5.1. Влажность воздуха
Влажность воздуха определяется содержанием в нем водяного пара. В качестве основных характеристик влажности воздуха приняты следующие показатели: упругость водяного пара, относительная влажность и дефицит влажности (недостаток насыщения).
Упругость водяного пара — это парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе, выраженное в гектопаскалях. Она характеризует влагосодержание воздуха. Иногда упругость водяного пара не совсем точно называют абсолютной влажностью, под которой подразумевается количество водяного пара, находящегося в 1 м3 воздуха, выраженное в граммах (г/м3).
Относительная влажность представляет собой отношение (в процентах) фактической упругости водяного пара, содержащегося в воздухе, к максимально возможной (насыщающей) при данной температуре. Она характеризует степень насыщенности воздуха водяным паром.
Дефицит влажности представляет собой разность между насыщающей и фактической упругостью водяного пара при данных температуре и давлении.
Содержание влаги в воздухе меняется в зависимости от температуры воздуха (сезона, времени суток), физико-географических условий окружающей местности, особенностей циркуляции и состояния подстилающей поверхности.
Упругость водяного пара в Ленинграде увеличивается от зимы к лету, повторяя ход температуры воздуха, и в среднем за год составляет 7,8 гПа, а годовая амплитуда — более 10 гПа. Увеличение ее от холодного периода к теплому наиболее интенсивно происходит от мая к июню — с 8 до 12 гПа (см. табл. 33 приложения).
Наибольших значений упругость водяного пара достигает в июле и составляет 14,7 гПа в городе и несколько ниже, при мерно на 0,3 гПа, в пригороде, удаленном от водоема. В прибрежных районах Финского залива (Лисий Нос, Ломоносов) упругость водяного пара в это время заметно выше по сравнению с городом .(табл. 38).
От сентября к октябрю упругость водяного пара резко уменьшается— более чем на 3 гПа. Зимой низкая температура воздуха и уменьшение интенсивности вертикального обмена и испарения обусловливают незначительную по величине упругость водяного пара как в городе, так и в пригороде. В январе и феврале она наименьшая в Ленинграде и соответственно равна 3,4 и 3,2 гПа.
В зависимости от погодных условий упругость водяного пара существенно изменяется от года к году. В зимний период при частом прохождении циклонов, приносящих влажные массы воздуха с Атлантики, она может увеличиваться в среднем за месяц до 5,5 гПа (февраль 1974 г.), а преобладание сухой антициклонической погоды способствует понижению ее»/до 1,4 гПа,. как это наблюдалось в Ленинграде в суровом январе 1942 г. (см. табл. 33 приложения). Амплитуда колебаний средних месячных значений в отдельные годы зимой достигает 4 гПа, что превышает в полтора раза среднюю месячную многолетнюю упругость водяного пара.
В теплый период упругость водяного пара изменяется в более широком диапазоне (5—б гП а ), чем зимой: в июле, например, от 17,7 до 11,6 гПа. Но величина отклонений от средней многолетней крайних значений упругости водяного пара в отдельные годы составляет лишь 20... 30 % средней многолетней.
Среднее квадратическое отклонение изменяется от 0,9 гПа зимой до 1,3 гПа летом (см. табл. 33 приложения).
Содержание водяного пара в воздухе в отдельные дни определяется не только температурой воздуха, но во многом зависит и от того, откуда и какая воздушная масса перемещается в район Ленинграда. Так, 22 июня 1973 г. в Ленинграде при температуре 22,1 °С и восточном ветре (с континента) упругость водяного пара была равна 9,6 гПа, а 29 июня при той же температуре воздуха, но северо-западном ветре была почти в два раза больше (18,2 гПа).
Суточный ход упругости водяного пара своеобразный и довольно сложный и в значительной степени зависит от местных условий.
Относительная влажность чаще, чем другие показатели влажности, применяется в практических целях. В сочетании с температурой воздуха она дает представление об испаряемости (возможном испарении), о комфортности условий, а также характеризует коррозионную агрессивность атмосферы .
Годовой ход относительной влажности противоположен моду температуры воздуха, т. е. с ростом температуры воздуха относительная влажность уменьшается.
Вследствие преобладания в течение всего года морских воздушных масс, поступающих с Атлантики, относительная влажность в Ленинграде и его пригородах во все месяцы высокая -примерно 74... 90%. В период с сентября по январь даже наименьшие ее значения не опускаются ниже 75... 80 % (см. табл. 33 приложения) .
Наименьшая относительная влажность, равная 66 %о, отмечается в мае и не совпадает с наступлением максимума температуры воздуха. В это время в район Ленинграда часто приходят холодные, содержащие мало влаги, воздушные массы. Среднее квадратическое отклонение (см. табл. 33 приложения) изменяется от 1,8 %о в ноябре и декабре до 5,0%, а в апреле.
