ЗИМНИЕ ПЕРИОДЫ В ВИСЛИНСКОМ-КАЛИНИНГРАДСКОМ ЗАЛИВЕ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ ПО МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ В 2011–2021 ГОДАХ | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

ЗИМНИЕ ПЕРИОДЫ В ВИСЛИНСКОМ-КАЛИНИНГРАДСКОМ ЗАЛИВЕ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ
ПО МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ В 2011–2021 ГОДАХ

Научная статья

Железова Е.В.*

ORCID: 0000-0003-1290-0340,

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (ironkate[at]inbox.ru)

Аннотация

Для характеристики водообмена в Вислинском-Калининградском заливе Балтийского моря в зимних условиях были проанализированы температура воздуха, скорости и направления ветров для периода потенциально возможного ледового покрова с декабря по март 2011 по 2021 годы. Роза ветров за 10 лет для данной территории сопоставлена с многолетней розой ветров по Юго-Восточной Балтике. Зимы подразделяются по суровости на мягкие (2013–2014, 2014–2015, 2015–2016, 2016–2017, 2018–2019, 2019–2020), умеренные (2011–2012, 2017–2018, 2020–2021) и суровые (2012–2013). Метеорологических зим не было зафиксировано в 2014–2015 и 2019–2020, короткие зимы были в 2011–2012, 2013–2014, 2015–2016, промежуточные в 2016–2017, 2017–2018, 2020–2021, долгая в 2012–2013.

Ключевые слова: лагуна, ветер, температура воздуха, метеорологическая зима.

WINTER PERIODS IN THE VISTULA LAGOON (THE BALTIC SEA)
ACCORDING TO METEOROLOGICAL DATA IN THE PERIOD FROM 2011 TO 2021

Research article

Zhelezova E.V.*

ORCID: 0000-0003-1290-0340,

Shirshov Institute of Oceanology, Moscow, Russia

* Corresponding author (ironkate[at]inbox.ru)

Abstract

To characterize the water exchange in the Vistula Lagoon, the current study analyzes air temperature, wind speeds and directions in winter conditions for the period of potentially possible ice cover from December to March from 2011 to 2021. The wind rose for 10 years for this territory is compared with the long-term wind rose in the South-Eastern Baltic. Winters are divided by severity into mild (2013-2014, 2014-2015, 2015-2016, 2016-2017, 2018–2019, 2019–2020), moderate (2011-2012, 2017–2018, 2020–2021) and severe ones (2012-2013). No meteorological winters were recorded in 2014-2015 and 2019–2020, short winters were observed in 2011–2012, 2013–2014, 2015–2016, intermediate winters were recorded in 2016–2017, 2017–2018, 2020–2021, and long winters were recorded in 2012–2013.

Keywords: lagoon, wind, air temperature, meteorological winter.

Введение

Вислинский-Калининградский залив (залив по гидроморфологической типизации является типичной эстуарной лагуной и является одной из самых больших береговых лагун Европы [1]. На официальных картах северная часть залива, принадлежащая России (56,2 % площади акватории), называется Калининградским заливом, южная (польская) часть – Вислинским заливом. Названия «Калининградский залив» и «Вислинский залив» обычно используются в случаях, когда речь идет о российской или о польской национальных частях залива, соответственно. В книге [2] используется название «Калининградский/Вислинский залив», что читается, как «либо-либо». Имея в виду, что эти названия относятся к двум частям одного целого географического объекта, здесь и далее для всего залива будем использовать составное название «Вислинский-Калининградский залив») является второй по величине мелководной устьевой лагуной Балтийского моря с максимальной глубиной 5,2 м (средняя глубина 2,7 м) (см. рисунок 1). Он расположен в юго-восточной части Балтийского моря и отделен от него узкой Вислинской (Балтийской) косой. Объем лагуны составляет 2,3 км³. России принадлежит северная часть залива (56,2 % площади акватории), южная часть принадлежит Польше.

