и Белгородской областей на заболе60 ваемость населения гипертонией, ревматизмом и нервно-психическими болезнями, которая была на 120-160 % выше, чем в нормальных районах. 2.2. Биоклиматические ресурсы Биоклиматология изучает воздействие климата на состояние человека. Биоклиматические ресурсы представлены применительно к человеку и характеризуют связь климата с его тепловым состоянием, здоровьем, особенностями рекреации и санитарно-гигиенической оценкой в естественных условиях. На здоровье и самочувствие человека существенное влияние оказывают температура и влажность воздуха, солнечная радиация, атмосферное давление, скорость ветра, а также, комплекс метеорологических величин, выраженных в виде эффективных температур, душных погод, индексов дискомфорта и т. д. Чаще всего эти характеристики используются без точных указаний граничных условий воздействия на человека, степени благоприятности или дискомфорта. Выделены следующие составляющие биоклиматических ресурсов: рекреационно-климатические ресурсы; санитарно-гигиенические климатические ресурсы для градостроительства; физиолого-климатические ресурсы теплового состояния человека; лечебно-профилактические климатические ресурсы для основных видов заболеваний: сердечно-сосудистых, хронических неспецифических заболеваний органов дыхания, ревматических и простудных, туберкулеза, 61 глазных. Реакция организма на внешнюю среду зависит от адаптации человека к местным условиям, к климату, в котором он проживает. Человеческий организм реализует две формы адаптации к климату: генетическую и приобретенную. К приобретенной адаптации относится акклиматизация человека, попавшего в другие климатические условия. Как частный случай можно предположить, что человек, живущий в умеренных широтах, проходит ежегодную акклиматизацию при смене сезонов. В теплый сезон снижается частота пульса и дыхания. Более постоянной сохраняется температура тела, уменьшается теплопродукция, более интенсивно идет процесс потоотделения. В холодный сезон теплопродукция возрастает, увеличивается объем кроветока через конечности, которые более подвержены охлаждению. В период акклиматизации обостряется течение болезней, появляется слабость и быстрая утомляемость, учащаются головные боли, снижается работоспособность. Особенно сильно проявляются эти реакции в переходные сезоны года. По принятой методике для Центрально-Черноземного региона рекреационные показатели с одинаковым весом выражены в условных единицах (у.е.) и представлены в таблице 12. Несколько лучшими рекреационно-климатическими условиями (большими ресурсами) отличается Курская область из-за относительно высоких зимних значений температуры и благоприятных условий теплого периода. В целом, Центрально-Черноземный регион в течение всего года отличается довольно устойчивым погодным режимом, малыми значениями междусуточной изменчивости температуры воздуха (в среднем 1- 3 °С) и атмосферного давления (2 - 4 гПа), поэтому их резкие перепады не воздействуют негативно на самочувствие не только здоровых , но и больных людей. 62 Таблица 12 Составляющие биоклиматических ресурсов Административнотерриториальная единица Рекреационно-климатические ресурсы у.е. Белгородская область Воронежская область Курская область Липецкая область Тамбовская область Административнотерриториальная единица (область) 11,5 11,2 12,1 11,4 11,9 Зима % у.е. 9,5 9,3 9,7 9,3 9,7 10,1 10,5 10,6 10,0 11,1 у.е. 8,3 8,7 8,6 8,2 9,0 Лето % 12,2 10,5 9,9 11,6 11,2 у.е. 10,1 8,8 8,0 9,5 9,2 Зима у.е. % у.е. % Сердечнососудистых у.е. % 10,2 9,3 12,2 10,5 9,8 8,4 7,7 9,8 8,6 8,0 12,7 13,6 12,8 12,7 13,7 10,5 11,3 10,3 10,4 11,1 10,5 10,6 11,5 10,7 10,8 8,6 8,9 9,3 8,8 8,8 Органов дыхания у.е. % Ревматических Туберкулезом Глазных и простудных у.е. % у.е. % у.е. % 11,5 11,7 12,3 11,6 11,6 8,7 9,3 9,0 9,5 9,7 9,5 9,7 9,9 9,5 9,4 7,2 7,8 7,3 7,8 7,9 10,8 10,8 10,6 10,7 10,7 8,9 9,1 8,5 8,8 8,7 Зима % 11,6 11,2 11,4 11,5 11,2 ФизиологоЛечебно-профилактические климатические ресурсы для заболеваний климатические ресурсы теплового состояния человека Лето Белгородская Воронежская Курская Липецкая Тамбовская Лето % Санитарно-гигиенические климатические ресурсы для градостроительства 11,5 11,2 11,8 11,8 11,2 9,5 9,3 9,5 9,7 9,1 9,6 9,4 9,2 9,4 9,1 Биоклиматические ресурсы (среднее), у.е. 11,0 10,9 11,3 11,1 11,2 Оценка стоимости биоклиматических ресурсов выполнена по одной из их составляющих - физиолого-климатическим ресурсам. Тепловое (физиологическое) состояние здорового человека в различных климатических условиях определяется, прежде всего, его одеждой. Поэтому была определена стоимость одежды человека (в рублях) в различных климатических условиях. Сначала тепловые свойства одежды были выражены в единицах С1о. Затем рассчитывалась разность стоимости одежды в наиболее суровом климате (Республика Саха) и наиболее комфортном (Краснодарский край). Она составила 40 - 45 тыс. руб. в год. Разность ресурсов между этими областями равна 10 у. е. Следовательно, 1 у. е. равна 4,0 - 4,5 тыс. руб. в год. В результате умножения стоимости 1 у. е. на ресурсы (в у. е.) каждой административно-территориальной единицы получена нижняя оценка стоимости удельного КРП для здорового человека (см. графу 2 в таблице 13). Если принять во внимание численность населения, то получим стоимость биоклиматических ресурсов в различных областях нашего региона (см. графу 3 в таблице 13). Таблица 13 Стоимость биоклиматических ресурсов Административно-территориальная единица 1 Белгородская область Воронежская область Курская область Липецкая область Тамбовская область Стоимость биоклиматических ресурсов тыс. руб. на 1 чел. в млрд. руб. в гол год 2 3 51 75 52 130 56 75 52 65 53 70 2.3 Лечебно-профилактические климатические ресурсы для основных видов заболеваний Влияние климата и погоды на организм человека может быть как положительным, так и отрицательным. Климатотерапия является одним из способов профилактики и лечения ряда болезней. Биологическое воздействие климатических факторов способствует нормализации и укреплению нарушенных физиологических функций организма. В то же время некоторые погодные ситуации (особенно их резкая смена) могут вызывать незначительные нарушения в самочувствии даже здоровых людей, влиять на уровень работоспособности, общее физическое и психическое состояние, эмоциональное настроение. В настоящее время так называемая чувствительность к неблагоприятным условиям погоды затрагивает почти каждого второго человека. Особенно она велика у больных людей и проявляется в ощущении дискомфорта, раздражительности, иногда в обострении патологических процессов или даже в осложнении течения болезни. Четкий механизм влияния метеотропных ситуаций на человека, особенно больного, до сих пор недостаточно определен и нуждается в дальнейшем изучении. Тем не менее, установлено, что они вызывают патологические нарушения у людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, желчнокаменной и почечнокаменной болезнями, заболеванием органов дыхания, ревматическими болезнями, склонных к простудным заболеваниям, а также с неустойчивой вегетативной нервной системой. В качестве показателей, способных оказывать негативное воздействие на людей, выбраны климатические характеристики, представленные в таблице 14. Рассмотрим показатели, приведенные в этой таблице. Число дней с междусуточной изменчивостью температуры воздуха 8 °С. Междусуточная изменчивость температуры воздуха - это разность средних суточных значений температуры двух соседних суток. Число дней с междусуточной изменчивостью температуры воздуха 8 °С колеблется по территории России от 2 до 40 в год. В умеренных широтах европейской части России число дней с данной характеристикой в среднем находится в пределах 10-15. Относительно 65 Таблица 14 Диапазон изменения специализированных показателей лечебнопрофилактических климатических ресурсов для основных видов заболеваний Единицы измерения минимум максимум Показатель дни 2 гПа 6,5 дни дни 0 0 42 15, 5 102 117 " % 22 1 193 40 дни 2 42 гПа 6,5 15, 5 дни 0 117 % 0 35 « « 5 1 36 40 Число дней с относительной влажностью воздуха 80 % Повторяемость скорости ветра 8 м/с Число дней с жидкими и смешанными осадками дни дни % дни 3 22 1 22 101 193 40 130 Туберкулез Число дней с междусуточной изменчивостью температуры возд. 8 ° дни 2 42 0 35 5 36 1 22 40 130 0,1 6 0,52 2 42 6,5 15,5 Сердечно-сосудистые заболевания Число дней с междусуточной изменчивостью температуры возд. 8 ° Среднее квадратическое отклонение среднего суточного атмосферного давления на уровне станции Число дней со средней суточной температурой воздуха 20 °С Число дней со средней суточной температурой воздуха -25 °С Число дней с относительной влажностью воздуха > 80 % Повторяемость скорости ветра 8 м/с Заболевания органов дыхания Число дней с междусуточной изменчивостью температуры возд. 8 ° Среднее квадратическое отклонение среднего суточного атмосферного давления на уровне станции Число дней со средней суточной температурой воздуха - 25 °С Повторяемость сочетаний температуры воздуха 20 °С и относительной влажности 80% Повторяемость сочетаний температуры воздуха 0 °С и относительной влажности 80% Повторяемость скорости ветра 8 м/с Ревматические и простудные заболевания Число дней с переходом температуры воздуха через 0 °С Повторяемость сочетаний температуры воздуха 20 °С и относительной влажности 80% % Повторяемость сочетаний температуры воздуха 0 °С и относительной влажности 80% % Повторяемость скорости ветра 8 м/с % Число дней с жидкими и смешанными осадками дни Глазные болезни Энергетическая освещенность солнечной радиацией в летние месяцы кВт/м2 в полуденные часы при средних условиях облачности Дни Число дней с междусуточной изменчивостью температуры возд. 8 ° Среднее квадратическое отклонение среднего суточного атмосферногПа го давления на уровне станции 66 благоприятными (2-10 дней) являются районы Северного Кавказа, юга Хабаровского края, Приморье и Сахалин. Среднее квадратическое отклонение среднего суточного атмосферного давления на уровне станции. Данный показатель характеризует изменчивость атмосферного давления. На большей части России он колеблется в пределах 11- 15 гПа. Особенно велики перепады давления воздуха на северо-западе России, побережье морей Северного Ледовитого океана и Чукотки. На Северном Кавказе, в Предбайкалье, Забайкалье, на юге Дальнего Востока изменчивость атмосферного давления снижается до 6-8 гПа. В нашем регионе этот показатель составляет 9-10 гПа. Число дней с относительной влажностью 80 %. В зимний период число дней с относительной влажностью 80 % на большей части территории России довольно велико и относительно постоянно, что облегчает его учет при оценке возможного влияния на самочувствие человека. В целом в течение года максимальное число дней с высокой влажностью (более 150) характерно для заполярных районов европейской части России и Западной Сибири. В Центрально-Черноземных областях оно состав- ляет 100 - 120 дней. Повторяемость сочетаний температуры воздуха 20 °С и относительной влажности 80 %. Многие медицинские исследования свидетельствуют об увеличении частоты некоторых заболеваний в зависимости от определенного уровня температурно-влажностного режима, который формируется в различные сезоны года на конкретной территории. В теплый период года негативные реакции в организме не только больного, но и здорового человека (избыточная тепловая нагрузка, ощущение духоты, слабость, сонливость и т. д.) может вызывать сочетание высокой температуры воздуха и высокой относительной влажности. На большей части территории России повторяемость данных сочетаний температуры и влажности, называемых душными погодами, находится в пределах 1- 6 % в год. 67 Повторяемость сочетаний температуры воздуха 0 °С и относительной влажности 80 %. В холодный период года сочетание отрицательной температуры и относительной влажности воздуха 80 % усиливает ощущение холодового дискомфорта, что приводит к частым переохлаждениям и как следствие к простудным и ревматическим заболеваниям. На большей части территории России повторяемость данного комплекса находится в пределах 20-25 %. Максимальные значения (30-35 %) отмечаются на севере и северо-востоке европейской части России, севере Западной Сибири. К наиболее комфортным по данному показателю (5-15 %) следует отнести районы Северного Кавказа и Приморье. В Центрально-Черноземном регионе этот показатель составляет около 20 %. Число дней с переходом температуры воздуха через 0 °С. Данный показатель включает в себя как оттепели, так и заморозки. Различие состоит в том, что оттепели отмечаются на фоне отрицательных значений температуры, а заморозки - на фоне положительных значений. В европейской части России данный показатель мало изменяется и находится в пределах 50-70 дней в год. Адвективные оттепели являются неблагоприятными для здоровья, так как очень часто сопровождаются высокой относительной влажностью, большой скоростью ветра и осадками, вызывая простудные заболевания и провоцируя обострение ревматизма, астмы, туберкулеза и др. Число дней с жидкими и смешанными осадками. Жидкие осадки характерны для теплого времени года, а смешанные связаны с переходными сезонами. Обычно смешанные осадки резко увеличивают теплопроводность одежды и обуви, что приводит к переохлаждению организма, особенно весной и осенью, и соответственно к увеличению простудных и острых респираторных заболеваний. На большей территории европейской части России число дней с жидкими и смешанными осадками близко к 100 и лишь в западных районах, включая Калининградскую область, возрастает до 130. Повторяемость скорости ветра 8 м/с. При большой скорости ветра человек, прежде всего, испытывает динамическую нагрузку, для преодоления 68 которой необходимы физиологические затраты организма. При скорости ветра 8 м/с на человека (условно принимая площадь сопротивления за 1 м 2) воздействует кинетическая нагрузка, равная 4 кг, а при скорости 16 м/с - 16 кг, но в основном сильный ветер оказывает раздражающее действие на больных, страдающих астмой, туберкулезом, сердечно-сосудистыми заболеваниями. В зимний период ветер существенно увеличивает холодовой дискомфорт, вызывая дополнительное напряжение терморегуляторной системы организма человека. В большинстве районов европейской части России и Западной Сибири повторяемость высокой скорости ветра в течение года составляет 10 20 %. Энергетическая освещенность (интенсивность) солнечной радиацией зависит от широты места, высоты солнца и прозрачности атмосферы. Она увеличивается от высоких широт к низким. В годовом ходе наибольшие значения приходятся на летние месяцы, а в суточном - на полуденные часы. Максимальные значения интенсивности прямой радиации наблюдаются при ясном небе. Существенные коррективы в пространственное и временное распределение данной характеристики вносит облачность. При средних условиях облачности наименьшая энергетическая освещенность прямой солнечной радиацией летом в полуденные часы отмечается на побережье морей Северного Ледовитого и Тихого океанов (0,2-0,3 кВт/м2). В центральных районах России она составляет 0,31-0,40 кВт/м2. В южных широтах с увеличением высоты солнца и уменьшением облачности интенсивность прямой солнечной радиации возрастает до 0,41-0,50 кВт/м2. Сердечно-сосудистые заболевания Больные, страдающие сердечно-сосудистыми и гипертоническими заболеваниями, отличаются ослабленной адаптацией к воздействиям внешней среды и поэтому остро реагируют на изменение погодных условий. Резкие междусуточные колебания температуры воздуха и атмосферного давления, высокие и низкие значения температуры, высокая влажность воздуха, сильный ветер по отдельности или в различных сочетаниях вызы69 вают у больных данного типа усиление болевого синдрома, нарушение ритма сердечной деятельности. Возможны изменения показателей ЭКГ, артериального давления, пульса. Больные жалуются на головокружение, шум в голове, вялость, быструю утомляемость. Низкая температура в холодное время года может провоцировать развитие гипертонической болезни. Спастические сокращения артерий при местном охлаждении приводят к ишемии. Резкое снижение атмосферного давления способствует затруднению дыхания, повышению свертываемости крови. В таблице 15 представлены климатические показатели, значимые для сердечно-сосудистых заболеваний, на территории ЦЧО. Хронические неспецифические заболевания органов дыхания Среди людей с болезнями органов дыхания, на метеорологические факторы особенно чутко реагируют больные бронхиальной астмой. Медицинские исследования дали основания полагать, что эта болезнь предопределяется генетически, в основном является аллергическим заболеванием и зависит от специфики аллергенов. При этом не исключается, что климатические условия способны определять тяжесть болезни, частоту повторения ее симптомов. Для всех форм заболеваний органов дыхания вредны сильный ветер и высокая влажность. Число больных астмой во влажных районах гораздо выше, чем в сухих. Сочетание высокой влажности воздуха с высокой или низкой температурой увеличивает число приступов. Неблагоприятны и резкие колебания температуры воздуха и атмосферного давления. Высокий уровень загрязнения воздуха промышленных городов и поселков при наличии сильного ветра определенного направления способен усиливать патологические изменения у больных, страдающих болезнями органов дыхания. Специализированные показатели климатических ресурсов, влияющих на заболевание органов дыхания в регионе, представлены в таблице 16. На территории России достаточно большое количество регионов, погодные и климатические условия в которых могут вызывать раздражающее 70 Повторяемость скорости ветра 8 м/с, % Число дней со средней суточной температурой воздуха 20°С Административнотерриториальная единица Белгородская область 13,0 8 129 12 44 1 Воронежская область 12,2 8 123 13 49 1 Липецкая область 12,0 10 118 13 45 2 Тамбовская область 12,3 11 114 10 46 2 Курская область 11,9 6 123 8 37 2 Градация ресурсов , у.е Число дней со средней суточной температурой воздуха -25 °С Число дней с относительной влажностью воздуха 80 % Число дней с межсуточной изменчивостью температуры воздуха 8 °С Среднее квадратическое отклонение среднего суточного атмосферного давления на уровне станции, гПа Таблица 15 Значения основных специализированных показателей лечебно -профилактических климатических ресурсов сердечно-сосудистых заболеваний 10,05 –12,55 Число дней с междусуточной изменчивостью температуры воздуха 8°С Повторяемость сочетаний температуры воздуха 20 °С и относительной влажности воздуха 80 % , % Административно- Белгородская область 13,0 8 2,0 12 21 1 Липецкая область 12,0 10 2,4 13 19 2 Тамбовская область 12,3 11 2,6 10 21 2 Воронежская область 12,2 8 2,5 13 20 1 Курская область 11,9 6 2,1 8 22 2 Градация ресурсов , у.е Число дней со средней суточной температурой воздуха -25°С Повторяемость сочетаний температуры воздуха 0 °С и относительной влажности воздуха 80 % , % Повторяемость скорости ветра 8 м/с, % территориальная единица Среднее квадратическое отклонение среднего суточного атмосферного давления на уровне станции, гПа Таблица 16 Значения основных специализированных показателей лечебно -профилактических климатических ресурсов заболеваний органов дыхания 10,05 –12,55 72 воздействие на людей с заболеваниями дыхательных путей Прежде всего это северные и северо-восточные районы азиатской части России (5,1- 7,5 у. е.), отличающиеся высокой влажностью (в среднем 100-160 дней в году) и сильным ветром (более 15-20%). Близки к неблагоприятным районам (7,6- 10,0 у. е.) север европейской части России и практически вся Западная Сибирь, север Камчатки с существенными колебаниями давления воздуха, особенно в переходные сезоны года, а также побережье Черного, Каспийского морей, юга Приморья из-за большой повторяемости душных погод летом (30-35 %) и высокой скорости ветра (30-40 %) в течение года. Средние условия (10,1-12,5 у. е.) складываются в умеренной и южной зонах европейской части России, большинстве районов Восточной Сибири и Дальнего Востока. Близки к оптимальным (12,6-15,0 у. е.) условия в республиках Северного Кавказа, Предбайкалье и Забайкалье, где в течение года отмечается наименьшая междусуточная изменчивость атмосферного давления, а повторяемость душных погод в теплый период не превышает 5 %. Ревматические и простудные заболевания Ревматизм относится к инфекционно-аллергическим заболеваниям с поражением соединительной ткани, главным образом сердечно-сосудистой системы и суставов. Больные, страдающие ревматизмом, особенно чутко реагируют на холодную влажную погоду. Простудные заболевания чаще всего проявляются при слабо морозной погоде в сочетании с сильным ветром, высокой влажностью или осадками. Особо неблагоприятными для больных ревматизмом и людей, склонных к частым простудам, являются северные и северо-западные районы европейской части России (5,1-7,5 у. е.), отличающиеся большой повторяемостью неустойчивой влажной погоды с достаточно сильным ветром. В данном регионе в течение года обычно отмечается около 100-130 дней с жидкими и смешанными осадками и 160- 190 дней с относительной влажностью воздуха более 80 %. К относительно комфортным следует отнести Центрально-Черноземный регион (табл.17), а также районы Северного Кавказа, Восточную Сибирь, Дальний Восток. Таблица 17 Значения основных специализированных показателей лечебно -профилактических климатических ресурсов ревматических и простудных заболеваний Число дней с относительной Административнотерриториальная единица влажностью воздуха 80 % Белгородская область 129 Повторяемость скорости ветра 8 м/с, % 12 Число дней с пеЧисло дней с реходом темпе- жидкими и сме- Градация рературы воздуха шанными осадсурсов , у.е через 0 °С ками 65 105 7,55 - 10,05 Курская область 123 8 65 123 Воронежская область 123 13 64 103 Липецкая область 118 13 61 106 Тамбовская область 114 10 64 105 Туберкулез Больным туберкулезом показан ровный, сухой, теплый климат со слабым ветром и небольшими колебаниями атмосферного давления. Особенно вредными и вызывающими обострение болезни являются жаркие дни с душными ночами, холодная погода при высокой влажности воздуха, частая повторяемость туманов, дождливых, ветреных дней, резкие междусуточные колебания температуры воздуха и атмосферного давления, причем последние вызывают у больных туберкулезом колебания артериального давления. Во влажном воздухе опасность воздушной инфекции выше, чем в сухом. В Центрально-Черноземном регионе климатические условия достаточно благоприятны для больных туберкулёзом (табл.18). В соответствии с принятыми показателями особенно противопоказаны больным туберкулезом районы Черноморского побережья Кавказа с высокой температурой и влажностью воздуха в теплый период (более 25 % случаев). Несколько менее дискомфортно на северо-западе европейской части России, в Калмыкии, Дагестане, Западной Сибири, на севере Чукотки и в Приморье. Сильный ветер довольно частой повторяемости (около 30 - 35 %) в сочетании с низкой или высокой температурой, а также высокая влажность, особенно в теплое полугодие в прибрежных районах Дагестана и Приморья, способствуют обострению болезни. К благоприятным можно отнести южные районы Урала и Восточной Сибири с сухим, солнечным климатом. Наш регион считается относительно благоприятным. Глазные болезни Офтальмологи полагают, что некоторые метеорологические факторы могут способствовать возникновению ряда глазных болезней. Так, хотя развитие катаракты относят за счет нарушения обмена веществ или последствий травматизма, была выдвинута гипотеза, что заболевание возникает при образовании окисляющих веществ в глазах под влиянием ультрафиолетовой радиации. Число дней с междусуточной изменчивостью температуры воздуха 8 °С Повторяемость скорости ветра 8 м/с, % Повторяемость сочетаний температуры воздуха 20 °С и относительной влажности воздуха 80 % , % Число дней с жидкими и смешанными осадками Повторяемость сочетаний температуры воздуха ниже 0 °С и относительной влажности воздуха 80%, % Градация ресурсов , у.е Административно-территориальная единица Таблица 18 Значения основных специализированных показателей лечебно -профилактических климатических ресурсов заболеваний туберкулезом Курская область 6 8 2,1 123 22 10,05 –12,55 Липецкая область 10 13 2,4 106 19 Тамбовская область 11 10 2,6 105 21 Белгородская 8 12 2 105 21 Воронежская ласть 8 13 2,5 103 20 об- ласть об- Резкие колебания температуры воздуха и атмосферного давления могут вызвать обострение глаукомы из-за острой непроходимости сосудов сетчатки и нарушения кровообращения. При воспалении конъюнктивы глаза (соединительной прозрачной слизистой оболочки глаза) одной из причин считают влияние солнечной радиации как раздражителя. Дискомфортными районами являются побережье северных морей, Западная Сибирь, Красноярский край из-за большой изменчивости атмо- сферного давления. Сравнительно благоприятные условия складываются в горных районах Северного Кавказа, Забайкалья, на юге Дальнего Востока, где особенно в теплый сезон наблюдается наименьшая междусуточная изменчивость температуры и атмосферного давления. При этом следует отметить, что в летний период южные районы России из-за избыточного прихода солнечной радиации, особенно в полуденные часы, когда интенсивность ее в среднем превышает 0,5—0,6 кВт/м2, не могут считаться комфортными. Большинство районов европейской части России, центральные районы Якутии по степени воздействия относятся к умеренным (табл.19). Таблица 19 Значения основных специализированных показателей лечебнопрофилактических климатических ресурсов глазных заболеваний Административнотерриториальная единица (область) Среднее квадратическое отклонение среднего суточного атмосферного на vpoвнe станции давления, гПа Число дней с междусуточной изменчивостью температуры воздуха 8 °С Тамбовская Воронежская Белгородская Курская Липецкая 12,3 12,2 13,0 11,9 12,0 11 8 8 6 10 Энергетическая освещенность солнечной радиацией в летние месяцы в полуденные часы при средних условиях облачности, кВт/м2 0,35 0,34 0,33 0,35 0,34 Градация ресурсов , у.е 10,05– 12,55 Север европейской части России, Предуралье, Южный Урал, Камчатка не благоприятны для профилактики глазных болезней, особенно в переход- ные сезоны и зимой из-за частой смены погоды при прохождении атмосферных фронтов. 2.4. Рекреационно-климатические ресурсы Рекреация - восстановление сил, расходуемых в процессе жизнедеятельности человека. Как правило, она предполагает отдых, который может сочетаться с лечением в здравницах, санаториях, домах отдыха, на курортах и включает в себя различные виды мероприятий: туризм, физкультуру, спорт, прогулки, эмоциональные нагрузки, смену интеллектуальной деятельности. Рекреация в большинстве развитых стран является крупной отраслью экономики. Рекреационно-климатические ресурсы составляют часть рекреационных ресурсов. Основные биоклиматические показатели летнего и зимнего сезонов представлены в таблице 20. Таблица 20 Диапазон изменения специализированных показателей рекреационноклиматических ресурсов Единица Минимум Максимум измерения Показатель Лето Радиационно-эквивалентно-эффективная температура °С 10 29 Ультрафиолетовая радиация (полуденные значения суммарной эритемной радиации (А + В)) Число солнечных дней Продолжительность благоприятного периода для отдыха и туризма Число дней со средней суточной температурой воздуха 20 оС мэр/м2 150 410 дни 73 91 « 30 165 « 0 102 Число дней с отн. влажностью воздуха 80 % « 1 56 Приведенная температура °С -50 -5 Число солнечных дней дни 7 83 Число дней со ср. сут. температурой воздуха -5-15 оС « 0 82 Число дней со средней суточной температурой возду« ха -25 °С 0 117 Число дней с отн. влажностью воздуха 80 % 4 73 Зима « 78 Показатели летнего периода Радиационно-эквивалентно-эффективная температура (РЭЭТ) — показатель теплового ощущения человека под влиянием комплексного воздействия температуры и влажности воздуха, скорости ветра, энергетической освещенности солнечной радиацией (интенсивности). Она выражается в градусах Цельсия и рассчитывается по формуле, предложенной Г. В. Шелейховским: РЭЭТ = 125 lg [1 + 0,02t + 0,0001(t - 8)(f- 60) - 0,0045(33 - t)V + 0,185p], где t - температура воздуха, °С; f - относительная влажность, %; V скорость ветра, м/с; р - солнечная радиация, поглощенная поверхностью тела, кал/(см2 • мин). Здесь р = i(l - ), где i - интенсивность солнечной радиации; - альбедо кожи человека (для непигментированной кожи оно равно 0,28, для пигментированной - 0,11). На основе приведенной формулы составлены номограмма и таблицы, позволяющие определить РЭЭТ. Выделены различные диапазоны температуры, при которых теплоощущение человека соответствует оптимальному: в южных районах 17-21 °С, в умеренных районах 13-18 °С, в северных районах 10-18 °С. Наиболее комфортной для прогулок и спорта считается температура воздуха 18 °С. В июле, самом жарком месяце лета, РЭЭТ в дневные часы колеблется по территории России от 8 до 29 °С. Тепловой режим, близкий к комфортному, как правило, характерен для средней полосы. С продвижением к северу (от 65° с. ш.) и к югу (от 50° с. ш.) складываются условия теплового дискомфорта и субкомфорта. Ультрафиолетовое излучение относится к коротковолновой части спектра солнечной радиации и обладает особой фотобиологической и фотохимической активностью. На человека ультрафиолетовая радиация (УФР) оказывает витаминообразующее, пигментообразующее, антирахитное, эри79 темное (покраснение кожи), офтальмологическое воздействие (воспаление роговицы глаза); избыточные дозы приводят к разрушению эритроцитов. По степени влияния на человека УФР условно делится по длине волны , на три области: УФР-А ( = 315...400 нм); УФР-В ( = 280...315 нм); УФРС ( < 280 нм). Область С - наиболее опасная; влияние радиации этих длин волн может приводить к летальному исходу, но она обычно поглощается в верхних слоях атмосферы. Область В - в умеренных дозах такая радиация благотворно влияет на организм. Область А - менее биологически активна; такая радиация вызывает эффект загара. Биологическую эффективность УФР оценивают эритемой радиацией. За единицу эритемной радиации принят «эр» (условный ватт); 1 эр - излучение в 1 Вт с длиной волны 297 нм, отвечающей максимальной эритемной и антирахитной эффективности. На практике используют более мелкую единицу - миллиэр (1 мэр = 0,001 эр). На территории России УФР в летний период не является лимитирующим фактором, так как с юга на север увеличивается продолжительность светового дня и даже на Крайнем Севере ее значения соответствуют санитарно-гигиеническим нормам. Наиболее комфортные условия, как и в случае с РЭЭТ, складываются в средней полосе России. Южнее 50° с. ш. в июне-июле наблюдается избыток УФР. Например, в Дагестане полуденные значения суммарной эритемной радиации (А + В) достигают 410 мэр/м2. Число солнечных дней определялось по гелиографу - прибору, предназначенному для автоматической регистрации продолжительности солнечного сияния в течение дня. Количество солнечных дней по гелиографу превышает число ясных дней (0-2 балла), рассчитываемых по общей облачности. У большинства людей солнечные дни, помимо позитивного физиологического воздействия, вызывают положительные эмоции. Наибольшее число солнечных дней в течение лета (90) отмечается в Поволжье и на Северном Кавказе. Минимальное – 10-20 - на побережье морей Северного Ледовитого 80 и Тихого океанов. В Центрально-Черноземных областях в течение лета отмечается до 45 солнечных дней. Продолжительность благоприятного периода для отдыха и туризма. В Институте географии РАН разработана оценочная шкала метеорологических факторов (температур воздуха, скорости ветра, облачности и солнечной радиации), позволяющая классифицировать типы погоды применительно к летнему отдыху и туризму. При благоприятном типе погоды человек испытывает минимальную физиологическую терморегуляционную нагрузку. Наиболее длителен такой период (160-170 дней) на Северном Кавказе, самый короткий (30-40 дней) на побережье Северного Ледовитого океана в азиатской части России. Для Центрально-Черноземных областей – это обычно 100-120 дней. Число дней со средней суточной температурой воздуха 20 °С. Показатель выбран в связи с тем, что дневная температура в этом случае превышает 23- 25°С, и человек, находясь под воздействием высокой температуры и инсоляции, испытывает значительную тепловую нагрузку, что существенно ограничивает возможность пребывания на открытом воздухе даже здоровых людей. Максимальное число жарких дней (90-100) характерно для Нижнего Поволжья, Черноморского побережья Кавказа, Дагестана. В средней полосе России число жарких дней находится в пределах 25-35. На севере и северовостоке средняя суточная температура воздуха практически не достигает 20°С и случаи перегрева в дневные часы отмечаются крайне редко. Число дней с относительной влажностью воздуха 80 %. Согласно исследованиям гигиенистов, оптимальной для человека является влажность от 40 до 60 %. Относительная влажность 80 % в теплое время года вызывает ощущение духоты, затрудняет испарение влаги с поверхности кожи. При этом возрастает напряженность терморегуляторной системы, и как результат отмечается ухудшение самочувствия даже у здоровых людей. 