Диапазон колебаний средних за данный месяц значений относительной влажности в отдельные годы сравнительно невелик. В ноябре л декабре колебания наименьшие и не превышают 10 °;о, а в апреле достигают наивысших значений, равных 26 оно. За период 1936-1976 гг. наименьшая средняя месячная отно-сительная влажность (56 %) наблюдалась в мае 1940 г. и ап-реле 1965 г., наибольшая, равная 92 %о,- в декабре 1960 г. и в ноябре 1976 г. (см. табл. 33 приложения).
Практический интерес представляет изменение относительной влажности в течение суток (см. табл. 34 приложения) . Суточный ход относительной влажности заметно выражен только в теплый период, когда амплитуда колебаний достигает 20... 25 °/о, при этом минимум относительной влажности наступает обычно в 15... 16 ч, а максимум -перед восходом солнца в 4... 6 ч. С ноября по февраль, когда относительная влажность воздуха высокая (более 80 %) , она почти не меняется в течение суток и колебания ее не превышают 5 %.
.В зависимости от условий циркуляции и смены воздушных масс с различным влагосодержанием относительная влажность в отдельные дни может существенно отклоняться от средней. Эти колебания особенно велики днем (в 14 ч), когда относительная влажность близка к минимальным значениям (см. табл. 35 приложения).
Особенно широк диапазон ее изменений в мае, когда относительная влажность может быть как 90 % и более (в среднем два дня за месяц), таки 10 % и менее (один раз в 30 лет). В январе-феврале она не опускается ниже 40... 45 % (см. табл. 34 приложения). При этом в декабре, когда влажность почти всегда высокая, имеют место случаи ее понижения до 31 % (1944 r.).
Показателем повышенной влажности воздуха, которая так характерна для Ленинграда, может служить число дней с относительной влажностью в 14 ч, равной 80 °/о и более. Число влажных дней в Ленинграде в среднем за год 141, и приходятся они в основном на осенне-зимний период. В отдельные годы повторяемость их может уменьшиться до 121 дня (1942, 1951 гг.) или увеличиться до 166 дней (1945 г.).
Резкое уменьшение числа влажных дней происходит к ве-сенне-летнему периоду, и с мая по август таких дней наблю-дается в среднем за месяц не более 3... 5. Только в отдельные годы повторяемость их возрастает до 10 дней (июнь 1949 г., август Х946, 1957, 1962 гг.).
Показателем сухости погоды принято считать число дней с относительной влажностью, равной 30 °/о и ниже хотя бы в один из сроков. Повторяемость сухих дней в Ленинграде не-значительна и составляет в среднем за год четыре дня, причем максимальное их количество 17 дней отмечено в 1965 г. Чаще всего сухая погода бывает в мае, в среднем до двух дней, а в отдельные годы до 10 (1940 г.). С октября по март сухих дней не бывает совсем, а в остальные месяцы, в том числе и в мае, они наблюдаются не ежегодно (см. табл. 34 приложения).
Дефицит влажности, как и упругость водяного пара и относительная влажность, имеет четко выраженный годовой ход. Поскольку между дефицитом влажности и испаряемостью существует прямо пропорциональная зависимость, то его можно использовать как характеристику испаряемости. По своей сути дефицит влажности отражает одновременно термические условия и условия увлажнения (в основном за счет осадков). Большие его значения указывают на недостаточное количество осадков при повышенной испаряемости. Дефицит влажности в Ленинграде составляет в среднем за год 2,8 гПа. В холодный период, когда температура воздуха низкая, дефицит влажности невелик, а минимальное его значение 0,5 гПа наблюдается в декабре и январе. К июлю дефицит влажности возрастает в сред-нем до 6,7 гПа, а в отдельные годы (1914 и 1927 гг.) -до 11,6 гПа. Распределение дефицита влажности в течение года за его изменчивость приведены в табл. 33 приложения.
В Ленинграде, находящемся в зоне избыточного увлажнения, засухи-явление редкое, но в период с мая по август в от-дельные годы и здесь возможны значительные положительные отклонения дефицита влажности от средних многолетних значений. В засушливое лето 1972 г., когда засуха охватила большую часть территории СССР и вышла за пределы 60° с. ш., в Ленинграде наряду с крупными аномалиями температуры воздуха и осадков наблюдалось я значительное положительное отклонение дефицита влажности от нормы в целом за лето, равное 9,5 гПа. Оно превысило отклонение в предыдущие засушливые годы (1936 г.-5,4 гПа в 1938 г.-4,6 гПа) почта в два раза. В суточном ходе наибольшие значения дефицита влажности наблюдаются днем после полудня, наименьшие-ночью перед восходом солнца (а зимой - утром).
5.2. Атмосферные осадки
На поверхность земли и на предметы осадка выпадают в виде дождя, мороси, града, снега, снежных зерен и прочее или осаждаются непосредственно из воздуха в виде росы, инея и изморози. Режим увлажнения в основном определяется выпадающими осадками, которые характеризуются количеством и фазовый состоянием (жидкие, твердые и смешанные), интенсивностью я продолжительностью выпадения. Количество осадков измеряется толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах при отсутствии стока, просачивания и испарения.