Водообмен с Гданьским заливом Балтийского моря осуществляется через единственный вход в лагуну – Балтийский пролив [3], [4]. Приливы и отливы в Балтийском море практически отсутствуют, и нерегулярное воздействие ветра является основным фактором влияния на прибрежные районы Балтийского моря.

Для Вислинского-Калининградского залива в зимний период характерно возникновение устойчивого ледового покрова (иногда несколько раз за зиму), а также возникновение полыньи у входа со стороны залива [1, 3], которая обеспечивает возможность паромной связи в зимнее время между г. Балтийск и отрезанным от него Балтийским проливом поселком Коса. Возможное влияние на характеристики залива в зимние периоды при строительстве нового судоходного канала с польской стороны описаны в [5], [6].

Целью данной работы является определение благоприятных периодов для возникновения ледового покрова на Вислинском-Калининградском заливе в период с 2011 по 2021 годы.

Ответ на этот вопрос необходим в рамках решения задачи по анализу водообмена Вислинского-Калининградского заливе с морской акваторией в зимних условиях. Оценка фоновых значений метеорологических условий для данного района, таких как продолжительность и сроки зимы, типизация по суровости, розы ветров и другие климатические характеристики, актуальна для дальнейших исследований ледового покрова и полыньи в нем [3].

Практическая ценность результата в том, что полученные данные существенно сокращают количество спутниковых снимков, которые потребуется просмотреть для оценки ледового покрова с 2011 по 2021 года и намечают сроки постановки исследований in-situ, как это было сделано, например, для Куршского залива в [4].

Рис. 1 – Расположение Вислинского-Калининградского залива в Балтийском море

 

Методы и принципы исследования

Значения температур воздуха (градусы Цельсия, на высоте двух метров над землей, измеряемые каждые 3 часа, были усреднены для получения среднесуточных значений), направление и сила ветра (измеряемые каждые 3 часа) взяты из открытых архивных данных сайта www.rp5.ru на метеостанции города Балтийск № 26701 (54°39′ с.ш., 19°55′ в.д.), именно там, где расположен Балтийский пролив. Морская гидрологическая станция Балтийск открыта в мае 1945 года (http://meteo39.ru/). Полученная гидрометеорологическая информация по ветру и температуре воздуха репрезентативна, так как в среднем отсутствует менее 0,5% измерений по каждому из исследуемых периодов.

Каждая зима 2011–2021 годов характеризуется среднемесячными значениями (рассчитаны по среднесуточным температурам) зимних месяцев – декабря, января, февраля и марта. Климатическая норма на декабрь, январь, февраль и март (0,9; -0,6; -0,4; 2,3, соответственно) в Балтийске за 1981—2010 гг. взята с сайта Гидрометцентра России https://meteoinfo.ru. Аномалия для каждого зимнего месяца каждой зимы это отклонение среднемесячного значения от нормы (из значения среднемесячной температуры вычитается значение нормы для этого месяца). По сумме аномалий делается вывод о степени суровости зимы (см. таблицу 1). Зима для Калининграда за период с декабря по март считается [8]: мягкой, если сумма аномалий для этих месяцев больше 1,2°С; умеренной – если значение лежит в пределах 1,2 – (-7,3) °С; суровой – в пределах -7,3 до -15,6 °С; очень суровой, если менее -15,6 °С.

Начало и конец метеорологической зимы были определены для каждого года (см. таблицу 2). О начале метеорологической зимы свидетельствовали отрицательные среднесуточные температуры воздуха, наблюдавшиеся в течение пяти и более дней подряд. Если сумма положительных температур следующих дней превышала сумму отрицательных температур предыдущих дней, считалось, что это было просто похолодание, а не наступление метеорологической зимы. Окончание метеорологической зимы рассматривалось как последняя дата с отрицательной температурой, после которой было пять или более дней потепления (их сумма должна быть больше суммы предыдущих отрицательных температур по модулю).

