Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Атмосферные осадки в Буркина-Фасо и их потенциальные предикторы

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Бамбара, Сирил Констант, Санкт-Петербург



Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Российский государственный гидрометеорологический университет

(РГГМУ)

На правах рукописи

УДК 551.577(662.5)

< Бамбара Сирил Констант

Атмосферные осадки в Буркина-Фасо и их

потенциальные предикторы

На соискание ученой степени

кандидата географических наук

Специальность 11.00.09 - метеорология,

климатология, агрометеорология

Руководитель доктор географических наук,

профессор К.В. Кондратович

Санкт-Петербург

1999 г.

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И КЛИМАТ ЗАПАДНОЙ АФРИКИ

1.1. Физико-географические условия и атмосферная циркуляция

1.2. О характере климатических изменений режима увлажнения в Западней Африке

2. СЕЗОННЫЕ И МЕЖГОДОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ В БУРКИНА-ФАСО

2.1. Особенности режима увлажнения на территории Буркина-Фасо

2.2. Ранжировка и градации месячных и годовых сумм осадков на станциях Буркина-Фасо

3. ДОЛГОСРОЧНЫЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОГНОЗЫ И ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПРЕДИКТОРЫ

3.1. Методы долгосрочного метеорологического прогноза

3.2.Тепловое состояние вод Атлантического океана

3.3. Азорский центр действия атмосферы

3.4. "Мировые колебания" и явление Эль-Нино

3.5. Квазидвухлетний цикл стратосферной циркуляции

3.6. Солнечная активность

4. ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПРЕДИКТОРЫ В ЗАДАЧЕ ПРОГНОЗА РЕЖИМА УВЛАЖНЕНИЯ В БУРКИНА-ФАСО

4.1. Атмосферная циркуляция

4.2. Тепловое состояние вод Атлантики и Пацифики в тропической зоне

4.3. Фазы одиннадцатилетнего цикла солнечной активности и осадки ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В странах тропической зоны нет недостатка в тепле, приход солнечной радиации весьма значителен во все сезоны. Основное значение имеют особенности режима увлажнения, изменчивость которого во многих районах оказывает влияние на условия жизни населения. И самые жесткие пустыни в Африке и переувлажненные джунгли находятся сравнительно близко друг от друга.

Страны Африканской Сахели, в том числе республика Буркина-Фасо сталкиваются в последние десятилетия с длительной тенденцией возрастания аридности. Дефицит осадков в отдельные месяцы и годы, избыточное увлажнение в другие периоды свидетельствуют о необходимости изучения условий атмосферной циркуляции, приводящих к значительным аномалиям режима увлажнения.

В странах Западной и Центральной Африки еще не создана служба долгосрочных метеорологических прогнозов и отсутствуют методы сезонного прогноза осадков.

Основная задача диссертационной работы состояла в исследовании атмосферных процессов, определяющих сезон дождей в Буркина-Фасо. При этом главное внимание уделялось поиску потенциальных предикторов для сезонного прогноза осадков.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Обобщенные в диссертации исследования выполнены на кафедре динамики атмосферы и космического землеведения РГГМУ.

В первом разделе рассмотрены особенности физико-географических условий и сезонные преобразования атмосферной циркуляции, определяющие климат и режим увлажнения в Западной Африке.

В разделе 2 представлены материалы о характере изменений режима увлажнения в Западной и Центральной Африке во временном масштабе

нескольких тысячелетий, когда влияние антропогенного фактора практически еще не проявилось. Эти материалы реферативного характера, отражают современные представления о зависимости трендовых колебаний климата от внешних факторов.

Межгодовые и сезонные изменения атмосферных осадков рассмотрены по материалам многолетних наблюдений на 8 станциях Буркина-Фасо.

Станция Уагадугу расположена в центре страны, месячные суммы осадков имеются за 1941 - 1990 годы. На станциях Дори, Уэгигуя, Дедугу. Фада и Бороно ряды наблюдений за осадками охватывают период 1920 - 1990 годов. Наиболее продолжительный ряд (1908 - 1990) имеется на станции По, расположенной на юге страны.