Данные о среднем многолетнем количестве осадков (норма) в Ленинграде, которые помещены в табл. 36 приложения, широко используются в практике. Обычно учитывают приборные поправки: потери осадков на смачивание осадкомерного ведра при их измерении при сравнении с текущими наблюдениями, а для воднобалансовых гидрологических расчетов - поправка на смачивание, ветровые и на испарение.
Выпадение осадков в Ленинграде определяется главным образом интенсивностью циклонической деятельности. В течение года осадки выпадают неравномерно: большая часть их (70 %) приходится на теплый период и только 30 % - на холодный. В целом за год выпадает 618 мм осадков, при этом более половины жидких (см. табл. 36 приложения). Отдельные случаи выпадения дождей бывают даже зимой. и их доля в месячной сумме осадков с декабря по февраль составляет 2... 14 %. Твердые осадка в городе не наблюдаются лишь с июня по сентябрь, а смешанные не бывают только в июле и августе. В июне, на-пример, мокрый снег выпадал в 1941 и 1958 гг.
Максимум осадков в Ленинграде приходится обычно на август (84 лиг), а минимум на март (32 мм). В отдельные годы, однако, такая закономерность нарушается и как максимум осадков, так и минимум может наблюдаться в разные месяцы. За почти 100-летний период (1881-1976 гг.) годовой минимум осадков отмечался во все месяцы, изредка даже в августе, но чаще всего в феврале-апреле. Максимум не был отмечен только в январе и феврале (табл. 39), почти в 75 % лет максимум осадков приходится на один из летних месяцев и крайне редко на март, апрель и декабрь. Иногда в годовом ходе наблюдается два минимума (февраль и апрель 1960 г. и др.), близких по величине, или два максимума (июнь, август 1962 г. и др.) .
Для большинства месяцев суммы осадков в отдельные годы чаще всего находятся в пределах нормы или с отклонениями от нее не более чем на ±24 % (табл. 40). Более значительные отклонения количества осадков от нормы отмечаются (чаще в сторону их недобора, чем их избытка) почти во все месяцы, кроме октября. Особенно характерны они для мая и июня и наблюдаются в 40 % лет, при этом примерно один раз в 10 лет месячное количество осадков составляет всего 40 % нормы и менее. Длительное отсутствие дождем в это время приводит к значительному уменьшению запасов влаги в почве, и растения на газонах, в скверах и на садовых участках нуждаются в дополни-тельном поливе. Бывают в Ленинграде и годы, когда месячные суммы осадков в два с лишним раза превышают норму. Повторяемость таких лет не более 5 %.
Об изменениях месячных сумм осадков от года к году и ох обеспеченности дает представление табл. 37 приложения.
Погодные условия в отдельные годы складываются иногда так, что n Ленинграде два-три месяца подряд месячные суммы осадков могут значительно превышать норму или же быть, наоборот, намного меньше ее. Так, с июля по сентябрь 1928 г. осадков выпадало ежемесячно почты в два раза больше нормы, в в июле и августе 1944 г.—только 26... 36% нормы.
Осадки, отличаясь большой изменчивостью во времени и пространстве, крайне неравномерно выпадают и в течение месяца. Максимальное количество осадков, которое может выпасть за сутки, или суточный максимум, имеет большое практическое значение для решения многих задач народного хозяйства. В летние месяцы средний суточный максимум имеет наибольшие значения 17... 23 мм, но один раз в 10 лет в Ленинграде может выпасть за одна только сутки половина месячной нормы осадков (30... 40 мм). В холодный период суточный максимум не превышает 7... 10 мм, а в отдельные годы возможно выпадение 20... 30 мм осадков (см. табл. 38 приложения).
Суточный максимум отражает всего лишь кратковременное состояние режима увлажнения и относятся к такой изменчивой в пространстве и во времени характеристике, как ливни. Даже в пределах_ города при одной и той же синоптической ситуации поле ливневых осадков оказывается очень неоднородными количество выпавших осадков в близлежащих пунктах существенно различаются между собой. Так, 8 августа 1947 г., когда в центральной части города наблюдался абсолютный суточный максимум 76 мм. на его западной окраине (ст. Невская) и пунктах, расположенных на побережье Финского залива (Ломоносов, Лисий Нос), за сутки выпало осадков 62 мм и более 40 мм соответственно, тогда как на восточной окраине города (Смольное, Ленинград) о в восточных пригородах (Воейково) выпавшие осадки составили всего лишь 23 и 14 мм. Видимо, в этом случае город можно сравнить с возвышенностью. При переваливании влагонесущего потока (западного и юго-западного направления) через застроенную часть города на подветренной восточной окраине и в пригородах возник фёновый эффект и осадков здесь выпало намного меньше, чем над наветренной западной и центральной частями города.