Также высчитана сумма градусо-дней мороза (накопленная сумма отрицательных среднесуточных температур воздуха в течение каждой метеорологической зимы) (см. таблицу 2). Эта величина важна для дальнейших исследований ледового покрова на Вислинском-Калининградском заливе, т.к. согласно [9] снижение температуры воды и начало процесса замерзания, а также более длительное сохранение ледяного покрова зависит от суммы последовательных отрицательных температур воздуха.

Основные результаты

Разнообразие атмосферных процессов в зимний период над юго-восточной частью Балтийского моря приводит к тому, что температурные условия в отдельные годы здесь могут значительно отличаться [8]. Ход температуры воздуха в анализируемый период за разные годы представлен на (см. рисунок 2).

Рис. 2 – Кривые среднесуточных температур воздуха за период 01 декабря – 15 апреля 2011–2021 годы, охватывающего зимний сезон (Балтийск)

 

В соответствие с принятой классификацией зим, зависящей от аномалий среднемесячных температур воздуха за период с декабря по март [8], зимы 2013–2014, 2014–2015, 2015–2016, 2016–2017, 2018–2019, 2019–2020 являлись мягкими, зимы 2011–2012, 2017–2018, 2020–2021 были умеренными, зима 2012–2013 годов – суровой (см. таблицу 1, рисунок 3).

 

Таблица 1 – Расчетные значения аномалий средних месячных температур на Балтийск

Годы	Дек,	Янв,	Фев,	Март	Сумма аномалий	Тип зимы
1981–2010	0,9	-0,6	-0,4	2,3	4,4	мягкая
2011–2012	3,9	0,1	-5,2	2,9	-0,4	умеренная
2012–2013	-1,8	-3,7	-0,6	-2,0	-10,3	суровая
2013–2014	3,9	-2,8	2,1	5,0	5,9	мягкая
2014–2015	1,1	1,8	1,8	5,0	7,5	мягкая
2015–2016	4,4	-4,0	2,8	3,7	4,8	мягкая
2016–2017	3,5	-0,8	-0,3	4,1	4,4	мягкая
2017–2018	3,1	0,9	-3,2	-0,4	-1,8	умеренная
2018–2019	2,4	-0,2	2,7	4,6	7,3	мягкая
2019–2020	4,6	4,4	4,5	4,7	16,0	мягкая
2020–2021	2,6	-0,6	-2,1	3,1	0,8	умеренная

 

Рис. 3 – Сумма аномалий средних месячных температур за период с декабря по март
для каждой зимы 2011–2021 годов (Балтийск)

 

Критерий наличия метеорологической зимы в 2014–2015 и в 2019–2020 годах строго не выполнялся (не было подряд пяти дней с отрицательными среднесуточными температурами), хотя степени суровости для периода декабрь-март этих лет были определены.

Короткие зимы были в 2011–2012, 2013–2014, 2015–2016 и 2018–2019 годах (24, 23, 27 и 11 дней, соответственно), промежуточные в 2016–2017, 2017–2018, 2020–2021 годах (40, 32 и 37 дней, соответственно), долгая зима была в 2012–2013 (114 дней).

Самый теплый период декабрь-март был в 2019–2020 году (полное отсутствие среднесуточных отрицательных температур воздуха), а самый холодный в 2012–2013 годах (кумулятивная негативная среднесуточная температура с декабря по март составила -318.7 °С). Параметры для каждой из десяти зим показаны на таблице 2.

 

Таблица 2 – Характеристики метеорологических зим в районе Вислинского-Калининградского залива в 2011–2021 гг.