81 Наиболее неблагоприятные условия из-за повышенной влажности в летний период складываются в муссонном климате Дальнего Востока - в среднем 56 дней. От 5 дo 15 дней с повышенной влажностью воздуха наблюдается в средней полосе России. Минимум влажных дней (1-5) характерен для районов Нижнего Поволжья. Основной вклад в рекреационно-климатические ресурсы летнего периода вносят УФР и РЭЭТ. К наиболее дискомфортным районам с точки зрения летней рекреации относятся Мурманская область, Ненецкий, ЯмалоНенецкий, Корякский и Таймырский автономные округа, север Республики Саха и Чукотского АО. Недостаток тепла в сочетании с высокой влажностью, большой скоростью ветра и облачностью, особенно в прибрежных районах, создают умеренно-холодное теплоощущение человека. В указанных регионах РЭЭТ не превышает 10-13 °С и в отдельные годы даже в июле, самом жарком месяце лета, не достигает зоны комфорта. Достаточно благоприятные условия для отдыха летом складываются в центральных районах России, на юге Западной Сибири, в Забайкалье. Значения РЭЭТ отмечаются здесь в пределах зоны комфорта (18-21°С). Остальные районы в той или иной мере пригодны для отдыха, туризма, создания сети здравниц. Следует лишь отметить, что благоприятный рекреационный период ограничен в северных районах до 1-1,5 месяцев и довольно длителен в южных (4-5 месяцев). В таблице 21 представлены показатели рекреационно-климатических ресурсов в ЦЧО летом. Наиболее благоприятные условия складываются в Воронежской, Липецкой и Белгородской областях, несколько хуже - в Тамбовской и Курской областях из-за относительного увеличения облачности. При рассмотрении рекреационно-климатических ресурсов теплого времени года не учтена весьма существенная для отдыха информация о длительности купального сезона, который сильно зависит от погодных условий, типа водоема (море, озеро, река, искусственный водоем), а также от источников его питания. 82 Таблица 21 Значения основных специализирова нных показателей рекреационно -климатических ресурсов (лето) Административно-территориальная РЭЭТ °С единица Ультрафиолетовая радиация, мэр/м2 ПродолжиЧисло дней с тельность Число солблагоприят- температурой воздуха нечных дней ного периода для отдыха и 20°С туризма, дни Число дней с относительной влажностью воздуха 80 % Воронежская область 22,9 300 88 110 49 7 Липецкая область Белгородская область Тамбовская область Курская область 22,2 22,4 22,6 21,3 310 300 280 290 89 89 89 88 110 110 105 110 45 44 46 37 8 8 5 8 Градация ресурсов , у.е 10,05 –12,55 Оптимальная температура воды для купания составляет 20-24 °С, прохладная, но приемлемая для здоровых людей – 17-19 °С, холодная, приемлемая только для закаленных людей, - 14-16 °С. Температура воды > 25 °С не оказывает освежающего воздействия. На юге России купальный сезон длится с мая по октябрь, в центральных районах с июня по август, в северных - около двух месяцев: июнь и июль. Показатели зимнего периода Приведенная температура — это теплопотери человека в зависимости от сочетания фактических значений температуры воздуха и скорости ветра, приравненные к теплопотерям при той же температуре воздуха, но в условиях безветрия. Показатель предложен К. Ш. Хайруллиным и В. Н. Адаменко и используется при оценке теплового состояния человека в зимний период. Приведенная температура рассчитывается по формуле t прив = tв – 8,2 V, где t прив - приведенная температура, °С; tв - фактическая температура воздуха, °С; V - скорость ветра, м/с. Приведенная температура использована для оценки суровости зимнего периода с точки зрения его дискомфортности. Для сравнимости результатов по территории России значения приведенной температуры брались за три зимних месяца. Самая низкая приведенная температура отмечается на Таймыре (-50 °С). Она ниже, чем в Якутии, за счет больших значений скорости ветра. С точки зрения суровости климата по t прив Мурманская область и юг Красноярского края находятся в одном районе, так как за счет ветра происходит выравнивание теплопотерь организма человека. В центральных районах европейской части России t прив составляет -20. ..-25 °С, в азиатской ча- сти t прив -30. ..-35 °С. Минимальные значения (-5...— 15 °С) отмечаются на территории Северного Кавказа. Число солнечных дней определяется по гелиографу. Солнечная погода наиболее благоприятна для зимнего отдыха и туризма. В центральной части России за зиму бывает 30—40 солнечных дней. В Таймырском АО и северных районах Республики Саха (Якутия) их число снижается до 7-9 дней из-за наступления полярной ночи. Число дней со средней суточной температурой воздуха —5...—15 °С. В различных климатических зонах России понятие благоприятного зимнего периода является относительным. В южных районах страны средняя температура января близка к 0 °С, поэтому диапазон от -5 до -15 °С, предложенный биоклиматологами как наиболее оптимальный для прогулок и зимних видов спорта, для которых даже оттепели являются нежелательным явлением, можно рассматривать лишь на территориях с устойчивой зимой. На большей части Российской Федерации этот период составляет 50-70 дней, в южных районах он возможен только в горах Северного Кавказа. Число дней со средней суточной температурой воздуха —25 °С. При средней суточной температуре воздуха -25 °С в дневные часы возможно значительное переохлаждение организма человека, лимитирующее пребывание его на открытом воздухе. В Центрально-Черноземных областях России бывает до 3-8 крайне холодных дней, главным образом, в Тамбовской области. Число дней с относительной влажностью воздуха 80 %. Высокая относительная влажность воздуха в зимний период усиливает холодовый эффект по сравнению с сухим воздухом. Резко увеличивается теплопроводность одежды, нарушается тепловой баланс человека, что приводит к дополнительным теплопотерям организма. В большинстве областей России зимой высокая влажность отмечается в течение 50—60 дней. В таблице 22 показаны значения рекреационно-климатических ресурсов зимнего периода для ЦЧО. Несколько худшие условия складываются в 85 Липецкой области из-за более частой повторяемости облачных дней в сочетании с низкой температурой воздуха. В зимний период ведущим позитивным показателем рекреации является число солнечных дней, хотя это больше относится к южным районам (южнее 50° с. ш.). Солнечная радиация значительно смягчает воздействие низкой температуры воздуха. Холодовой дискомфорт складывается при сочетании низкой температуры воздуха и высокой скорости ветра. При этом следует отметить, что скорость ветра может снижаться в результате проведения мелиоративных мероприятий, а также в парках, лесных массивах, закрытых формах рельефа. Штилевые условия погоды, неблагоприятные с точки зрения загрязнения атмосферного воздуха, представляют положительный ресурс в естественных рекреационных зонах. Рекреационно-климатические ресурсы России весьма разнообразны и в большинстве своем пригодны для создания и развития сети санаторнокурортных учреждений. Широкими возможностями располагают не только побережье южных морей, предгорья Северного Кавказа, но и средняя полоса России, где ровный умеренный климат сочетается с редкими по красоте ландшафтами. 2.5 Физиолого-климатические ресурсы теплового состояния человека Погода и климат оказывают многостороннее влияние на человека. Наиболее существенным по значимости вызываемых физиологических реакций является воздействие их на тепловое состояние организма человека. 86 Таблица 22 Значения основных специализированных показателей рекреационно -климатических ресурсов (зима) Административнотерриториальная единица Липецкая область Число дней со средней Приведенная Число солсуточной температура, нечных дней температурой °С воздуха от -5 до -15 °С -23 36 57 Число дней со средней суточной температурой воздуха 25 °С 2 Число дней с относительГрадация реной влажносурсов , у.е стью воздуха 80 % 67 Белгородская область -23 37 56 1 66 Воронежская область -24 40 57 1 62 Курская область -23 35 75 2 71 Тамбовская область -23 42 64 2 58 7,55—10,05 10,05 –12,55 Именно тепловой комфорт или дискомфорт в большой мере определяют здоровье, самочувствие человека, его работоспособность, которая заметно снижается при значительном отклонении тепловых условий от оптимума. Тепловое состояние человека, прежде всего, зависит от физиологических факторов организма (теплопродукции, температуры поверхности кожи, степени увлажнения кожи), физической нагрузки, теплозащитных свойств одежды, а более всего - от комплекса метеорологических факторов, основными из которых для данного случая являются температура и влажность воздуха, солнечная радиация и скорость ветра. Для оценки теплового состояния человека, постоянно находящегося под воздействием различных метеорологических условий, разработан ряд биоклиматических показателей, которые позволяют определить уровень его тепловой или холодовой нагрузки в летнее и зимнее время года в различных климатических зонах России (см. таблицу 23). Таблица 23 Диапазон изменения специализированных показателей физиологоклиматических ресурсов теплового состояния человека Показатель Лето Радиационно-эквивалентно-эффективная температура Зима Теплозащитные свойства одежды человека, выполняющего работу средней тяжести Приведенная температура Потери рабочего времени в течение зимы Единица измерения Минимум Максимум °С 10 29 С1о 2 5 °С ч -49 120 -11 2400 Показатели летнего периода Радиационно-эквивалентно-эффективная температура (РЭЭТ). Основной вклад в ресурсную часть вносят температура воздуха и солнечная радиация. Ветер в зависимости от температурного режима может играть как положительную, так и отрицательную роль. Влажность воздуха ниже и выше определенных пределов является показателем дискомфорта. Оптимальными физиолого-климатическими ресурсами располагает средняя полоса России (таблица 24). Здесь РЭЭТ, отражающая комплексное воздействие на организм человека основных метеорологических величин, близка к комфортной и составляет 18 - 21 °С. Севернее и южнее этой зоны положительные климатические ресурсы уменьшаются: на севере в связи с понижением температуры воздуха, на юге из-за перегрева, особенно в дневные часы. Таблица 24 Значения основных специализированных показателей физиолого-климатических ресурсов теплового состояния человека (лето) Административно-территориальная единица РЭЭТ, °С Воронежская область Тамбовская область Белгородская область Липецкая область 22,9 22,6 22,4 22,2 Курская область 21,3 Градация ресурсов , у.е 7,55—10,05 10,05 –12,55 Показатели зимнего периода Теплозащитные свойства одежды. Снижение потери тепла с поверхности тела человека в холодный период осуществляется посредством подбора соответствующей одежды. Оценка теплозащитных свойств одежды производится в зависимости от ее толщины с помощью международной единицы С1о (от английского слова «clothing» - одежда): 1 С1о = 0,155 °С м2/Вт. Единица С1о соответствует теплоизоляции, создаваемой обычной одеждой, которую в помещениях носят работники, находящиеся в условиях теплового комфорта: температура воздуха 18 °С, средняя взвешенная температура кожи 33 °С, теплопродукция 58 Вт/м2. Такую теплоизоляцию имеет комплект одежды, состоящий из шерстяного костюма и белья. 89 Различным типам одежды соответствуют определенные значения С1о: легкая летняя одежда - 0,5 С1о, зимняя - 3,0-3,5 С1о, утепленная арктическая - 5,0-6,0 С1о. Г.В. Циценко и Т.Н. Лиопо выполнили районирование территории СНГ по типам одежды, обеспечивающим тепловой комфорт человеку, выполняющему работу средней тяжести зимой в дневные часы. На территории России этот показатель меняется от 2 С1о в южных регионах до 5 С1о в центральных районах Якутии и на побережье Северного Ледовитого океана в азиатской части России. Потери рабочего времени в течение зимы. По реальным сочетаниям температуры воздуха и скорости ветра с помощью приведенной температуры tприв и разработанных гигиенистами пороговых критериев дискомфорта К.Ш. Хайруллиным была рассчитана продолжительность возможного пребывания человека на открытом воздухе. При tприв -28 °С - необходим обогрев через каждые 45-50 мин, при tприв -38 °С - сокращение продолжительности рабочего дня на 30 %, при tприв 42 °С - прекращение работ. Потери рабочего времени только за счет актирования работ (tприв -42 °С), т. е. когда работы не ведутся, а оплата идет по среднему заработку, самые большие на севере Якутии и составляют 2400 ч за зимний сезон, наименьшие (около 120 ч) в центральных и южных районах европейской части России (таблица 25). Все климатические ресурсы, использованные применительно к тепловому состоянию человека, являются отрицательными. В частности, на северо-востоке азиатской части России потери рабочего времени на открытом воздухе за холодный период могут достигать трех месяцев. По оценкам экономистов, финансовые потери на так называемое актирование при оплате труда составляют при этом около 15 % годового бюджета. 90 В центральных районах европейской части России число актируемых дней в среднем колеблется от 5 до 15 за зиму. Таблица 25 Значения основных специализированных показателей физиологоклиматических ресурсов теплового состояния человека (зима) Административнотерриториальная единица Белгородская область Липецкая область Курская область Воронежская область Тамбовская область Приведенная температура, °С Теплозащитные свойства одежПотери рабоды человека, Градация речего времени, выполняющего сурсов , у.е ч работу средней тяжести, С1о -23 -23 -23 -24 -23 3 3 3 2,5 2,5 120 120 120 120 120 12,55 –15,05 Вопросы к главе 2. 1. Назовите основные факторы внешней среды, определяющие гомеостаз живых существ. 2. Каковы критические температуры, определяющие верхний и нижний пределы зоны комфорта организма? 3. Что такое эффективная температура? 4. Перечислите основные составляющие биоклиматических ресурсов. 5. Какие формы адоптации к климату реализует организм человека? 6. В какой области Центрально-Черноземного региона наиболее высока стоимость биоклиматических ресурсов и почему? 7. Какие климатические показатели могут иметь негативное воздействие на людей? 8. Какие районы России являются неблагоприятными для проживания людей с различными видами заболеваний? 9. Какие метеорологические факторы способствуют возникновению различных заболеваний (органов дыхания, сердечно-сосудистых и других)? 10. Дать определение рекреации и что она предполагает. 91 11. Перечислить основные биоклиматические показатели рекреационно-климатических ресурсов в летний период. 12. Перечислить основные биоклиматические показатели рекреационно-климатических ресурсов в зимний период. 13. Какие территории России наиболее располагают созданию и развитию сети курортных учреждений? 14. От чего зависит тепловое состояние человека? 15. Перечислить показатели для оценки теплового состояния человека в летний и зимний периоды. 92 3. Климат и экономика 3.1 Автотранспортные климатические ресурсы Основные специализированные показатели климатических ресурсов для автомобильного транспорта и диапазон их изменения по стране в целом представлены в таблице 26. Таблица 26 Диапазон изменения специализированных показателей автотранспортных климатических ресурсов Единицы изМинимум мерения Максимальное число дней с сильным снегопа- дни 2 дом, метелью интенсивными осадками и высокой скоростью ветра (опасными природными явлениями) Максимальное годовое число дней с туманами « 2 Среднее число дней с минимальной темпера« 0 турой воздуха за сутки -25оС Объем переносимого снега за зиму с максим3/пог.м 11 мальной продолжительностью метелей Повторяемость гололедицы за сезон Доли едини0 цы Показатель Максимум 57 210 117 1500 0,66 Особенно опасными являются снегопады, когда количество выпавших осадков составляет 20 мм и более за промежуток времени 12 ч и менее, метели (включая низовые) продолжительностью 12 ч и более при скорости ветра 15 м/с и более. Интенсивными считаются осадки в количестве 50 мм и более за 12 ч и менее. Ливни относятся к опасным природным явлениям, когда количество выпавших осадков составляет 30 мм и более за 1 ч и менее. Опасным считается ветер средней скоростью 30 м/с и более или порывы 40 м/с и более. Гололедица на дорогах образуется в результате замерзания осадков на поверхности трасс, а также талой воды в слое снега и сублимации водяного пара на переохлажденной поверхности. Иногда вместо характеристик гололедицы рассматривают характеристики гололеда. Это неправомерно (данные об обледенении дорог будут завышены), так как гололед измеряется на высо93 те 2 м над уровнем подстилающей поверхности и условия его образования отличаются от условий образования гололедицы на дорогах. Наиболее вероятная температура воздуха, при которой происходит образование гололедицы, в 80 % случаев составляет 0...-10 °С, в 95 % случаев обледенение дорог наблюдают при температуре 4...-10 °С, т.е. переход температуры воздуха через 0 °С для образования гололедицы не обязателен, хотя отмечается довольно часто. В настоящей статье использованы данные по гололедице, рассчитанные косвенным способом, исходя из условий ее образования (повторяемость комплекса величин „температура воздуха - относительная влажность" из „Научно-прикладного справочника по климату СССР"). Объем переносимого снега за зиму с максимальной продолжительностью метелей рассчитан по двум характеристикам: интенсивности переноса снега при метелях (м3/(пог.м-ч)) и максимальной продолжительности переноса снега при метелях (ч). Для определения числа дней с туманом и температурой воздуха -25 °С используются материалы „Научно-прикладного справочника по климату СССР" и „Справочника по опасным природным явлениям в республиках, краях и областях Российской Федерации". Все перечисленные показатели ухудшают работу автомобильного транспорта. Опасные природные явления (туман, гололедица) и объем переносимого снега влияют непосредственно на состояние дорожного покрытия и видимость на дорогах. К явлениям, ухудшающим видимость до опасных пределов и создающих условия для возникновения дорожно-транспортных происшествий (ДТП), относятся: туман, дождь, снег, мгла и метель определенной интенсивности и длительности. При ограниченной видимости происходит снижение скорости движения автотранспорта и пропускной способности дорог. В табл. 27 представлена скорость движения транспортного потока при различных атмосферных явлениях на высококачественных дорогах. Как видно из таблицы, даже на высококачественных дорогах при сильном тумане движение практически прекращается. В среднем для дорог более 94 низкого качества скорость движения снижается на 30 – 35% при дымке и умеренном тумане. Таблица 27 Скорость движения транспортного потока (км/ч) при различных атмосферных явлениях Ясно Минимальная скорость 80 Скорость 85%-й обеспечен- 90 ности Дымка Туман 72 83 65 72 Сильный туман 7 7 Перечисленные выше метеорологические явления оказывают влияние и на такую транспортно-эксплуатационную характеристику трасс, как коэффициент сцепления шин с поверхностью дороги. В свою очередь, коэффициент сцепления связан со скоростью движения автомобиля зависимостью kэV 2 , 2 gS где V- скорость движения автомобиля перед началом торможения; S – тормозной путь автомобиля до полной остановки (не менее 40,5 м); kэ – коэффициент эксплуатационного состояния тормозов; g – ускорение свободного падения. На рисунке 4 представлена зависимость допустимой скорости движения от коэффициента сцепления, т.е. состояния покрытия. Особенно опасно на большей части территории России обледенелое покрытие, гололедица. При гололедице скорость движения снижается в 2 – 2,5 раза, производительность автомобиля – на 30 – 40%, а себестоимость перевозок возрастает на 25 – 30%. Существенное влияние на режим работы автотранспорта оказывает ветер, создавая ветровую нагрузку на автомобиль. Во-первых, сильный ветер может сдвинуть автомобиль, перевернуть его, изменить траекторию движения. Во-вторых, он способствует перерасходу топлива и износу шин в результате тормозных усилий. 95 Включение в качестве показателя ресурсов объема переносимого снега также характеризует степень необходимости защиты от снегозаносов автомобильных дорог. При выпадении снега высотой более 20 см и несвоевременной уборке трасс движение становится аварийно опасным, а при высоте более 30 см - невозможным. Низкая температура воздуха ( -25 °С) затрудняет непосредственно эксплуатацию самой техники, необходимы дополнительные меры, чтобы вода и масло не замерзали в системе автомобиля. Кроме того, ухудшается психофизическое состояние водителя (комфортные условия в кабине - около 20 °С). Низкие значения температуры сказываются также на качестве дорожного полотна, вызывают пучения и размывы дорожного покрытия. V км/ч Рис. 4. Зависимость допустимой скорости движения V от коэффициента сцепления . В центральных районах европейской части России отмечаются средние значения автотранспортных климатических ресурсов (табл. 28). В целом в этих районах относительно благоприятный термический режим (число дней с температурой -25 °С не превышает 10), небольшой объем переносимого снега (50-100 м3/пог. м), число опасных природных явлений не превышает 6. 96 Таблица 28 Значения основных специализированных показателей автотранспортных климатических ресурсов Максимальное годовое число дней с туманами Повторяемость гололедицы за сезон, доли единицы Среднее число дней с минимальной температурой воздуха за сутки <. -25 °С Курская область 210 0,43 2 Белгородская область Липецкая область Воронежская область Тамбовская область 210 197 158 119 0,40 0,40 0,40 0,40 1 2 1 2 Административнотерриториальная единица 3.2 Агроклиматические ресурсы Агроклиматические ресурсы территории оцениваются с помощью агроклиматических показателей, оказывающих существенное влияние на рост, развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур и определяющих обеспеченность растений главным образом теплом и влагой. В условиях достаточной влагообеспеченности растения максимально используют солнечное тепло и накапливают наибольшее количество биомассы. При недостатке влаги использование тепла ограничивается и тем больше, чем меньше влагообеспеченность, что приводит к снижению продуктивности. В качестве основного агроклиматического показателя, определяющего ресурсы тепла и потребность в них сельскохозяйственных культур, принята сумма средних суточных значений температуры воздуха выше 10 °С, поскольку она характеризует период активной вегетации большинства растений. Дифференциация территории по условиям влагообеспеченности обычно производится по показателю увлажнения, который чаще всего представляет собой отношение осадков к испаряемости. Из большого числа предложенных разными учеными показателей наиболее широко применяются гид97 ротермический коэффициент Г.Т. Селянинова, показатели увлажнения П.И. Колоскова, Д.И. Шашко, С.А. Сапожниковой. Для зимующих культур необходима дополнительная оценка климата территории по условиям перезимовки. В настоящее время в агроклиматических исследованиях определилась новая направленность: агроклиматические ресурсы оцениваются как климатические возможности, которые имеет какая-либо территория для получения сельскохозяйственной продукции, а формой представления агроклиматических ресурсов являются сведения о продуктивности культур в зависимости от климатических особенностей территории. Сравнительная оценка биологической продуктивности климата (агроклиматических ресурсов) выражается в абсолютных (урожайность в ц/га) или относительных (балл) величинах. Влияние ресурсов тепла и соотношения тепла и влаги на биологическую продуктивность учитывает комплексный показатель Д.И. Шашко — биоклиматический потенциал (БКП): БКП Кр(ку) t 10С taк(баз) где Кр(ку) – коэффициент роста по годовому показателю атмосферного увлажнения; t > 10 oC – сумма значений температуры выше 10 oC, выражающая теплообеспеченность растений в данном месте; tак(баз) – базисная сумма средних суточных значений температуры воздуха за период активной вегетации, т.е. сумма, относительно которой проводится сравнительная оценка. В качестве базисных могут быть взяты разные суммы значений температуры: 1000 оС – для сравнения с продуктивностью на границе возможного массового полевого земледелия; 1900 оС – для сравнения со средней по стране продуктивностью, свойственной южно-таежно-лесной зоне; 3100 оС – 98 для сравнения с продуктивностью в оптимальных условиях роста, характерных для предгорных лесостепных районов Краснодарского края. В приведенной формуле коэффициент роста (коэффициент биологической продуктивности) Кр(ку) представляет собой отношение урожайности в данных условиях влагообеспеченности к максимальной урожайности в условиях оптимального увлажнения и рассчитывается по формуле Кр(ку) = lg ( 20 Kувл), где Кувл = Р/d –коэффициент годового атмосферного увлажнения, равный отношению количества осадков к сумме средних суточных значений дефицита влажности воздуха. При значении Кувл = 0,5 создаются оптимальные условия для влагообеспеченности растений. В этих условиях Кр(ку) = 1. С БКП связаны урожайность отдельных культур, валовой выход продукции, доходность и пр. В России средняя продуктивность культур широкого ареала (зерновых) соответствует значению БКП = 1,9, которое принято за эталон (100 баллов). Переход от БКП к баллам осуществляется по формуле Бк=Кр(ку) ( t 10 C ) 100 = 55 БКП 1900 где Бк — климатический индекс биологической продуктивности (относительно средней продуктивности для страны), балл; 55 — коэффициент пропорциональности, определенный по связи средних значений БКП и продуктивности зерновых при уровне агротехники госсортоучастков. Биоклиматический потенциал, выраженный в баллах, служит основным показателем оценки агроклиматической значимости климата и приблизительно отображает биологическую продуктивность зональных типов почв, так как урожайность зависит от плодородия почвы и характеризует благоприятность климата. Таким образом, для оценки агроклиматических ресурсов использован интегральный показатель — климатический индекс биологической продуктивности Бк, диапазон изменения которого по территории России приведен в табл. 29. 99 Самым высоким агроклиматическим потенциалом обладают районы, отличающиеся наиболее благоприятным для развития растений соотношением ресурсов тепла и влаги. Избыток или недостаток одного из них приводит к снижению продуктивности климата. Таблица 29 Диапазон изменения специализированного показателя агроклиматических ресурсов Показатель Климатический индекс ской продуктивности биологиче- Единица измерения Минимум Максимум балл 22 161 Наилучшие агроклиматические условия на территории России наблюдаются в районах влажных субтропиков — на Черноморском побережье Краснодарского края. В Краснодарском крае и Республике Адыгея показатель Бк имеет максимальные значения — 161 и 157 баллов. Несколько ниже этот показатель в Центрально-Черноземных областях (Белгородской, Курской, Липецкой и др.) и в слабо засушливых районах Северного Кавказа (Кабардино-Балкарской, Ингушской, Чеченской республиках). Агроклиматические ресурсы, обеспечивающие средний уровень продуктивности, складываются в центральных и западных районах европейской части России, а также в муссонных районах Дальнего Востока – 80 -120 баллов. Районирование агроклиматических ресурсов по комплексному показателю Бк относится к типу общего районирования, поскольку дает возможность охарактеризовать в целом климатические ресурсы территории для сельского хозяйства (земледелия). Наряду с этим большое значение имеет специальное (или частное) районирование, которое выполняется применительно к отдельным сельскохозяйственным культурам на основе учета требований данных культур к климату и оценки соответствия климата этим требованиям. Значения БКП, рассчитанные по приходу и соотношению тепла и влаги, используются как для общей оценки биологической продуктивности, так 100 и для специальной оценки продуктивности (урожайности) экологических типов сельскохозяйственных культур. Специальная оценка биологической продуктивности по значениям БКП может применяться только в пределах ареала возделывания конкретных культур. В России ареал возделывания основных зерновых культур (территория массового земледелия) включает южнотаежно-лесную, лесостепную, степную и сухостепную зоны. Для оценки биологической продуктивности в целом по субъектам РФ в пределах их территорий определяют средневзвешенные по площади распаханных земель значения урожайности, рассчитанные по зональной продуктивности (ц/га) конкретной культуры и значениям Бк сельскохозяйственных угодий данной местности. Для всех культур вычисления проводят по единой методике. Следует отметить, что, в отличие от комплексных климатических ресурсов для других областей экономики, ресурсы для перечисленных шести культур в сумме не равны общему количеству агроклиматических ресурсов. Это связано со спецификой географического распределения ареалов возделывания указанных культур табл. 30. Агроклиматические ресурсы урожайности яровой пшеницы изменяются по территории страны от 3,9 у.