Одной из основных характеристик осадков является их интенсивность. В зависимости от запросов практики в табл. 41 она дается в миллиметрах в час или в миллиметрах в минуту. В холодный период года, когда в Ленинграде преобладают продолжительные обложные осадки, интенсивность их невелика, в среднем 0,2... 0,4 мм/ч. В летние месяцы интенсивность воз-растает до 1,1... 1,3 мм/ч за счет ливневых осадков.
Интенсивность осадков - величина очень изменчивая. В течение одного дожди, особенно летом, независимо от его продолжительности она может меняться в широких пределах. Наибольший интерес представляют максимальные ее значения в различные интервалы времени. Они представлены в табл. 42 вместе со сведениями о слое воды, который может образоваться после дождя в Ленинграде при указанных интенсивностях. За 20 мин при сильном ливне может выпасть почти половина месячной нормы осадков, а слой воды при этом составит 30 мм.
Предельные интенсивности, которые необходимы для некоторых инженерных расчетов, наблюдаются за более короткие интервалы времени: 1, 2, 3... 4 и 5 мин (табл. 43). Данные, помещенные в табл. 43, говорят о том, что в Ленинграде, хотя и крайне редко (один раз в 50 лет), за одну минуту может вы-пасть осадков более 7 мм. Во время дожди 22-23 июня 1967 г. количество осадков за одну минуту составило 8 мм, что явилось наибольшей наблюденной интенсивностью за период 1937-1976 гг. 
Максимальная интенсивность осадков вблизи Финского залива по сравнению с районами , удаленными от него, несколько уменьшается , что хорошо видно из табл . 44.
Показательной характеристикой режима увлажнения является число дней с осадками. С учетом количества осадков и термических условий число дней с осадками позволяет судить о том, какой климат-сухой или дождливый. За день с осадками принято считать сутки, в течение которых выпадает 0,1 мм и более осадков. Число дней с крупными градациями осадков дает представление о толе, какой вклад вносят обильные и ливневые осадки в их месячные, сезонные и годовые суммы, а по значениям мелких градаций можно судить о повторяемости обложных и моросящих осадков.
Осадки в Ленинграде выпадают довольно часто: больше половины дней в году (194 дня) -дни с осадками (см. табл. 39 приложения ) Наиболее часто, до 18... 21 дня в месяц, они бывают с ноября по февраль, при этом только в одном-двух днях видавшие осадки составляют 5 мм и более.
Летом они идут резкие; 14... 16 дней в месяц, но число дней с осадками 5 мм и более увеличивается до 4... 5. Обильные осадки (30 мм и более за сутки), способные иногда причинить ущерб народному хозяйству (размывают почву, разрушают дороги и т. д.), наблюдаются в Ленинграде не ежегодно (при-мерно один раз в два года и только в теплый периоду. Среднее число дней с обильными осадками составляет около 0,6 дня (σ=0,82). В одно лето обычно выпадает не более одного обильного дождя, но в 1916 и 1969 гг. было отмечено по три дня с такими осадками, а в 1935 г.- четыре дня. Характеристика количества обильных осадков приводится в табл. 45.
Наряду с осадками 0,1 мм и более за сутки в Ленинграде наблюдается 45 дней в году, когда осадков выпадает за сутки менее 0,1 мм (следы осадков). Такие осадки отрицательно сказываются на различного рода сооружениях, ухудшают условия при взлете и посадке самолетов. яти данные используются специалистами, занимающимися защитой металлических конструкций от коррозии и др. Дни со следами осадков за год составляют четвертую часть числа дней с осадками 0,1 мм и более. В течение года они распределяются неравномерно: от 2... 3 дней летом до 6 дней зимой (см. табл. 39 приложения) .
В практике часто необходимыми оказываются сведения о количестве выпавших осадков за 12 ч. Из них жидкие осадки более 8 мм за 12 ч и твердые 5 мм и более за 12 ч считаются значительными и могут осложнить работу транспорта. Число полусуток за год с такими осадками и меньшими по количеству (среднее, наибольшее и наименьшее) приводится в табл. 46.
Существенно дополняют сведения о режиме осадков - продолжительность их в день с осадками, суммарная за месяц и год. На основании этих данных можно оценить продолжительность смачивания дождевой водой жилых зданий, строительных сооружений и всякого рода материалов, находящихся на открытом воздухе. Общая продолжительность осадков в Ленин-граде за год составляет 1531 ч, а максимальное число часов Воз`мох{но до 2000 (табл. 47) . Наиболее продолжительны осадки зимой, в среднем за месяц до 220... 240 ч, а в отдельные годы -до 350... 400 ч. Летом, несмотря на то что месячные суммы осадков почти в два раза больше, чем зимой, осадки, как правило, кратковременны и в сумме за месяц продолжительность их составляет только 50... 60 ч, но в отдельные годы может увеличиваться до 100... 170 ч. Средняя продолжительность выпадения осадков в день с осадками (табл. 48) уменьшается от зимы (10... 11 ч) к лету (около 4 ч) .
Во время медленно движущихся глубоких и обширных циклонических систем непрерывно выпадающие осадки бывают очень длительными. Даже в июле, в самом жарком месяце года, максимальная непрерывная продолжительность осадков достигает 22 ч, а в другие месяцы теплого периода -46 ч (табл. 49).
