УДК 551.586 Эколого-географическая оценка климатической

1
Климат – это ресурсный потенциал практически для всех
отраслей экономики и социальной сферы. Исследование его, в
настоящее время, ведется в трех основных направлениях:
агроклиматическом,
энергоклиматическом
(гелио
и
ветроресурсы) и биоклиматическом. Биоклиматические ресурсы,
как составляющую природно-ресурсного потенциала можно
оценить с позиции комфортности климатических условий,
необходимых для жизни и воспроизводства, населяющих
данную территорию организмов, в том числе и человека.
Климат и погода это не синонимы. Погода – это реальные
значения метеовеличин в конкретной точке, в конкретное время.
А климат – это осредненные значения тех же величин не менее
чем за 30 (тридцать) лет
2
Индексы доходов и издержек по данным
Башалхановой Л.Б. (Институт географии СО
РАН 2000)
Уровень благоприятности климата
Комфорт
Умеренный дискомфорт
Сильный дискомфорт
Очень сильный дискомфорт
Жесткий дискомфорт
Крайне жесткий дискомфорт
индексы
доходов
издержек
100
100
95
124
87
184
82
350
77
858
≤ 77
≥ 858
3
Климатическая комфортность территории, и ее значение
для сохранения здоровья и условий жизни и деятельности
людей, предопределяет необходимость комплексного научного
исследования. Она подлежит обязательному учету, так как
является одним из важнейших средообразующих факторов,
создающих природно-ресурсный потенциал, обеспечивающий
жизнедеятельность
населения.
Географическая
среда,
представляющая
собой
организованную
совокупность
геосистем
различных
уровней,
являясь
источником
существования человека (человечества), обеспечивает его
теплом, светом, воздухом, водой и пищей, улучшает либо
ухудшает качество жизни, способствует или мешает созданию
материальных благ.
4
Понятие комфортности климатических условий
«Комфорт» это оптимальное психофизиологическое
состояние человека, которое обеспечивает его нормальную
жизнедеятельность
в
местах
постоянного
или
краткосрочного проживания.
«Субкомфорт» соответствует слабораздражающим
условиям природной среды, в которых механизмы
адаптации человеческого организма обеспечивают близкое к
оптимальному психофизиологическое состояние человека,
создавая ему условия для нормальной жизнедеятельности.
«Дискомфорт»
климатических
условий
соответствует
сильно
раздражающим
условиям
окружающей природной среды, когда физиологические
механизмы адаптации человеческого организма не
обеспечивают его оптимального психофизиологического
состояния и требуются дополнительные меры защиты,
обеспечивающие нормальную жизнедеятельность
5
6
На рисунке 1 представлено районирование территории России выполненное по
уточненной методике, разработанной ВНКЦ «Север» совместно с Лабораторией
климатологии Института географии РАН по системе предложенных ими показателей
зональных и азональных факторов природно-климатической дискомфортности,
включающих следующие показатели:
- продолжительность дня, ультрафиолетовая недостаточность или избыточность,
сумма отрицательных температур воздуха, продолжительность периода с
температурой воздуха ниже -30°С, продолжительность отопительного и безморозного
периодов, мощность сезонно-талого слоя, сумма температур за период с устойчивыми
температурами выше +10°С, вегетационный индекс, индекс влажного ветрового
охлаждения Хилла;
- абсолютная высота местности, степень заболоченности территории,
интенсивность землетрясений, затопления при наводнениях, проявления тайфунов и
цунами (для Дальнего Востока) .
Однако в методике не учтены наиболее важные показатели, дающие оценку
прямого воздействие климата на человека, характеризующие процесс теплообмена
человека с внешней средой, индексы факторов «комфортности/дискомфортности»,
определяющие степень влияния природной составляющей на жизнедеятельность
человека.
7
Авторская концепция эколого-географического
исследования закономерностей пространственно-временного распределения климатической
комфортности основывается на принципах
геоцентризма, антропоцентризма, хорологической направленности и заключается в
выделении детерминирующей роли природной
составляющей, её подробного анализа для получения объективной эколого-географической
оценки конкретной территории.
8
Методика оценки климатической комфортности территории
включает ряд этапов:
1) анализ физико-географических условий территории и
создание базы климатических данных;
2) ранжирование, присвоение баллов «информативности»
биоклиматическим индексам, отбор наиболее информативных;
3) создание базы биоклиматических данных на основе расчета
отобранных показателей;
4) разработка интегрального показателя климатической комфортности;
5) расчет медико-биометеорологического прогноза заболеваемости населения;
6) районирование территории по значениям максимально информативных показателей (I, Км).
9
Коэффициент информативности показателей (индексов)
(Головина Е.Г., Трубина М.А. 1997, Андреев С.С. 2002, Григорьева
Е.А. 2004, Русанов В.И. 2004, Архипова И.В. 2006)
№ п.п.
Биоклиматические индексы
1.
Температурно-влажностные показатели:
ЭТ (эффективная температура неподвижного воздуха),
DI – индекс дискомфорта (США),
DY - индекс дискомфорта (Япония).
Температурно – ветровые (индексы холодного стресса):
W (К) – ветро-холодовой индекс (по Сайплу),
WC – уточненный ветро-холодовой индекс (Канапда),
S – балл суровости по Бодману,
Т – коэффициент жесткости погоды по Арнольди,
Н – индекс ветрового охлаждения по Хиллу,
Sо - коэффициент жесткости погоды по Осокину,
2
Кинф.
Баллы
2
3
2
2
2
2
2
2
3
10
3
4
Температурно-влажностно-ветровые (для теневых
пространств)
ЕТ-эквивалентно-эффективная температура (показатель
тепловой чувствительности с учетом влияния ветра),
ЭЭТ - эквивалентно-эффективная температура,
НЭЭТ- нормальная эквивалентно-эффективная температура
(показатель тепл. чувств с учетом влияния ветра для
одетого человека).
Температурно-влажностно-ветровые (с учетом солнечной
радиации)
РЭЭТ-(радиационная эквивалентно-эффективная
температура)
БАТ(Биологически активная температура),
Тпр-(индекс приведенной температуры по Адаменко и
Хайрулину),
Qs-(Сальдо теплового баланса тела человека по Русанову),
C (теплоизоляция одежды, ед. кло),
3
3
3
5
3
3
4
2
11
5
6
7
Индексы патогенности и изменчивости климата
I индекс патогенности метеорологической ситуации (по
Бокше),
ρО2 – парциальная плотность кислорода по Овчаровой,
КПМ – класс погоды момента по Русанову,
К – индекс изменчивости КПМ по Русанову,
БИСМ по Белкину,
МИЗ – метеорологический индекс здоровья по Богаткину,
G – показатель напряженности механизмов терморегуляции
по Айзенштату,
N – индекс тепловой нагрузки по К.Я. Кондратьеву
Индексы континентальности климата
Кхр - по Хромову,
Кг – по Горчинскому.
Индексы, характеризующие состояние атмосферы
Кмп - климатический потенциал самоочищения атмосферы
Ii (ИЗА) – суммарный индекс загрязнения атмосферы
ПЗА – потенциал загрязнения атмосферы
5
3
3
3
3
2
3
3
3
3
5
3
3
12
Биоклиматические индексы, используемые в
работе для соответствующих расчетов:
1. БАТ - биологически активная температура рассчитывалась по формуле:
БАТ = 100 lg [1 + 0,02Т + 0,001(Т – 8)(f – 60) – 0,045(33 – Т) + 0,185 β]+90.
«комфорт» -10 – 20 оБАТ
«субкомфорт» -21 – 23.9 – 6 оБАТ
«дискомфорт» – более 23,9 и менее 6оБАТ
13
2. ЕТ - эквивалентно-эффективная температура рассчитывалась по формуле:
ЕТ  37 
37  t
1
0,68  0,0014 f 
1,76  1,4V
f 