е. в Астраханской области до 14,8 у. е. в Брянской области, что в абсолютных величинах соответствует изменению урожайности от 10 до 36 ц/га. Наиболее благоприятные агроклиматические условия для формирования урожая яровой пшеницы отмечаются в европейской части России — в Брянской, Смоленской, Калужской, Московской, Владимирской областях, Республике Марий Эл и др. К югу и северу от названных областей наблюдается ухудшение условий: к северу — за счет уменьшения тепла, к югу – за счет возрастания сухости климата. Это ухудшение идет неравномерно, особенно в западных районах европейской части России, где отмечается полоса повышенной продуктивности - Псковская, Калининградская, Курская, Белгородская области, со значениями (29-34 ц/га) (табл.31). 101 Таблица 30 Агроклиматические ресурсы урожайности сельскохозяйственных культур и Бк Картофель Ячмень у.е. % у.е. Белгородская 12,1 15,8 Воронежская 10,7 Курская Бк Агроклиматические у.е ресурсы (среднее, у.е. % Пшеница озимая у.е. % Пшеница яровая у.е. % 13,2 17,3 12,4 16,2 13,0 17,0 12,7 15,6 17,6 12,5 17,6 12,2 17,1 12,0 16,8 11,9 14,9 12,2 16,5 12,6 17,1 11,6 15,7 12,6 17,1 12,3 15,8 17,3 11,9 16,5 12,4 17,1 11,4 15,7 12,4 17,1 12,1 15,1 17,3 11,6 16,5 12,0 17,1 11,0 15,7 12,0 17,1 11,7 14,5 Рожь озимая Овес % у.е. % у.е. 12,8 16,8 12,9 16,9 15,0 11,4 15,9 12,5 12,0 16,2 12,7 17,3 Липецкая 11,8 16,3 12,5 Тамбовская 11,4 16,2 12,1 Низкой и пониженной урожайностью характеризуются засушливые юго-восточные районы европейской части России, очень низкой продуктивностью – 4-7 у.е. (10-17 ц/га) – отличаются Астраханская область, Республики Калмыкия и Дагестан. Таблица 31 Значения основного специализированного показателя агроклиматических ресурсов урожайности яровой пшеницы АдминистративноБк Градация ресурсов, территориальная единица балл у.е Воронежская область 96 Тамбовская область 97 Липецкая область 100 Курская область 102 Белгородская область 105 10,05 – 12,55 12,55 – 15,05 Для других яровых зерновых культур (ячменя, овса) закономерности пространственного распределения урожайности, определяемой соотношением ресурсов тепла и влаги, в основном сохраняются. Различия возникают за счет неодинаковых требований культур к условиям внешней среды. Яровой ячмень менее требователен к теплу, чем другие хлебные злаки, и обладает большой устойчивостью к засухе. В связи с этим агроклиматические условия для возделывания ячменя на территории России в целом более благоприятны, чем для пшеницы. Ареал самых высоких значений урожайности ячменя – 33-34 ц/га - расположен в Центральном районе европейской части России (во Владимирской, Московской, Калужской, Смоленской областях). С юга к Центрально-Черноземному региону примыкает зона повышенной продуктивности – 27-32 ц/га, которая простирается на восток до Пермской области включительно (табл.32). Овес - малотребовательная к теплу, но влаголюбивая культура. Он в большей степени подвержен действию засухи, чем ячмень и яровая пшеница. При отклонении агроклиматических ресурсов от оптимальных, особенно при повышении температуры и уменьшении влажности, урожай овса снижается. Таблица 32 Значения основного специализированного показателя агроклиматических ресурсов урожайности ярового ячменя АдминистративноБк Градация ресурсов , территориальная единица балл у.е Воронежская область 91 Тамбовская область 97 Липецкая область 101 Курская область 103 Белгородская область 103 10,05 – 12,55 12,55 – 15,05 Овес - растение умеренного климата, поэтому на большей территории европейской части России создаются благоприятные условия для его выращивания (табл.33). Зона высокой продуктивности располагается севернее Воронежской, Тамбовской, Пензенской, Ульяновской областей. Таблица 33 Значения основного специализированного показателя агроклиматических ресурсов урожайности овса АдминистративноБк Градация ресурсов , территориальная единица балл у.е Тамбовская область 97 Липецкая область 100 Воронежская область 101 Курская область 102 Белгородская область 106 10,05 – 12,55 12,55 – 15,05 Продуктивность озимых зерновых культур (пшеницы и ржи), в отличие от яровых, определяется агроклиматическими условиями теплого и холодного времени года. Преимущество озимых посевов перед яровыми за104 ключается в том, что озимые эффективно используют почвенную влагу осеннего и ранне-весеннего периодов и в связи с этим меньше подвергаются летней засухе. Основными факторами, ограничивающими распространение озимых культур, являются условия перезимовки, которые определяются продолжительностью холодного периода с отрицательными значениями температуры, суровостью зимы, а также высотой снежного покрова и климатическими факторами переходных периодов — от осени к зиме и от зимы к весне. Перезимовка — очень важный период в жизни озимых культур, она часто сопровождается повреждениями и даже гибелью растений. Наиболее распространенными причинами повреждений являются вымерзание, выпревание, вымокание, выпирание и образование ледяной корки. Озимая пшеница и озимая рожь характеризуются различной зимостойкостью, имеют свои специфические особенности и по-разному реагируют на одни и те же неблагоприятные условия перезимовки. Озимая пшеница менее приспособлена к условиям перезимовки по сравнению с озимой рожью и выращивается в основном в климатических зонах, характеризующихся сравнительно мягкой зимой и достаточными снегозапасами. В европейской части России она возделывается почти повсеместно; на севере и востоке ее посевы ограничены из-за выпревания и низких значений температуры в зимний период. Ареал оптимума продуктивности озимой пшеницы располагается в северо- западных и Центрально-нечерноземных областях европейской части России (Псковской, Новгородской, Брянской, Московской и др.) со значениями – 36-38 ц/га. Севернее, южнее и восточнее от зоны оптимума урожайность снижается из-за различных неблагоприятных условий как теплого, так и холодного периода (табл.34). Ухудшение агроклиматических условий произрастания озимой пшеницы в теплый период происходит за счет, недостатка тепла и избыточной влажности (север европейской части России), низких значений температуры воздуха (северо-восток Европейской равнины), высоких значений температуры воздуха и недостаточной влажности (юго-восток, 105 юг Поволжья). Снижение урожайности вследствие плохой перезимовки в северных и северо-восточных районах чаще всего происходит в результате выпревания, когда над слабо промерзшей почвой устанавливается мощный снежный покров. По мере продвижения на юго-запад повторяемость выпревания уменьшается. В юго-восточных районах негативным фактором перезимовки является главным образом вымерзание посевов. В агроклиматическом отношении выпревание при избытке влаги на севере и вымерзание при недостатке влаги на юго-востоке сближают районы по урожайности. Таблица 34 Значения основного специализированного показателя агроклиматических ресурсов урожайности озимой пшеницы АдминистративноБк Градация ресурсов, территориальная единица балл у.е Тамбовская область 89 Липецкая область 91 Курская область 93 Воронежская область 98 Белгородская область 100 10,05 – 12,55 Озимая рожь среди других зерновых культур выделяется наиболее высокой морозостойкостью и реже гибнет при перезимовке, чем озимая пшеница. Культура озимой ржи может культивироваться почти во всех климатических зонах нашей страны, однако лучше всего она растет в Нечерноземной зоне европейской части России и Центрально-Черноземных областях (табл.35). Всего в зону повышенной урожайности, имеющей значения > 27 ц/га, входит 16 субъектов РФ. Районы со средним уровнем продуктивности занимают гораздо большие площади по сравнению с районами для озимой пшеницы и располагаются не только в европейской, но и в азиатской части России (в Свердловской, Тюменской, Курганской, Томской, Кемеровской областях, Республике Хакасия). 106 Таблица 35 Значения основного специализированного климатического показателя агроклиматических ресурсов урожайности озимой ржи АдминистративноБк ,балл Градация ресурсов , у.е) территориальная единица Тамбовская область 93 Липецкая область 96 Курская область 98 Воронежская область 101 Белгородская область 104 10,05 – 12,55 12,55 – 15,05 Картофель является одной из важнейших сельскохозяйственных культур и в продовольственном балансе нашей страны занимает второе место после хлеба. На территории России под картофелем заняты огромные площади; он культивируется от Заполярья до южных границ страны, однако агроклиматические условия произрастания картофеля далеко не везде благоприятны для его оптимального роста и развития. Картофель является растением умеренного, влажного климата. Наиболее устойчивые его урожаи получают в средних широтах - на большей части лесной и лесостепной зон европейской части России и Сибири. В этих зонах условия тепло- и влагообеспеченности для картофелеводства близки к оптимальным. В южных районах страны высокая температура воздуха и пересыхание верхних слоев почвы не только задерживают рост клубней, но и вызывают климатическое вырождение картофеля, что приводит к получению недоброкачественного посевного материала. В северных районах переувлажнение на фоне низких значений температуры воздуха вызывает прекращение роста и загнивание клубней. Самыми благоприятными агроклиматическими условиями для выращивания картофеля в европейской части обладает Нечерноземная зона, особенно ее центральные и западные районы. Низкой продуктивностью отличаются Центрально-Черноземный регион, Среднее и Нижнее Поволжье. На 107 этой территории ни один из субъектов РФ не располагает такими благоприятными климатическими возможностями для получения высоких урожаев картофеля, как Нечерноземная зона (табл.36). Таблица 36 Значения основного специализированного показателя агроклиматических ресурсов урожайности картофеля АдминистративноБк Градация ресурсов , территориальная единица балл у.е. Воронежская область 86 Тамбовская область 92 Липецкая область 95 Курская область 96 Белгородская область 97 10,05 – 12,55 Оценка агроклиматических ресурсов урожайности отдельных сельскохозяйственных культур характеризует климатическую продуктивность этих культур на основе существующей практики их возделывания (табл.37) и отражает уровень продуктивности, достигнутый на госсортоиспытательных участках т. е. при высоком уровне агротехники. Таблица 37 Значения основного специализированного показателя агроклиматических ресурсов (биологической продуктивности климата) АдминистративноБк Градация ресурсов , территориальная единица балл у.е Тамбовская область 117 Воронежская область 120 Липецкая область 122 Белгородская область 126 Курская область 127 12,55 – 15,05 15,05 – 17,55 108 Ресурсы урожайности различных культур, выраженные в сопоставимых показателях — условных единицах, — позволяют выполнить суммарную оценку потенциальных возможностей климата по комплексу рассмотренных культур. Результаты показывают, что как в ЦЧО, так и в целом по России нет республики, края или области, где бы агроклиматические ресурсы были полностью оптимальными в целом для всего комплекса культур (табл.34). Весьма благоприятны условия для земледелия в центральных и западных районах Нечерноземной зоны европейской части России и Центрально-Черноземных областях. Агроклиматические ресурсы урожайности отдельных культур, выраженные в процентах от их совокупного значения (см. табл. 38), представляют сравнительную оценку климатических условий, которая дает возможность правильно определять состав возделываемых сельскохозяйственных культур, их удельный вес в севооборотах. Вследствие влияния на растения конкретных местных условий культуры могут меняться местами по их продуктивности в различных субъектах РФ. Таблица 38 Значения основного специализированного показателя агроклиматических ресурсов урожайности комплекса сельскохозяйственных культур АдминистративноБк Градация ресурсов, территориальная единица балл у.е. Тамбовская область 94 Воронежская область 96 Липецкая область 97 Курская область 99 Белгородская область 102 10,05 – 12,55 12,55 – 15,05 Для расчета кадастровой стоимости агроклиматических ресурсов используются данные Госкомстата России по посевным площадям сельскохозяйственных культур и ценам валовой продукции растениеводства за различ109 ные (урожайные и неурожайные) годы. При этом средняя по России стоимость продукции растениеводства с 1 га сельскохозяйственных угодий приравнивалась к значению агроклиматических ресурсов, характеризующему среднюю по стране продуктивность. Это определяет цену 1 у. е. агроклиматических ресурсов. Затем по известным для каждой административнотерриториальной единицы значениям климатических ресурсов рассчитывается кадастровая стоимость агроклиматических ресурсов, нормированная на единицу площади (1 га), а также выполнена площадная оценка стоимости агроклиматических ресурсов для сельскохозяйственных угодий, включающих пашню, многолетние насаждения и залежи (см. таблицу 39). При этом в расчет не берутся естественные сенокосы и пастбища, как земли, не являющиеся посевными площадями. Применяемые для оценки стоимости единые расчетные цены 1 у. е., установленные относительно средней по стране продуктивности, фактически исключают влияние межрегиональных различий социально-экономических условий ведения сельского хозяйства на ценовые показатели и позволяют получить стоимость непосредственно агроклиматических ресурсов. Таблица 39 Стоимость агроклиматических ресурсов Площадь сельско- Стоимость агроклиматических ресурАдминистративнохозяйственных сов в ценах 1998 г. территориальная еди- угодий, тыс. га кадастровая, руб. ница общая, млн. руб. /га Белгородская область 1700,1 2364 4019,06 Воронежская область 3217,3 2251 7243,56 Курская область 2020,2 2383 4813,68 Липецкая область 1700,3 2289 3891,93 Тамбовская область 2329,6 2195 5113,83 110 3.3 Атомно-энергоклиматические ресурсы Атомно-энергоклиматические ресурсы — климатические условия, способствующие работе атомных электростанций (АЭС). На долю АЭС в настоящее время приходится около 11 % производимой в России энергии. Атомные электростанции используют в высшей степени транспортабельное топливо. При расходе 1 кг урана-235 выделяется тепло, эквивалентное сжиганию 2,5 тыс. т угля. Эта характерная особенность совершенно исключает зависимость АЭС от топливно-энергетического фактора и обеспечивает наибольшую маневренность размещения среди электростанций всех типов. Поэтому АЭС располагаются чаще всего в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом или там, где ресурсы другого минерального топлива и гидроэнергии ограничены. На территории Центрально-Черноземного региона функционируют две атомные станции: в г.Курчатове Курской области и г.Нововоронеже Воронежской области. Специализированные показатели климатических ресурсов для работы АЭС и диапазон их изменения по стране в целом представлены в таблице 40. Таблица 40 Диапазон изменения специализированных показателей атомно-энергоклиматических ресурсов Показатель Единица измере- Минимум ния Скорость ветра, возможная 1 м/с 25 раз в 10 000 лет Вероятность смерча 0 о Абсолютный максимум тем- С 31 пературы воздуха Повторяемость штилей % 5 Максимум 75 1,33 10-5 45 30 Большие значения всех указанных показателей являются очень опасными для безаварийного функционирования АЭС и уменьшают атомноэнергоклиматические ресурсы в данном районе. 111 Атомные электростанции являются строениями повышенного класса надежности. Поэтому, по рекомендации МАГАТЭ, при расчете ветровой нагрузки на эти сооружения используется расчетная скорость ветра редкой повторяемости (1 раз в 10 000 лет). Очень опасен для работы АЭС смерч. Влияние смерча проявляется в резком возрастании скорости ветра (она может превысить 40 м/с), перепаде давления, воздействии летящих предметов. Для нормальной работы АЭС важно бесперебойное функционирование конечного поглотителя тепла (КПТ). Конечным поглотителем тепла является атмосфера, водоем (пруд-охладитель) или грунтовые воды, представляющие собой среды, в одну из которых (или во все) переводится остаточное тепло при нормальной эксплуатации, при ожидаемых во время эксплуатации событиях или аварийных условиях. Пруд-охладитель должен рассеивать остаточное тепло без подпитки бассейна в течение конкретного минимального промежутка времени (обычно 30 дней) в случае наименее благоприятных условий окружающей среды. Следовательно, необходима информация о тех критических характеристиках окружающей среды, которые имеют решающее значение с точки зрения теплообмена и потерь воды. Поэтому еще одним из основных специализированных показателей климатических ресурсов является абсолютный максимум температуры воздуха. Для того чтобы возможные выбросы радиоактивных веществ не накапливались в ближайшем окружении станции, необходима хорошая продуваемость территории. Следовательно, очень важной является информация о повторяемости штилей. Очень пестрая картина распределения атомно-энергоклиматических ресурсов наблюдается в центре европейской части России. Абсолютный максимум температуры воздуха здесь составляет 38-40 °С, скорость ветра, возможная 1 раз в 10000 лет, - 25-35м/с, повторяемость штилей - 10%. Однако вероятность смерчей сильно изменяется по территории этого региона. Она наиболее высока в тех областях, где имеются крупные водоемы и могут воз112 никать значительные температурные различия между сильно прогретой сушей и прохладной водной поверхностью. Поэтому в Липецкой, Тамбовской областях атомно-энергоклиматические ресурсы не превышают 7,5- 9.2 у. е. В тех же областях, где смерчи маловероятны климатические ресурсы для работы АЭС достаточно велики 13,1 у. е. (табл. 41). Таблица 41 Значения основных специализированных показателей атомно- энергоклиматических ресурсов Административнотерриториальная единица Тамбовская Скорость ветра, возможная 1 раз в 10 000 лет, м/с 35 Абсолютный максимум Повторяемость Градация ресуртемпературы штилей, % сов , у.е о воздуха, С 42 10 2,55 – 5,05 Воронежская 35 43 10 Липецкая 35 40 10 7,55 – 10,05 Курская 35 41 10 10,05 – 12,55 Белгородская 35 43 10 Наименее благоприятны для работы АЭС южные районы европейской части России (5-7 у.е.). Здесь отмечены абсолютные максимумы температуры воздуха, равные 40-45°С; скорость ветра, возможная 1 раз в 10 000 лет, составляет 35- 44 м/с; довольно высока вероятность смерчей. Все эти факторы делают нецелесообразным развитие атомной энергетики на юге европейской части России. 3.4 Ветровые климатические ресурсы (общие) Ветровые ресурсы являются потенциалом для энергетики. В ряде случаев ветер оказывает благоприятное воздействие на внутреннюю среду здания и внешнюю городскую среду в качестве источника естественной вентиляции. 113 Показателями вентилирования воздуха вне зданий служат средняя и максимальная скорость ветра с поправками на антропогенный и естественный ландшафты. Среднее значение коэффициента трансформации под воздействием элементов застройки на территории фрагмента застройки различной формы дается в виде суммы некоторого усредненного значения и ряда поправок: = + i, (1) где = 0,34; i — поправки, зависящие от формы фрагмента, комбинации разрывов между торцами зданий, геометрического критерия, вариации формы, направления ветра и этажности застройки. На рис. 5 показаны различные формы фрагментов в плане застройки, а в табл. 42 даны соответствующие поправки на форму фрагментов. Через разрывы в сплошной ленте застройки воздушный поток перетекает из одного фрагмента в другой. Интенсивность этого перетекания и, следовательно, аэрационный режим в последующем фрагменте в значительной степени зависят от ширины, расположения и числа разрывов. Разрывы, находящиеся сбоку по отношению к основному движению воздушного потока, оказывают ничтожно малое влияние на аэрационный режим пространства внутри фрагмента, поэтому такими разрывами можно пренебречь. Во всех других случаях разрывы вносят существенные изменения в значение коэффициента трансформации Таблица 42 Поправка к коэффициенту трансформации i в зависимости от формы фрагмента Номер фрагмента i Номер фрагмента i Ф1 0,034 Ф4 -0,011 Ф2 -0,011 Ф5 0,043 Ф3 -0,050 Ф6 -0,006 114 Ф1 Ф2 Ф3 Ф4 Ф5 Ф6 Схема 1 Схема 2 Схема 3 Рис. 5. Форма фрагментов (Ф1 –Ф6) в плане застройки. 115 Наименьшее влияние в этих случаях оказывают разрывы, расположенные с одной наветренной или подветренной стороны фрагмента (рис. 6, схема 1), и разрывы, расположенные с двух противоположных сторон фрагмента, но не в створе друг с другом (рис. 6, схема 2). Наибольшее изменение аэрационного режима оказывают разрывы, расположенные на противоположных сторонах фрагмента в створе друг с другом (рис. 2, схема 3). Схема 1 Схема 2 Схема 3 Рис.6. Комбинация разрывов В табл. 43 приведены значения поправок, учитывающие разрывы. Каждая форма фрагмента может в большей или меньшей степени деформирована, т. е. втянута в плане или сжата (см. рис. 5). Эти особенности фрагментов, влияющие на трансформацию воздушного потока, учитываются введением поправок на деформацию фрагмента 3 и 4. Таблица 43 Поправка к коэффициенту трансформации 2 в зависимости от схемы разрывов и угла между направлением ветра изданием Формы фрагментов Прямоугольные Схема 1 Схема 2 Схема 3 90 0,03 0,08 0,12 45 0,05 0,22 0,38 0;4 -0,038 0,002 0,035 …о 116 Остальные 5;90 Поправка 3 зависит от геометрического критерия Z = P / F, где Р – полупериметр; F – площадь фрагмента. Поправка 4 зависит от отношения l / s, где l – размер фрагмента вдоль направления потока; s – размер в перпендикулярном ему направлении. В табл.44 приведены значения поправок 3 и 4 на «вытянутость или «сжатость» фрагмента. Таблица 44. Поправки к коэффициенту трансформации 3 и 4 на «вытянутость» или «сжатость» фрагмента Z……………………2,0 2,05 2,1 3………………..0,029 -0,044 0,014 l / s……………… 1 1 1 4……………….-0,039 0,04 -0,001 Направление воздушного потока учитывается с помощью поправки 5 (табл.45). Таблица 45 Поправка к коэффициенту трансформации 5 на направление воздушного потока …о………………………90 45 0 5 ……………………-0,02 0,11 -0,091 На аэрационный режим оказывают влияние здания повышенной этажности. Здание, высота которого в 1,5 раза больше остальных зданий фрагмента застройки, является зданием повышенной этажности. Включение таких 117 зданий в фрагмент застройки, вносящее существенные возмущения в воздушный поток, учитывается с помощью поправки 6. На рис. 7 показаны варианты размещения зданий повышенной этажности в фрагменте застройки, в табл. 46 приведены соответствующие поправки. 1 2 3 Рис.7. Варианты размещения зданий повышенной этажности (заштрихованы) в фрагменте застройки 1 – с наветренной стороны фрагмента; 2 – с подветренной стороны фрагмента; 3 – сбоку (справа и слева) по отношению к фрагменту. Таблица 46. Поправка к коэффициенту трансформации 6 на включение зданий повышенной этажности Вариант …………………..1 2 3 6 ……………………….. 0,183 -0,108 0,018 Для прямоугольных фрагментов застройки коэффициент трансформации рассчитывается в зависимости от направления воздушного потока по формулам 118 ср (0о, 90о) = 0,01 Z0о, 90о1,32 + 0,19, (2) где Z0о, 90о = Lср / Sср0,25; ср (45о) = 0,02 Z45о2 + 0,19, (3) где Z45о = (Lср Sср) 0,5 /L ср0,25 Sср0,25. Здесь Lср и Sср равны соответственно L/H S/H, где H – высота здания; L – длина здания; S – ширина здания. В формулы (2) и (3) вводятся поправки 2 и 6. Эта система применима в масштабе большого города, где аэродинамика может быть описана путем простых изменений шероховатости. В меньшем масштабе значительно труднее использовать общие параметры шероховатости. Такие специфические свойства района, как парки, скверы, подъездные дороги и другие создают сложные взаимодействия, вызывающие местные изменения шероховатости. В большинстве случаев ветер оказывает отрицательное воздействие, что требует ветрозащитных мероприятий. Через вентиляцию и инфильтрацию воздуха здания теряют значительное количество тепла. 3.5 Ветроэнергетические климатические ресурсы Ветроэнергетические климатические ресурсы — ресурсы энергии ветра, которые могут быть использованы для получения электрической энергии. Оценка ветроэнергетических ресурсов страны или некоторого района представляет важную задачу, решение которой участвует в перспективном планировании экономического развития данной территории. 119 Климатическая информация о ветре используется при решении следующих основных задач ветроэнергетики: - конструировании ветроэнергетических установок (ВЭУ); - расчете потенциальных, технических и реальных ресурсов и оценке их вклада в общий энергетический баланс; - выборе типа ВЭУ с учетом его производительности; - планировании оптимального режима работы ВЭУ; - разработке схемы рационального размещения ВЭУ. Основные специализированные показатели ветроэнергетических климатических ресурсов и диапазон их изменения представлены в табл. 47. Таблица 47 Диапазон изменения специализированных показателей ветроэнергетических климатических ресурсов Показатель Единица измерения Минимум Максимум Среднее значение куба скорости ветра (м/с)3 15 973 Повторяемость штилей % 5 30 Потенциальные ветроэнергетические климатические ресурсы рассчитываются по формуле Р = 0,5 (V3)ср, (1) (V3)ср = (Vср)3 (1 + 3сv2 + Acv3), (2) где Р - удельная мощность ветрового потока, Вт/м2; — плотность воздуха, г/см3; V и Vcp — соответственно мгновенная и средняя скорость ветра, м/с; сv — коэффициент вариации скорости ветра; А — коэффициент асимметрии распределения скорости ветра. Если расчеты выполняются для года в целом, то V, cv и А являются характеристиками годовой совокупности значений скорости ветра. Оценка потенциальных ветроэнергетических ресурсов значительно упрощается, если полагать, что распределение скорости ветра описывается 120 функцией Максвелла. В этом случае, подставив в формулу (2) значения сv и А, соответственно равные для закона Максвелла 0,52 и 0,63, получим, что (V3)ср = 1,9 (Vср)3 (3) Примем плотность воздуха при нормальных условиях равной 1,3 • 10 3 г/см3. Тогда по формуле (1), учитывая выражение (3), можно рассчитать удельную мощность ветрового потока за год. Общая мощность суммарного (полного) ветрового потока за период времени Т оценивается по формуле РТ = 0,5 (V3)ср ST (4) где S — площадь сечения ветрового потока. Для ориентировочных расчетов удельной мощности ветрового потока Р может быть использована формула Р = 1,16 (V3)ср (5) Для того чтобы каждый раз не обращаться к формулам, полезно определить средние значения скорости ветра (средние годовые или средние месячные), соответствующие некоторым задаваемым значениям удельной мощности ветрового потока. Рассчитана таблица значений скорости ветра, соответствующих целым значениям удельной мощности ветрового потока (табл. 48). Определены также значения скорости ветра и удельной мощности ветрового потока для высоты 50 м. Предварительно значения скорости ветра были проэкстраполированы до этой высоты. Таблица 48 Удельная мощность ветрового потока и соответствующая ей средняя скорость ветра на высотах 10 и 50 м над поверхностью земли Удельная мощность Средняя ветрового потока, ветра, м/с Вт/м2 Высота 10 м скорость Удельная ветрового Вт/м2 мощность Средняя потока, ветра, м/с скорость Высота 50 м 100 4,4 200 5,6 150 5,1 300 6,4 200 5,6 400 7,0 121 250 6,0 500 7,5 300 6,4 600 8,0 400 7,0 800 8,8 1000 9,4 2000 11,9 В целом по России экономический потенциал ветроэнергетики оценивается в 16 млн. т условного топлива в год. Наибольшие ветроэнергетические ресурсы отмечаются на побережье Северного Ледовитого и Тихого океанов, а также на Черноморском побережье Кавказа. Это объясняется тем, что именно на морском побережье наблюдается наибольшая средняя скорость ветра (6-8 м/с), а повторяемость штилей здесь минимальна (5 %). Удельная мощность ветрового потока в этих районах изменяется от 250 до 600 Вт/м2. Велики климатические ресурсы этого типа и в областях, расположенных в степной зоне на юге европейской части России. Здесь средняя годовая скорость ветра составляет 4-5 м/с, что соответствует удельной мощности ветрового потока 70-240 Вт/м2, а повторяемость штилей не превышает 10 %. В центре европейской части России наблюдается довольно пестрая картина значений ветроэнергетических ресурсов. Если область расположена с подветренной части возвышенности, то скорость ветра на ее территории не превышает 3-4 м/с, а ветроэнергетические ресурсы по удельной мощности ветрового потока составляют лишь 30-70 Вт/м2, или 4- 8 у. е. Это относится, например, к Липецкой и Тамбовской областям, которые защищены от преобладающего западного ветра Среднерусской возвышенностью (табл. 49). Таблица 49 Значения основных специализированных показателей ветроэнергетических климатических ресурсов АдминистративноСреднее знатерриториальная едини- чение куба Повторяемость шти- Градация реца (область) скорости вет- лей, % сурсов , у.е 3 ра, (м/с) Тамбовская 122 10 122 Липецкая 122 10 Воронежская 122 10 Белгородская 122 10 Курская 122 10 7,55 – 10,05 Нужно отметить, что развивать ветроэнергетику целесообразно только в тех районах, где средняя скорость ветра составляет не менее 3-5 м/с. При такой скорости возможно использование ВЭУ малой и средней мощности. При скорости ветра более 7 м/с становится целесообразной установка ВЭУ большой мощности. Для наиболее полного использования ветроэнергетических ресурсов необходимо выбрать оптимально расположенную площадку для строительства ВЭУ. Благоприятными условиями для ее выбора являются: высокий ветроэнергетический потенциал (средняя скорость ветра более 5 м/с); повторяемость энергетических затиший (v < 3 м/с) 20-30 %; небольшие значения коэффициентов вариации (желательно менее 0,3); отсутствие или малая повторяемость „буревых" (более 20 м/с) и „ураганных" (более 33 м/с) скоростей ветра. 3.6 Гелиоэнергетические климатические ресурсы Гелиоэнергетические климатические ресурсы — ресурсы солнечной энергии, которые могут быть использованы для получения электрической энергии. Гелиоэнергетика так же, как и ветроэнергетика, является достаточно традиционным способом получения энергии. В настоящее время она является одним из важных направлений развития современной энергетики. Специализированные показатели климатических ресурсов для работы гелиоэнергетических станций и диапазон их изменения представлены в таблице 50. 123 Рост показателей 1—5 способствует увеличению гелиоэнергетических ресурсов, а показателей 6—10 — их уменьшению. При анализе совместного влияния всех этих показателей на значение гелиоэнергетических ресурсов наибольший вес придавался показателям 1—6, а оставшиеся четыре рассматривались как дополнительные. Таблица 50 Диапазон изменения показателей гелиоэнергетических климатических ресурсов по территории России Показатель 1 . Годовая сумма суммарной радиации на горизонтальную поверхность Qгод 2. Годовая сумма прямой радиации на горизонтальную поверхность Sгод 3. Годовая продолжительность солнечного сияния SSгод 4. Средняя суточная сумма суммарной радиации за радиационно-теплый период (апрель-сентябрь) Qсут.IV-IX 5. Число часов в среднем за год с мощностью суммарной радиации более 600 Вт/м2 (Q > 600 Вт/м2) 6 . Коэффициент вариации годовых сумм суммарной радиации cv 7. Среднее годовое количество общей облачности nо6щ 8 . Среднее годовое количество нижней облачности nниж 9 . Число дней без солнца 10. Вклад суммарной радиации за радиационно-теплый период в годовую сумму QIV / Qгод Единица измерения Минимум Максимум МДж/м2 2659 5019 » 768 2859 ч 1040 2397 МДж/м2 13,9 17,8 ч 0,0 20,6 % 4,1 8,5 балл 5,3 7,4 « 2,3 5,5 дни 37 137 % 65 94 Прием и преобразование солнечной энергии осуществляются гелиосистемами различного вида: - термодинамическими солнечными энергетическими установками (СЭУ) в виде плоских и фокусирующих вогнутых коллекторов (фокусирование увеличивает плотность потока энергии); - фотогальваническими (батареи с фотоэлементом, преобразующим поглощаемую энергию в большей части спектра). 