В Ленинграде в течение года преобладают обложные осадки, на долю которых приходится 70 % годовой суммы осадков. С одинаковой вероятностью они выпадают как днем, так и ночью. Значительно реже бывают ливневые осадки, которые с небольшим преимуществом несколько чаще отмечаются днем (табл. 50) . Непрерывная длительность обложных осадков обычно (77%) не превышает 12 ч, а примерно один раз в два года они могут идти 60 ч подряд. Ливневые осадки в большинстве своем (80%) непрерывно длятся 2 ч и менее (см. табл. 40 приложения) . В теплое время года бывают периоды, когда на продолжи-тельное время устанавливается пасмурная, ненастная погода, и дожди идут 6... 7 и даже более дней подряд. Но повторяемость таких периодов невелика (см. табл. 41 приложения). Наиболее продолжительные дождливые периоды наблюдались в августе 1962 г. (13 дней) и в октябре 1952 г. (17 дней) .
Несмотря на то кто Ленинград и его пригороды находятся в зоне избыточного увлажнения, и здесь имеют место периоды бездождья. Общепринятого определения бездождного периода в литературе не существует. для обслуживания народного хозяйства, в строительной климатологии, например, необходимо знать как повторяемость сухих периодов (без осадков), так и бездождных периодов, в течение которых незначительное количество осадков может выпасть. В табл. 51, где приводятся данные о бездождных периодах, в качестве бездождного был принят такой период, когда в течение 10 дней и более осадки не выпадали совсем или их суточное количество не превышало 1 мм. За теплый период в Ленинграде и его пригородах в сред-нем наблюдается до трех таких периодов с непрерывной продолжительностью 14... 15 дней. В засушливом 1931 г. период бездождья в городе и окрестностях длился около месяца. В 1955 г. в Ленинграде (ИЦП) бездождный период достиг 37 дней, Ломоносове (побережье Финского залива) -53 дней (табл. 51). В некоторые сырые, дождливые годы бездождных периодов совсем не бывает (1905, 1946 гг.) .
Наиболее низкая относительная влажность воздуха в бездождные периоды, равная 45 %о, наблюдается в мае и июне; в апреле и июле она не превышает 50 %о, а в августе составляет 54% (табл. 52). Только в мае и при этом не ежегодно в отдельные бездождные дни влажность воздуха понижается до 20 %о и менее, а повторяемость дней с относительной влажностью 21... 30 % в период с апреля по июнь не превышает 8... 12 %о числа бездождных дней за месяц.
До сих пор были рассмотрены характеристики тех осадков, которые поступают на горизонтальную поверхность и измеряются осадкомером непосредственно. Однако для промышленного и гражданского строительства очень важными являются сведения и о жидких осадках, попадающих на вертикальные поверхности. Именно эти осадки увлажняют наружные стены зданий и способствуют разрушению фасадов, особенно выполненных из пористых материалов, а проникновение влаги в швы ускоряет коррозию металлической арматуры внутри стен и ухудшает теплозащитные свойства зданий. Измерение таких осадков на метеостанциях не производят. В практике строительной климатологии для их оценки применяются различные приближенные способы [26].
Поступление осадков на вертикальную поверхность определяется не только интенсивностью дождя и его продолжительностью, так же как и в случае выпадения его на горизонтальную поверхность, но в значительной степени ветром во время дождя и ориентацией стен зданий по отношению к ветродождевому потоку. Обычно при увеличении скорости ветра во время дождя возрастает количество падающих на стены капель и смачивание наружных стен зданий происходит более интенсивно. Как правило, дождь сопровождается ветром, а его скорость в среднем на 1 м/с выше, чем средняя месячная [93]. В Ленин-граде, по данным ст. Невская, скорость ветра в дни с дождем чаще всего бывает 2... 5 м/с (рис. 35) . Направление ветра во время дождя может быть любым, но преобладает все же юго-западное.
Особенно сильно стены зданий увлажняются осадками, вы-падающими при больших скоростях ветра (6 м/с и более), так называемыми косыми дождями. Такие дожди в Ленинграде для районов с редкой застройкой и вблизи Финского залива возможны в 30 % случаев.
Количество осадков, поступающее на наружные стены раз-личной ориентации, оценено хами по количеству осадков при косых дождях с помощью уточненной формулы А. А. Цвида. Как показала Ц. А. Швер [93], расчет количества осадков на стены по этой формуле производится точнее, чем по индексам косого дождя. Оценка косых дождей проведена для различных городских условий: открыты х- по данным ст. Невская (Ленинград) и защищенных - по данным ст. Ленинград, ИЦП. В качестве исходных приняты сведения о сумме осадков за теплый период, поступающих на горизонтальную поверхность, а также повторяемость скоростей ветра 6 м/с и более по направлениям в дни с дождем.