 0,29t 1 

 100 
0 , 75
где:t – температура воздуха ОС,
f – влажность %,
v – скорость ветра м/с.
«комфорт» - 12 -24 оЕТ,
«субкомфорт» - 24.1 -30оЕТ, 6 -12 оЕТ,
«дискомфорт» - 30.1 и выше; 5.9 и ниже оЕТ
14
3. РЭЭТ - радиационная эквивалентно-эффективная
температура рассчитывалась по формуле:
РЭЭТ = 125 lg [1 + 0,02Т + 0,001(Т – 8)(f – 60) – 0,045(33 – Т) + 0,185 β].
где: Т температура воздуха оС;
f – относительная влажность воздуха %;
V – скорость ветра м/с;
β – поглощенная поверхностью тела солнечная радиация кВт/м2
β = ε (1 – ά), где: ε – интенсивность солнечной радиации; ά – альбедо кожи
человека
«комфорт» - 21 -27 оРЭЭТ,
«субкомфорт» 27.1 - 32 оРЭЭТ, 17 – 20.9 оРЭЭТ,
«дискомфорт» - 32.1 и выше и 16.9 и ниже оРЭЭТ) ;
15
4. QS – сальдо теплового баланса человека расчет
производился по формуле:
Sctgh 1 

Q 

  1     M  0,04ЭЭТ  0,98
2D 
 
S
где:
S – прямая солнечная радиация, кВт/м2;
D – рассеянная, кВт/м2;
h – высота солнца, 0;
α – альбедо непигментированной кожи α = 0,28; π = 3,14;
М – теплопродукция организма человека, кВт/м2.
«комфорт» от -0.06 до -0.3 кВт/м2,
«субкомфорт» от -0.05 до 0.1 и от -0.31 до -0.65 кВт/м2
«дискомфорт» более 0.1 кВт/м2 и -0.66 и менее кВт/м2
16
5. I – индекс патогенности метеорологической ситуации.
Рассчитывался по формуле:
I  10  0,2v  0,06n  0,06p   0,3t   It ;
 h  70 