124 Термодинамические СЭУ с фокусирующим устройством воспринимают только прямую радиацию. В России они используются редко. Коллекторы без фокусирования и фотогальванические воспринимают суммарную радиацию, поэтому для создания и оценки эффективности работы СЭУ необходимы сведения как о прямой, так и о суммарной солнечной радиации, а кроме того, о продолжительности солнечного сияния, так как высокочувствительные фокусирующие системы очень чутко реагируют на временные изменения радиации. Режим работы СЭУ зависит от целого комплекса гелиофизических параметров, поэтому для решения гелиоэнергетических задач необходимо определить специальные характеристики, учитывающие как хронологический закономерный ход солнечной радиации, так и ее случайную изменчивость во времени, связанную с различными атмосферными явлениями. Наибольшее количество энергии от солнца можно получить, используя следящую за солнцем систему. Такая система увеличивает годовой приход солнечной радиации в среднем на 35 % по сравнению с неподвижной поверхностью, наклоненной на оптимальный для года угол, и на 40 % - на угол, равный широте места. Для конструирования СЭУ необходимо располагать значениями суммарной радиации, поступающей на следящую за положением солнца поверхность, на поверхность, наклоненную на угол, оптимальный для каждого месяца, а также на поверхность, наклоненную на угол, равный широте места. Карты этих видов радиации содержатся в „Атласах ветрового и солнечного климатов России". В табл. 51 представлены гелиоэнергетические климатические ресурсы ЦЧО. Наибольшими величинами суммарной и прямой солнечной радиации в регионе отличается Белгородская и Воронежская области. Таблица 51 Значения основных специализированных показателей гелиоэнергетических климатических ресурсов АдминистративноГодовая сумма Годовая сумма Градация ресуртерриториальная единица (об- суммарной ра- прямой радиации сов , у.е 125 ласть) диации на гори- на горизонтальную зонтальную по- поверхность, верхность, МДж/м2 МДж/м2 4200 1900 4000 1900 4000 2000 4200 2000 4000 1900 Курская Липецкая Тамбовская Белгородская Воронежская 5,05 – 7,55 12,55 – 15,05 Наименьшие значения суммарной радиации поступают на поверхность, наклоненную под углом, равным широте места. По территории России они изменяются от 800 до 1800 кВт ч/м2 за год. Суммарная радиация, поступающая на поверхность, наклоненную на угол, оптимальный для каждого месяца, составляет на территории России от 1000 до 2000 кВт ч/м2 за год. При следящей за солнцем поверхности Россия получает от 1400 до 2400 кВт ч/м2 за год. Суточная сумма суммарной радиации, поступающей на наклонные поверхности, описывается выражением t 2 ; (1) 1 Q cosdt + D + QA =S - cos 2 t 1 Q -D D =D E 0 c os os z Q + -D c 1 - c Eos2 ,2 0 где E0 — внеатмосферная радиация, или солнечная постоянная; S — часовая сумма прямой солнечной радиации, поступающей на перпендикулярную лучу поверхность; — угол падения прямого солнечного излучения; 126 — угол наклона поверхности к горизонту; D и Q — часовые суммы соответственно рассеянной и суммарной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность; z — зенитный угол солнца; А — среднее месячное альбедо (содержится в атласе солнечного климата); tt и t2 — время захода и восхода солнца соответственно. Подставляя в формулу различные значения , получают количество суммарной радиации при различных приемниках. В формуле (1) учтено угловое распределение рассеянной радиации по модели Дж. Хея. В данной модели рассматривается рассеянная радиация из околосолнечной и однородной диффузной, поступающей от остальной части небосвода. Отраженная радиация может считаться изотропной. Оценка эффективности работы различных СЭУ выполняется по данным о количестве вырабатываемой энергии. Количество энергии, вырабатываемое поверхностью, наклоненной под углом, равным широте места, для фотогенератора рассчитывается по следующей формуле E Wф = Wc0 1 + T0 – Tф 1 + ln 0 E (2) , где 0 — коэффициент полезного действия (КПД) фотоэлектрического генератора, определенный при стандартных условиях (спектр атмосферной массы, равной 1,5, облученность Е0 = 1000 Вт/м2, температура фотопреобразователей Т0 = 40 °С); — коэффициент, учитывающий влияние на КПД фотогенератора отклонения рабочей равновесной температуры фотопреобразователей от стандартной; — коэффициент, учитывающий влияние на КПД фотогенератора отклонения облученности поверхности фотогенератора от стандартной; Тф = Тв + Е / Е0 — расчетная для данного месяца температу127 ра фотопреобразователей; Тв- температура воздуха; Е = Wc / tдн – 2 – расчетная для данного месяца облученность поверхности фотогенератора; Wc — средняя суточная сумма суммарной радиации, поступающая на поверхность фотогенератора с заданным углом наклона; tдн — средняя для данного месяца продолжительность дня; — коэффициент, учитывающий нагрев фотопреобразователей солнечной энергией. Для фотоэлектрических модулей наземного применения, выпускаемых отечественной промышленностью, могут быть приняты следующие типовые значения коэффициентов: = 25 °С, = 0,005 (оС)-1, = 0,07; КПД преобразователя можно принять равным 10 %. Для плоского солнечного коллектора Wк = K1A1Q K2 – K3 B( 18 – N ) , (3) где А1 — площадь коллектора, м2; К1 — коэффициент отвода тепла, Вт; Q -средний приход суммарной радиации на наклонную поверхность за рассматриваемый период (сутки, месяц, год), Вт/м2; К2 = — оптический КПД коллектора; — пропускная способность прозрачных покрытий по отношению к солнечному излучению; — поглощательная способность пластины конденсатора по отношению к солнечному излучению; К3 - полный коэффициент тепловых потерь; В - продолжительность солнечного сияния за данный период (сутки, месяц, год); Т — средняя температура окружающей среды за данный период (сутки, месяц, год). Значения коэффициентов, входящих в формулу, могут быть приняты следующие: а1 = 0,62 м2, К1 = 0,94 Вт, К2 = 0,75, К3= 8,0 Вт/(м2 °С). Эксплуатация фотоэлектрических установок в зимний период в условиях большого прихода суммарной радиации и низкой температуры воздуха увеличивает КПД на 1,5—2,0 %. Их целесообразно использовать в течение всего года на юге Забайкалья и Приморского края и зимой в Якутии и на Сахалине. 128 Плоские солнечные коллекторы с жидким теплоносителем, работающие по одноконтурной схеме с естественной циркуляцией, используются в безморозный период. Их рекомендуется применять в южных районах европейской части России, где теплый период характеризуется большим солнечным потенциалом. Потенциальные гелиоэнергетические ресурсы определяются по формуле (1) для каждых суток месяца (или средних суток месяца при менее точных расчетах), а затем полученные значения суммируются для месяцев и года в целом. Так же как и потенциальные ветроресурсы, они не позволяют судить о реальной выработке энергии. Для оценки технических ресурсов следует выполнить расчеты по формулам (2) и (3), которые дают суточную выработку энергии. На ее основе определяются сначала месячные, а потом годовые суммы вырабатываемой энергии. В „Атласах ветрового и солнечного климатов России" приведена годовая выработка энергии как поверхностью фотогенератора, так и плоского солнечного коллектора, наклоненных под углом, равным широте места. При углах наклона приемников на одной широте годовая выработка энергии на территории России составляет у фотогенератора от 80 до 200 кВт ч/м2, у плоского коллектора — от 200 до 900 кВт ч/м2. Следует отметить, что конкурировать с ТЭС или АЭС солнечные энергетические станции (СЭС) могут лишь в том случае, если солнечное сияние наблюдается не менее 2000 ч в год, а солнечная радиация составляет 600— 800 Вт/м2. Такие условия имеют место в Астрахани, Волгограде, Ростовской областях, в Ставропольском крае, на Северном Кавказе, в районе Сочи. При размещении СЭС следует выбирать пункты с минимальной повторяемостью облачной погоды. 3.7 Долговечности зданий климатические ресурсы. 129 Климатические ресурсы долговечности зданий — климатический потенциал для обеспечения, как выбора строительных материалов, так и минимального износа объектов с учетом местных климатических условий и их воздействий. В процессе эксплуатации каждое здание подвергается внешним воздействиям, которые принимаются во внимание в проектах путем подбора материалов и конструкций, защиты их специальными покрытиями и т. д. Эксплуатационные затраты на здание в процессе его службы в 2—3 раза превышают расходы на его строительство. Поэтому приобретают особую актуальность вопросы безремонтной эксплуатации, т. е. выбора конструкции, не требующей капитального ремонта. Существенное влияние на строительные материалы оказывают климатические факторы, с которыми связано увлажнение поверхности материалов, ее перегрев и переохлаждение, резкие перепады температуры и т.д. Среди климатических факторов, влияющих на здания и сооружения, важную роль играет степень увлажнения наружной поверхности вертикальных ограждающих конструкций. Увлажнение стен отрицательно сказывается как на теплотехническом режиме здания, так и на его долговечности. Наибольшее влияние на прочность здания оказывают частота и интенсивность промачивания стыков плит в стенах здания. Замерзая и расширяясь, влага, попавшая в стыки, постепенно нарушает целостность и герметичность стен. Поэтому необходимо проведение ряда дренажных мероприятий (закрытые стыки, козырьки над входными дверями и др.). Увлажнение поверхности материала происходит при образовании на ней адсорбционной пленки, возникающей при конденсации водяного пара, содержащегося в воздухе, и образовании фазовой пленки воды при наличии росы, тумана, дождя. Для определения скорости разрушения материала необходимо знать среднюю годовую продолжительность существования той и другой пленки и, следовательно, повторяемость и продолжительность туманов, росы и осадков. Специализированным показателем климатических ресурсов, связанных с промачиванием 130 стен, служит также количество жидких осадков, попадающих на вертикальную поверхность („косые дожди"). Специализированные показатели климатических ресурсов, связанных со смачиванием стен зданий, и диапазон их изменения по территории России приведены в табл. 52. Месячное количество осадков, попадающих на вертикальную поверхность, определяется по формуле h = HU/Vp, где Н — месячная сумма осадков, выпадающих на горизонтальную поверхность; U - скорость ветра при дожде; Vp — средняя скорость равновесного падения капель. Таблица 52 Диапазон изменения по территории РФ специализированных показателей климатических ресурсов, связанных со смачиванием стен зданий Показатель Средняя продолжительность тумана Единица измерения ч Средняя продолжительность росы » Средняя продолжительность осадков 20 % и обеспеченности ч/мес Количество жидких осадков, попадающих на вертикальную поверхность мм Минимум Максимум 37 2042 54 1184 450—500 2500-3000 158 974 Средняя месячная скорость ветра при дожде может быть рассчитана умножением средней месячной скорости ветра на коэффициент , приведенный в табл. 53. Этот коэффициент получен исходя из числа дней с осадками в данном месяце и вида осадков. Таблица 53 Значения коэффициента для определения скорости ветра во время осадков Число дней с Твердые и Жидкие Твердые и смеЖидкие Число дней с осадосадками в смешанные осадки шанные осадки осадки ками в месяце месяце осадки 1 1,5 1,45 16 1,14 1,18 2 1,4 1,40 17 1,14 1,17 2 3 1,3 1,37 18 1,13 1,16 0 4 131 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 8 5 3 2 0 9 8 7 6 5 5 1,3 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,34 1,32 1,30 1,29 1,27 1,25 1,24 1,23 1,22 1,21 1,20 1,19 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1,13 1,12 1,12 1,12 1,11 1,11 1,11 1,10 1,10 1,10 1,10 1,09 1,15 1,14 1,13 1,12 1,12 1,11 1,10 1,09 1,09 1,08 1,08 1,08 Скорость равновесного падения капель зависит от интенсивности дождя. Ее значения снимаются с графика (см. рисунок 8). Неблагоприятное термическое воздействие на стены оценивалось по морозостойкости материалов в зависимости от климатических параметров. Морозостойкость — условная характеристика, которая измеряется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания насыщенного водой материала без существенной потери технических свойств. Несущая способность ограждающей конструкции существенно зависит от ее толщины и эксцентриситета приложения нагрузки. Появление последнего в результате морозной деструкции строительного материала переводит работу конструкции стены из системы „центральное сжатие" в систему „внецентральное сжатие", что неизбежно приводит к перераспределению напряжений и новому напряженно-деформированному состоянию, и несущая способность стен резко падает. Колебания отрицательной температуры наружного воздуха приводят к изменению положения точки нулевой температуры в толще стены. Миграция нулевой изотермы, а следовательно, многократное замораживание и оттаивание материала приводят к постепенному его разрушению. Как показало совместное исследование Института энергетики Санкт-Петербурга и Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова, в Санкт-Петербурге здания из керамзитобетона вместо расчетных 50 лет имеют долговечность 20 лет. 132 Параметр , по которому оценивается долговечность наружной ограждающей конструкции или ее наружного защитного слоя в зависимости от перепадов температуры, определяется по формуле: N ( wн – wр) = (wэ3 – wр) ni33(ti) + (wэл – (1) wр) niлл(ti) , i I i мм/ч 4- 3- 2- 1- 133 0-_________________________________________ 1 2 3 4 5 Vр м/с Рис.8. Связь скорости равновесного падения капель Vр с интенсивностью дождя I. где N — выдерживаемое материалом ограждения или соответственно его наружным защитным слоем число циклов попеременного замораживания при стандартных испытаниях на морозостойкость, равное индексу устанавливаемой марки по морозостойкости (например, 35 циклов при F35); wн массовое отношение влаги в материале, соответствующее его полному водонасыщению без вакуумирования; wp - среднее равновесное массовое отношение влаги в материале, ниже которого при температуре -20 °С лед в нем не образуется; wэ3 и wэл - массовые отношения влаги в материале в зоне промерзания ограждения в условиях его эксплуатации соответственно в зимневесеннем и летне-осеннем периодах года при расчетах на долговечность; 3(ti) и л(ti) - соответствующие зимне-весеннему и летне-осеннему периодам года переменные коэффициенты, зависящие от достигаемой материалом отрицательной температуры ti в каждом отдельном случае i ее перехода через 0 °С ниже температуры замерзания tнз в нем жидкой влаги; пi3 и niл - соответственно число таких случаев i-ro достижения температуры ti, в году в эти периоды. Для установления числа случаев i и соответствующих им значений температуры tit по которым находят коэффициенты (ti), необходимо иметь представление о нестационарных температурных полях наружных ограждающих конструкций в зимне-весенний и летне-осенний периоды года, с учетом характеристик климатической активности района строительства, влияющих на долговечность наружных ограждений. 134 Производится прогнозирование их долговечности, для чего необходимы следующие климатические показатели наружного воздуха: средняя месячная температура tсм; - - средняя амплитуда Ас суточных колебаний температуры по месяцам года с периодом Р = 24 ч; средняя суточная температура tcc; - темп b изменения средней месячной температуры в зимне- - весенний и летне-осенний периоды года; - средний расчетный полупериод Рр устойчивых периодических заморозков и оттепелей по отношению к ходу средней месячной температуры tсм в зимне-весенний и летне-осенний периоды года; - средняя расчетная амплитуда Ар этих заморозков и оттепелей с полупериодом Рр в зимне-весенний и летне-осенний периоды года; - среднее расчетное число mр указанных заморозков и оттепелей в зимне-весенний и летне-осенний периоды года; - средняя календарная дата начала устойчивых периодических от- тепелей по отношению к ходу средней месячной температуры tсм в зимневесенний период года; - средняя календарная дата начала устойчивых периодических заморозков по отношению к ходу средней месячной температуры t см в летне-осенний период года. Для оценки климатического потенциала морозостойкости рассчитан параметр долговечности ограждающих конструкций в зависимости от зоны влажности при нормальных условиях эксплуатации ограждающих конструкций. Наиболее высокие показатели долговечности конструкций и сооружений наблюдаются на юго-востоке европейской части России (вдоль границы, разделяющей зоны сухого и влажного воздуха). 135 3.8 Железнодорожные климатические ресурсы Основные специализированные показатели климатических ресурсов для железнодорожного транспорта и диапазон их изменения представлены в таблице 54. Все представленные в таблице показатели ухудшают работу железнодорожного транспорта. Снегопады и метели можно считать одним из наиболее опасных явлений погоды для работы железнодорожного транспорта. Ежегодно снегопады и метели приводят к нарушению работы станций, узлов и даже целых направлений. Снегопады опасны станциям и узлам, так как постоянная занятость станционных путей подвижным составом осложняет использование снегоуборочной техники. Кроме этого, на крупных станциях и узлах централизованное управление осуществляется сотнями стрелочных переводов, которые должны содержаться безупречно чистыми, исключающими возможность напрессовки снега между рамным рельсом и остряком. Выпадение и перенос снега приводят также к большим трудозатратам и расходам денежных средств на снегоуборку и расчистку регулировочных стрелок. Таблица 54 Диапазон изменения специализированных показателей железнодорожных климатических ресурсов Показатель Максимальное число дней с сильным снегопадом, метелью, интенсивными осадками и высокой скоростью ветра (опасными природными явлениями) Ед. измер. Минимум Максимум дни 2 57 Объем переносимого снега за зиму с максимальной м3/пог. м продолжительностью метелей 11 1500 Наибольшая за зиму максимальная декадная высота снежного покрова по постоянной рейке см 13 141 Среднее число дней с максимальной температурой воздуха за сутки 30 °С дни 0 50 « 0 117 « 60 220 Среднее число дней с минимальной температурой воздуха за сутки -25 °С Число дней с осадками 0,1 мм 136 Для железнодорожных путей большое значение имеет и высокая, и низкая температура воздуха. Под влиянием высокой температуры воздуха рельсы удлиняются. При неудовлетворительном текущем содержании пути происходит сгон стыков, образуются „слепые зазоры", что приводит к нарушению изоляции в изолирующих стыках и выбросу пути. Низкая температура вызывает укорачивание рельсов. Это ведет к увеличению зазоров, нарушению изоляции в изолирующих стыках и излому рельсов. Повышение температуры воздуха до t > 30 °С вызывает провисание проводов настолько, что даже при тихой погоде может происходить их замыкание. Низкая температура приводит к сокращению длины проводов, поэтому они рвутся при малейшей добавочной нагрузке. Кроме того, при низкой температуре выходит из строя водяная отопительная система пассажирских вагонов, восстановление которой длительное и дорогостоящее дело. Жара и сильные морозы очень опасны для системы автоблокировки и могут вызывать повреждение подводящих проводов и выход ее из строя. Сильные дожди представляют опасность для земляного полотна, и могут привести не только к ограничению скорости, но и к перерыву движения поездов. При метелях, снегопадах, сильных ливнях ухудшается видимость, снижается работоспособность людей, затрудняется вождение поездов и маневровая работа на станциях. Осадки влияют на слышимость передач, сильный ветер в сочетании со снегопадом и метелями приводит к массовому обрыву проводов. Все перечисленные явления отрицательно влияют на работу всех служб железнодорожного транспорта (службы перевозок, службы пути, службы сигнализации и связи, службы движения, локомотивной службы и др.). В европейской части России очаги наибольших удельных ресурсов наблюдаются в Калининградской области, центральных и южных районах. Здесь отмечаются благоприятные температурные условия (низкие и высокие значения температуры воздуха наблюдаются достаточно редко — меньше 6 дней в году) и небольшие объемы переносимого снега (20-70 м3/пог. м). В 137 целом на всей территории европейской части России климатические ресурсы для железнодорожного транспорта достаточно высокие - 10,1-12,5 у. е. (табл.55). Частота опасных природных явлений равна в среднем 2-6 за год. В южных и западных районах европейской части России (кроме высоких широт) устойчивый снежный покров либо не образуется, либо его максимальная высота не превышает 20 см. Объемы переносимого снега не превышают 100 м3/пог. м. Области наименьших для европейской части России климатических ресурсов расположены на севере (8,3 у. е.). Здесь наблюдается наиболее низкая температура в сочетании с большим объемом переносимого снега (200 м3/пог. м) и высотой снежного покрова более 80 см, а также отмечается максимум числа дней с осадками 0,1 мм (более 180). В Саратовской и Нижегородской областях, республиках Татарстан, Башкортостан, Мордовия и в Удмуртской Республике также расположены области пониженных значений железнодорожных ресурсов. Это понижение связано в основном с несколько большим объемом переносимого снега (100-200 м3/пог. м) и максимальной высотой снежного покрова (> 100 см) в этих районах. Таблица 55 Курская Тамбовская Воронежская Белгородская Липецкая 6 4 5 5 3 63 64 58 52 47 Объем переносимого снега за зиму с максимальной продолжительностью метелей, 3 м /пог.м Административнотерриториальная единица (область) Наибольшая за зиму максимальная декадная высота снежного покрова на постоянной рейке, см Максимальное годовое число дней с сильными снегопадами, метелями, интенсивными осадками и высокой скоростью ветра Значения основных специализированных показателей железнодорожных климатических ресурсов 50 250 30 140 100 Градация ресурсов, у.е 10,05 – 12,55 12,55 – 15,05 138 3.9 Канализационные климатические ресурсы Канализационные климатические ресурсы - климатические условия, в которых происходит строительство и эксплуатация канализационных сетей и коллекторов. Основные специализированные показатели климатических ресурсов для проектирования систем канализации и диапазон их изменения представлены в таблице 56. Таблица 56 Диапазон изменения специализированных показателей канализационных климатических ресурсов Единица измерения Суточный максимум осадков 1 % -й мм обеспеченности Показатель Минимум Максимум 40 230 Средняя интенсивность дождя про- л/с на 1 га должительностью 20 мин 10 150 Глубина промерзания грунта 18 Более 500 м (в районах вечной мерзлоты) см При проектировании систем канализации климатические параметры учитываются при расчете расходов сточных и дождевых вод, а также при определении глубины заложения канализационных трубопроводов и коллекторов. Чем выше значения указанных характеристик, тем больше материальных затрат требует проведение канализационных сетей и, следовательно, тем меньше канализационные климатические ресурсы. Расчетные максимальные расходы сточных вод определяются с учетом дополнительного притока поверхностных и грунтовых вод в периоды наиболее сильных дождей, поступающего в сети канализации через неплотности люков колодцев и за счет инфильтрации грунтовых вод. Дополнительный приток q определяется по формуле q = 0.15 L(md)0,5 139 где L — общая длина трубопроводов до данного сооружения; md — максимальное cуточное количество осадков. При расчете расходов дождевых вод основным климатическим показателем является средняя интенсивность дождя 20-минутной продолжительности. Двадцать минут в качестве интервала, для которого рассчитывается интенсивность осадков, выбраны потому, что за этот период выпавшие осадки должны стечь в систему канализации (исходя из параметров канализационных сетей, принятых в нашей стране). При проектировании канализационных сетей необходимо учитывать глубину промерзания грунта, так как должна быть исключена возможность замерзания транспортируемого по трубам продукта. Поэтому глубина заложения труб, считая от низа трубы, превышает на 0,5 м глубину промерзания. При прокладке трубопроводов в зоне вечной мерзлоты материал труб и элементов стыковых соединений должен удовлетворять требованиям морозоустойчивости. Для предохранения от замерзания предусматривается дополнительный сброс теплой воды (отработанной или специально подогретой), а также сопровождение участков трубопроводов, в наибольшей степени подверженных опасности замерзания, греющим кабелем или теплопроводом. Все эти мероприятия требуют очень больших материальных затрат. Поэтому данные о глубине промерзания грунта входят в расчеты канализационных климатических ресурсов с весом 0,7, а характеристики осадков, необходимые в основном для дождевой канализации — с весом 0,3. Территория европейской части России в целом характеризуется достаточно благоприятными климатическими условиями для строительства и эксплуатации канализационных сетей (табл. 57). Таблица 57 Значения основных специализированных показателей канализационных климатических ресурсов Средняя интенсивАдминистративноность дождя протерриториальная единидолжительностью 20 ца (область) мин, л/с на 1 га Суточный мак- Глубина Градация симум осадков промерзания ресурсов, 1 %-й обеспе- грунта, см у.е. ченно-сти, мм 140 Тамбовская Белгородская Курская Воронежская Липецкая 85 90 90 85 85 84 88 117 94 103 140 130 120 130 120 10,0512,55 Глубина промерзания почвы в центральных и северных районах европейской части России составляет 100 - 200 см. Средняя интенсивность дождя 20-минутной продолжительности в этих районах изменяется от 45 до 85 л/с на 1 га, а суточный максимум осадков - от 60 до 100 мм. Такие значения показателей осадков являются средними для территории РФ. На юге европейской части России глубина промерзания почвы уменьшается до 30-60 см. Для показателей осадков наблюдаются большие различия между юго-западными и юго-восточными областями европейской части России. 3.10 Коммунального хозяйства климатические ресурсы Климатические ресурсы коммунального хозяйства (РКХ) - климатический потенциал для обеспечения эффективной работы предприятий, выполняющих обслуживание населения. Коммунальное хозяйство включает системы водоснабжения и канализации с очистными сооружениями и сетями; общественный пассажирский транспорт; электрические, газовые и теплофикационные распределительные сети, отопительные котельные и ТЭЦ, обслуживающие население. Таким образом, РКХ складываются из канализационных, автотранспортных и топливно-климатических ресурсов. Ресурсы коммунального хозяйства изменяются по территории России от 3 до 15 у. е. Территория Центрально-Черноземного региона расположена в зоне благоприятных ресурсов для коммунального хозяйства (табл. 58). 141 Таблица 58 Составляющие климатических ресурсов коммунального хозяйства Административнотерриториальная единица (область) Канализационные климатические Автотранспортные ре- климатические сурсы Топливно- ре- климатические сурсы Климатические ре- ресурсы сурсы нального коммухозяй- ства (среднее), у.е. % у.е. % у.е. % у.е. Белгородская 34,1 11,9 22,9 8,0 43,0 15,0 11,6 Воронежская 34,2 11,9 26,7 9,3 39,1 13,6 11,6 Курская 34,7 12,3 21,7 7,7 43,6 15,5 11,8 Липецкая 35,3 12,2 25,2 8,7 39,5 13,6 11,5 Тамбовская 34,4 11,7 27,6 9,4 38,0 12,9 11,5 Автотранспортные ресурсы доминируют в Воронежской и Тамбовской областях. На юго-западе региона, напротив, наибольший вклад вносят топливно-климатические ресурсы (Курская и Белгородская области). Более благоприятными являются климатические условия для развития санитарнотехнического хозяйства в Курской и Липецкой областях. 3.11 Лесохозяйственные климатические ресурсы Климатические ресурсы обеспечивают в той или иной степени доступ человека ко всем природным ресурсам, среди которых мировые леса являются одними из наиболее востребованных. Лес интенсивно используется в различных отраслях хозяйства, а также обеспечивает функционирование всей биосферы. Лесные массивы относятся к числу исчерпаемых, но возобновимых природных ресурсов. Громадные площади лесов распределены по поверхности земного шара крайне неравномерно. Значительная их часть находится в труднодоступных географических районах и экономически не выгодна для пользования. Лесной фонд поддерживается за счет естественного и искусственного возобновления. Каждый из этих методов имеет свои положительные и отрицательные стороны. В целом искусственные леса, т.е. создаваемые посевом и посадкой, составляют незначительную часть от площади всех лесов планеты. Такие леса называют man-made forests (леса, созданные человеком). Демографический рост повышает потребности человека в лесных ресурсах, и как следствие доля и значение искусственных лесов неуклонно растут. В этой связи чрезвычайно важно знать природные условия, наиболее благоприятствующие росту леса. Основными факторами, определяющими распространение древесных пород на земной поверхности, являются климат и плодородие почвы. Климат влияет на следующие характеристики: производительность лесов и разнообразие лесной флоры и фауны; направленность и динамику нежелательных сукцессий; гидрологический режим лесов и рек; устойчивость лесных биогеоценозов к разрушающим природным и антропогенным факторам. Основными показателями в характеристике климата являются тепло- и влагообеспеченность, выраженные в различных единицах; их значения также входят в комплексные показатели. Границы распространения древесных пород определяются некоторыми крайними значениями количества тепла и влаги, а оптимальные их значения (неодинаковые для различных пород) обусловливают высокое качество и продуктивность древостоев. При проектировании эталонных насаждений необходимо, прежде всего, учитывать требования растений к определенным климатическим условиям. Эталон - это насаждение, которое по породному составу, продуктивности и качеству наилучшим образом отвечает целям лесного хозяйства, т. е. в возрасте спелости дает древесину требуемых сортиментов, выполняет защитные функции, устойчиво против вредных биотических и абиотических факторов, максимально использует естественное плодородие почв, давая значительный прирост древесины. В зоне лесостепи достаточно тепла, но не хватает влаги, а в зоне смешанных лесов достаточно и тепла, и влаги. Влияние на древостой любого климатического фактора происходит в комплексе с другими факторами, что отражается в виде определенных показателей. Во всем мире, и в России в частности, наибольшее хозяйственно-экономическое значение имеют хвойные леса, поэтому при оценке пригодности областей для лесного хозяйства по некоторым параметрам климата целесообразно ввести некоторые оптимальные значения, которые характерны для зон, где продуктивность естественных хвойных насаждений максимальна. Это зоны южной тайги и смешанных лесов. Для лесохозяйственных климатических ресурсов были выбраны климатические показатели, указанные в табл.59. 