Годы	Метеорологическая зима	Продолжительность метеорологической зимы (дней)	Сумма градусо-дней мороза (°С)
2011–2012	25 января 2012 – 17 февраля 2012	24	-223,5
2012–2013	6 декабря 2012 – 29 марта 2013	114	-318,7
2013–2014	14 января 2014 – 5 февраля 2014	23	-144,6
2014–2015	не было	0	0,0
2015–2016	29 декабря 2015 – 24 января 2016	27	-169,8
2016–2017	5 января 2017 – 13 февраля 2017	40	-98,8
2017–2018	4 февраля 2018 – 7 марта 2018	32	-138,3
2018–2019	22 января 2019 – 1 февраля 2019 года	11	-32,1
2019–2020	не было	0	0,0
2020–2021	14 января 2021 – 19 февраля 2021	37	-141,0

 

Наиболее часто регистрируемыми (примерно по 10% от всех измерений) направлениями ветра на Вислинском-Калининградском заливе в течение зим 2011–2021 годах были южные, западные и восточные ветра (см. рисунок 4). Безветренная погода наблюдалась примерно в 3% измерений. Более 50% были ветра со скоростями от 2 до 5 м/с. Ветра со скорость 6-10 м/с встречались в 30% наблюдений (см. рисунок 5). Ветра со скоростью выше 11 м/с (4% наблюдений) были преимущественно западными.

Рис. 4 – Повторяемость направлений ветра для всех ветров по данным по Балтийску за 2011–2021 гг.
(на периоды с 1 декабря по 15 апреля) в виде «роз в розе» по градациям скорости ветра:

a – ветер более 0, 2, 5 и 10 м/с; b – ветер более 15 м/с

Рис. 5 – Повторяемость скоростей ветра для 2011–2021 годов (на период с 1 декабря по 15 апреля)
по данным в Балтийске

 

При сопоставлении с розой ветров для Балтийска за 1949–1988 [10] (см. рисунок 6) структура ветров в зимний период 2011–2021 годов повторяет структуру ветров для всего года при сильных ветрах (западные, более 10 м/с). При скоростях ветра до 10 м/с в зимние периоды 2011–2021 годов южный ветер преобладает над западным, восточным и северным, в то время как для года в целом (по данным 1949–1988 гг.) ветра западные, юго-западные, южные и северо-западные (по 15 % наблюдений) преобладали над восточными и северными.

Рис. 6 – Повторяемость направлений ветра для всех ветров по данным по Балтийску за 1947–1988 гг.

в виде «роз в розе» по градациям скорости ветра:

a – ветер более 0, 2, 5 и 10 м/с; b – ветер более 10, 15, 20 и 25 м/с [10]

 

Каждый из зимних периодов 2011–2021 гг. (см. рисунки 7–11) характеризовался собственной розой ветров (показаны ветры со скоростью 0 м/с, 1-5 м/с и от 6 м/с). Например, в суровую и долгую зиму 2012–2013 годов наблюдался большой процент спокойных ветров, и более 25% случаев были восточными ветрами. Мягкая зима 2013–2014 годов характеризовалась преобладанием юго-юго-восточных ветров (25%) и восточно-юго-восточных ветров (17%), спокойная погода составила почти 10% от всех измерений. Самая теплая зима 2019–2020 годов характеризовалась преобладанием сильных (более 5 м/с) западных (12%), юго-западных (10%) и южных (10%) ветров.

Зимы в этом регионе в значительной степени зависят от циклонической активности в Атлантическом океане (западные ветры принесли облачную и теплую погоду) и/или наличия блокирующего азиатского антициклона (восточные ветры принесли морозную и холодную погоду). Умеренные и мягкие зимы характеризовались смешанной картиной, когда ветры противоположных направлений отличались по скорости, но имели примерно одинаковую частоту. Например, зимой 2015–2016 годов юго-западные и западные ветры со скоростью более 5 м/с присутствовали столько же, сколько восточные ветры со скоростью 1-4 м/с. Примерно такая же ситуация была и в 2011–2012, 2014–2015, 2015–2016, 2016–2017, 2018–2019. Также может возникнуть ситуация с явным преобладанием сильных западных, юго-западных и южных ветров (2019-2020) или, наоборот, с преобладанием более слабых восточных и южных (и северных) ветров (2017–2018, 2020–2021).