 20 
2
2
2
2
где: It – индекс патогенности температуры;
t – среднесуточная температура,0С;
IΔt – индекс патогенности межсуточного изменения температуры Δt;
Ih – индекс патогенности влажности воздуха;
h– среднесуточная относительная влажность, %;
Iv –индекс патогенности ветра; v –среднесуточная скорость ветра, м/с;
In – индекс патогенности облачности, n = 10 – 10·Sф/Sm; Sm – максимально
возможная продолжительность солнечного сияния, часы; Sф – фактическая
продолжительность солнечного сияния, часы;
IΔp - индекс патогенности межсуточного изменения атмосферного давления Δр.
It = 0,02(18 – t)² при t < 18ºC;
It = 0,02 (t – 18)² при t > 18ºC
«комфорт» от 0 до 9.9 баллов,
«субкомфорт» от 10 до 16 баллов,
«дискомфорт» 16.1 и более баллов.
17
6. КМ – климатический потенциал самоочищения атмосферы рассчитывался по формуле:
Р Р
КМ =
P P
Ш
O
F
V
где: РШ – число дней со штилем (ск. ветра V = 0 – 1
м/с);
Рf - число дней с влажностью ≥ 80 %;
РО - число дней с осадками ≥ 0,5 мм;
РV - число дней со скоростью ветра ≥ 6 м/с.
«комфорт» Км <0.8,
«субкомфорт» - Км от 0.81 до 1,0
«дискомфорт» Км >1.1
18
Пространственное распределение комфортности
по рассчитанным значениям индекса
патогенности I
теплый сезон
холодный сезон
I –годовое распределение
«субкомфорт»- (слабораздражающие условия),
«субкомфорт»
(умеренно раздражающие),
«дискомфорт» - (сильно раздражающие),
комфорт
19
Пространственное распределение комфортности
по рассчитанным значениям Км
теплый сезон
холодный сезон
годовое распределение Км
«комфорт» - высокое значение Км,
«субкомфорт» – среднее,
«дискомфорт» – низкое,
«дискомфорт» – очень низкое.
20
Районирование территории ЮФО по годовым
значениям индекса патогенности I и
климатического потенциала самоочищения
атмосферы Км
21
Районирование территории ЮФО
Области
I.Юго-Западная
I
от 4 - до 10
«комфорт»
II. Основная
10.5 – 16.5
«субкомфорт»
III.Центральная
16.9 – 22
«дискомфорт»
Районы
I.1 Краснодарский
I.2 Центральный
I.3 Сочинский
II.1 НовоаннинскоНевиномысский
II.2 Приазовский
II.3 Яшкульский
Км
1.2
1.3
1.4
1.1
II.4 Ставропольский
≥1.4
III.1 Ростовский
III.2 Миллеровский
1.0
0.85
III.3 Элистинский
0.6
0.9
0.75
22
Координаты Туапсе: широта 44o6' , долгота 39o4'
высота над уровнем моря: 62м (Курортный район Туапсе протянулся
вдоль моря на 100 км. В состав туапсинского района входят поселки Агой, Гизель-Дере,
Джубга, Лермонтово, Новомихайловский, Небуг, Ольгинка и Шепси)
23
Туапсе годовой ход Км
1.6
1.4
1.2
Км баллы
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
24
Туапсе годовой ход I
14
12
Инд. Патогености баллы
10
8
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
25
Туапсе годовой ход РЭЭТ
35
30
25
РЭЭТ
20
15
10
5
0
I
II
III
IV
V
VI
VII
V III
IX
X
XI
XII
26
Туапсе годовой ход Qs
0
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
-0.2
-0.4
Qs
-0.6
-0.8
-1
-1.2
-1.4
27
Данные расчетов биоклиматических показателей в г. Туапсе
Биоклиматические
индексы
Год
Теплый
сезон
ЕТ, °C
6.1
12.03
-3.5
18.5
18,1
-0,78
21.6
22
-0.53
12.3
10.03
-1.09
I, балл
6.3
6.5
7.2
Км
0.98
0.97
1
БАТ, °C
РЭЭТ, °C
Qs, квт/м2
Холодный
сезон
28
Характеристика по рассчитанным показателям
Биоклиматический
Комфорт
Субкомфорт
показатель
РЭЭТ
Май, июнь, сентябрь Июль, август,
октябрь
Qs
Июнь, июль, август,
сентябрь
I
Апрель, май, июнь, , Январь, февраль,
сентябрь, октябрь,
март, июль,
август, ноябрь,
декабрь
Июль, август,
Ноябрь, декабрь,
сентябрь, октябрь
январь
Км
Дискомфорт
Январь,
февраль, март,
апрель, ноябрь,