144 Таблица 59 Диапазон изменения специализированных показателей лесохозяйственных климатических ресурсов для территории РФ Показатель Единица Минимум Максимум Радиационный баланс МДж/м2 705 2292 измереКоличество осадков мм 232 1300 ния Сумма активных температур (> 10 СС) °С 300 3600 Продолжительность вегетации дни 30 200 Показатель увлажнения — 0,17 0,7 Индекс континентальности — 95 272 Число дней с сильным ветром (> 15 м/с) дни 0,7 52,4 Пожароопасность дни/мес 0 18 Число дней с низкой температурой воздуха (< -30 °С) дни 0 30 В зависимости от значимости показателей, каждому из них придан определенный вес, максимальный вес у показателя увлажнения (0,15). Радиационный баланс, осадки, сумма активных температур, продолжительность вегетации, континентальность климата оценивались с весом 0,14. Негативно сказываются на состоянии лесных биогеоценозов экстремальные значения скорости ветра (> 15 м/с) и отрицательная температура, а также пожароопасность регионов: особенно восприимчивы подрост и старые деревья. Однако определяющей роли в размещении лесных массивов эти климатические показатели не играют, а являются дополнением к основным: вес каждого из них равен 0,05. Энергия Солнца, приходящая на земную поверхность, является главным фактором жизни, распределение которого в биосфере неравномерно: растение использует лишь незначительную часть этой энергии, определяемую значением радиационного баланса, диапазон колебаний которого на огромной территории РФ составляет от 705 МДж/м2 (Ненецкий АО) до 2292 МДж/м2 (Республика Дагестан). В зоне наибольшей продуктивности радиационный баланс равен 1205—1582 МДж/м2, а в качестве оптимального выбрано некое среднее значение 1300 МДж/м2. К северу количество солнечной радиации закономерно снижается, а к югу повышается. Солнечная радиация 145 влияет на жизненные процессы леса, обусловливая фотосинтез, транспирацию, тепло - и влагообмен и др. Огромную роль в жизни леса играет тепло и, прежде всего, микроклиматическая изменчивость термического режима в приземном слое воздуха. При оптимальном режиме тепла обеспечивается нормальное протекание всех физиологических процессов, ростовых и стадийных изменений. Увеличение количества радиационного тепла, приходящего на единицу поверхности, на 20-33 % потенциально повышает средний класс бонитета на 0,8-1,0, но только в случаях, когда рост и продуктивность насаждений лимитируются теплом. Потребность в тепле у каждой древесной породы строго определенная, однако эти тепловые границы изучены достаточно слабо. Первостепенное значение для любой фенологической фазы развития дерева и древостоя в целом, а также для различных функций (фотосинтез, транспирация и т. д.) имеют сумма активных температур воздуха и число дней в году со средней суточной температурой > 10 °С (вегетационный период), которые определяют продуктивность леса. Если сумма активных температур не достигает оптимальных для данной породы значений, то дерево полноценно не развивается: не имеет характерной высоты, объема, отсутствует плодоношение, т. е. снижается в целом бонитет древостоя. В качестве оптимального значения суммы активных температур выбрано 1800 °С, а оптимума продолжительности вегетационного периода -120 дней. При этом разброс значений суммы активных температур по отдельным областям в пределах России составляет от 300 до 3600 °С, а в случае вегетационного периода 20-300 дней. Температура воздуха является одним из факторов, очерчивающих ареал произрастания той или иной древесной породы. Очень высокие и очень низкие значения температуры одинаково отрицательно влияют на выживаемость древесных пород. Процессы естественного и искусственного возобновления леса (особенно в начальных стадиях формирования) и продуктивность древостоев тесно связаны с водой, как экологическим фактором. Влага необходима для 146 прорастания семян, играет большую роль в фотосинтезе, при извлечении питательных минеральных веществ из почвы. Зимние осадки являются резервом для будущего вегетационного периода, предохраняют почву и растения от промерзания, высушивающего действия ветра. В умеренном климате произрастание леса возможно при количестве осадков минимум 400 мм/год. Фактически из всего годового количества осадков растение использует лишь 150-175 мм воды в год, однако лучшие леса произрастают в районах, где годовая сумма осадков колеблется от 600 до 700 мм. Это, прежде всего, Брянская, Вологодская, Владимирская, Ивановская, Кировская, Костромская, Пермская, Ленинградская, Московская области и др. Влажность воздуха наряду с осадками воздействует на условия существования леса. Практическое значение в лесном хозяйстве имеет относительная влажность воздуха как один из важнейших показателей пожароопасности в лесу. Немаловажное значение для жизни растений имеет соотношение тепла и влаги как комплексный показатель климатических условий, необходимых для нормальной жизнедеятельности растений. При рассмотрении процессов испарения в качестве показателя используется дефицит влажности воздуха (с ним тесно связаны транспирация и урожайность растений), который положен в основу комплексного показателя увлажнения. Другие метеорологические показатели (гидротермический коэффициент, индекс сухости) неточно выражают реальные условия транспирации и не позволяют провести отвечающую практическим запросам дифференциацию территории по особенностям климата. Влагопотребление и продуктивность растений тесно связаны с показателем увлажнения, в основу которого положены влагообеспеченность и дефицит влажности воздуха. Показатель увлажнения рассчитывается по формуле ПУ = P/D, где Р - сумма осадков за год; D - дефицит влажности воздуха. 147 При оценке показателей антиресурсов (скорость ветра > 15 м/с, температура воздуха < -30 °С, пожароопасность) принят принцип „чем меньше тем лучше". Экстремально низкие значения температуры негативно сказываются на лесе. Действие их проявляется в выжимании морозом из почвы молодых древесных растений (всходов, самосева, сеянцев), образовании морозобойных трещин в древесных стволах. Морозобою подвержены многие хвойные и лиственные породы. Степень опасности образования морозобоя определяют макро- и микроклимат, рельеф, почвенные условия, предшествующий вегетационный период (сухой период чрезвычайно ослабляет деревья). Большая скорость ветра является еще одним показателем антиресурсов, с которым приходится считаться в лесохозяйственной практике. Из повреждений и потерь, наносимых лесу ветром, наиболее ощутимы по силе воздействия буреломы и ветровалы. В европейской части России число дней с опасным ветром не превышает 17. Чрезвычайно убыточны для лесного хозяйства лесные пожары. Огневые повреждения деревьев проявляются в виде ожогов ствола, кроны и перегорания корней. Воздействие низового пожара, в результате которого сгорает напочвенный покров и обжигается снаружи нижняя часть стволов, может быть разным для отдельных пород из-за различий в толщине коры, высоте до начала живой кроны и глубине корней. В молодом возрасте все древесные породы, особенно хвойные, сильно страдают от огня. Низкая пожароопасность наблюдается в северных районах нашей страны и повышается в областях, где мало осадков и преобладают высокие значения температуры воздуха. Значения показателей лесохозяйственных климатических ресурсов для Центрально-Черноземного региона представлены в таблице 60. Климатические ресурсы каждой административно-территориальной единицы оценивались сначала в баллах, а затем в условных единицах (у. е.) отдельно по каждому выбранному климатическому показателю (табл. 61). 148 Таблица 60. Значения основных специализированных показате лей лесохозяйственных климатических ресурсов Число дней Число дней Число дней Административнос темпера- Годовое кос пожаросо скоротерриториальная единица (об- турой возличество опасной об- стью ветра > ласть) духа осадков, мм станов-кой 15м/с < -30 °С Белгородская 1,0 545 12 14 Воронежская 1,6 527 12 5 Тамбовская Липецкая Курская Радиационный баланс, МДж/м2 Сумма ак- Продолжитивных тем- тельность Градация ресурсов ператур (> вегетации, , у.е 10 °С), °С дни 1511 1509 2650 2625 154 152 1,6 543 12 10,7 1509 2450 140 1,6 2,2 517 587 12 12 9 11 1509 1511 2510 2395 149 150 10,05 –12,55 Таблица 61 Лесохозяйственные климатические ресурсы Административно-территориальная Ресурсы единица (область) балл у.е. Белгородская 7,1 10,9 Воронежская 7,1 10,9 Курская 7,8 11,9 Липецкая 7,6 11,5 Тамбовская 7,5 11,4 Как видим, более благоприятные для произрастания лесных насаждений климатические условия формируются в Курской области. Белгородская и Воронежская области с более засушливыми условиями вегетационного периода наименее благоприятны для лесной растительности. В основу оценки стоимости лесохозяйственных климатических ресурсов положена сырьевая функция лесов, которую можно выразить через стоимость древесины на корню. Климатические условия роста древесных пород влияют на производительность древостоев и, следовательно, на потенциально возможный ежегодный доход от пользования лесом. Оценка стоимости лесохозяйственных климатических ресурсов С (млн. руб.) производится по формуле 8,0140,7 С = Sa/A 1000 где 8,0 - максимально возможный годовой прирост древесины, м3/га; 140,7 -стоимость древесины на корню при устойчивом рациональном лесопользовании, млн. руб.; S - площадь земель лесного фонда, тыс. га; а - лесо- хозяйственные ресурсы региона, у. е.; А - лесохозяйственные ресурсы, обеспечивающие максимально возможный годовой прирост древесины, у. е. В таблице 62 приведены значения стоимости лесохозяйственных ресурсов для каждой административно-территориальной единицы, рассчитанные по данной формуле. Таблица 62 Стоимость лесохозяйственных климатических ресурсов Административно-территориальная единица Стоимость, млн. руб. Белгородская область 198,5 Воронежская область 402,1 Курская область 229,9 Липецкая область 182,8 Тамбовская область 336,7 3.12 Нагрузочно-климатические ресурсы Метеорологические нагрузки оказывают негативное влияние на различные объекты. Под их воздействием происходит ускоренное старение сооружений, а в некоторых случаях и их разрушение. Поэтому с точки зрения ресурсного подхода к климату метеорологические нагрузки являются отрицательными ресурсами. В регионах, где нагрузки невелики, создаются более благоприятные условия для эксплуатации сооружений (большие нагрузочноклиматические ресурсы). Чем больше нагрузка, тем меньше климатические ресурсы, так как возрастают затраты на строительство с учетом данной нагрузки, т. е. значения ресурсов обратно пропорциональны нагрузке. Следовательно, за 0 баллов принимается максимальное значение нагрузки, а за 10 баллов — минимальное. Неучет нагрузок при проектировании сооружений может привести, с одной стороны, к удорожанию сооружений (когда запас прочности, а, следовательно, и его стоимость значительно выше уровня нагрузок в данном рай151 оне), а с другой стороны, к разрушению сооружения (запас прочности меньше уровня нагрузок), что в конечном счете также приводит к излишним затратам на восстановление разрушенного. Таким образом, учет нагрузочноклиматических ресурсов позволяет уменьшить неблагоприятное воздействие нагрузок, минимизировать затраты на строительство сооружений, проводить более гибкую стратегию в строительстве (для регионов с различными нагрузочно-климатическими ресурсами возводить не однотипные сооружения, а приспособленные к данным климатическим условиям, использовать оптимальные для данных районов строительные материалы и т.д.). Учет нагрузочно-климатических ресурсов производится на стадии проектирования сооружений, при этом для различных сооружений некоторые виды нагрузок могут не приниматься в расчет, в то время как другие имеют решающее значение. Например, для линий связи (ЛС) и электропередачи (ЛЭП) основными являются гололедные и гололедно-ветровые нагрузки, а снеговые в расчет не принимаются. Снеговые же нагрузки являются основными при проектировании различных покрытий. Использование нагрузочно-климатических ресурсов — пассивное — заключается в проведении мероприятий, которые позволяют снизить негативное воздействие нагрузок. Это достигается, например, при помощи такого расположения сооружений на местности, а также придания им такой формы, которые уменьшают воздействие нагрузок: в районах с большими ветровыми нагрузками (малыми ресурсами) — расположение сооружений таким образом, чтобы сопротивление ветру было минимальным; в градостроительстве — такая планировка кварталов, чтобы скорость ветра в застройке была минимальная; в районах с большими снеговыми нагрузками — сооружение покатых крыш и т. д. Большое значение приобретают разработка и учет специализированных показателей. Например, учет информации о скорости ветра по направлениям может существенно снизить затраты на строительство ЛЭП и ЛС, так как для этих объектов наибольшую опасность представляет скорость 152 ветра, направленного по нормали к проводам. По другим румбам скорость ветра может быть меньше, чем без учета направления. В зависимости от класса сооружения и срока его эксплуатации нагрузки рассчитываются с разной обеспеченностью (периодом повторения). При расчете нагрузочно-климатических ресурсов принимаются нагрузки, возможные 1 раз в 20 лет. Основными видами метеорологических нагрузок являются: ветровая, снеговая, гололедная и гололедно-ветровая. Ветровая нагрузка возникает вследствие давления ветрового потока на сооружение, учитывается при проектировании зданий высотой более 40 м. Для таких сооружений, как телевизионные и радиомачты, башни, опоры ЛЭП и дымовые трубы, ветровая нагрузка является основной. Выделяют статическую и динамическую составляющие ветровой нагрузки. Статическая ветровая нагрузка Q (кг/м2), нормальная к поверхности сооружения или к его элементу, определяется по формуле Q = Cxq, где Сх - аэродинамический коэффициент (коэффициент лобового сопротивления сооружения); q - скоростной напор ветра (давление ветра на единицу поверхности), кг/м2. Климатическим показателем является скоростной напор ветра q. Он использовался для расчета ветровых нагрузочно-климатических ресурсов. Динамическая составляющая ветровой нагрузки обусловлена порывистостью ветра. Она является кратковременной, однако по значению часто превосходит статическую составляющую. Динамическая составляющая в значительно большей степени, чем статическая, зависит от динамических свойств сооружения. Вопросы учета динамической составляющей ветровой нагрузки на сооружения разработаны недостаточно полно и выходят за пре- 153 делы области строительной климатологии. Поэтому при расчете климатических ресурсов эта составляющая не учитывалась. Снеговая нагрузка возникает вследствие давления снежного покрова на покрытие сооружений, учитывается при проектировании различных типов покрытий зданий, теплиц, наземных трубопроводов. Определяется массой снежного покрова на единицу площади покрытия: Рн=СР0, где Рн — нормативная снеговая нагрузка, кг/м2; Р0 — нагрузка на горизонтальную поверхность земли площадью 1 м2, кг/м2; С — коэффициент пересчета от поверхностной снеговой нагрузки на землю Р0 к поверхностной снеговой нагрузке на покрытие, зависит от угла наклона и конструкции покрытия. Климатическим показателем является величина Р0. Она использовалась для расчета снеговых нагрузочно-климатических ресурсов. Гололедная нагрузка возникает вследствие осаждения того или иного вида гололедного отложения, в результате чего появляется дополнительная нагрузка на сооружение. Особенно большое влияние гололедная нагрузка (так же, как и гололедно-ветровая) оказывает на работу воздушных ЛС и ЛЭП. Климатическим показателем является нагрузка на провод диаметром 10 мм и высотой подвеса 10м. Гололедно-ветровая нагрузка. Выделяют ветровую нагрузку при гололеде и результирующую нагрузку. Ветровая нагрузка при гололеде Qг (кг/м) возникает вследствие давления ветрового потока на обледенелый провод, осевое сечение которого при отложении увеличивается. Определяется по формуле Qr = CxqS, где Сх — аэродинамический коэффициент; q — скоростной напор ветра, кг/м2; S — площадь осевого сечения 1 м обледеневшего провода, перпендикулярного направлению ветра, м2. 154 Климатическим показателем является нагрузка на обледеневший провод диаметром 10 мм и высотой подвеса 10 м. Результирующая нагрузка R (кг/м) является результатом совместного воздействия гололедного отложения и ветровой нагрузки при гололеде и равна геометрической сумме двух составляющих — вертикальной нагрузки, определяемой массой гололеда и массой провода, и горизонтальной нагрузки, возникающей под воздействием ветра: R = (Р + р)2 + Qr2 , где Р — гололедная нагрузка на провод воздушной линии, кг/м; р — масса провода, кг. Климатическим показателем является нагрузка на провод диаметром 10 мм и высотой подвеса 10 м. Определяющее значение для технико-экономических показателей при расчете механической части проводов и опор воздушных линий, а также при проектировании мачт и башен имеют нагрузки, создаваемые не отдельно ветром и отложением, а их совместным воздействием, поэтому результирующая нагрузка использована для расчета нагрузочно-климатических ресурсов. В таблице 63 приведены данные о видах нагрузок, принятых для расчета нагрузочно-климатических ресурсов, и диапазоне их изменения. Таблица 63. Диапазон изменения специализированных показателей нагрузочноклиматических ресурсов Показатель Скоростной напор ветра Снеговая нагрузка Гололедно-ветровая (результирую- Еди- Ми- Мак ница кг/м2 изме- нимум16,0 симум74,8 рения » 20 0,20 422 1,75 кг/м В европейской части России максимальные ресурсы отмечаются в рещая) нагрузка гионах, расположенных в лесной зоне. Несмотря на частое прохождение 155 циклонов через эти регионы, ветровая нагрузка здесь уменьшается за счет облесенности местности, т. е. влияние леса на нагрузку оказывается сильнее, чем влияние атмосферной циркуляции. Средняя ветровая нагрузка в этих регионах составляет 20—25 кг/м2. По мере продвижения на север и юг ресурсы уменьшаются. На севере это происходит в регионах с лесотундровой и тундровой растительностью и активной циклонической деятельностью. На юге европейской части России в регионах, расположенных в лесостепной и степной зонах, также происходит уменьшение ресурсов. Здесь средняя ветровая нагрузка — 30— 36 кг/ м2. Особенно малыми ресурсами обладают регионы, расположенные в Предкавказье: Краснодарский и Ставропольский края, Карачаево-Черкесская Республика (ветровая нагрузка составляет 45—50 кг/ м2). Распределение снеговых нагрузочно-климатических ресурсов: в европейской части России эти ресурсы увеличиваются как с востока на запад, так и более резко с севера на юг. В северных районах снеговая нагрузка составляет 220—280 кг/ м2. В западных регионах нагрузка 150— 160 кг/ м2, несмотря на значительное количество осадков, связаны с небольшой продолжительностью залегания снежного покрова и частыми оттепелями. По мере продвижения на восток количество осадков уменьшается, но увеличивается продолжительность залегания снежного покрова и уменьшается повторяемость оттепелей, что приводит к уменьшению ресурсов. Снеговая нагрузка здесь увеличивается до 200—250 кг/ м2. В Предуралье в связи с повышением активности фронтов под действием рельефа происходит увеличение осадков. Кроме этого, зимы здесь устойчивые, повторяемость оттепелей мала. Поэтому в европейской части России минимум данных ресурсов отмечается именно в Приуралье, в Пермской области (4,5 у. е., снеговая нагрузка 314 кг/ м2). Южные и юго-восточные районы обладают наибольшими ресурсами в европейской части России (республики Северного Кавказа, Астраханская область). В этих регионах снеговая нагрузка уменьшается до 40—60 кг/ м2, что является следствием не столько относительно короткой зимы, сколько частых оттепелей, а на юго-востоке — малого количества осадков. 156 Распределение гололедно-ветровых нагрузочно-климатических ресурсов: в европейской части России минимальными ресурсами отличаются регионы, расположенные вблизи арктических морей — Ненецкий АО, север Республики Коми — и в Приуралье — Кировская и Пермская области. Гололедно-ветровая нагрузка в этих регионах превосходит 1,0 кг/м. Незначительными ресурсами обладают также регионы Центрально-Черноземной зоны, нагрузка 0,85—0,95 кг/м и юго-востока европейской части России нагрузка 0,75—0,90 кг/м. Эти регионы расположены на Среднерусской и Приволжской возвышенностях. Здесь при увеличении высоты места возрастает как масса гололедно-изморозевых отложений, так и скорость ветра при гололеде, что и приводит к увеличению гололедно-ветровой нагрузки и уменьшению ресурсов. Максимальные ресурсы, как в европейской части, так и на всей территории России имеют место в Астраханской области, расположенной на Прикаспийской низменности. Здесь нагрузка уменьшается до 0,20 кг/м. Хотя значения различных видов нагрузок существенно отличаются (снеговая нагрузка, например, в сотни раз превосходит гололедно-ветровую), для разных отраслей народного хозяйства решающую роль может иметь любой из видов нагрузок (даже с самыми низкими значениями - гололедноветровая нагрузка). Поэтому ветровые, снеговые и гололедно-ветровые ресурсы входят в общие ресурсы с равным весом. Наименьшие ресурсы в европейской части России отмечаются в регионах, расположенных вблизи арктических морей. Здесь значительны все виды нагрузок. Невелики ресурсы и в Приуралье, где особую роль играют снеговые и гололедно-ветровые нагрузки. Наибольшими ресурсами в европейской части России обладают южные регионы: Астраханская область, республики Калмыкия и Северная Осетия, а также Чеченская, Ингушская и Кабардино-Балкарская республики . В этих регионах незначительны все виды нагрузок. 3.13 Нефтегазовые климатические ресурсы 157 Нефтегазовые климатические ресурсы учитываются при обеспечении разведки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Наибольшие запасы нефти на территории России выявлены в Среднем Приобье (в основном на территории Ханты-Мансийского АО, частично в Ямало-Ненецком АО и Томской области) и в Волго-Уральском бассейне. Транспортировка добытого сырья осуществляется с помощью головных и промежуточных газо-нефтераспределительных станций по магистральным трубопроводам. Основные нефтепроводы проложены из Среднего Приобья на запад через Поволжье и далее в следующих направлениях (рис. 9 а): - на юго-запад: на Украину, Северный Кавказ и в нефтеэкспортные порты Туапсе, Новороссийск; - на запад: в Беларусь и далее в Западную Европу, с ответвлением на Вентспилс; - в Центральную Россию, где образовано „кольцо" нефтепроводов в Ярославле, Москве, Рязани, Кстово (близ Нижнего Новгорода), с ответвлением в сторону Санкт-Петербурга (Кириши). На восток нефтепровод из Приобья идет вдоль Транссибирской магистрали до Омска, Ачинска и Ангарска. Нефть Сахалина передается по нефтепроводу в Комсомольск-на-Амуре. Основные газопроводы России (рис. 9 б) проложены из Нижнего Приобья на юго-запад в центральные районы и затем (через Украину и Беларусь) в Дальнее зарубежье. Магистральные трубопроводы (газопроводы, нефтепроводы и нефтепродукто-проводы) прокладываются подземно (подземная прокладка). Прокладка трубопроводов по поверхности земли в насыпи (наземная прокладка) или на опорах (надземная прокладка) допускается только как исключение на отдельных участках в пустынных и горных районах, болотистых местностях, 158 на неустойчивых грунтах, а также при переходе через естественные и искусственные препятствия. Глубина заложения магистральных трубопроводов определяется глубиной промерзания в районах сезонного промерзания грунтов (благоприятный период для строительства — лето) или глубиной протаивания в районах на вечномерзлых грунтах (благоприятный период для строительства - зима). Основными климатическими факторами, влияющими на промерзание (протаивание) грунта, являются температура воздуха и снежный покров. Долговечность магистральных трубопроводов и надежность их эксплуатации зависят от качества проведенных во время строительства изоляционноукладочных работ, для которых неблагоприятными погодными условиями являются сильный ветер, сильный мороз и непрерывные продолжительные осадки в виде дождя и снега. Изменения температуры воздуха влияют на их эксплуатации зависят от качества проведенных во время строительства изоляционно-укладочных работ, для которых неблагоприятными погодными условиями являются сильный ветер, сильный мороз и непрерывные продолжительные осадки в виде дождя и снега. Изменения температуры воздуха влияют на регулировку подачи газа. При прогнозе длительных морозов газ заблаговременно накапливают в резервных мощностях, что приводит к временному лимитированию подачи газа на производство. Важное место в климатологическом обеспечении нефтегазовых комплексов занимает информация о грозах. Вести работы на газопроводе и нефтепроводе при грозах строго запрещено. 159 160 Добыча газа, млрд. м3 150-200 25- 50 50-100 меньше 5 Рис.9. Основные районы добычи, переработки нефти (а) и газа (б). Специализированные показатели климатических ресурсов для магистральных трубопроводов и диапазон их изменения приведены в таблице 64. Таблица 64. Диапазон изменения специализированных показателей климатических ресурсов для магистральных трубопроводов Показатель Еди Ми- Глубина сезонного промерзания грунта ница смиз- нимум18 Мак симум190 Глубина сезонного протаивания грунта Макси- мерения « 90 мальная высота снежного покрова на конец декаЧисло дней с температурой воздуха -30 ды « дни 14 1 162 °С Число дней со скоростью ветра > 10 м/с при « 0 95 260 130 отрицательной температуре 161 Число дней с дождем непрерывной про- « 6 36 должительностью > 4 ч Число дней со снегопадом непрерывной « 11 88 продолжи тельностью > 4 ч Число дней с грозой « 5 50 Наиболее благоприятными для строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов являются южные районы России. Зима здесь начинается в начале декабря и заканчивается в начале марта. Высота снежного покрова не превышает 30 см. Для всей территории характерна малая глубина промерзания грунта (не более 40 см), а в некоторых местах грунты вообще не бывают в мерзлом состоянии. Число дней в году со скоростью ветра > 10 м/с не превышает 37. Грозовая деятельность усиливается с приближением к горным районам. На севере европейской части России наблюдается значительное увеличение глубины промерзания (100—180 см), особенно на станциях, расположенных близко к береговой линии Белого моря, где снег постоянно сдувается. Отепляющего влияния замерзающего зимой моря недостаточно, чтобы уменьшить глубину промерзания грунта из-за неравномерного залегания снежного покрова и малой его высоты (30—40 см). Самыми неблагоприятными районами для строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов в европейской части России являются север Республики Коми и Ненецкий АО, где при прочих равных условиях климатический ресурсный потенциал резко снижается до 6— 9 у. е. за счет максимального для европейской части страны числа дней со снегопадом непрерывной продолжительностью > 4 ч (80—88). В таблице 65 представлены значения основных специализированных показателей климатических ресурсов для магистральных трубопроводов на территории ЦЧО. Как видим в южных областях – Белгородской и Воронежской более благоприятные условия для эксплуатации магистральных трубопроводов за счет менее глубокого промерзания грунта. 162 3.14 Общероссийские (интегральные) климатические ресурсы (Климатический потенциал экономического развития) Климатические ресурсы по праву могут быть включены в состав национальных богатств нашей страны и её отдельных регионов. Поэтому комплексная оценка климатических ресурсов является одним из факторов, способствующих выявлению резервов для развития экономики России, оказывающих влияние на формирование экономической структуры регионов, определение территориальной организации производства. Учет климатических ресурсов в ближайшей перспективе при структурной перестройке и обновлении экономики должен играть более важную роль, чем в прошлом. В самом общем виде интегральный климатический ресурсный потенциал (КРП) позволяет четко разграничить районы, благоприятные и неблагоприятные для развития общественного производства. Значительную часть России (ее южную и половину западной части) занимает зона сравнительно больших климатических ресурсов. Среднее значение превышает повсеместно 10 у. е., а в Республике Адыгея, Калининградской области, Краснодарском крае достигает максимума (12,6—12,8 у. е.). В северной и северо-восточной частях России климатических ресурсов значительно меньше. В среднем они составляют от 7,3 у. е. на крайнем севере до 8,7 у. е. на остальной отмеченной территории. 163 Таблица 65 Значения основных специализированных показателей климатических ресурсов для маг истральных трубопроводов Административнотерриториальная единица Глубина МаксимальЧисло дней сезонного ная высота Средняя гос темперапромерза- снежного довая темтурой возния (про- покрова на пература духа таивания) конец декавоздуха, °С -30 °С грунта, см ды, см Число дней Число дней со скорос дождем стью ветра непрерыв>10 м/с при ной проотрицательдолжиной темпетельностью ратуре возболее 4 ч духа Число дней со снегопадом непреГрадация рерыв-ной сурсов , у.е продолжительностью более 4 ч Курская область 85 63 2 5,4 23 26 12 Липецкая область Тамбовская область 79 76 47 64 2 2 5,1 4,8 23 23 26 26 26 26 Воронежская область 66 58 2 5,8 23 26 26 Белгородская область 68 52 1 6,3 23 26 26 10,05 – 12,55 12,55 – 15,05 Структура интегральных климатических ресурсов Центрально- Черноземного региона представлена в табл. 66. Различия климатических ресурсов между южными и северными частями основном обусловлены, как и следовало ожидать, распределением агроклиматических ресурсов и степенью благоприятности функционирования в имеющихся климатических условиях предприятий нефтегазового комплекса. На втором месте находятся ограничения по количеству ресурсов для строительства и коммунальных услуг. По приближенной оценке, учет и прямое использование климатических ресурсов могут обеспечить за год в благоприятных районах прибыль около 700 млрд. руб. Таблица 66. Составляющая (% от КРП) интегральных климатических ресурсов Рос- Нефтегазовые климатические ресурсы Лесохозяйственные климатические ресурсы Интегральный КРП, у.е. единица Энергоклиматические ресурсы территориальная Агроклиматические ресурсы стративно- 12,2 12,1 10,9 11,5 16,3 12,1 13,6 11,3 12,0 12,7 12,3 11,5 11,5 15,8 10,9 13,7 11,5 11,8 12,5 12,5 10,4 12,0 16,7 10,0 13,3 12,6 11,8 12,2 12,3 11,9 11,9 16,2 9,7 13,4 12,4 11,7 12,7 12,5 11,9 12,2 15,8 8,9 13,6 12,4 11,5 Строительноклима-тические ресурсы Климатические Админи- ресурсы коммунального хозяйства Транспортноклиматические ресурсы Биоклиматические ресурсы сии Белгородская область Воронежская область Курская область Липецкая об- ласть Тамбовская ласть об- Для того чтобы оценить, какие виды климатических ресурсов преобладают на территории ЦЧО, можно обратиться к данным табл. 67. Условные климатические единицы для этой цели не пригодны, так как они уравнивают общероссийские ресурсы различных видов (сумма баллов по каждой графе приравнивается к 1000 у.