Рис. 7 – Розы ветров для каждого года в период 2011–2013 гг. на период с 1 декабря по 15 апреля
по данным в Балтийске

Рис. 8 – Розы ветров для каждого года в период 2013–2015 гг. на период с 1 декабря по 15 апреля
по данным в Балтийске

Рис. 9 – Розы ветров для каждого года в период 2015–2027 гг. на период с 1 декабря по 15 апреля
по данным в Балтийске

Рис. 10 – Розы ветров для каждого года в период 2017–2019 гг. на период с 1 декабря по 15 апреля
по данным в Балтийске

Рис. 11 – Розы ветров для каждого года в период 2019–2021 гг. на период с 1 декабря по 15 апреля
по данным в Балтийске

 

Заключение

Проанализированы условия по температуре воздуха и ветровые условия для 10–летнего периода 2011–2021 гг. по данным государственного мониторинга в Балтийске, что позволяет получить исходную информацию для дальнейшего анализа ледовой обстановки в Вислинском-Калининградском заливе.

Метеорологических зим не было зафиксировано в 2014–2015 и в 2019–2020 годах, короткие зимы были в 2011–2012, 2013–2014, 2015–2016 и 2018–2019 годах (24, 23, 27 и 11 дней, соответственно), промежуточные в 2016–2017, 2017–2018, 2020–2021 годах (40, 32 и 37 дней, соответственно), долгая зима была в 2012–2013 (114 дней). В среднем за 10 лет метеорологическая зима в Балтийске длилась 30 дней.

Самый теплый период декабрь-март оказался в 2019–2020 году (полное отсутствие среднесуточных отрицательных температур воздуха), а самый холодный – в 2012–2013 годах (кумулятивная негативная среднесуточная температура с декабря по март составила -319.4 °С). По суровости зимы разделены на мягкие (2013–2014, 2014–2015, 2015–2016, 2016–2017, 2018–2019, 2019–2020), умеренные (2011–2012, 2017–2018, 2020–2021) и суровые (2012–2013).

Наиболее часто регистрируемыми (примерно по 10% от всех измерений) направлениями ветра на Вислинском-Калининградском заливе в течении зим 2011–2021 годах были южные, западные и восточные ветра. Безветренная погода наблюдалась примерно в 3% измерений. Более 50% были ветра со скоростями от 2 до 5 м/с. Ветра со скорость 6-10 м/с встречались в 30% наблюдений. Ветра со скоростью выше 11 м/с (4% наблюдений) были преимущественно западными.

Полученные данные по длительности и суровости метеорологических зим и ветровые характеристики имеют самостоятельное значение для сравнения с историческими периодами и аналогичными характеристиками для соседствующего Куршского залива. Информация по длительности метеорологических зим позволяет уточнить временное окно поиска спутниковых снимков для сопоставления полученных данных с динамикой ледового покрова на Вислинском-Калининградском заливе и изменениях размеров приустьевой внутренней полыньи у Балтийского пролива, являющейся маркером водообмена между лагуной и морем.

Финансирование Сбор данных проводился в рамках темы 0128-2021-0012 государственного задания Института океанологии им. П.П.Ширшова РАН, анализ данных, подготовка статьи и оплата редакционно-издательских расходов за счет гранта РФФИ 19‐35‐90102.	Funding Data collection was carried out within the framework of the topic 0128-2021-0012 of the state task of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences, data analysis, article preparation and payment of editorial and publishing expenses at the expense of the RFBR grant 19-35-90102.
Благодарности Автор выражают искреннюю благодарность всем, кто обеспечивал данные государственного гидрометеорологического мониторинга и их доступность, а также Борису Валентиновичу Чубаренко за ценные замечания и предложения, способствующие улучшению статьи.	Acknowledgement The author expresses sincere gratitude to everyone who provided the data of the state hydrometeorological monitoring and their availability, as well as to Boris V. Chubarenko for valuable comments and suggestions that contribute to the improvement of the article.
Конфликт интересов Не указан.	Conflict of Interest None declared.