Количество осадков, которое поступает на стены разной экспозиции при косых дождях в Ленинграде, приведено в табл. 53. Из этой таблицы видно, что в районах с редкой застройкой и вблизи Финского залива на наружные стены зданий попадает до 50 %о осадков теплого периода (204 мм), а в центральных районах города, где застройка более плотная,-только 20 %о (80 мм). Больше всего смачиваются косым дождем стены зданий, обращенные на запад, навстречу преобладающему в Ленинграде ветровому потоку. В открытых районах города за теплый период эти стены получают до 66 мм осадков. На се-верные, восточные и юго-восточные стены зданий попадает наименьшее количество осадков, не более 12 мм, а в районах с плотной застройкой эти стены почта не увлажняются.
5.3. Снежный покров и метели
Снежный покров. Снежный покров - это лежащий на поверхности почвы слой снега, образовавшийся в зимнее время в результате снегопадов. Существенна его роль в сельском хозяйстве, поскольку он положительно влияет на термический режим почвы, является источником влаги, защищает от морозов озимые посевы и другие сельскохозяйственные культуры.
В хозяйственной жизни города снежный покров играет иную роль. Он отрицательно влияет на работу автомобильного и железнодорожного транспорта, так как большие скопления снега, особенно при метелях, затрудняют движение на дорогах и железнодорожных магистралях. К тому же снегоуборочные работы связаны с дополнительными материальными затратами. Город обладает густой сетью трубопроводов, поэтому мощность снежного покрова и характер его залегания, от чего во многом зависит глубина промерзания грунта, необходимо учитывать при их прокладке, а также при закладке фундаментов здании. Такой показатель, как плотность снега, входит в строительные расчеты при определении снеговых нагрузок на сооружения, а в сочетании с высотой плотность снега является основой для гидрологических расчетов и прогнозов.
Велико влияние снежного покрова на температурный режим воздуха. Снежный покров обладает высокой отражательной способностью (альбедо) по отношению к солнечной радиации. Альбедо свежевыпавшего снега составляет 85... 90 %. Но для снежного покрова альбедо гораздо ниже, особенно в городе, вследствие загрязнения снежной поверхности (табл. 54).
Зимой снежная поверхность поглощает примерно 40... 50 % тепла, поступающего в виде суммарной радиации. А так как ее приток при низких высотах солнца и затенении зданиями незначителен, то очевидно, что радиационного прогревания приземного слоя воздуха над снежным покровом зимой не происходит. В марте усиление инсоляции и снижение альбедо снега до 40 %о способствует его таянию. В пригороде (Воейково) значения альбедо на 10... 20 % выше, чем в городе. Значительная излучательная способность снежного покрова вызывает сильное охлаждение его поверхности и прилегающих слоев воздуха. Весной большое количество тепла расходуется на таяние снега, что замедляет повышение температуры воздуха.
В то же время благодаря малой теплопроводности снежный покров, как хорошая шуба, предохраняет почву от сильного выхолаживания. Так, в теплую, но малоснежную зиму 1963-64 г. максимальная глубина проникновения нулевой изотермы в почву составляла почти 80 см, а в холодную, но многоснежную значу 1965-66 г.— лишь 50 см.
Первый снег обычно выпадает в середине октября и, как правило, быстро тает. Однако в 1973 г. он был отмечен на месяц раньше— 14 сентября, а в 1937 г. снега не было до 14 ноября.
Снежный покров (как слой снега, закрывающий более половины видимой наблюдателю земной поверхности) в Ленинграде появляется в среднем 1 ноября, что на 2... 6 дней позже, чем в пригородах. На побережье Финского залива его появление задерживается на 4... 7 дней по сравнению с городом. Самая ранняя дата залегания снежного покрова в Ленинграде отмечена 3 октября 1903 г., но случается, что снежного покрова может не быть до конка ноября (1958, 1967 гг.). Образовавшийся снежный покров из-за частых оттепелей неоднократно стаивает и вновь появляется. Этот период иногда называют предзимьем и длится он около месяца. С наступлением устойчивых морозов в первой декаде декабря залегание снежного покрова становится постоянным. Однако в зависимости от погодных условий конкретного года срока образования устойчивого снежного покрова варьируют s широких пределах. В годы с ранней зимой он образуется уже в начале ноября, но это случается редко (примерно один раз в 20 лет). Несколько чаще, один раз в 10 лет, устойчивый снежный покров появляется в начале второй декады ноября, и с таком же вероятностью его может не быть до 1 января. Для более полной характеристики дат образования и разрушения устойчивого снежного покрова приведены кривые обеспеченности их для Ленинграда (рис. 36). В го-роде устойчивый снежный покров образуется на 3... 3 дней раньше, чем в прибрежной зоне (Лисий Нос, Ломоносов), и не-сколько позднее, чем в более континентальной части пригородов (см. табл. 42 приложения).
В теплые малоснежные зимы (1956-57, 1960-61 гг.) с дли-тельными оттепелями, обусловленными адвекцией тепла, когда снежный покров почти полностью стаивает, а затем образуется вновь, иногда наблюдаются два периода с устойчивым снежным покровом, разделенные промежутком времени до двух недель.