декабрь
Январь,
февраль, март,
апрель, май,
октябрь,
ноябрь, декабрь
Февраль, март,
апрель, май,
июнь, октябрь
29
Список заболеваний
(Выполнена автором по данным Киселев А.В., Фридман А.Б., 1997г.)
Патология
Заболевания
кровообращения
системы 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Заболевания нервной системы, 1.
органов
чувств,
психические
расстройства
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Заболевания органов дыхания
1.
Заболевания
пищеварения
органов
Заболевания
крови
кроветворных органов
и
Заболевания кожи и подкожной
клетчатки
Заболевания
системы
Новообразования
дыхания
Острые
заболевания
Грипп
эндокринной
органов
респираторные
2.
3.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1.
2.
3.
4.
5.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1.
2.
1.
2.
1.
2.
Причины
Антропогенное загрязнение атмосферы
Шум и вибрация
Социально-бытовые условия
Электромагнитные поля
Антропогенное загрязнение питьевой воды
Биогеохимические особенности местности
Загрязнение среды обитания пестицидами и ядохимикатами
Природно-климатические условия: резкая смена погоды, суточные резкие перепады значений основных метеоэлементов, уровень
инсоляции
Природно-климатические условия: резкая смена погоды, суточные резкие перепады значений основных метеоэлементов, уровень
инсоляции
Биогеохимические особенности местности
Социально-бытовые условия
Антропогенное загрязнение атмосферы
Шум и вибрация
Электромагнитные поля
Загрязнение среды обитания пестицидами и ядохимикатами
Антропогенное загрязнение питьевой воды
Природно-климатические условия: резкая смена погоды, суточные резкие перепады значений основных метеоэлементов, уровень
инсоляции
Социально-бытовые условия
Антропогенное загрязнение атмосферы
Загрязнение среды обитания пестицидами и ядохимикатами
Недостаток или избыток микроэлементов в среде обитания
Социально-бытовые условия
Антропогенное загрязнение атмосферы
Шум и вибрация
Антропогенное загрязнение питьевой воды
Биогеохимические особенности местности
Антропогенное загрязнение атмосферы
Электромагнитные поля
Антропогенное загрязнение питьевой воды
Загрязнение среды обитания пестицидами и ядохимикатами
Природно-климатические условия: уровень инсоляции
Антропогенное загрязнение атмосферы
Недостаток или избыток микроэлементов в среде обитания
Природно-климатические условия: уровень инсоляции
Недостаток или избыток микроэлементов в среде обитания
Антропогенное загрязнение атмосферы
Шум и вибрация
Электромагнитные поля
Антропогенное загрязнение питьевой воды
Антропогенное загрязнение атмосферы
Природно-климатические условия
Природно-климатические условия: резкая смена погоды, суточные резкие перепады значений основных метеоэлементов, уровень
инсоляции
Антропогенное загрязнение природной среды
Природно-климатические условия: резкая смена погоды, повышенная влажность, суточные резкие перепады значений основных
метеоэлементов, уровень инсоляции
Антропогенное загрязнение природной среды
30
Вероятности возникновения инфекционных
заболеваний (ОРЗ) при сочетании климатических и
биоклиматических параметров
(выборка из результатов работы программы)
№
Климатические и биоклиматические
Вероятпараметры
ность
t, v, м/с f, % P, гПа
I,
Км
баллы
1.
8.1
2.7
54 1008.3 11.2
0.7
0.002
2.
-5.1
3.6
86
998.3
23.5
1.08
0.998
3.
18.4
3.4
51
999.2
9.3
0.8
0
4.
-2.3
2.0
84
1007.6
21.0
1.1
0.9
5.
0.7
2.2
90
1007.6
20.7
1.4
0.9
6.
10.3
3.7
64
1006.7
9.8
0.9
0
31
Спасибо за внимание!
32