| Григорьев А.А. | Субарктика |
В Субарктике воздушные массы арктического происхождения, приходящие с Северного Ледовитого океана, как известно (Орлова, 1938), в летнее время являются доминирующими: в июле они имеют здесь пребывание свыше 10 суток, т. е. чаще, чем какая-либо иная воздушная масса. Это обстоятельство, помимо различного рода других следствий, оказывает чрезвычайно важное и своеобразное влияние на химический состав воздуха Субарктики. Дело в том, что указанные воздушные массы обычно содержат летом около 0.016% углекислого газа вместо обычных для других воздушных масс 0.03%. Это замечательное явление связано с особенностями режима вод полярного бассейна, над которыми арктические воздушные массы формируются. Обладая низкими температурами, эти воды поглощают большое количество кислорода воздуха. Летом, когда арктические воды освобождены от ледяного покрова, обилие их кислородом, в сочетании с круглосуточным освещением, стимулирует исключительно быстрое и обильное развитие планктона и, в частности, фитопланктона. Осуществляя фотосинтез, фитопланктон чрезвычайно интенсивно ассимилирует угольную кислоту, сильно понижая содержание ее в верхней 30-40-метровой, толще воды (Чигирин, 1939), В том же направлении действует и конвекция воды в период, предшествующий ледообразованию. Общая мощность слоя воды с пониженным содержанием угольной кислоты достигает 100 м. По данным высокоширотной экспедиции на "Садко" в указанном слое содержание углекислоты может падать до 0.016%. К. Buch (1940, стр. 305) также нашел, что в арктических и антарктических водах летом количество угольной кислоты обычно около 0.016%, т. е. равно примерно половине ее величины, нормальной для более низких широт.
Атмосфера, соприкасаясь с водами океана, содержащими столь малое количество углекислоты, отдает воде свой углекислый газ и, совершив над ней путь в 200-300 км, уравнивает содержание углекислого газа с таковым в верхних слоях воды, снижая его до 0.016%. Таким образом, воздух, приходящий с Ледовитого океана в Субарктику, содержит поразительно мало углекислоты, что не может не отражаться на жизнедеятельности тундровых растений и животных.
Наряду с этим столь значительное понижение содержания углекислоты в воздухе должно несколько понижать теплоемкость нижнего слоя атмосферы Субарктики. Конечно, по мере движения над сушей количество углекислоты в атмосфере Субарктики возрастает. Однако один из важнейших источников пополнения атмосферы углекислотой - образование и выделение ее почвой за счет разложения органических веществ - функционирует здесь мало интенсивно вследствие неблагоприятных условий для развития аэробных почвенных бактерий.
Кстати следует упомянуть, что воздух Субарктики сравнительно чист и от микроорганизмов со всеми вытекающими отсюда благоприятными последствиями для растений и животных.
Ветры. Соседство Субарктики с холодным Ледовитым океаном имеет и другие важные последствия. Значительно более низкие летние температуры этого океана по сравнению с сушей вызывают здесь известное преобладание северных ветров; число южных ветров незначительно. В этом проявляются муссонные тенденции воздушных потоков, однако они сильно завуалированы общей циркуляцией атмосферы, почему кроме северных значительное преобладание имеют и западные ветры. Открытый характер местности, связанный с отсутствием лесов, а равно и соседство моря позволяют ветру развивать в нижних слоях атмосферы значительные скорости, так что, например, в Пустозерске (на высоте флюгера метеорологической станции) ветры значительной скорости (6-10 м в 1 сек.) получают преобладание (выше 40%), тогда как южнее, вне Субарктики, на большей части материковых станций преобладают ветры малых скоростей (2-5 м в 1 сек.). В условиях Субарктики, где сдувание приземного слоя воздуха имеет существенное значение для температурного режима почвы и растительности, значительная скорость ветров должна оказывать существенное влияние, особенно в приарктической зоне.
В связи с этим на северных и западных склонах, обращенных в сторону господствующих ветров, условия для произрастания растений хуже, чем на склонах, обращенных на юг и восток.
Влажность воздуха. Сочетание преобладающих в Субарктике в летние месяцы северных и западных ветров с господством холодных воздушных масс, приходящих из высоких широт, имеет следствием сравнительно малую абсолютную влажность воздуха, достигающую в приарктической зоне 4-6 мм, в прибореальной - почти 6 мм в июне и до 9 мм в июле. При низких температурах воздуха этих количеств влаги совершенно достаточно, чтобы обеспечить состояние его, близкое к насыщению. Поэтому относительная влажность здесь летом очень велика. В приарктической зоне она несколько выше 80% и имеет совершенно ничтожный суточный ход, варьируя от 79% в 13 часов до 85% в 21 час. В прибореальной зоне средняя суточная относительная влажность меньше, но всего на несколько процентов, за исключением августа, когда она даже выше, чем в приарктической зоне. Интенсивность ее суточного хода в прибореальной зоне несколько возрастает: в 13 часов она в июне падает до 65%, в августе - до 74%. В связи с преобладающей высокой относительной влажностью облачность здесь настолько велика, что в течение трех летних месяцев на пасмурные дни приходится от 2/3 до 3/4 всего периода, а на ясные дни чаще всего около 1/8.