Снежный покров в Ленинграде держится в среднем 133 дня, но в зиму 1925-26 г. он сохранялся 180 дней, а в зиму 1929-30 r.- всего лишь 70 дней.
С образованием устойчивого снежного покрова высота его постепенно увеличивается и к концу февраля достигает максимального значения (см. табл. 43 приложения) . Однако мощность снежного покрова невелика: средняя из наибольших декадных высот на защищенных участках, полученная путем осреднения максимальных декадных высот за каждую зиму (независимо от того, на какой месяц и декаду этот максимум приходился), в Ленинграде составляет 33 см. В лесопарковой зоне города (ст. Лесной, Ленинград) и пригородах (Сестрорецк, Павловск) снега больше, и высота его достигает почти полуметра. На побережье Финского залива (Лисий Нос, Стрельна) и на других открытых участках снежный покров менее 40 см. В многоснежные зимы 1955-56 и 1965-66 гг. наибольшие декадные высоты в Ленинграде достигали соответственно 60 и 64 см. В каких пределах и как часто наблюдаются наибольшие высоты снежного покрова, можно судить по данным табл. 55.
В отдельные декады высота снежного покрова от года к году также значительно изменяется (сит. табл. 44 приложения) . Из таблицы видно, что в некоторые годы в Ленинграде в конце января и марта снега может совсем не быть,.но бывают зимы, когда высота его в это время достигает 51... 70 см. Весной уже в первой декаде апреля, примерно один раз в 10 лет толщина снежного покрова бывает 30... 40 см, а в среднем в одну зиму из трех снежный покров не наблюдается.
Весеннее снеготаяние в Ленинграде начинается в начале марта. К этому времени заметно увеличивается продолжительность солнечного сияния и прогрев в дневные часы. Наиболее интенсивно снег тает в последней декаде марта. К 31 марта в среднем происходит разрушение устойчивого снежного покрова в городе, а через 5... 10 дней - в окрестностях и на побережье залива. При этом на южном побережье залива снежный покров разрушается примерно на 5 дней раньше, чем на северном. Стаивание снега в отдельные годы происходит в разное время - колебания в датах составляют 5... 7 недель (см. табл. 42 приложения). Например, в зиму 1974-75 г. в Ленинграде устойчивый снежный покров разрушился 6 марта, а в зиму 1925-26 r.- только 21 апреля.
Нередко после исчезновения снежного покрова снова может выпадать снег и на некоторое время образоваться снежный покров. Но в среднем к 15 апреля снег окончательно сходит. Продолжительность периода между разрушением устойчивого снежного покрова и его окончательным сходом значительно меньше, чем между появлением снежного покрова и его установлением (15 и 35 дней соответственно). В первой декаде мая снежный покров в Ленинграде отмечается примерно один раз в 10 лет. При этом в 1929, 1944, 1961 л 1965 гг. он наблюдался в праздничные дни 1-2 мая. Отдельные выпадения снега весной прекращаются в среднем 8 мая, в некоторые годы - в конке марта (самая ранняя дата 24 марта 1921 г.), а иногда могут наблюдаться еще в июне (самая поздняя дата 9 нюня 1899 г.).
Плотность снега (г/смз) определяется количеством снега, содержащимся в единице объема слоя снежного покрова с ненарушенной структурой. Определение ее в Ленинграде производят на метеорологической площадке весовым снегомером.
Плотность снега - величина непостоянная: в начале зимы составляет 0,17 г/смз, а к концу зимы под воздействием оттепелей, ветра и собственной массы снега она возрастает до 0,26 г/смз (см. табл. 43 приложения) .
В Ленинграде в виде снега выпадает около 26 % годового количества осадков. Снежный покров является накопителем влаги. Запас воды в нем определяется толщиной слоя воды (мм), который образовался 6ы на горизонтальной поверхности в результате таяния снежного покрова при отсутствии стока, просачивания и испарения. Наибольших значений запас воды достигает в конце сезона (см. табл. 43 приложения).
Средний из наибольших запасов воды за зиму для Ленин-града равен 73 мм, на полевых участках пригорода он возрастает до 109 мм.
Запас воды в снежном покрове определяет количество влаги в почве в весенние месяцы. От величины этого запаса и интенсивности снеготаяния зависит характер весеннего половодья.
Запас воды в снеге, выраженный в миллиметрах, эквивалентен массе снежного покрова в килограммах на квадратный метр, поэтому средняя за зиму снеговая нагрузка в Ленинграде составляет 73 кг/м2. В очень редкие многоснежные зимы она доходит до 185 кг/м2. С вероятностью один раз в 10 лет можно ожидать снеговую нагрузку 140 кг/м2, одни раз в 20 лет-170 кг/м2.
Согласно районированию по снеговой нагрузке [32], возможной один раз в пять лет, Ленинград и его окрестности относятся к району III, в котором возможны снеговые нагрузки от 80 до 120 кг/м2.