е.). Средний балл показывает относительную картину и поэтому мало различается для разных ресурсов, но даже имеющиеся небольшие отличия свидетельствуют о структуре КРП в регионе. Наименьшими являются энергоклиматические ресурсы, так как во многих районах на территории России климат не способствует развитию энергетики по разным причинам. Особенно мал этот вид ресурсов в центральных районах европейской части России, особенно в Тамбовской области. Принято считать, что на юге нецелесообразно развивать ветроэнергетику, в центральной полосе — ветро-, гелиоэнергетику (так как это не ветронасыщенные районы) и гидроэнергетику (из-за режима осадков). Кроме того, и атомные станции строить здесь опасно по причине наиболее часто возникающих смерчей. Таблица 67 Агроклиматические ресурсы Энергоклиматические ресурсы Нефтегазовые климатические ресурсы Лесохозяйственные климатические ресурсы Среднее Белгородская область Воронежская область Курская область Липецкая область Тамбовская область 6,8 5,7 6,9 6,7 7,8 6,0 7,1 7,1 6,8 6,8 6,0 7,2 6,6 7,5 4,7 7,2 7,1 6,6 6,6 6,4 5,4 5,7 6,6 7,4 6,6 6,7 7,9 7,6 4,5 4,1 7,1 6,8 7,8 7,6 6,6 6,5 6,6 6,1 7,0 6,8 7,3 3,3 7,0 7,5 6,5 Строительноклима-тические ресурсы Климатические Административнотерриториальная единица ресурсы коммунального хозяйства Транспортноклиматические ресурсы Биоклиматические ресурсы Климатические ресурсы, балл 166 Достаточны климатические ресурсы для развития транспорта, они они равномерно распределяются по территории. 3.15 Почвенно-климатические ресурсы для проектирования оснований и фундаментов зданий Долговечность здания в большой степени зависит от долговечности его несущих конструкций, в частности фундамента. Конструкция фундамента определяется свойствами основания, на которое оно опирается. Местоположение и глубина заложения фундамента принимаются с учетом глубины сезонного промерзания грунта (или протаивания в зоне вечной мерзлоты). Глубина промерзания определяется как средняя из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунта на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке. Основным фактором, влияющим на глубину промерзания (протаивания) оголенных грунтов, является выхолаживание подстилающей поверхности. Косвенными показателями теплового состояния грунта служат характеристики температуры воздуха. Поскольку здание само может быть интенсивным источником тепла, при проектировании оснований и фундаментов необходимо учитывать влияние на глубину промерзания теплового режима постройки. Для наружных фундаментов отапливаемых сооружений коэффициент Kh, учитывающий влияние теплового режима зданий, определяется по табл. 68. Таблица 68. Значения коэффициента Kh в зависимости от расчетной средней суточной температуры воздуха Т в помещении, примыкающем к наружным фундаментам Особенности сооружения Без подвала, с полами, устраивапо грунту емыми: на лагах по грунту ,9 ,0 Т "С 0 5 1 1 0 1 ,8 ,9 00 0 ,7 ,8 05 0 ,6 ,7 0и более 0,5 0 0,6 20 167 по утепленному цокольному пе1 1 0 0 0,7 С подвалом или техническим 0 0 0 0 0,4 рекрытию ,0 ,0 ,9 ,8 Для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружеподпольем ,8 ,7 ,6 ,5 ний Kh = 1,1. Температурно-влажностный режим грунта при проектировании оснований и фундаментов определяется также высотой и продолжительностью залегания снежного покрова, длительностью зимнего периода. Основные специализированные показатели почвенно-климатических ресурсов и диапазоны их изменения приведены в табл. 69. Районы с наиболее благоприятным сочетанием климатических условий для проектирования и строительства оснований и фундаментов находятся на юге европейской части России. В средней полосе европейской части России глубина промерзания грунта увеличивается и на конец зимы достигает 60-90 см на юго-западе и 120—160 см на северо-востоке. Таблица 69. Диапазон изменения специализированных показателей почвенно-климатических ресурсов для проектирования оснований и фундаментов зданий Еди Показатель Глубина сезонного грунта Ми- промерзания ница смиз- нимум18 мерения Ма ксимум 190 Продолжительность зимнего периода дни 50 280 Глубина см 90 260 сезонного протаивания грунта Средняя месячная температура воздуха (январь) °С 45,5 -1,0 Средняя месячная температура воздуха (июль) 25, " 8,0 5 168 Число дней со снежным покровом дни 35 255 Максимальная высота снежного по- см 14 130 °С - 11, крова на конец декады Средняя годовая температура воздуха 13,6 8 На территории ЦЧО наименее благоприятные почвенно-климатические условия для фундаментов зданий существуют в Тамбовской области из-за длительного залегания снежного покрова и большой глубины сезонного промерзания грунта (табл.70). 169 Таблица 70 Значения основных специализированных показателей почвенно -климатических ресурсов для проектирования оснований и фундаментов зданий Административнотерриториальная единица Тамбовская область Воронежская область Липецкая область Курская область Белгородская область Глуби- ПродолжиНаибол СредЧисло Грана сезонного тельность ьшая декад- няя годовая дней со промерзания зимнего пе- ная высота температура снежным по- дация ресурсов , у.е (протаивариода, дни снежного по- воздуха, °С кровом ния), см крова, см 10,05 76 150 64 4,8 135 –12,55 12,55 66 141 58 5,8 115 –15,05 79 147 47 5,1 128 85 137 63 5,4 118 68 130 52 6,3 116 3.16 Производственно-строительные климатические ресурсы Производственно-строительные климатические ресурсы определяют сроки строительно-монтажных и ремонтных работ, учитываются при планировании и организации процесса производства, выборе механизмов и материалов специальной модификации. Основными климатическими параметрами, характеризующими условия производства работ, являются: продолжительность зимнего периода; сочетания температуры воздуха и скорости ветра, определяющие условия работ на открытом воздухе; большие скорости ветра, при которых прекращается монтаж стеновых панелей и работа башенных кранов; снегозаносы; ухудшение видимости во время метелей; продолжительность периода с низкой температурой воздуха, снижающими эффективность работы транспорта. В летнее время прекращение строительных и монтажных работ может быть вызвано интенсивными осадками, грозами, туманами. Основные специализированные показатели производственно- строительных климатических ресурсов и диапазон их изменения приведены в таблице 71. Таблица 71. Диапазон изменения специализированных показателей производственно-строительных климатических ресурсов по территории России Еди Показатель Ми ница дни из- нимум51 Среднее число дней со скоростью вет- мерения « 0 ра > 10 м/с при Продолжительность зимнего периода Ма ксимум 280 95 отрицательной температуре воздуха Объем переносимого снега за зиму с максимальной м3/ пог.м 11 150 0 продолжительностью метелей Число дней с температурой воздуха 30 °С Число дней с температурой воздуха 30 °С Число дней с дождем непрерывной продолжительно- дни 1 162 « 1 55 « 6 36 « 2 17 стью 4 ч Число дней с опасными природными явлениями Большинство районов европейской части России располагает наиболее оптимальным сочетанием климатических показателей для производственностроительных работ. При проектировании различных сооружений, несущая или рабочая части которых выполняются из металлов, необходимо знать значения и длительность воздействия низкой температуры воздуха. Иногда достаточно небольшого изменения температуры для того, чтобы потребовалась специальная модификация проектируемого объекта. Так, в условиях, когда температура воздуха -30 °С, следует выбирать изделия, выполненные в северном варианте. Возможность производства работ на открытом воздухе определяет также температурно-ветровой режим, т. е. критические сочетания температуры воздуха и скорости ветра (температура 0°С при скорости ветра > 10 м/с), при которых либо прекращаются строительные и монтажные работы, либо производится дополнительная оплата труда. Для того чтобы оценить сроки будущего строительства, возможное удорожание строительных работ, производимых в зимнее время, и составить графики хода строительных работ, необходимо иметь данные об объеме переносимого снега, зависящего, в свою очередь, от интенсивности снегопере172 носа и от продолжительности метелей. В северных районах европейской части России за зиму с максимальной продолжительностью метелей переносится снега более 1000 м3/пог. м, в юго-западных — менее 100 м3/пог. м. В Центрально-Черноземном регионе (табл.72) самые благоприятные условия наблюдаются в Белгородской области за счет меньшей продолжительности холодного периода и вероятности сильных морозов зимой по сравнению с другими областями. 173 Таблица 72 Значения основных специализированных показателей произво дственно-строительных Липецкая область Воронежская область Белгородская область 50 1 37 1 47 1 41 1 30 23 25 0 23 23 50 10 0 23 23 30 14 0 о Число дней с опасными природными явлениями Курская область 1 Число дней с температурой воздуха Число дней с дождем непрерывной продолжительностью 4ч Тамбовская область Среднее число дней со скоростью ветра более 10 м/с при отрицательной температуре воздуха Объем переносимого снега за зиму с максимальной продолжительностью метелей (м3/пог.м) Административнотерриториальная единица Продолжительность зимнего периода, дни климатических ресурсов Градация ресурсов , у.е 2 10 26 4 10,05 –12,55 2 15 26 6 2 10 23 3 2 12 26 5 1 17 26 5 -30 С о 30 С 12,55 –15,05 3.17 Санитарно-гигиенические климатические ресурсы для градостроительства Климат — один из природных факторов, который должен учитываться при оценке их пригодности для градостроительного освоения и обеспечения нормальных условий труда, быта и отдыха городского населения. Санитарногигиенические ресурсы рассматриваются применительно к пребыванию человека в городе вне помещения. Город, в свою очередь, значительно трансформирует климатические условия в микро- и мезомасштабе. Особенно это сказывается на температурно-ветровом режиме и освещенности. Архитектурно-планировочными средствами можно менять климатические характеристики, как в худшую, так и в лучшую сторону. Во многих районах России летом наблюдается перегрев селитебных территорий, а зимой — переохлаждение. Поэтому в холодном климате зимой снижают скорость ветра, улучшают инсоляцию жилищ, борются со снежными заносами, в жарком — создают условия для сквозного проветривания и затенения городских территорий. Для санитарно-гигиенической оценки ресурсов климата и степени его благоприятности для градостроительного освоения используется ряд биоклиматических показателей. В первую очередь это температурные и ветровые характеристики, количество осадков и объем переносимого снега зимой. В таблице 73 их значения приведены для летнего и зимнего сезонов. Таблица 73. Диапазон изменения по территории России специализированных показателей санитарно-гигиенических климатических ресурсов для градостроительства Еди Показатель ница М Ма из- инимум ксимум мерения Лето Число дней со средней суточной температурой воздуха 15°С дни 0 150 « 0 102 % 8 70 дни 3 20 °С 0 « 0 117 м/с 0,6 8,7 % 8 89 м3/ 10 150 Число дней со средней суточной температурой воздуха 20°С Повторяемость скорости ветра 0 — 1 м/с Число дней с количеством осадков 5 мм Зима Сумма значений температуры воздуха -10 °С 5700 Число дней со средней суточной температурой воздуха -25°С Средняя скорость ветра за зиму Повторяемость скорости ветра 0 — 1 м /с Объем переносимого снега за зиму пог.м 0 0 Показатели летнего периода Число дней со средней суточной температурой воздуха 15 °С — показатель, используемый для санитарно-гигиенической оценки термического режима. Длительность периода с температурой 15 °С определяет уровень комфортности, возможность пребывания и проведения работ на открытом воздухе. Наиболее продолжительный период (130—150 дней) отмечается в южных областях России, в центральной части он сокращается до 70—90 дней. Повторяемость скорости ветра 0—1 м/с. В летние месяцы безветрие или условия, близкие к нему, на фоне высоких значений температуры и 176 влажности воздуха вызывают ощущение духоты, ухудшение самочувствия человека, перегрев помещений. В ночные часы они способствуют формированию инверсий и увеличению уровня загрязнения, особенно в крупных промышленных городах. Число дней с количеством осадков 5,0 мм. Длительные и частые интенсивные осадки ограничивают пребывание и выполнение работ на открытом воздухе, способствуют повышению влажности в помещениях. Помимо этого, они создают проблемы для безопасности движения городского транспорта, а также стока и очистки поверхностных вод с селитебных территорий. Наибольшее число дней с количеством осадков 5,0 мм за лето (15— 20) характерно для Амурской области, Еврейской автономной области, Хабаровского края, юга Приморского края и республик Северного Кавказа. Минимум (3—5 дней) отмечается в Волгоградской, Астраханской областях, республиках Калмыкия и Дагестан. На остальной территории России число дней с количеством осадков 5,0 мм колеблется от 8 до 14. Наибольший вклад в оценку санитарно-гигиенических ресурсов климата для градостроительства в летний период вносит температура воздуха. Влияние высокой температуры усиливается интенсивной солнечной радиацией, которая вызывает дополнительный перегрев стен зданий и подстилающей поверхности, а их тепловое излучение неблагоприятно сказывается на тепловом состоянии человека (табл.74). 177 Таблица 74 Значения основных специализированных показателей санитарно -гигиенических климатических ресурсов для градостроительства (лето) Административнотерриториальная единица Курская область Число дней Число дней Повторяесо средней сумость скорости со средней суточной темпера- точной темпераветра 0—1 м/с, % турой воздуха турой воздуха 15 °С 20 °С 30 103 37 Число дней Градас количеством ция ресурсов , у.е осадков 5 мм 16 Воронежская область 24 107 49 11 Тамбовская область 30 101 46 10 Липецкая область 36 103 45 11 Белгородская область 39 114 44 11 7,55— 10,05 10,05 – 12,55 В южных областях региона рекомендуются мелиоративные мероприятия для повышения положительного климатического ресурса путем посадки зеленых насаждений, увеличения площади газонов, создания небольших искусственных водоемов и фонтанов. Одновременно следует градостроительными средствами создавать условия для продуваемости территорий, так как при штилевой погоде увеличивается перегрев тела человека. В средних широтах России, от Калининграда до Магадана, комплекс биоклиматических показателей в летний период благоприятен с точки зрения санитарно-гигиенических ресурсов для градостроительного освоения . Этому способствует достаточно длительный теплый период (70—100 дней) со средней суточной температурой воздуха 15 °С и малым числом жарких дней — 25—35 (средняя суточная температура 20 °С). В целом же климатические ресурсы РФ не являются лимитирующим фактором среди прочих для строительства городов. Показатели зимнего периода Сумма значений температуры воздуха -10 °С (t —10 °С) — показатель, свидетельствующий об интенсивности и, частично, о продолжительности зимнего холодового дискомфорта. Он должен учитываться городскими службами при нейтрализации и компенсации неблагоприятных метеорологических воздействий в холодное время года. Наиболее суровые термические условия зимой (.t -10 °С равна около -6000 °С) складываются на севере Республики Саха (Якутия). На обширной территории азиатской части России t -10 °С колеблется от -2000 до 4500 °С, в европейской части — от -1800 °С в северных районах до -500 °С в центральных. Средняя скорость ветра за зиму — показатель, в значительной степени определяющий тепловой режим зданий, особенно в регионах с высокой повторяемостью сильного ветра. Он характеризует дискомфортность и учитывается при разработке мелиоративных мероприятий архитектурно- планировочными средствами при застройке и реконструкции городских территорий. Большой скоростью ветра в течение зимы отличаются Корякский АО (средняя скорость около 9 м/с) и юг Приморского края (7,5 м/с). Самый благоприятный ветровой режим (средняя скорость ветра за зиму менее 1 м/с) складывается в Республике Алтай, центральных районах Республики Саха, Забайкалье. В Центрально-Черноземных областях средняя скорость ветра зимой – 4 м/с. Повторяемость скорости ветра О—1 м/с за зиму. Малая скорость ветра зимой играет двоякую роль: с одной стороны, существенно уменьшает холодовый дискомфорт, а с другой — благоприятствует образованию глубоких инверсий, тем самым, способствуя загрязнению городской среды. Наибольшая повторяемость условий, близких к безветрию (85—90 %), отмечается в республиках Алтай, Тыва, в центральных районах Республики Саха, на юге Читинской области, наименьшая (до 8 %) в Корякском АО. В Центрально-Черноземных областях повторяемость штилей – 30%. Объем переносимого снега за зиму. Снегоперенос расценивается как негативный фактор, усиливающий зимний дискомфорт, наряду с температурно-ветровым режимом. Снегоперенос, особенно сильный, ограничивает пребывание и передвижение человека на открытом воздухе, затрудняет, а порой нарушает движение транспорта, создает снегозаносы в городских застройках. Как правило, при принятии градостроительно-мелиоративных решений мероприятия по снегозащите проводятся в комплексе с ветрозащитой. Максимальный объем переносимого снега за зиму (1200—1500 м3/пог. м) отмечается на побережье северных морей и в Корякском АО, минимальный ( 100 м3/пог. м) — в центральных и южных областях России. В таблице 75 представлены показатели санитарно-гигиенических ресурсов для градостроительства в зимний период для территории ЦЧО. 180 Таблица 75 Значения основных специализированных показателей с анитарно-гигиенических климатических ресурсов для градостроительства (зима) Административнотерриториальная единица Тамбовская область Сумма Число Объем СредПовторяезначений дней со сред- переносимого Гратемпературы няя скорость мость скоро- ней суточной снега за зиму, дация реветра за зиму, сти ветра 0— температурой воздуха м3/пог. сурсов , у.е м/с 1 м/с, % воздуха -10 м о С, °С - 25 10,05 °С 2 -531 4,3 17 300 –12,55 Воронежская область 0 5,1 13 1 200 Курская область 0 5,1 13 2 100 -358 5,1 20 2 100 0 5,0 21 1 200 Липецкая область Белгородская область Санитарно-гигиенические ресурсы зимнего периода значительно отличаются от ресурсов летнего периода, поэтому у градостроителей существует проблема планирования и строительства городов с учетом летних и зимних условий одновременно. В частности в нашем регионе следует иметь в виду большие объемы переносимого снега в Тамбовской, Воронежской и Белгородской областях, низкие температуры окружающего воздуха, характерные для Тамбовской области. 3.18 Световые климатические ресурсы (общие) Этот вид ресурсов входит в группу общих ресурсов, т. е. может быть использован для разных целей. Световые ресурсы представлены в „Научноприкладном справочнике по климату СССР" в виде средних многолетних дневных сумм суммарной освещенности, осредненных по административным областям и экономическим районам. Наибольшие световые ресурсы за год имеет Северо-Кавказский экономический район. Максимальные месячные суммы освещенности, приходящиеся на июнь и июль, составляют здесь 39 Млк. Мало отличаются по световым ресурсам Поволжский и Западно-Сибирский экономические районы, где июньские максимумы сумм освещенности составляют 38 и 37 Млк соответственно. Затем следуют Центрально-Черноземный, Волго-Вятский, Уральский и Дальневосточный районы с июньским максимумом суммы освещенности, равным 36 Млк. Самые небольшие значения суммы освещенности в июне приходятся, естественно, на Северный экономический район (32 Млк), а их максимум отмечается в Северо-Западном (33 Млк) и Центральном (34 Млк) районах. Годовой ход освещенности для Центрально-Черноземных районов представлен в таблице 76. Таблица 76. Световые ресурсы ЦЧО Cумма освещенности, Млк / % Св етовые ресурсы за год, у.е. I I /11 I II 5 8 /8 5/5 I I V V I V V II III 1 2 3 3 3 2/4 1/7 6/9 4/8 7/10 V I X 2 I 1 9/10 /9 X X X II 9 5 3 /9 /10 2 115 С учетом пространственного распределения световых ресурсов решаются многие прикладные задачи. Например, световые ресурсы принимаются во внимание при строительстве зданий, определяя их ориентацию по сторонам света. Длительность светового дня (характеризующая световые ресурсы) связана с возможностью произрастания тех или иных сельскохозяйственных культур, лесных пород, функционирования гелиоэнергетических установок, проведения различных хозяйственных мероприятий. 3.19 Строительно-климатические ресурсы Строительно-климатические ресурсы (СКР) — климатический потенциал для учета влияния климата при планировании, проектировании и эксплуатации строительного объекта. От правильности учета этого влияния зависят правильность выбора застройки, архитектурно-планировочное решение объектов строительства, комфортность условий работы или проживания человека, длительность эксплуатации сооружений. 183 Наиболее существенными, требующими учета при планировании и проектировании зданий и сооружений являются климатические воздействия: влияющие на температурно-влажностный режим ограждающих конструкций зданий и микроклимат помещений; создающие нагрузки на элементы сооружений; вызывающие коррозию и старение строительных материалов; тормозящие организацию строительных работ, связанные с влиянием метеорологических условий на человеческий фактор при выполнении работ на открытом воздухе. Вклад каждого вида ресурсов в СКР представлен в таблице 77. Таблица 77 венно- Кли матиче- ные кли- климатиче- ские матичеАдмини- ские ские На грузоч- ре- но- ре- сурсы ре- сурсы для долговеч- Пр оизводственно- клима- строи- тиче- тель-ные стративно- сурсы проектиро- ности ские ре- климати- территориаль- зданий вания сурсы ос- зданий нований и ная единица че-ские ресурсы фундаментов зданий % у .е. Белгородская ласть Воро- об- 3,5 % у .е. 2 1 4,0 1,9 2 1 2 3,0 2 % у .е. 1 5,1 1 % у .е. % у .е. 1 9 1 1 2 1 ,0 7,7 0,5 1,7 2,9 1,7 1 9 1 1 2 1 184 (среднее), у.е. лозащит- Поч- Строительно-климатические Теп ресурсы Составляющие строительно-климатических ресурсов 1 1 нежская об- 2,9 3,8 1,4 2 1 3,7 1,4 2 1 3,2 0,9 2 1 2,4 0,9 2,9 5,0 ,0 9,9 2,0 0,8 2,5 2,0 1 8 1 1 2 1 ,7 9,9 1,8 0,9 2,4 1,8 1 8 1 1 2 1 ,5 9,7 1,3 1,6 2,4 1,4 1 1 1 1 2 1 0,5 9,7 1,6 0,4 2,0 1,7 ласть Курская область 3,1 Липецкая область 3,0 Тамбовская область 1,1 2 2,7 2 2,0 2 2,3 1 4,7 1 4,9 1 7,9 В европейской части наиболее низкий потенциал СКР отмечается на севере. Сочетание низких значений теплозащитных ресурсов зданий с чрезвычайно малыми ресурсами долговечности зданий приводит к тому, что севернее Ленинградской, Вологодской и Кировской областей значения СКР не превышают 10 у. е. Наиболее высокие значения отмечаются южнее Ростовской области, однако они не превышают 15 у. е., что в основном связано с относительно низкими в этих районах нагрузочно-климатическими ресурсами . В Центрально-Черноземном регионе наиболее благоприятные СКР характерны для Воронежской и Белгородской областей за счет более высоких теплозащитных климатических ресурсов в холодный период, благоприятных почвенно-климатических и строительно-климатических ресурсов. Стоимость ограждающих конструкций и инженерных систем (отопления, вентиляции) одного стандартного кирпичного 100-квартирного дома на юге России составляет примерно 60 млн. руб. Исследование теплопотерь зданий при различной температуре отопительного периода, проведенное совместно Московским инженерно-строительным институтом и ГГО, показало, что при уменьшении температуры отопительного периода на 2 °С следует увеличивать толщину ограждающих конструкций примерно в 1,2 раза. 185 1 1 1 Разность средней температуры отопительного периода в Республике Саха и в Краснодарском крае соответствует увеличению толщины ограждающих конструкций примерно в 2,2 раза – это соответствует стоимости 5 млн. руб. В графе 2 таблицы 78 указана стоимость климатических ресурсов для строительства одного дома, в графе 3 — примерная стоимость климатических ресурсов для всего жилищного строительства в расчете на то, что в одном доме проживает в среднем 200 чел. (по 2 чел. в квартире) и с учетом численности населения каждой административно-территориальной единицы. Таблица 78. Стоимость строительно-климатических ресурсов Стоимость, млн. руб. для для всего жи1АдминистративноБелгородская область территориальная единица Воронежская область Курская область строительства лищного строи2 3 429098 одного58,5 дома тельства с учетом 60,0 750300 населечисленности 59,0 ния 396185 Липецкая область 57,0 356250 Тамбовская область 58,5 383760 3.20 Тепловые климатические ресурсы Тепловые ресурсы атмосферы с учетом ее влажности выражаются в виде климатических характеристик энтальпии (теплосодержания воздуха, кДж/кг). Значения энтальпии Ji вычисляются по синхронным рядам температуры и влажности воздуха по формуле 186 Ji = cpti + (L + c’pti) di , где сp и c’p – удельная теплоемкость соответственно сухого воздуха и водяного пара при постоянном давлении; ti и di – соответственно температура и влагосодержание воздуха в i – й срок наблюдения; L – удельная теплота парообразования (L = 2507 кДж/кг). Массовая доля влаги (отношение массы пара к массе сухого воздуха, в котором он содержится) определяется по формуле i= RiE(t d i) 0.622 pi Здесь E(ti) — давление насыщенного водяного пара при ti, гПа; Ri — относительная влажность в долях единицы; pi — атмосферное давление, гПа. Для характеристики тепловых ресурсов целесообразно использовать не средние месячные значения энтальпии, которые имеют обеспеченность всего лишь около 50 % , а квантили с обеспеченностью, по крайней мере 90—95 %. На рис. 10 и 11 представлены соответственно карты распределения энтальпии 95 % -й обеспеченности за теплый период и энтальпии 8 % й обеспеченности за холодный период года по территории России. Распределение энтальпии как в холодный, так и в теплый период близко к распределению температуры воздуха. 187 Рис.10. Энтальпия воздуха (кДж/кг) обеспеченностью 95% за теплый период. Рис.11. Энтальпия воздуха (кДж/кг) обеспеченностью 8 % за холодный период. Летом наибольшее количество тепловой энергии атмосферы приходится на южные и юго-западные районы. Некоторое отличие карт распределения энтальпии от карт распределения температуры в летний период состоит в появлении меридиональной составляющей в южных районах России. Это объясняется вкладом влажности, которая возрастает в направлении к западу, в то 188 время как температура увеличивается к югу. Зимние карты распределения температуры и энтальпии практически не различаются, так как температура и влажность воздуха возрастают в одном и том же направлении. Тепловые ресурсы во многом определяют развитие экономики России, позволяют разрабатывать стратегию тарифной политики в различных секторах экономики. Например, на севере азиатской части России добыча нефти и газа благодаря крайне малым тепловым ресурсам чрезвычайно затруднена. Поэтому и нефть, и газ, добываемые здесь, должны стоить дороже, чем в южных и юго-западных районах европейской части России, например добываемые в Чеченской Республике или на Каспии. 3.21 Тепловые климатические ресурсы Тепловые климатические ресурсы зданий (ТКРЗ) — климатический потенциал для обеспечения оптимального и допустимого санитарными нормами теплового режима помещений, который поддерживается энергосистемами зданий, т. е. системами отопления, вентиляции и кондиционирования. Их проектирование находится в тесной взаимосвязи с проектированием теплозащиты зданий, т. е. ограждающих конструкций. Следовательно, ТКРЗ складываются из ресурсов для обеспечения энергетики здания — энергоклиматических ресурсов зданий (ЭРЗ) — и ресурсов, обеспечивающих его оптимальную теплозащиту, — теплозащитных климатических ресурсов зданий (ТРЗ) (см. соответствующие статьи энциклопедии). В таблице 79 представлен вклад каждой из этих составляющих в ТКРЗ. В районах с более суровыми зимами преобладающий вклад дают энергоклиматические ресурсы зданий, так как их потенциал определяется за весь год и летом здесь складываются достаточно благоприятные условия. Теплозащит- 189 ные ресурсы зданий в этих областях определяются по климатическим параметрам зимнего периода. Таблица 79. Составляющие тепловых климатических ресурсов зданий Административно- Энер- Теплоза- территориальная единица гоклиматические % у. ресурсы зданий Белгородская об47 13 е. ласть ,6 ,3 Воронежская об- ласть 48 ,1 Курская область Липецкая область Тамбовская область 48 ,6 13 50 5 13 47 4,1 9,6 1 3,1 5 2,9 1 ний (среднее), у. е. 13,8 1 4 11 ,7 4,3 1,4 ,3 ,1 5 1,9 ,3 ,4 щитные клима- вые кли% у. тические ресур5 1 матические е. 14,0 здасы зданий ресурсы 2,4 4,6 13 ,3 Тепло- 1 3,1 13,7 13,2 12,4 На большей части территории России вклад обеих составляющих примерно одинаков, а в южных областях, напротив, заметно увеличивается вклад ТРЗ, так как в летнее время здесь необходимо увеличение мощности систем вентиляции и кондиционирования, а в холодный период, на который в основном ориентирован расчет ТРЗ, температура воздуха достаточно высока, чтобы не вызывать дополнительных затрат для повышенной теплозащиты стен. В большинстве районов европейской части России значения ТКРЗ составляют 10—15 у. е. Наиболее благоприятные условия как для отдельных составляющих теплового режима зданий, так и для ТКРЗ складываются в западной части этой территории, где сравнительно мягкие зимы сочетаются с комфортными летними условиями. 