Наблюдения на трех станциях Бобо, Уагадугу и Дори, с выделением 5 равновероятных градаций месячных и годовых сумм осадков, призваны отражать режим увлажнения в различных районах Буркина-Фасо. Месячные суммы осадков использовались только для сезона муссонных дождей.

В третьем разделе диссертации дается обзор современного состояния методов долгосрочного метеорологического прогноза и последовательно рассмотрены потенциальные предикторы: тепловое состояние вод Атлантики, Азорский центр действия атмосферы, "Мировые колебания" и явления Эль-Нино, квазидвухлетний цикл стратосферных переносов в экваториальной зоне и солнечная активность.

Каждый из потенциальных предикторов рассматривается в качестве источника информации в схеме сезонного прогноза осадков в районе Буркина-Фасо.

Результаты сопоставления характеристик потенциальных предикторов с месячными и годовыми суммами осадков на трех станциях Буркина- Фасо составляют содержание 4-го раздела диссертации.

В заключении сформированы основные выводы диссертационной работы. Список литературы из наименований и приложения завершают работу.

1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И КЛИМАТ ЗАПАДНОЙ АФРИКИ

1.1. Физико-географические условия и атмосферная циркуляция

Рассматривая климат Западной Африки следует остановиться на особенностях рельефа и подстилающей поверхности значительной части этого района - Сахары, занимающей весь север и запад региона. Кроме нагорья Ахаггара, в центральных районах Сахары расположен меньший по площади высокий массив вулканического происхождения - Тибести, Эми-Куси (3415 м) - потухший вулкан. Тибести и Ахаггара окружены возвышенным плато (средняя высота 800-1000 м) с крутыми высокими уступами, господствующими над более низкими частями Сахары. Ровная поверхность плато представляет собой каменистую пустыню.

Западная Сахара (от Атлантического побережья до Ахаггара) является наиболее низкой частью этой пустынной области (средние высоты до 300-400 м). Здесь преобладают пространства, занятые песчаными дюнами (эрги). Здесь же находится каменистая пустыня Танзеруфт. Песчаные пустыни особенно далеко заходят на юг до северной части котловины озера Чад.

Климат Западной Африки формируется под влиянием воздушных масс двух типов: континентального тропического воздуха и морского тропического воздуха. Наибольшую повторяемость имеет континентальный тропический воздух - теплый и запыленный, формирующийся и приходящий в другие районы Африки из Сахары и достигающий наиболее южного положения (5-7° с.ш.) в январе.Усилению континентальности климата Западной Африки / 19, 42 / способствует близость Евразийского материка; летом континентальный тропический воздух сменяется морским тропическим воздухом или экваториальным - теплым и влажным, который распространяется примерно до 18-20° с.ш. на побережье и до 21-22 0 с.ш. в глубине материка.

Пассаты являются преимущественно океанической системой ветров /32, 38/. Однако в зимние месяцы северного полушария наличие ложбины над теплыми водами Гвинейского залива способствует тому, что пассатная циркуляция охватывает значительную часть Северо-Западной Африки. Пассатным ветром в ряде районов присваиваются особые названия. Так, над Сахарой и Западной Африкой сухие и запыленные северо-восточные ветры носят название харматана (рис. 1.1 ). У поверхности земли проникновению харматана далеко на юг препятствует ложбина экваториальной депрессии и он, как правило, не достигает берегов Гвинейского залива.

В январе повторяемость юго-западных ветров вблизи экватора довольно велика, например, в Абиджане (Берег Слоновой Кости) она достигает 88% / 8, 12, 20, 29/. В случаях прорыва харматана на Гвинейский залив в приземном слое (до 500 м) на побережье приносится большое количество пыли. Этот процесс обычно длится двое суток,но иногда продолжительность прорыва доходит до 5-6 дней. Для харматана характерна малооблачная и сухая погода с большой запыленностью воздуха.

Большое влияние на погоду и климат региона оказывает внутритропическая зона конвергенции (ВЗК), которая над Западной Африкой в течение всего года лежит к северу от экватора / 20, 29, 39 / В апреле-мае ВЗК продвигается к северу, а в августе или в сентябре отступает на юг / 20, 21, 29, 39 /.