Значительные трудности для большого города создают сильные снегопады, во время которых прирост высоты снежного по-крова за сутки составляет 10 см и более. Сильные снегопады нарушают безопасность движения, приводят к уменьшению объема перевозок и требуют дополнительных затрат на снегоочистительные работы.
В Ленинграде сильные снегопады отмечаются нечасто, в среднем 1,3 случая за зиму. В некоторые зимы (1961-62 г.) число их может возрасти до четырех за сезон, а примерно в каждую четвертую зиму такие снегопады не наблюдаются совсем. По данным за 35-летний период (1940-1974 гг.) чаще всего сильные снегопады бывают в декабре и январе-24 %. На остальные месяцы холодного сезона приходится около половины всех случаев сильных снегопадов.
Наблюдаются сильные снегопады при температуре воздуха от -14 до 2 °С, но в основном при -8... 0 °С. Скорость ветра при таких снегопадах обычно не превышает 4 м/с, лишь изредка увеличивается до 8 м/с.
Средняя интенсивность снегопадов составляет 0,8 см/ч, но в ночь с 20 на 21 ноября 1971 г. снег падал с интенсивностью 1,4 см/ч и за 11,5 ч прирост высоты его достиг 16 см. Суточный прирост снежного покрова при сальных снегопадах в среднем составляет 10... 12 см, в 10 % лет он может достигать 19 см, а в 2 %о - 25 см. По этим данным с учетом плотности свежевыпавшего снега, равной 0,11 г/смз, были получены вероятностные значения увеличения массы снежного покрова за сетки после больших снегопадов (табл. 56). Нагрузка на горизонтальную поверхность после таких снегопадов в Ленинграде может увеличиваться за сутки на 24 кг/м2 (декабрь 1961 г.), а один раз в 50 лет - на 28 кг/м2.
Метели. Метель - это горизонтальный перенос снега ветром над поверхности о земли. Если снег, поднятый ветром, переносится непосредственно над поверхностно снежного покрова и не ухудшает дальности горизонтальном видимости на уровне глаз наблюдателя, то такое явление называется поземкой. Если же переносимый снег поднимается достаточно высоко и дальность горизонтальной видимости за счет этого уменьшается, такое явление называют низовой метелью. Низовая метель наблюдается при ветре достаточной силы и сухом состоянии поверхности снежного покрова. Если горизонтальный перенос снега вдоль зеленой поверхности происходит при выпадении снега из облаков, то такое явление называется метелью с вы-падением снега, ила общей метелью; при этом обычно трудно различить, поднимается ли снег ветром с поверхности снежного покрова.
При климатическом обработке все виды метели, кроте поземка, объединяются в одну группу.
Метели наносят большой ущерб народному хозяйству, особенно автомобильному и железнодорожному транспорту, образуя большие заносы в нарушая движение. В ряде случаев метели создают помехи для различных работ на открытом воздухе. Для расчистки снега, накопившегося в результате метелей, требуются нередко значительные средства.
Существенное влияние на метелевую деятельность оказывают местные условия. В городе, особенно в его центральных,
более закрытых районах, где скорость ветра в нижних слоях воздуха несколько ослаблена, повторяемость метелей меньше, чем на открытой местности.
Метели в Ленинграде наблюдаются в основном с декабря по март и реже бывают в ноябре и апреле ‚(табл. 57) . Отдельные случаи метелей отмечаются в октябре и лишь один раз за последние 40 лет-в мае (1941 г.). В районе расположения городской метеостанции за сезон наблюдается около 15 дней с метелью. Однако на ст. Невская, расположенной в районе морского порта и открытой ветрам с Финского залива, дней с метелью регистрируется в полтора раза больше.
Более чем в одной трети лет число дней с метелями за зиму не превышает 10, но бывают сезоны (1971-72 и 1972-73 гг.), когда метели отсутствуют. Повторяемость различного числа дней с метелью за сезон отражена в табл. 58.
Продолжительность метелей варьирует в широких пределах (табл. 59). Чаще всего наблюдаются метели, длительность которых не превышает трех часов, а на метели продолжительностью более полусуток приходится только 8 % всех метелей. Наибольшая продолжительность метели (33 ч) была отмечена в феврале 1953 г.
Суммарная продолжительность метелей за сезон в среднем составляет 72 ч, а в открытых прибрежных районах города -примерно в два раза больше.
Наиболее часты метели при скоростях ветра 6... 9 м/с и на-правлениях юго-восточном, южном и юго-западном. Темпера-_ тура воздуха при метелях, как правило, от 0 до -10 °С. Такие условия чаще всего наблюдаются при прохождении через район Ленинграда атмосферных фронтов в системе циклонов, перемещающихся с запада. Самыми метелевыми в Ленинграде являются январь и февраль, но отмечаются случаи сравнительно продолжительным метелей в весенние месяцы (март-апрель). Так, например, в апреле 1955 г. была зарегистрирована метель продолжительности о около 16 ч.