190 3.22 Теплозащитные климатические ресурсы зданий Теплозащитные климатические ресурсы зданий (ТРЗ) — климатический потенциал, который обеспечивает рациональный выбор параметров ограждающих конструкций, удовлетворяющих требованиям долговечности здания и создания комфортных условий внутри помещения при данных климатических условиях. Строительные нормы и правила предъявляют к ограждающим конструкциям зданий и сооружений требования строительной механики и теплотехники. В строительной теплотехнике рассматриваются вопросы теплозащитных свойств ограждающих конструкций в целях создания заданного температурно-влажностного режима помещений. Ограждающие конструкции должны обладать определенными теплозащитными свойствами, воздухо- и паропроницаемостью и удовлетворять требованиям расчета по предельным состояниям. При разности температуры воздуха внутри и снаружи здания происходит теплопередача через наружные ограждающие конструкции. При расчете и проектировании последних, как правило, рассматривают не теплопередачу, а обратную величину — сопротивление теплопередаче. При этом должно соблюдаться условие: фактическое сопротивление должно быть не ниже требуемого. Количество тепла Q, теряемого ограждением здания в час, определяется по формуле Q = F (tв –tн), (1) 191 где - коэффициент теплопередачи ограждения, МДж/(м2 ч оС); F – площадь поверхности ограждения, м2; tв – температура воздуха в здании, оС; tн – расчетная температура наружного воздуха, оС. К теплопотерям, рассчитываемым по данным формулам, согласно СНиП „Строительная теплотехника", вводится ряд поправок на поступление солнечной радиации, воздействие ветра и др. Сопротивление теплопередаче ограждения Rо (м2 ч °С/МДж) есть величина, обратная коэффициенту теплопередачи, т. е. Rо = 1/. Величина Rо определяется по формуле Ro = Rв + R + Rн , где Rв и Rн (2) - сопротивление соответственно тепловосприятию внутренней и теплопередаче наружной поверхностей ограждения; R – сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, включая воздушные прослойки. Требуемое сопротивление теплопередаче Rотр определяется по формуле (3) n(t Rо в –tн) тр = tн b где tв — расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая по ГОСТ 12.1.005—76 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений (обычно ее принимают равной 18 или 20 °С), °С; tн — расчетная зимняя температура воздуха (температура наиболее холодной пятидневки, суток или абсолютный минимум в зависимости от назначения зданий с учетом его тепловой инерции), °С; п, b, tн - нормативные параметры зданий, принимаемые по таблице СНиП «Строительная теплотехника»: п — коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждающий конструкции (наружные 192 стены— п = 1, чердачные перекрытия — п = 0,9 и т. д.); b - коэффициент, зависящий от качества и массы теплоизоляции; tн - нормативный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции. Стремление к энергосбережению заставляет рассчитывать экономически целесообразное сопротивление теплоизоляционного слоя Rутэк. В этом случае Rутэк добавляется в формулу (2). Рассчитывается Rутэк по формуле nут Rу (tв – tоп)zоп m c l тэк = ут Eнп , (4) cут где nут = 0,85 ; tоп и zоп – соответственно средняя температура воздуха (оС) и продолжительность (ч) отопительного периода; m – коэффициент, учитывающий дополнительно потери тепла на инфильтрацию наружного воздуха и принимаемый равным 1,05; c и l - соответственно стоимость тепловой энергии (руб./МДж) и коэффициент, учитывающий ее изменение на перспективу (определяются по таблицам СНиП «Строительная теплотехника»); ут - расчетный коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя; cут – стоимость материала теплоизоляционного слоя; Eнп = 0,08. Воздухопроницаемость — фильтрация воздуха через ограждающие конструкции, возникающая в результате разности давления воздуха снаружи и в помещении. Для нормальной эксплуатации здания должно соблюдаться условие: фактическое сопротивление воздухопроницанию ограждающей конструкции должно быть не ниже требуемого. Сопротивление воздухопроницанию определяется по формуле 193 Rит (5) p р= , G н где GH — норматив- ная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, принимаемая для наружных стен и покрытия жилых и общественных зданий равной 0,5 кг/(м2 ч); p — разность давления воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающей конструкции: p = 0,55 Н (н - в ) + 0,03 н V 2 (Н — высота здания; н и в — объемные веса соответственно наружного и внутреннего воздуха (кг/м3), определяемые по формуле 3 = 53 2 72 + t t — температура наружного (температура наиболее холодной пятидневки) или внутреннего воздуха, °С; V — максимальное из средних значений скорости ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 % и более, м/с). После завершения расчетов толщины стен зданий, исходя из условий холодной половины года в районах со средней температурой в июле 21 °С и выше, проводятся дополнительные расчеты для летних условий. Проверяется соответствие амплитуды колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций требуемой амплитуде. На территории России 194 средняя температура в июле 21 °С и выше отмечается лишь южнее широты Ростовской и Астраханской областей. Специализированные климатические показатели ТРЗ (ограждающих конструкций) и диапазон их изменения приведены в таблице 80. Таблица 80. Диапазон изменения специализированных показателей теплозащитных климатических ресурсов зданий Показатель Ед Ми- иница нимум Холодный период года Температура воздуха наиболее хо- измере°С -63 Максимум -10 лодных суток обеспеченностью 92 % хо- ния « Температура воздуха наиболее -62 -7 лодных суток обеспеченностью 98 % хоТемпература воздуха наиболее « -61 -5 лодной пятидневкивоздуха обеспеченностью 92 Температура наиболее хо- « -59 -1 % лодной пятидневки минимальная обеспеченностью 98 Абсолютная темпеСредняя % ратура воздуха сумма градусодней ото- « °С -68 -16 1015 11852 пительного периода Средняя продолжительность ото- дни дни 89 360 пительного периода Средняя температура воздуха ото- °С -25,1 6,6 пительного периода Средняя суточная амплитуда тем- « 3,7 17,0 пературы воздуха наиболее холодного Скорость ветра 80 % -и обеспеТеплый период года месяца ченности Температура воздуха наиболее м/с 0,5 13,1 °С 19 35 жарких суток обеспеченностью 99 % Температура воздуха наиболее « 17 34 жарких суток обеспеченностью 98 % Температура воздуха наиболее « 16 33 жарких суток обеспеченностью 96 % Температура воздуха наиболее « 13 30 « « 30 5,1 44 16,7 м/с 0 6 375 694 жарких суток обеспеченностью 95темпе% Абсолютная максимальная Средняя суточная амплитуда темратура воздуха пературы воздуха наиболее жаркого меМинимальное из значений скоро- сяца сти ветра по румбам июль, повторяесоставляет 16 %заи более МД мость Средняя которого сумма суммарной солнечной радиации ж/м2 195 В европейской части России наибольшие значения ТРЗ отмечаются на юге. В более северных районах распределение ТРЗ характеризуется повышением значений с запада на восток, что согласуется с распределением зимних значений температуры воздуха. В таблице 81 представлены региональные теплозащитные климатические ресурсы зданий. Как видим, на территории Липецкой области требования к теплозащитным характеристикам зданий выше, чем в Тамбовской области, в которой за счет континентальности климата зимой наблюдаются более низкие температуры. Дело в том, что Липецкая область характеризуется большими скоростями ветра, что приводит к дополнительным потерям тепла зданий в холодное время года. 196 Таблица 81 Значения основных специализированных показателей теплозащитных климатических ресу рсов зданий (холодный период) Административнотерриториальная единица Липецкая область Тамбовская область Курская область Воронежская область Белгородская область Температура воздуха, °С наиболее наибоаб холодной лее холодсолютпятидневки с ных суток с ная миобеспеченобеспеченниностью, ностью, % мальная % 9 9 9 9 8 2 8 2 34 31 29 27 37 34 32 31 - - 19 1 37 25 4 35 26 19 - - 28 39 25 28 - - - 29 28 27 30 - - - 30 30 29 31 - Отопительный период Ск Ср Сре орость едняя дняя продол- темпера- ветра 80 житель- тура воз% -и ность, духа, дни °С обеспеченности, 19 м/с6,0 -3,2 4 18 5 36 18 8 Сре Градняя су- дация реточная сурсов , у.е амплитуда наиболее холодного месяца, 12,55 °С 7,1 –15,05 -3,5 5,3 7,0 -2,8 3,0 6,3 -2,5 4,0 6,8 -2,6 6,1 6,2 Расчет средней стоимости затрат на обеспечение теплозащиты стен в зависимости от климатических условий региона показал, что в целом территорию России можно разделить на две зоны: первая (европейская часть России) — зона, где затраты при проектировании ограждающих конструкций ниже средних по России от 2—5 % . в Предуралье до 40—45 % южнее Ростовской области; вторая (азиатская часть России за исключением Приморья. Сахалина и Камчатки) — зона, где затраты при проектировании ограждающих конструкций выше средних по России от 2—5 % в Южной Сибири до 20—35 % в центре и на северо-востоке азиатской части России. 3.23 Теплоэнегроклиматические ресурсы Теплоэнергоклиматические ресурсы — климатические условия, способствующие работе теплоэлектростанций (ТЭС). Теплоэлектростанции являются наиболее распространенным источником энергии в настоящее время. Они производят около 70 % электроэнергии в РФ. Тепловые установки, в отличие, например, от гидроэлектростанций, размещаются более или менее свободно и способны производить энергию без сезонных колебаний, осуществляя электроснабжение потребителей. Кроме того, их строительство ведется быстрее и связано с меньшими затратами труда и материальных средств. Специализированные показатели климатических ресурсов для работы ТЭС и диапазон их изменения по территории России представлены в табл. 82. Таблица 82. Диапазон изменения специализированных показателей тепло- Ми- Мак энергоклиматических ресурсов Показатель Единица рения изме- нимум симум Вероятность смерча Максимальное годовое число дней сСреднее опасным ветром, 1 число дней возможное с температу- — дни 0 1 « 0 10-5 1,3 10 50 раз 100 рой ввоздуха < 50лет % за год Все указанные в таблице климатические показатели препятствуют > 30 °С и относительной влажнонормальной работе ТЭС и уменьшают теплоэнергоклиматические ресурсы стью данного района. Опасным считается ветер средней скоростью 30 м/с и более или порывами 40 м/с и более. Опасный ветер может серьезно повредить конструкции электростанции. Влияние смерча проявляется в резком возрастании скорости ветра (она может превысить 40 м/с), перепаде давления, воздействии летящих предметов. Сочетание высокой температуры воздуха и низкой относительной влажности ведет к перегреву агрегатов ТЭС и высыханию прудовохладителей, которые совместно с атмосферой являются конечным поглотителем тепла. В европейской части России наибольшими значениями климатических ресурсов для работы ТЭС характеризуются Ленинградская область и Республика Карелия (13,2 и 12,8 у. е. соответственно). В этих районах практически не наблюдаются смерчи, среднее годовое число дней с температурой воздуха > 30 °С и относительной влажностью < 50 % не превышает 1, максимальное годовое число дней с опасным ветром, возможное 1 раз в 100 лет, составляет 1. В центральном районе европейской части России значение климатических ресурсов этого типа определяется тем, насколько вероятен смерч в той или иной административной области. В Московской, Ивановской, Нижегородской, Липецкой, Тамбовской областях, где вероятность смерча наиболее высока, теплоэнергоклиматические ресурсы составляют 7—10 у. е. В других 199 областях этого района климатические ресурсы для работы ТЭС изменяются от 10,0 до 12,5 у. е. Наименьшие теплоэнергоклиматические ресурсы отмечаются на юге европейской части России (5—7 у. е.). Это связано, прежде всего, с большой продолжительностью периодов с высокой температурой воздуха. Как видно из табл.83 Белгородская и Курская области наиболее благоприятны для развития теплоэнергетики в регионе. Таблица 83. Значения основных специализированных показателей теплоэнергоклиматических ресурсов МаксиАдминистративнотерриториальная единица Сред- мальное годовое нее число дней число с дней с темпе- опасным ветром, ратурой возТамбовская область Градация ресур- сов , у.е возможное 1 раз духа >30 оС и 7,55— 1 10 в 100 лет относитель- 10,05 Липецкая область 0 ной 10 влажно- Воронежская область 0 стью 12 Курская область 0 Белгородская область 0 < 50 % 15 за год 17 10,05 – 12,55 3.24 Технико-климатические ресурсы Долговечность и надежность работы изделий техники (всевозможных устройств, приборов, строений, отдельных строительных деталей и других) зависит от многих факторов, в том числе и от климатических условий. По отношению к изделиям техники климатическое воздействие всегда является ре200 зультатом одновременного влияния многих метеорологических величин, между которыми существуют многообразные и вполне определенные взаимосвязи. Важнейшими метеорологическими факторами с точки зрения влияния климата на технические изделия являются температура и влажность воздуха, солнечная радиация, содержание примесей (песка, пыли, двуокиси серы, поваренной соли и т. д.) в атмосфере. Таким образом, техникоклиматические ресурсы определяются указанными выше метеорологическими параметрами. Они являются отрицательными ресурсами, так как технические изделия надо защищать от окружающей среды. Высокое развитие техники, ее проникновение во все отрасли хозяйства невозможно без тщательного учета климатических условий районов эксплуатации этой техники. Практика показала, что от недоучета влияния климатических условий на эксплуатацию различных механизмов и машин народное хозяйство несет значительные материальные убытки. Так, например, конструкции, применяемые в районах с умеренным климатом, непригодны для районов с жарким влажным климатом или районов, где наблюдается очень низкая температура. Метеорологическая, или атмосферная, коррозия обусловлена влиянием метеорологических условий на те или иные материалы. Она вызывает разрушение металлов и других материалов, из которых строят здания, инженерные сооружения, создают машины и различное оборудование. Атмосферная коррозия ускоряет старение лакокрасочных покрытий, ухудшает работу электро- и радиоаппаратуры. Установлено, например, что скорость коррозии мартеновской стали в районах с влажным климатом в воздухе, насыщенном промышленными выбросами, примерно в 100 раз больше, чем в зоне сухого климата, а скорость коррозии малоуглеродистой стали — в 300 раз. В районах с холодным климатом особую опасность представляет низкая температура. Одной из причин разрушения деталей машин и механизмов является уменьшение способности металлов к деформации при низкой температуре. При некотором критическом значении температуры металл прихо201 дит в хрупкое состояние. Так, в Сибири зимой по сравнению с летом аварийность работы техники повышается в 3—4 раза, а в неблагоприятные годы — в 10 раз. При температуре воздуха ниже -35 °С поломок бывает в 10—12 раз больше, чем при температуре 0 °С. Количество поломок одних и тех же деталей одной марки стали в средней полосе России на 25—30 % меньше, чем в Красноярском крае и Якутии. Климатические условия сказываются на работе машин и механизмов не только непосредственно, но и еще в большей степени косвенно. Прямое влияние связано с прекращением из-за низкой температуры работы машин согласно указаниям в их технических паспортах и работы человека на открытом воздухе. Косвенное влияние связано с понижением производительности техники, простоями оборудования в результате аварии, организационными затруднениями. Использование технико-климатических ресурсов заключается в проведении таких мероприятий, которые уменьшают влияние неблагоприятных погодных условий на эксплуатационные качества изделий. В технической климатологии используется понятие «климатическая защита». Целью всех мероприятий по климатической защите является создание изделий, которые будут в течение ограниченного времени и в ограниченных размерах, но все же в достаточной степени защищены от деформаций, связанных с воздействием погоды и климата. Климатическая защита изделий техники охватывает широкий комплекс мер, которые должны быть предприняты для обеспечения долговечности и надежности работы этих изделий. Для влажного климата это: -выбор подходящих материалов, например использование пластиков с неорганическими наполнителями вместо органических, -использование нержавеющей стали вместо обычной и т. д.; -надлежащая защита поверхности, например нанесение металлических или лаковых защитных покрытий и т. д.; 202 -создание продуманных конструкций, исключающих, например, появление сырости в непроветриваемых пустотах или углах; -отдельные изменения технических параметров, например использование электромоторов с большой номинальной мощностью, которые в среде с высокой температурой охладителя (окружающего воздуха) перегреваются меньше, чем моторы с низкой номинальной мощностью. Для районов с низкой температурой воздуха это: -использование специальных марок стали, бетона, выдерживающих очень низкую температуру; -применение специальных смазочных материалов и т. д. Одним из основных вопросов климатической защиты является классификация климатов применительно к требованиям техники. На основе такой классификации возможно дать прогноз неблагоприятного воздействия климата на то или иное изделие и разработать меры его защиты. Простейшей классификацией климатов земного шара применительно к требованиям техники является классификация Веера. В ее основу положено распределение двух метеорологических величин — температуры и влажности воздуха, так как автор считает, что в вопросах климатической защиты, как и во многих других технических проблемах, наибольшее значение имеют температура и влажность воздуха. Региональное распределение большинства других метеорологических факторов, имеющих значение для техники, например солнечной радиации, осадков, содержания атмосферных загрязнений и других, примерно соответствует распределению температуры и влажности. В ГГО был разработан стандарт «Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей и строительства». В нем приведено районирование территории бывшего СССР для технических целей. В качестве основных климатических факторов при районировании приняты средний из абсолютных минимумов температуры воздуха и комплекс «средняя годовая относительная влажность и средняя годовая тем203 пература». Выделено восемь типов климата: очень холодный, холодный, арктический приполюсной, арктический восточный, арктический западный, холодный умеренный, теплый умеренный, теплый сухой умеренный. Большая часть территории России расположена в условиях холодного климата и лишь регионы юга европейской части России находятся под влиянием теплого умеренного и теплого сухого умеренного климата. При определении технико-климатических ресурсов для административно-территориальных единиц (субъектов РФ) в качестве показателей использовались средний из абсолютных минимумов температуры воздуха и средняя годовая относительная влажность воздуха. Поскольку в зонах холодного климата относительная влажность высока, но абсолютная мала, то относительная влажность не имеет существенного значения. Поэтому вклад относительной влажности в данный вид ресурсов в регионах с холодным климатом принимался равным 0,1. В регионах с теплым умеренным климатом, наоборот, условия работы технических изделий во многом определяются режимом влажности. Ее вклад в этих регионах принимался равным 0,9. Так как технико-климатические ресурсы являются отрицательными, то за 0 баллов принимались самые неблагоприятные условия. В табл. 84 приведены показатели технико-климатических ресурсов и диапазон их изменения по территории России. Таблица 84. Диапазон изменения специализированных показателей технико- климатических ресурсов Показатель Еди- Ми- Мак изме- нимум-55,2 симум-16,3 Средний из абсолютных миниму- ница °С мов температуры воздуха относительная рения % Средняя годовая 65,0 84,4 влажность воздуха 204 В табл.85 даны значения технико-климатических ресурсов по административно-территориальным единицам ЦЧО. Наиболее высокий потенциал для эксплуатации техники – на юге региона – в Белгородской, Курской и Воронежской областях. В Тамбовской и Липецкой областях условия ухудшаются за счет более низких температур холодного периода (табл.86) Таблица 85. Технико-климатические ресурсы Ресурсы Административнотерриториальная единица балл у.е. Белгородская область 6,9 15,9 Воронежская область 6,8 15,6 Курская область 6,9 15,9 Липецкая область 6,3 14,5 Тамбовская область 6,2 14,3 Таблица 86. Значения основных специализированных показателей технико-климатических ресурсов Административнотерриториальная единица Тамбовская область Средний Средняя из абсолютных годовая Града- отно- ция ресурсов минимумов сительная температуры -30,3 воздуха, оС влажность воз12,55 – 75,3 духа, % 15,05 Липецкая область -30,0 75,5 Воронежская область -28,5 73,0 Белгородская область -27,3 75,7 , у.е 15,05 – 17,55 205 Курская область -27,0 77,0 Технико-климатические ресурсы в европейской части России убывают с юго-запада на северо-восток. Минимальные значения имеют место на северо-востоке и востоке европейской части России (7,0—9,0 у. е.), в регионах с самыми низкими зимними значениями температуры воздуха. Минимальными ресурсами в европейской части России обладает север Республики Коми (6,9 у. е.). По мере продвижения к западу и юго-западу ресурсы увеличиваются и достигают максимума в Астраханской области и Республике Калмыкия (17,0 и 17,4 у. е. соответственно). 3.25 Топливно-климатические ресурсы Топливно-климатические ресурсы — климатический потенциал для планирования запасов топлива и регулирования отпуска тепла. В качестве показателя отопительных климатических ресурсов использован индекс суровости отопительного периода (ИСОП), который является разностью между оптимальной температурой воздуха в помещении и средним за отопительный период дефицитом тепла (табл. 87). Таблица 87. Диапазон изменения специализированного показателя топливно- климатических ресурсов Показатель Индекс суровости отопи- Единица МиМак°С -20 5 измерения нимум симум тельного периода Дефицит тепла — это реальные теплопотери здания, обусловленные совместным действием различных механизмов теплообмена (кондуктивного, конвективного и лучистого). Учет не только кондуктивного (определяемого разностью температуры внутри и снаружи зданий) и конвективного (вследствие воздухопроницаемости стен зданий) теплообменов, но и лучистого 206 теплообмена, зависящего от количества солнечной радиации, поглощаемой стенами зданий, позволяет более точно рассчитать необходимую мощность систем отопления, а также определить продолжительность отопительного периода — характеристику, которая является одним из основных показателей в экономических расчетах коэффициентов стоимости топливно- энергетических климатических ресурсов и коммунальных услуг для отдельных субъектов РФ. В табл. 88 приведена потребная мощность отопительной системы, рассчитанная как только по температуре наружного воздуха (Аt), так и с учетом температуры воздуха и скорости ветра (Atv), температуры воздуха и солнечной радиации (Аtr) и всех трех факторов (Аtr). В последней графе указано изменение мощности отопительной системы, если при ее расчете наряду с температурой воздуха учесть влияние всех трех факторов. Таблица 88. Мощность отопительной системы (МДж/м2) с учетом влияния климатических факторов А Cтанция Аt Аt At v r А Аt % Аt Диксон 12 Якутск 78 Екатеринбург 578 503 16 951 26 633 98 968 5 796 16 13 3 - 813 14 -22 -20 402 985 453 402 Санкт- Петербург 1626 В целом территория России обладает низким топливно-климатическим потенциалом — не выше 7 у. е. на площади, занимающей всей территории и 95 % азиатской части. Европейская часть России характеризуется меридиональным распределением значений топливно-климатических ресурсов. Снижение ресурсов (от 15 до 9 у. е.) происходит с запада на восток. Наиболее низкие значения ИС207 ОП на европейской части России (до -6 °С) отмечаются в Ненецком АО, где низкая температура воздуха сочетается с большой скоростью ветра вдоль побережья Баренцева моря и почти полным отсутствием вклада радиации. Достаточно низкие значения ИСОП (-4...-5 °С) удерживаются во всех восточных районах европейской части России, где топливно-климатические ресурсы не превышают 10 у. е. В западной половине под влиянием выноса теплого атлантического воздуха температура отопительного сезона достаточно высока, и ИСОП увеличивается от 2 °С на юго-западе до -2 °С в центре европейской части России (ресурсы изменяются от 15 до 11 у. е.), а наиболее благоприятные условия отмечаются в Кавказских республиках и Дагестане, где топливно-климатические ресурсы превышают 17 у. е. (ИСОП составляет 3—5 °С). Различия в показателях топливно-энергетических ресурсов ЦЧО определяются, прежде всего, степенью континентальности климата (табл.89). Хуже условия в Тамбовской и Воронежской областях, более благоприятные – в Белгородской и Курской. Таблица 89. Значения основного специализированного показателя топливно-климатических ресурсов Административнотерриториальная единица Дефицит тепла, °С Градация ресурсов , у.е Тамбовская область -0,8 Воронежская область 0,0 Липецкая область 0,0 Белгородская область 1,5 Курская область 2,0 12,55 – 15,05 – 15,05 17,55 208 Представить оценку стоимости в данном случае можно, опираясь на продолжительность отопительного периода и стоимость одного отопительного дня. Один отопительный день при численности населения 1 млн. чел. стоит 1,5 млн. руб. Различие в климатических ресурсах для теплоснабжения на территории России составляет 18,2 - 0,0 = 18,2 у. е. Для двух районов (с максимальными и минимальными ресурсами) умножаем на 1,5 млн. руб. продолжительность отопительного периода и получаем стоимость климатических ресурсов (для численности населения 1 млн. чел.). Разность стоимости климатических ресурсов (для численности населения 1 млн. чел.) делим на разность климатических ресурсов в у. е. и получаем стоимость 1 у. е., равную 12,8 млн. руб. При умножении стоимости 1 у. е. на количество у. е. получаем стоимость климатических ресурсов в различных административно- территориальных единицах (см. таблицу 90) Таблица 90. Стоимость климатических ресурсов для теплоснабжения Административно- Сто- Административно- Сто территориальная единица имость территориальная единица имость, Белгородская об192, Липецкая область 174, млн. руб. млн. руб. ласть 0 1 Воронежская ласть об- 174, Тамбовская область 1 Курская область 165, 1 198, 4 3.26 Топливно-энергетические климатические ресурсы 209 Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) включает в себя предприятия по добыче и переработке всех видов топлива, производству электроэнергии и ее транспортировке, а также систему теплоснабжения. Вклад каждой из составляющих в суммарный климатический потенциал для ТЭК можно проследить по данным таблицы 91. Таблица 91. Составляющие топливно-энергетических климатических ресурсов ЦЧО Административно-территориальная Топливно- Энергокли- у % у единица климатиматические Белгородская об1 3 1 .е. чес-кие ре- .е. ресурсы ласть 5,0 7,8 1,6 9,3 сурсы Воронежская об1 3 1 ласть 3,6 Курская область Липецкая область Тамбовская ласть 5,5 3,6 об2,9 Нефт егазовые Топливно-энер- 6,8 0,3 8,0 % у % климатичегетические 2 1 3 .е. ские ресур- ресурсы 3,1 2,9 13,2 сы (среднее), у. 2 1 3 е. 12,3 3,0 5,2 1 4 9 2 1 1,4 ,5 5,2 2,5 3,4 1 3 9 2 1 8,7 ,0 5,7 2,5 5,6 1 3 8 2 1 8,4 ,2 4,4 2,5 7,3 3 3 3 12,5 11,7 11,2 Максимальными ресурсами для ТЭК в регионе обладают Белгородская , Воронежская и Курская области (12, - 13,2 у.е.). За счет меньшего промерзания грунтов здесь создаются более благоприятные условия для эксплуатации нефте – и газопроводов, а также лучшие условия для работы энергетического комплекса за счет малой вероятности больших скоростей ветра. Наиболее значительные климатические ресурсы для ТЭК отмечаются на западе и юге европейской части России. В этих районах они составляют 12,5 — 15,0 у. е., достигая максимальных значений в Краснодарском крае — 210 15,5 у. е. Здесь наблюдается наиболее благоприятная климатическая ситуация для добычи и транспортировки нефти, так как для этой территории характерна малая глубина промерзания грунта (не более 40 см), а в некоторых местах грунты вообще не бывают в мерзлом состоянии. Для западных областей европейской части России характерны оптимальные тематические условия для работы АЭС и ТЭС: абсолютная максимальная температура воздуха колеблется от 31 до 38 °С, среднее годовое число дней с температурой воздуха выше 30 °С и относительной влажностью менее 50% не превышает 1, смерчи исключительно редки, а скорость ветра, возможная 1 раз в 10 000 лет, составляет 25—45 м/с. Значительные климатические ресурсы для ТЭК на западе и юге европейской части России обусловлены также малыми материальными затратами на отопление. Индекс суровости отопительного периода составляет здесь 3—5 °С. 3.27 Транспортно-климатические ресурсы Транспортно-климатические ресурсы складываются из автотранспортных и железнодорожных климатических ресурсов. В таблице 92 приведены вклады каждой из составляющих в общие транспортно-хлиматические ресурсы. Таблица 92. Составляющие транспортно-климатических ресурсов АвтотрансАдминистративно- Белгородская Транс- портные климати- рожные климати- портноческие ресурсы территориальная единица Железнодо- у. е. 8, ческие ресурсы % 38 у. е. климатические ресурсы % (среднее), у.е. 12 61 10,4 211 область 1 Воронежская область Курская ,9 9, 3 об- ласть ласть 7, об- Тамбовская 11 39 9, 60 ,7 13 ,4 45 ,4 57 ,4 ,9 ,4 9 12 39 8, ,1 ,5 ,3 7 область 42 ,6 7 Липецкая ,7 60 ,6 11 ,9 54 ,6 10,9 9,8 11,1 10,9 Наилучшие транспортно-климатические ресурсы в регионе – в Липецкой области. На это влияет меньший объем переносимого снега зимой и вероятность сильных ливней летом. Для эксплуатации железнодорожного транспорта условия относительно оптимальны в Белгородской, Курской и Липецкой областях. Для автотранспорта климатические условия лучше в Воронежской и Тамбовской областях. В большинстве районов европейской части России наблюдаются средние значения транспортно-климатических ресурсов (10,0—12,5 у. е.). В целом в этих районах относительно благоприятный термический режим, небольшие объемы переносимого снега за зиму и минимальная вероятность возникновения опасных природных явлений. Наиболее благоприятные условия отмечаются в Астраханской области (13,2 у. е.), вклад железнодорожных климатических ресурсов здесь выше, чем автотранспортных, и составляет 56,3 % (см. с. 49 цв. вкладки). Экономический эффект от использования данных о транспортно- климатических ресурсах — 1650 млн. руб. в год. Наименее благоприятные районы расположены на Северном Кавказе, севере и юго-западе европейской части России и в некоторых центральных районах (9,2—9,8 у. е.), что объясняется в первую очередь неблагоприятны212 ми климатическими условиями для автомобильного транспорта в этих районах. Наибольшую опасность для движения в зимний период создают: на севере – низкая температура в сочетании с более интенсивным снегопереносом и высотой снежного покрова, а также максимум числа дней с осадками; на юго-западе — гололедица; в горах Северного Кавказа — туманы вследствие большой влажности, гололедица и опасные природные явления. В этих районах вклад климатических реcурcoв для автомобильного транспорта минимален и составляет всего 26— 30%. Области минимальных (9,7 у. е.) транспортно-климатических ресурсов в бассейне р.