При перемещении ВЗК в северном или северо-западном направлениях наблюдаются смещение с востока на запад или с северо-востока на юго-запад грозовых очагов или так называемых "линий шквалов" (Lines Squalls). Эти линии шквалов являются одним из факторов,участвующих в формировании почти всех осадков на Гвинейском побережье на май-июль. Прохождению шквалов предшествует 1-2 жарких дня, характеризующихся гнетущей неподвижностью воздуха / 12, 23, 27, 33, 39 /. Затем небо темнеет, начинают сверкать молнии, ветер усиливается и становится порывистым. Вслед за

У1гшт1в I X ООО ООО

Рис. 1.1 Воздушные переносы и положение ВЗК в январе /

пыльными вихрями начинается проливной дождь. Молнии продолжают озарять небо, температура понижается. Когда дождь прекращается, облака рассеиваются и температура повышается.

В формировании климата Западной Африки значительную роль играют океанические течения. Влияние холодного Канарского течения ощущается до Зеленого Мыса, после чего течение отклоняется в океан. Это течение способствует понижению температуры на побережье Синегала. Аналогично у островов Сен-Томе (рис. 1.2). В Того и Бенин имеет место влияние ответвления холодного Бенгальского течения. Оно понижает температуру морской воды и воздуха, препятствуя, таким образом, развитию конвекции.

Между холодными Канарским и Бенгальским течениями проходит восточное Гвинейское течение, несущее теплые воды к Гвинейскому побережью и усиливающее таким образом влияние теплых и влажных юго-западных ветров на климат Западной Африки.

Широко распространенное представление о том, что в Западной Африке всегда жарко, является преувеличенным. Очень высокие температуры, столь обычные в течение многих месяцев для тех же широт в Восточной Африке и Индии, наблюдаются в Западной Африке только в пустынных или предпустынных районах летом / 12, 19, 27, 32 /.

На сухом дальнем севере во время сезона дождей на юге и почти круглый год на нагорьях и вдоль побережья Сенегала и Того Западная Африка характеризуется более низкими температурами, чем зимние температуры на соответствующих широтах северного полушария. Высокие дневные температуры на внутриконтинентальных станциях в значительной степени компенсируются большими суточными и внутрисезонными амплитудами, так что средние суточные и средние сезонные температуры сравнительно невелики. В работах / 19, 21, 27, 32, 50 / показано, что в центральных, северозападных, северных и северо-восточных районах по сравнению с другими частями Северо-западной Африки амплитуды колебаний температуры

ли*-и гскз

В"гзо*«а оте»ии

Пассатиьи фсснт т..

Аслэог'ос Т^н-.И-с

/ :

'7 ' Г » 74 '' 1

т.» ' * ; •»

У:. 1С ту*. | 30 000 000

Рис. 1.2 Воздушные переносы и положение ВЗК в июле / /

значительно больше. Эти амплитуды постепенно увеличиваются с продвижением к северу от Гвинейского побережья и особенно резко возрастают в районах, лежащих в глубине материка. Наибольшей величины они достигают во время смены сезонов.

В Западной Африке, как и повсюду в тропиках, осадки представляют собой наиболее важный элемент климата. От количества, регулярности, продолжительности и характера их выподения в значительной степени зависит естественная растительность, сельское хозяйство, образ жизни и т.д. Однако распределение осадков в Северо-западной Африке отличается большой неравномерностью /33, 38, 42 /. Самой засушливой частью Африки является Ливийская пустыня и прилижащие к ней с юга районы. Она находится в восточной половине Сахары, где в среднем за год выпадает менее 10-20 мм осадков, а местами их количество не превышает 1 мм. В западном направлении количество осадков немного возрастает. Однако даже над прибрежной частью Атлантики годовое количество осадков не превышает 50 мм. Это связано с наличием инверсии в пассатной зоне. По направлению к экватору количество осадков быстро увеличивается, особенно южнее плата Эннеди (Республика Чад).

