Особенности атмосферно-циркуляционных явлений в котловинах

Взаимодействие воздушных потоков с горным рельефом имеет сложный характер, определяемый как термическим, так и динамическим фактором и приводящий к трансформации воздушных потоков. В результате этих процессов формируется горный климат.

Являясь форпостом гор юго-востока Западной Сибири, Алтай служит орографическим барьером для воздушных потоков, поступающих с запада, что усложняет их движение, вызывает изменение свойств. Под влиянием гор замедляется скорость движения воздушных течений, изменяется их направление. Так как Алтай служит зоной предвосхождения влагонесущих воздушных потоков, то в результате вынужденного подъема воздушных масс усиливается процесс конденсации влаги и выпадения осадков на наветренных склонах. Идущая с запада воздушная масса, подойдя к подножию, вынуждена подниматься по наветренному макросклону, перетекать через вершину и опускаться по противоположному макросклону. При подъеме, вследствие охлаждения воздуха, на некоторой высоте образуются облака и выпадают осадки. На подветренном макросклоне при опускании воздуха происходит его адиабатическое нагревание, удаление от состояния насыщения. Возникает эффект барьерной тени.

При перемещении воздушной массы через межгорную котловину на противоположных склонах котловины сочетаются подветренные и наветренные явления. В больших котловинах депрессивно-барьерные явления сочетаются с экспозиционными. Вблизи подветренного склона формируется барьерная тень, в средней части котловины часто наблюдаются депрессивные явления.

В котловинах и котловинообразных расширениях долин отмечается особый характер горно-долинной циркуляции ветров. Происходит круговое вращение ветра: утром ветер дует восточный, днем — южный, после полудня — западный. На освещенной солнцем стороне происходит прогрев и подъем воздуха, противоположная сторона освещена слабо, от нее направлен компенсационный поток воздуха, по мере смещения солнца смещается и он. Четко выражено круговое вращение ветра в Катандинской котловине, в устьевой части долины р. Чемал, на побережье Телецкого озера. Впервые «солнечный ветер» был описан Б. П. Алисовым [1] [6] на примере долины р. Чемал. Горно-долинные ветры оказывают существенное влияние на формирование особенностей местных климатов долин. Они вносят изменения в горизонтальное и вертикальное распределение температуры и влажности.

Долинный ветер вызывает понижение дневной температуры, повышение относительной влажности, образование конвективной облачности. Влияние горного ветра на гидротермический режим долин имеет противоположный характер. Благодаря динамическому перемещению воздуха ослабляется интенсивность ночного выхолаживания днищ долин.

Таким образом, в зависимости от интенсивности воздухообмена в ночные часы в долинах и котловинах Алтая степень выхолаживания их днищ различается в широких пределах — от слабой (разность температур между склоном и днишем менее 1 °С) до крайне сильной (указанная разность температур более 6 °С).

В целом, горный рельеф обусловливает понижение температуры с высотой, что лежит в основе высотной ландшафтной поясности. Однако влияние гор Алтая на температуру не ограничивается высотным фактором, а является сложным и многообразным.

С.А. Сапожникова [2] [14] привела средние июльские и январские температуры к высоте 1,5 км, используя вертикальный градиент 0,5 °С на 100 м высоты. Оказалось, что разность температур между различными высотными уровнями летом не превышает 4 °C, в то время как зимой достигает 20 °C. Столь большие различия в температурных условиях января обусловлены влиянием орографического фактора.

Самые низкие температуры зимой на днищах котловин, а не на горных вершинах. Полюсом холода на Алтае является Чуйская котловина, где средняя температура января ниже -33,8 °С (таблица 1).

Таблица 1. Средний минимум температуры воздуха, °С.

Настолько низкие температуры обусловлены тем, что над Центральным и Юго-Восточным Алтаем зимой располагается отрог западной ветви Азиатского антициклона. При господстве штиля формируется радиационная инверсия температур. Охлажденный воздух стекает со склонов и заполняет межгорные котловины.

На основании учета морфометрических факторов В. В. Севастьянов [3] [142] предлагает рассчитывать параметр котловинности К, с помощью которого оценивается эффект охлаждения или отепляющий определенных котловин.

K=(S/L)*H*?H*Ф, (1).

где S — ширина котловины по пойме, км; L — длина котловины, км; Н — абсолютная высота днища котловины; ?Н — глубина котловины, км, Фкоэффициент равный 0,99 км²

Отношение ширины котловины к ее длине дает возможность судить о геометрической форме днища котловины: чем ближе это отношение к единице, тем больше котловина приближается к идеальной форме. Чем больше разность высот между днищем и окружающими гребнями гор, тем больше площадь воздухосбора, с которой холодный воздух спускается на днище.

С увеличением разности высот возрастает степень изолированности от воздушных потоков в свободной атмосфере, ослабляется интенсивность турбулентного перемешивания, что подтверждается особенностями ветрового режима в условиях горных котловин. На величину котловинного эффекта оказывает влияние высота днищ котловин. Чем больше высота, тем сильнее эффективное излучение, тем меньше радиационный баланс. Это приводит к быстрому выхолаживанию днищ котловин, особенно в холодный период года. В таблице 2 приведены морфометрические характеристики котловин и параметр котловинности.

Таблица 2. Морфометрические характеристики и параметр котловинности К в Горном Алтае.

Наибольший параметр котловинности характерен для Чуйской котловины, что определяется размерами котловины и ее высотой.

В соответствии с уменьшением величины параметра котловинности уменьшаются и орографические поправки в котловинах Алтая. В Ябоганской и Канской котловинах средняя температура января около -20 °С. Однако, во всех межгорных котловинах с ноября по апрель на днищах представлены мощные озера холода, на склонах — инверсионное распределение температур. Так как верхние части склонов и водоразделы оказываются в слое антициклональной инверсии сжатия, то и температура зимних месяцев здесь значительно выше, чем на днищах, где она фиксируется в пределах от -15 до -17 °С.