Волги связаны с максимальными для европейской части России значениями высоты снежного покрова и интенсивным снегопереносом, которые отрицательно влияют в первую очередь на работу железнодорожного транспорта. Здесь железнодорожные ресурсы составляют 43—50% от общих транспортно-климатических ресурсов. Основной причиной удорожания транспортных перевозок и нарушения бесперебойности движения транспорта являются снежные заносы и связанная с ними необходимость уборки большого количества выпадающего снега. Количество снега, которое надо убирать ежегодно, складывается из объемов выпадающего и переносимого на территорию снега. И та, и другая характеристика опираются на средний многолетний годовой прирост снежного покрова. Наибольшая для России высота снежного покрова за год и наибольший ее прирост наблюдаются на Таймыре, Камчатке, Кольском полуострове. Наименьшие значения этих величин относятся к Астраханской области и Республике Дагестан. На Кольском полуострове годовой прирост высоты снежного покрова составляет около 175 см. Средний многолетний объем снега, который требуется убирать, равен примерно 100 тыс. м3. В ценах 2002 г. уборка этого количества снега стоит около 80 млн. руб. В этом районе транспортноклиматические ресурсы составляют 9,3 у. е. Следовательно, на 1 у. е. приходится 8,6 млн. руб. 213 Нижняя оценка стоимости климатических ресурсов для транспорта для Центрально-Черноземных областей указана в таблице 93. Таблица 93 Стоимость транспортно-климатических ресурсов Административ- Стои- Административно- Стои- но-территориальная Белгородская об- мость, млн. территориальная едини- мость, млн. единица ласть руб. 89,51 ца Воронежская область Липецкая область руб. 95,40 Тамбовская об- 93,94 93,46 ласть Курская область 84,08 3.28 Энергоклиматические ресурсы Энергоклиматические ресурсы — климатические условия, способствующие нормальному функционированию атомных, гидро- и теплоэлектростанций, а также наиболее эффективному преобразованию энергии ветра и солнца в электрическую энергию. Энергоклиматический потенциал является одним из самых важных. Он в значительной степени определяет уровень производительных сил и социальное развитие страны. В настоящее время, когда особенно актуальной стала проблема энергосбережения, необходимо уделять большое внимание выбору оптимальных условий для выработки, транспортировки и использования электроэнергии. При этом очень важную роль играют и климатические условия, в которых функционирует конкретная электростанция. Энергоклиматические ресурсы складываются из тепловых, ветровых, радиационных и влажностных ресурсов. Эти виды климатических ресурсов необходимо учитывать при проектировании, строительстве и управлении различными энергетическими предприятиями, как основными, традицион214 ными, такими как ТЭС, АЭС, ГЭС, так и вспомогательными, рассчитанными на перспективу, — ветро- и гелиоэнергетическими установками (соответственно ВЭУ и ГЭУ). Вклад каждой из составляющих в суммарный потенциал можно проследить по данным таблицы 94. Благодаря наложению существенно различающихся пространственных распределений тепловых, ветровых, влажностных и радиационных ресурсов карта суммарного ЭКРП имеет достаточно сложный вид и местами характеризуется ячеистой структурой. Таблица 94. Составляющие энергоклиматических ресурсов Адми- Теп Гид Ато Вет Ге- Э нистратив- лоэнерго- роэнерго- мно- роэнерге- лиоэнер- нерго- но- климати- климати- энерго- тические ге- кли- территориа- че-ские че-ские климати- клима- тические ма- ресурсы че-ские тические климати- тиче- ресурсы ресурсы че-ские ские ресурсы ресур- альная еди- ресурсы ница сы (среднее), у.е. Белгородская область 1,8 Воронежская область ,4 Курская область ,4 1 2 1 1 1 2 9 1 1 2 0,3 0,5 8,1 1,6 0,0 ,5 6,3 4,7 5,4 1,6 9 1 1 2 7 1 9 1 1 2 8,2 1,1 1,4 ,4 4,3 ,1 7,6 4,7 8,5 0,3 9 1 1 2 1 2 9 2 7 1 9,9 0,3 1,8 0,7 2,7 ,5 0,0 ,4 5,6 ,5 215 1 1 9 Липецкая об- ласть ,9 Тамбовская область ,6 8 1 1 2 9 2 8 1 7 1 9,8 1,6 5,7 ,2 0,3 ,0 7,8 ,4 6,4 ,0 7 1 1 2 7 1 7 1 7 1 8,6 1,0 6,9 ,3 7,9 ,6 8,6 ,4 8,0 ,2 В центре европейской части России наблюдается «пятнистая» картина распределения ЭКРП. Она обусловлена, прежде всего, характером распределения вероятности смерчей в этом районе. Возникновение смерча (сильного маломасштабного вихря) связано с особо сильной неустойчивостью стратификации атмосферы в нижних слоях в жаркую погоду. Смерч наиболее вероятен в тех областях, где имеются крупные водоемы и возникают значительные температурные различия между сильно прогретой сушей и прохладной водной поверхностью. Поэтому в отдельных областях центра европейской части России (Московской, Ивановской, Нижегородской, Липецкой, Тамбовской и др.) и Зауралья (Свердловской и Челябинской), где вероятность смерча довольно велика, суммарный ЭКРП имеет небольшие значения (7,5—10,0 у. е.). Однако большинство действующих АЭС расположено именно в этих регионах. Поэтому надо иметь в виду, что такие АЭС, как Обнинская, Нововоронежская, Курская в европейской части России или Белоярская на Урале, могут оказаться в зоне действия смерча и своевременно принимать необходимые меры безопасности. Для оценки стоимости энергоклиматических ресурсов представим вначале в денежном выражении гидроэнергоклиматические, ветро- и гелиоэнергетические климатические ресурсы, так как эффективность работы ГЭС, ВЭУ и ГЭУ в наибольшей степени определяется климатом. Расчет стоимости гидроэнергоклиматических ресурсов для административно-территориальных единиц проводится по следующей схеме. 216 9 8 Практически наибольшие ресурсы этого вида отмечаются в Амурской области (18 у.е.), а наименьшие — в Астраханской области (0 у. е.). Следовательно, разница между ними составляет 18 у. е. Количество электроэнергии, вырабатываемой всеми видами электростанций, в 1997 г. в Амурской области составило 5,6 млрд. кВт ч, а в Астраханской области — 3,1 млрд. кВт ч. В среднем для России доля электроэнергии, получаемой за счет ГЭС, составляет 18 % общего количества производимой энергии. Примем это соотношение в качестве ориентировочного для расчета количества электроэнергии, вырабатываемой ГЭС, в Амурской и Астраханской областях. Тогда в Амурской области на долю ГЭС будет приходиться примерно 1,01 млрд. кВт ч вырабатываемой электроэнергии, а в Астраханской области - 0,56 млрд. кВт ч. Разность этих значений равна 0,45 млрд. кВт ч, что соответствует 18 у. е. (разность гидроэнергоклиматических ресурсов в Амурской и Астраханской областях). Следовательно, 1 у. е. эквивалентна 25 млн. кВт ч. В денежном выражении это составляет 25 млн. руб., если стоимость 1 кВт ч принять равной 1 руб. (цена электроэнергии для промышленных потребителей). Исходя из стоимости 1 у. е. была рассчитана стоимость гидроэнергоклиматических ресурсов для всех административнотерриториальных единиц (см. таблицу). Указанный подход дает наиболее точные результаты при оценке климатических ресурсов для ГЭС на малых и средних реках. Площадь водосбора таких рек невелика. Поэтому на их режим наиболее сильно влияют климатические условия той административно-территориальной единицы, где расположена данная ГЭС (в отличие от ГЭС на крупных реках, площадь водосбора которых охватывает обычно несколько областей с разными гидроэнергоклиматическими ресурсами). В настоящее время строительство ГЭС на малых и средних реках признано наиболее перспективным. Поэтому данный подход к оценке климатических ресурсов для ГЭС правомерен. 217 Потенциальное количество электроэнергии, которое можно получить при расположении 1 ВЭУ на каждых 200 км2 территории страны в настоящее время оценивается как 1,23 % электроэнергии, вырабатываемой ТЭС. В 2000 г. в России за счет ТЭС было получено 596,3 млрд. кВт ч, следовательно, за счет ВЭУ можно получить 7,3 млрд. кВт ч в год. Сумма ветроэнергетических климатических ресурсов для всей РФ равна 1000 у. е. Отсюда 1 у. е. данного вида ресурсов соответствует 7,3 млн. кВт ч, или 7,3 млн. руб. Стоимость ветроэнергетических климатических ресурсов для всех административно-территориальных единиц приведена в таблице. Потенциальное количество электроэнергии, которое можно получить при покрытии 1 % территории страны ГЭУ, оценивается в 24 млрд. кВт ч в год. Так как сумма гелиоэнергетических климатических ресурсов равна 1000 у. е., можно определить, что 1 у.е. соответствует 2,4 млн. кВт ч, или 2,4 млн. руб. Стоимость гелиоэнергоклиматических ресурсов для административнотерриториальных единиц представлена в таблице. Надо отметить, что если для гидроэнергоклиматических ресурсов оценка их стоимости отражает возможности развития гидроэнергетики в настоящее время, то для ветро- и гелиоэнергетических климатических ресурсов оценивается их потенциальная стоимость, т. е. теоретически возможное количество электроэнергии, которое может быть получено в данных климатических условиях при покрытии значительной части территории области (около 1 %) ВЭУ и ГЭУ. Сейчас это не представляется возможным из-за высокой стоимости таких установок. Однако к 2010—2015 гг. конкурентоспособность ВЭУ и ГЭУ значительно повысится, и приведенные в таблице 95 оценки приобретут реальный смысл. Таблица 95 Стоимость энергоклиматических ресурсов, млн. руб. 218 Административнотерриториальная единица Гидроэнерго- Ветроэнерге- климатиче- тические Ге- Об лиоэнерге- щая тические стои- Белгородская об- ские ресур- климатиче- климатимость 36 сы 262,0 ские 69,0 ресур- ческие35,4ре- 6,4 Воронежская об- ласть 276,5 сы 66,3 сурсы35,4 ласть 37 8,2 34 Курская область 257,8 69,0 17,7 Липецкая область 289,7 58,4 17,7 4,5 36 5,7 34 Тамбовская область 275,9 55,7 17,7 9,4 3.29 Энергоклиматические ресурсы зданий Энергоклиматические ресурсы зданий - климатический потенциал для проектирования технических систем, обеспечивающих создание и поддержание в закрытых помещениях благоприятного состояния воздушной среды, т. е. систем отопления, кондиционирования и вентиляции (СОКВ). Основными задачами при проектировании СОКВ являются: -расчет установочной мощности СОКВ и производительности СКВ; -выбор оптимального режима обработки воздуха системами СКВ; -выбор системы и типа кондиционеров и вентиляторов. Нормативными параметрами наружного воздуха для проектирования СОКВ служат параметры А, Б, В (параметр В используется лишь в исключительных случаях). Каждый из этих параметров состоит из трех климатических показателей: температуры воздуха (°С), удельной энтальпии (кДж/кг), 219 скорости ветра (м/с). Для теплого периода года температура параметра А принимается на 1,8 °С ниже средней месячной температуры наиболее жаркого месяца, а параметра Б — на 2,8 °С выше средней месячной температуры наиболее жаркого месяца. Для холодного периода года температура параметра А принимается равной средней температуре наиболее холодного периода, а для параметра Б — равной температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92. Более правильно принимать в качестве нормативной квантили температуру воздуха и соответствующее ей значение энтальпии из годовой совокупности срочных значений, представленной в виде совместного распределения температуры воздуха и энтальпии. Специализированными показателями для расчета энергетических систем в теплый период года являются: -температура воздуха с обеспеченностью 98 % — при проектировании систем кондиционирования воздуха жилых, общественных и основной массы производственных зданий; -температура воздуха с обеспеченностью 95 % — при проектировании систем вентиляции воздуха зданий и сооружений всех назначений. Совместная необеспеченность сочетаний указанной температуры и энтальпии, превышающих расчетные значения, соответственно равна 250 ч/год (97,1 %) и 417 ч/год (94,6%). В холодный период года показателями для расчета энергетических систем являются: -температура с обеспеченностью 0,5 % — при проектировании систем отопления и кондиционирования воздуха общественных, жилых и основной массы производственных зданий, а также систем вентиляции, рассчитанной на удаление вредных веществ (параметр Б). Значение энтальпии составляет 99 %; -температура с обеспеченностью 6 % — при проектировании систем вентиляции жилых, общественных и основной массы производственных 220 зданий и сооружений всех назначений, в которых отсутствуют выделения вредных веществ, а также при проектировании систем кондиционирования воздуха некоторых сельскохозяйственных зданий (параметр А). Значение энтальпии равно 91,5%. Для каждого района следует учесть: -в холодный период скорость ветра 80 % -и обеспеченности, которая соответствует, как правило, наибольшим потерям тепла зданием; -в теплый период наименьшее из средних значений скорости ветра в июле по румбам, повторяемость которых превышает 12 %. Диапазон изменения по территории РФ показателей энергоклиматических ресурсов зданий представлен в таблице 96. Таблица 96. Диапазон изменения специализированных показателей энергоклиматических ресурсов зданий Показатель Еди Ми- Температура воздуха с обеспеченно- ница °Сиз- нимумстью 0,5 % мерения и соответствующая ей энтальпия - -17,3 55,7 Температура воздуха с обеспеченно- - стью 6 % °С 44,7 кДж и соответствующая ей энтальпия симум-12,0 54,3 кДж /кг Мак /кг -2,7 - 47,1 2,3 Температура воздуха с обеспеченностью 98 % °С 15,0 34,5 32,3 54,7 12,6 29,0 кДж и соответствующая ей энтальпия Температура воздуха с обеспеченно- /кг °С 221 стью 95 % кДж и соответствующая ей энтальпия Скорость ветра 80 % обеспеченности /кг 28,0 59,0 м/с 0,5 13,1 » 0,0 7,2 Наименьшее из средних значений скорости ветра в июле по румбам, повторяемость которых превышает 12 % Самый высокий (13—15 у. е.) ресурсный потенциал для проектирования и эксплуатации энергосистем зданий отмечается на западе европейской части России и в ее центральных районах, где в течение всего года наблюдаются благоприятные климатические условия: сравнительно высокая зимняя температура (параметр А составляет —10... -14 °С) и близкие к оптимальному летние температурный и влажностный режимы (температура с обеспеченностью 0,95 изменяется от 20 до 22 °С, энтальпия в среднем не превышает 48 кДж/кг). В южных районах страны (республики Предкавказья, Краснодарский и Ставропольский края, Астраханская область), где в зимнее время складываются очень благоприятные условия (температура с обеспеченностью 6 % составляет —3...-8 °С, энтальпия — -2...2 кДж/кг), ресурсный потенциал снижен до 10—12 у. е. за счет очень высокой летней температуры, требующей использования дополнительных мощностей в системах вентиляции и кондиционирования. Значения показателей энергоклиматических ресурсов зданий для Центрально-Черноземного региона представлены в табл. 97. Как видим, хуже условия эксплуатации зданий зимой создаются в Тамбовской области за счет промерзания грунтов и низких температур атмосферного воздуха. 222 Таблица 97 Значения основных специализированных показателей энергоклиматических ресурсов зданий Административнотерриториальная единица Тамбовская область Белгородская область Воронежская область Курская область Липецкая область Холодный период ЭнЭн Т T тальпия тальпия 0,5 °С 6,0 °С кДж/кг кДж/кг -33 -13 27 18 23 23 23 23 -30 -30 -30 -30 13 13 13 13 -10 -10 -10 -10 Теплый период ЭнЭнТ тальпия, тальпия, о Т 98,0 °С 95,0 С кД кДж/кг ж/кг 2 2 51 47 6 7 2 6 2 6 2 6 2 6 53 53 53 53 2 4 2 4 2 4 2 4 49 49 49 49 Градация ресурсов , у.е 10,05 – 12,55 12,55 – 15,05 Вопросы к главе 3. 1. Перечислите специализированные показатели климатических ресурсов для автомобильного транспорта. 2. Каковы опасные гидрометусловия для автомобильного транспорта? 3. Какой агрометеорологический показатель является основным? 4. Какие характеристики используются для оценки агрометеорологических условий? 5. Для выращивания каких сельскохозяйственных культур благоприятны агрометеорологические условия ЦЧО? 6. Какие климатические показатели являются неблагоприятными для работы АЭС? 7. Какие районы России наименее благоприятны для работы АЭС? 8. Охарактеризуйте влияние ветра на здания и городскую среду. 9. Какие поправки учитываются для определения трансформации воздушного потока под воздействием элементов застройки? 10. Какая климатическая информация используется в ветроэнергетике? 11. В каких областях ЦЧР целесообразно развивать ветроэнергетику? 12. Гелиосистемы какого вида используются для приёма и преобразования солнечной энергии. 13. При каких условиях солнечные энергетические станции (СЭС) способны конкурировать с ТЭС или АЭС. 14. Какие климатические показатели влияют на долговечность зданий и сооружений. 15. В каком регионе России наиболее благоприятные условия для долговечности конструкций и сооружений? 16. Какие климатические показатели применяются для обеспечения работы железнодорожного транспорта? 17. Какие климатические показатели применяются при проектировании систем канализации? 18. Какие климатические ресурсы для коммунального хозяйства доминируют на территории Курской и Белгородской областей? 19. Какие климатические характеристики важны для лесного хозяйства? 20. На какой стадии строительства происходит учет нагрузочноклиматических ресурсов и какова польза от его проведения? 21. Перечислить и дать краткую характеристику основным видам метеорологических нагрузок. 22. Что влияет на глубину заложения магистральных трубопроводов, их долговечность и надёжность при эксплуатации? 23. Какие виды климатических ресурсов преобладает на территории ЦЧО? 24. Где на территории ЦЧО климатические условия менее благоприятны для оснований и фундаментов зданий? 25. Какие климатические параметры используются при планировании строительно-монтажных и ремонтных работ? 26. В каком субъекте федерации ЦЧР отмечены наиболее благоприятные условия для строительства? 27. Какими архитектурно-планировочными средствами можно воздействовать на климатические характеристики при градостроительстве? 28. Каковы составляющие строительно-климатических ресурсов? 29. Каким образом тепловые ресурсы определяют развитие экономики России и ЦЧО? 30. Каков характер распределения тепловых климатических ресурсов зданий в областях ЦЧР? 31. В какой области Центрально-Черноземного региона выше требования к теплозащитным характеристикам зданий и сооружений и почему? 32. Какие области ЦЧР наиболее благоприятны для развития теплоэнергетики? 225 33. Какие метеорологические факторы наиболее значимы для работы техники? 34. Дать характеристику понятия «климатическая защита». 35. Где на территории ЦЧО наблюдается наиболее высокий потенциал для эксплуатации техники? 36. Как определяется стоимость климатических ресурсов для теплоснабжения и в какой области ЦЧР она выше? 37. Какая область ЦЧР и почему обладает максимальными ресурсами для ТЭК? 38. Дать характеристику транспортно-климатических ресурсов ЦЧР? 39. Строительство ГЭС на каких реках и почему признано в настоящее время перспективным? 40. Где на территории ЦЧР наблюдается наибольший ресурсный потенциал для эксплуатации энергосистем? 226 Заключение Обеспечение надежности и устойчивости функционирования отраслей экономики Российской Федерации (РФ) в сложных природно-климатических условиях требует проведения государственной политики в области изучения, использования и охраны природных ресурсов. Одним из видов природных ресурсов является климат, который в значительной мере определяет доступность и качество продуктов питания, воды, топлива, т. е. уровня жизни. Поэтому климат наряду с другими природными ресурсами должен быть включен в состав национальных богатств нашей страны и в этом качестве рассматриваться при экономическом анализе. Ресурсный подход к изучению климата позволит учесть климатический фактор при определении путей экономического развития отдельных отраслей и районов, в частности при прогнозировании специализации производства, разделении труда между районами страны и его оплаты. Таким образом, информация о климатических ресурсах и возможности предсказания их изменения в будущем, доведение этой информации до правительственных и административных органов, а также до общества в целом является мощным средством планирования всех видов социально-экономической деятельности и их устойчивого развития. 227 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Атласы ветрового и солнечного климатов России. — СПб.: Изд. ГГО, 1997. -173с. 2. Берлянд Т. Г., Стадник В. В. Климатические исследования радиационного и теплового баланса Земли // Современные исследования Главной геофизической обсерватории. Т. 2. — СПб., 2001. — С. 273—296. 3. Бокша В. Г. Справочник по климатотерапии. — Киев: Здоровья, 1989. —206 с. 4. Головина Е. Г., Русанов В. И. Некоторые вопросы биометеорологии. — СПб.: Изд. РГГМИ, 1993. — 89 с. 5. Данилова Н. А. Методы оценки и районирование СССР по благоприятности воздействия климата на человека // Исследование структур климата в погодах. Материалы метеорологических исследований. — М., 1986. — Вып. 11. — С. 50—58. 6. Дьяков А. Ф., Перминов Э. М., Шакарян Ю. Г. Ветроэнергетика России. — М., 1996.— 218с. 7. Зоиде Е.К., Овчаренко Л.И. Сравнительная оценка сельскохозяйственного потенциала климата территории РФ и степени использования ее агроклиматических ресурсов сельскохозяйственными культурами. — СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. — 75 с. 8. Климат и железнодорожный транспорт/ В.Зябриков, Н.В.Кобышева, В.С.Циркунов. — М.: Метеоагентство Росгидромета, 2000. — 187с. 9. Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей. – М.: Гос. комитет по стандартам, 1990. – 75с. 10. Курорты. Энциклопедический словарь / Под ред. Е. И. Чазова. — М.: Советская энциклопедия, 1983. — 592 с. 228 11. Маркус Т. А., Моррис Э. Н. Здания, климат и энергия / Пер. с англ.; под ред. Н. В. Кобышевой, Е. Г. Малявиной. — Л.: Гидрометеоиздат, 1985. — 543 с. 12. Медицинская география и здоровье. Современные проблемы географии. Сб. научных трудов / Под ред. А. А. Келлера. — Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1989. — 223 с. 13. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер.3, Части 1-6, Климатические ресурсы экономических районов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1989. — 77 с. 14. Петров К.М., Жиров А.И. География, экология и культура. — СПб.: Изд.СПбГУ, 1995.— 127с. 15. Реймерс Н.Ф. Природопользование. — М.: Мысль, 1990. — 533 с. 16. Серебровский Ф. Л. Аэрация населенных мест. — М.: Стройиздат,1988. —148с. 17. Справочник по опасным природным явлениям в республиках, краях и областях Российской Федерации. — Изд. 2-е. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1997. — 587 с. 18. Черепнин В. Л. Фитомасса суши Земли и климат. — Красноярск, 1999. — 129 с. 19. Шашко Д.И. Агроклиматические ресурсы СССР. — Л.: Гидрометеоиздат, 1985. — 247с. 20. Энциклопедия климатических ресурсов Российской Федерации. – С – Пб.: Гидрометеоиздат, 2005. – 320с. 229 230 Приложение Б. 16 Значения основных специализированных показателей лесохозяйственных климатических ресурсов Административно- Чис Го- Чис территориальная едини- ло дней с довое ко- ло дней с ло ца Чис Ра- дней диаци- темпера- личество пожаро- Белгородская ласть Воронежская ласть Тамбовская со скоро- онный об- турой 151 осадков, опасной стью вет- баланс, 1,0 545 12 14 воздуха мм обстанов- ра >1 МД об1,6 527 кой 12 15м/с 5 < ж/м2 150 9 30 °С об- 1,6 543 12 10,7 ласть Сум ма актив- должи- 1,6 517 12 9 Курская область 2,2 587 12 11 – 245 140 0 9 251 0 151 1 ция ресурсов , 5 150 Липецкая область Града- ных тем- тельность у.е 265 вегета10,05 ператур 154 0(> 10 °С), ции, дни 12,55 152 °С 262 150 9 Про 149 239 150 5 231 Приложение Б. 17 Значения основных специализированных показателей лечебно-профилактических климатических ресурсов сердечно-сосудистых заболеваний 232 Сред Чис- Чис- По- нее квадра- ло дней с ло дней с вторяеАдминистративнотерриториальная единица Чис- ло дней со ло дней со ти-ческое межсуточ- относи- мость ско- средней средней от- ной измен- тельной рости ветра суточной суточной клонение чивостью среднего температу- стью влажно- воз- м/с, % суточного ры воздуха духа 80 13,0 8 129 атмосфер 8% Воронежская область но-го 12,2 123 дав- °С 8 Белгородская область Липецкая область Чис- 12 8 температу- температу- Градация ре- сурсов , у.е рой возду- рой воздуха 20°С 44 13 49 ха °С 10,05 1 -25 –12,55 1 10 118 13 45 2 Тамбовская область ления 12,0на уровне12,3 11 114 10 46 2 Курская область 11,9 станции, 6 123 8 37 2 гПа 233 Приложение Б. 18 Значения основных специализированных показателей лечебно-профилактических климатических ресурсов заболеваний органов дыхания Чис- Сред- По- По- нее квадра- ло дней с вторяетиче-ское между- от-клонение суточной Административнотерриториальная единица вторяе- мость сочетаний среднего изменчи- суточного востью атмосфер- температу- воздуха ного дав- ры 20 уровн духа гПа перату-ры °С и воз- относи- ления на е Тем тель-ной станции, 8°С влажности воз- мость со- ло дней со По- четаний вторяемость скорости ветра м/с, % Чис- 8 сред Тем ней суточперату-ры ной тем- воздуха перату0 °С и от- рой возду- Градация ресур- сов , у.е носитель- ха - ной влажности 25°С воз234 духа духа 80 80 %,% %,% Белгородская область 13,0 8 2,0 12 21 1 Липецкая область 12,0 10 2,4 13 19 2 Тамбовская область 12,3 11 2,6 10 21 2 Воронежская область 12,2 8 2,5 13 20 1 Курская область 11,9 6 2,1 8 22 2 10,05 – 12,55 235 Приложение Б. 19 Значения основных специализированных показателей лечебно-профилактических климатических ресурсов ревматических и простудных заболеваний Административнотерриториальная единица Число дней Повторяе- с относительной мость Число дней скорости с переходом тем- с влажностью воз- ветра Белгородская область духа 80 129% 12 8 м/с, % Число дней жидкими пературы воздуха смешанными 105 через 65 0 °С осадками Курская область 123 8 65 123 Воронежская область 123 13 64 103 Липецкая область 118 13 61 106 Тамбовская область 114 10 64 105 Града- и ция ресурсов , у.е 7,55— 10,05 236 Приложение Б.20 Значения основных специализированных показателей лечебно-профилактических климатических ресурсов заболеваний туберкулезом Административнотерриториальная единица Число Повто- Повто- дней с меж- ряемость ско- ряемость дусуточной рости ветра Число Повто- дней с жид- ряемость сочета- кими и сме- Градация ре- сочета- сурсов , у.е 237 изменчивостью 8 м/с, % темпе- ратуры ний темпе- шанными ратуры воз- духа 8 °С ний воз- осадками темпе- духа 20 °С и ратуры относи- духа ниже воз- 0 °С и тельной влажности относи- воздуха тельной влажно- 80 % , сти воз- % духа 80%, % Курская область 6 8 2,1 123 22 Липецкая область 10 13 2,4 106 19 Тамбовская область 11 10 2,6 105 21 Белгородская область 8 12 2 105 21 Воронежская область 8 13 2,5 103 20 10,05 –12,55 238 239 240 Приложение Б.22 Значения основных специализированных показателей климатических ресурсов для магистральных трубопроводов Глу Административ- бина Мак Чис се- симальная ло дней с дняя но-территориальная зонного единица высота темпера- об- ласть Чис Чис промерза- снежного турой темпера- стью вет- непрерыв- дом ния (про- покрова тура воз- ра >10 м/с ной воздуха Града- го- ло дней со ло дней с ло дней со скоро- таивания) на конец 85 63 2 грунта, см декады, 30 °С Липецкая область 79 см 47 2 Тамбовская обВоронежская Чис довая Курская область ласть Сре дождем снегопа- ция ресур- сов , у.е про- непрерыв- 5,1 10,05 – при отри- должиной про23 26 12 12,55 цательной тельнодолжи23 стью 26бо- тельно26 температуре воз- лее 4 ч 26 духа 23 - духа, °С 5,4 стью более 4 ч26 76 64 2 4,8 66 58 2 5,8 23 26 26 68 52 1 6,3 23 26 26 12,55 – 15,05 Белгородская область 241 Приложение Б.23 Значения основных специализированных показателей почвенно-климатических ресурсов для проектирования оснований и фундаментов зданий Административнотерриториальная единица Тамбовская область Воронежская область Глуби- Про- Наибол Сред- Число на сезонного должи- ьшая декад- няя промерзания тельность ная высота температура снежным по- сурсов , у.е (протаива76 ния), см 66 годовая дней Гра- зимнего пе- снежного по- воздуха, °С 150 64 4,8 риода, дни крова, см 141 58 5,8 со дация кровом 135 115 ре10,05 –12,55 12,55 242 –15,05 Липецкая область 79 147 47 5,1 128 Курская область 85 137 63 5,4 118 Белгородская область 68 130 52 6,3 116 Приложение Б.24 Значения основных специализированных показателей производственно-строительных климатических ресурсов 243 территориальная единица Тамбовская область Курская область Липецкая область Воронежская область Белгородская область 30 1 50 1 37 1 47 1 41 1 23 23 23 23 23 0 25 0 50 10 0 30 14 (м3/пог.м) продолжительностью метелей при отрицательной температуОбъем переносимого ре воздуха снега за зиму с максимальной скоростью ветра более 10 м/с зимнего дни дней со периода, Среднее число Продолжительность АдминистративноЧисло оС дней -30 30 оС продолжительно- природными явлениями стью 4ч Число дней с опасными прерывной Число дней с дождем не- температурой воздуха с 2 10 26 4 2 15 26 6 2 10 23 3 2 12 26 5 1 17 26 5 Гра- дация ре- сурсов , у.е 10,05 –12,55 12,55 –15,05 244 Приложение Б.25 Значения основных специализированных показателей рекреационно-климатических ресурсов (лето) УльАдминистративнотерриториальная единица Р траЭЭТ °С фиолетовая радиация, Воронежская область Липецкая область Белгородская область 2 мэр/м2300 2,9 2 2,2 2 2,4 Число солнечных дней Про- Число Число должи- дней с тем- дней с от- тельность пературой благоприят- воздуха 49 88 ного 110 пери- 310 89 ода для от- 20°С 110 45 дыха и ту- 300 89 ризма, дни 110 44 носительной влаж- Градация ресур- сов , у.е 7 ностью 10,05 – 12,55 воздуха 8 80 % 8 245 Тамбовская область Курская область 2 2,6 2 1,3 280 89 105 46 5 290 88 110 37 8 Приложение Б. 26 Значения основных специализированных показателей рекреационно-климатических ресурсов (зима) 246 Административнотерриториальная единица Приведенная Число тем- солнечных пература, °С дней Число Число Число Града- дней со сред- дней со сред- дней с отно- ция ресурсов ней суточной ней суточной сительной , у.е температурой температурой влажностью Липецкая область -23 36 воздуха 57 от -5 воздуха 2 25 воздуха 67 80 до -15 °С °С % Белгородская область -23 37 56 1 66 Воронежская область -24 40 57 1 62 Курская область -23 35 75 2 71 Тамбовская область -23 42 64 2 58 7,55— 10,05 10,05 – 12,55 247 Приложение Б.27 Значения основных специализированных показателей санитарно-гигиенических климатических ресурсов для градостроительства (лето) Административнотерриториальная единица Повторяемость Число дней Число дней скорости со средней су- со средней су- с Число дней количеством ция ресурсов точной темпера- точной темпера- осадков 5 мм ветра Града- Курская область 0—1 м/с, % турой воздуха турой воздуха 30 103 37 15 °С 20 °С 16 Воронежская область 24 107 49 11 Тамбовская область 30 101 46 10 Липецкая область 36 103 45 11 Белгородская область 39 114 44 11 , у.е 7,55— 10,05 10,05 – 12,55 248 Приложение Б. 28 Значения основных специализированных показателей санитарно-гигиенических климатических ресурсов для градостроительства (зима) Сумма Административнотерриториальная единица Тамбовская область значений Сред- Повто- няя скорость ряемость Число Объем дней со сред- переносимого температуры ветра за зиму, скорости вет- ней суточной снега за зиму, воздуха м/с -531 -10 4,3 ра 0—1 м/с, температурой 17 2 % воздуха м - оС, °С °С м3/пог. 300 Градация ре- сурсов , у.е 10,05 25 249 –12,55 Воронежская область 0 5,1 13 1 200 Курская область 0 5,1 13 2 100 Липецкая область -358 5,1 20 2 100 Белгородская область 0 5,0 21 1 200 Приложение Б. 29 250 Значения основных специализированных показателей теплозащитных климатических ресурсов зданий (холодный период) Административнотерриториальная единица Температура воздуха, °С наибонаиболее холод- лее Липецкая область Тамбовская область Курская область Воронежская область Белгородская область ностью, 9 % 8 2 34 31 34 32 - 31 29 - 31 30 орость с ни- житель- тура воз- ГраСре дация дняя ре- су- сурсов , у.е точная 80 амплиту- % -и 9обеспечен9 9мальная ность, духа, да наибо- ностью, - дни 19 12,55 °С обеспе8 2 -3,2 6,0 лее 7,1 хо29 37 4 –15,05 %27 ченлодного 19 ности, -3,5 5,3 месяца, 7,0 30 28 39 4 м/с °С 19 -2,8 3,0 6,3 27 25 35 1 30 28 29 дняя пяти- ная ми- продол- темпера- ветра дневки - - аб холод- солют- едняя ных суток с ной обеспечен- Отопительный период Ср Сре Ск 26 28 37 25 18 5 36 18 8 -2,5 4,0 6,8 -2,6 6,1 6,2 251 252 253 254 Приложение Б.35 Значения основных специализированных показателей энергоклиматических ресурсов зданий Административнотерриториальная единица Тамбовская область Белгородская область Воронежская область Курская область Липецкая область Холодный период ЭнТ T 0,5 °С тальпия 27 - кДж/кг -33 - 23 23 23 23 -30 -30 -30 -30 Теплый пери ЭнТ Эн 6,0 °С тальпия 98,0 °С тальпия, 18 - кДж/кг -13 - 13 13 13 13 -10 -10 -10 -10 2 ж/кг 6 2 кД 51 53 6 2 53 6 2 53 6 2 53 6 255 20 40 60 80 100 120 140 160 180 256 2,55 -5,05 15,05 5,05 -7,55 7,55 – 10,05 10,05 – 12,55 12,55 – 15,05 – 17,55 Автотранспортные климатические ресурсы, у. е. 257
![СНиП 23-01-99 УДК [69 + 697.1:551.5] (083,74) Система нормативных документов в строительстве](http://s1.studylib.ru/store/data/000908351_1-b082443596e9997a1ad1fc4d82bb3c44-300x300.png)