Области сильного переувлажнения лежат в прибрежной части Западного Камеруна и юго-восточной части Нигерии. Здесь находится наиболее дождливое место в Африке - Дебунджа, где выпадает более 9000 мм в год. Интересно, что наиболее дождливые области Африки находятся сравнительно близко от засушливых областей 'Сахары (менее чем 1000 км). На этом расстоянии годовые суммы осадков изменяются в 100-200 раз / 1, 42, 48 /. Это представляет одну из характерных особенностей распределения осадков в тропических широтах Западной Африки.

Для тропической зоны Западной Африки характерно уменьшение осадков и увеличение засушливости климата в восточном направлении. Здесь особое влияние оказывает пустыня. В пределах широт 11-18° годовые суммы

осадков распределяются почти зонально / 23, 27, 32 /. По мере продвижения к экватору всюду осадки увеличиваются от 50-100 до 800-1000 мм, хотя местами горный рельеф значительно искажает элементы зональности в западных районах. Во внутренних частях Африки, в частности, в республике Чад и Нигере, типичный для Сахары климат с количеством осадков 100-200 мм наблюдается до 15° с.ш.

В южных районах Западной Африки у Гвинейского побережья мощность муссона в августе достигает 2-3 км и лишь выше наблюдаются сухие ветры восточного направления. Несомненно то, что в низких широтах циркуляция атмосферы происходит менее интенсивно, чем в умеренных широтах, так как градиенты давления и температуры небольшие. В связи с этим возникающие в низких широтах атмосферные вихри не определяют внутрисезонные особенности циркуляции и барико-циркуляционный режим не претерпевает столь резких непериодических изменений как в средних и непериодических в высоких широтах. Поэтому сезонные явления погоды определяются здесь более отчетливо, чем во внетропических широтах.

В зоне пассатной циркуляции почти всегда существует инверсия температуры. Она образуется в восточной части океана в зоне пассатов. Верхняя часть ее достигает 1-2 км над уровнем моря. При смене северных составляющих ветра на южные пассатная инверсия исчезает на короткие промежутки времени. По мнению Х.П. Погосяна пассатная инверсия возникает в тех районах, где пассатные ветры дуют против горизонтального градиента температуры, направленного из тропиков в сторону экваториальной зоны. Инверсия наиболее интенсивна над холодными океаническими течениями. Вследствии трансформации воздух до высоты 1-2 км имеет более низкую температуру, чем в расположенном выше слое.

Пассатная циркуляция над Западной Африкой формируется под влиянием азорского антициклона. Азорский антициклон как центр действвия атмосферы представляет собой устойчивую область высокого давления,

располагающуюся в субтропиках и тропиках и не меняющую свое положение и интенсивность в зависимости от сезона. Максимальное развитие азорский антициклон достигает летом. Зимой он заметно ослабевает. При этом гребень антициклона вытягивается на восток и прослеживается на более южных широтах по сравнению с летом, то есть под Африкой (север материка и пустыня Сахары). Существенное влияние азорского максимума на циркуляцию пассатной зоны, отмечал в частности, В.М.Шапаев. Многие исследователи считают, что на некотором отдалении от экватора пассатные и муссонные течения подчиняются тому же барическому закону ветра, что и течения общей циркуляции во внетропической зоне. Это значит, что на высотах эти течения по характеру близки к установившемуся движению без трения, а у земной поверхности - к установившемуся движению при наличии силы Кориолиса и трения.

Важнейшими явлениями в системе пассатной циркуляции являются пассатные волны и линии возмущения. Пассатные волны в восточном переносе встречаются во многих местах тропиков.

Нарсел Леру указал основные стационарные барические образования, влияющие

на циркуляцию Западной Африки:

а) Азорский антициклон на Северо-западе,

б) Пояс континентального высокого давления (Континентальный африканский антициклон) на Северо-востоке,

в) Межтропическая (экваториальная) зона пониженного давления,

г) Южно-атлантический антициклон.

Представление о сезонных изменениях циркуляции над Западной Африкой можно получить, рассматривая циркуляционный режим этого региона в зимние и летние сезоны.

Особенности циркуляции над Западной Африкой зимой у поверхности земли определяются нахождением над Севером Африки и Сахары полосы

высокого давления в виде гребня азорского антициклона. Область наиболее низкого давления, приведенного к уровню моря, распространяется над тропическими районами континента. Вблизи экватора эта область в виде глу