Атмосферные осадки, испарение и балансы влаги. Такие условия влажности, в сочетании с характерной для восточноевропейской Субарктики циклонической деятельностью атмосферы, обеспечивают значительное выпадение летних осадков, несмотря на умеренную абсолютную влажность воздуха. За четыре месяца с положительными средними месячными температурами их выпадает в приарктической зоне около 140-150 мм, в прибореальной - до 170 мм.
Такое выпадение осадков сочетается с очень слабым испарением влаги с поверхности почвы. По подсчетам Б. Г. Иванова (1940, стр. 409), оно не превышает за год 130 мм и, как правило, держится на высоте 100 мм и менее. Это хорошо совпадает с наблюдениями над испарением с поверхности озер в северной Финляндии за полярным кругом, где оно равно всего 70 мм в год. Поскольку испарение в период с отрицательными температурами воздуха мало, почти все испарение совершается в четырехмесячный период с положительными температурами. В это время превышение количества атмосферных осадков над испарением равно примерно слою воды в 55-100 мм толщины. Если же сопоставлять испарение с годовыми осадками, то получается, что в приарктической зоне испаряется около 20-25%, в прибореальной - до 30% годовых осадков.
Такое незначительное испарение почвенной влаги, связанное с низкими температурами воздуха и с большой относительной влажностью (хотя и несколько форсируемое ветрами) в сочетании с наличием вечно-мерзлого грунта, препятствующего просачиванию воды на глубину, приводит к тому, что в поверхностном талом слое почвы влага в летние месяцы обычно имеется в избытке. Впрочем, временами очень тонкий поверхностный горизонт почвы может и высыхать. Необходимо, однако, подчеркнуть, что указанное выше соотношение между величиной годовых осадков и испарения в Субарктике таково, что оно делает неизбежным наличие большого избытка влаги в почве и при отсутствии вечной мерзлоты. Присутствие последней должно лишь несколько увеличивать размеры этого избытка и изменять характер циркуляции почвенных вод. Просыхание почвы происходит главным образом в кратковременные периоды с солнечной погодой. Эти периоды сменяются гораздо более продолжительными периодами с облачной и дождливой погодой, когда количество влаги в почве снова нарастает. Поэтому в Субарктике в теплые месяцы периоды с положительным балансом влаги доминируют над периодами с отрицательным балансом влаги. Громадное превышение количества выпадающих осадков над испарением влаги и за год в целом и в теплые месяцы знаменует также наличие резко выраженного положительного (частного) баланса влаги в системе "атмосферные осадки - испарение" как за год, так и в теплое время года. Наряду с этим описанное преобладание количества атмосферных осадков над величиной испарения дает и энергетический эффект, так как на испарение оказывается затраченным гораздо меньше тепла, чем выделяется при конденсации. Исходя из приведенных выше цифр, не трудно подсчитать, что превышение прихода тепла от конденсации влаги над расходом на испарение за год достигает значительной величины, порядка 18 К/кал, на 1 см2, из которых только около 3 К/кал. приходятся на месяцы с положительными средними температурами воздуха, а из остальных 15 К/кал. от 10 до 11 К/кал, падает на наиболее холодные месяцы зимнего полугодия (октябрь - март).
Характер сочетаний основных энергетических факторов. В основе описанных выше явлений лежит определенный характер сочетаний циркуляции атмосферы и радиационных условий. Характернейшей чертой их в летние месяцы в Субарктике является значительная циклоническая деятельность, осуществляющаяся преимущественно при отрицательном радиационном балансе, частично при слабо выраженном положительном радиационном балансе (например, в июне и отчасти в июле в прибореальной зоне).
При указанных условиях радиационного баланса - не будь здесь внешних динамических влияний, в Субарктике летом должен бы был преобладать более или менее ясно выраженный устойчивый характер термической стратификации самых нижних слоев тропосферы, или (частично) лишь очень слабо выраженный неустойчивый характер указанной стратификации. А, как известно, при устойчивой термической стратификации в нижних слоях тропосферы в них отсутствуют внутренние стимулы для развития восходящих движений масс воздуха (имеющиеся при хорошо выраженной неустойчивой стратификации).
Присущее циклонической деятельности развитие восходящих скольжений больших масс относительно теплого воздуха по фронтальному клину происходит в этих условиях целиком или главным образом за счет кинетической энергии циклонического образования, а не за счет прогревания воздуха нагретой солнцем земной поверхностью, или лишь в малой степени за счет этого прогревания. Кинетическая энергия циклонического образования переходит при этом в потенциальную энергию тяготения и в турбулентную энергию.
Сочетания основных энергетических факторов, при которых восходящие скольжения больших масс воздуха совершаются, несмотря на то, что местные радиационные условия создают предпосылку для установления в самых нижних слоях тропосферы устойчивой термической стратификации (или несоответственно слабо выраженной неустойчивой термической стратификации), или обратно, при которых нисходящие движения масс воздуха совершаются вопреки местным радиационным условиям, создающим предпосылку для установления неустойчивой термической стратификации в самых нижних слоях тропосферы, мы условно называем физическим несоответствием основных энергетических факторов климатического процесса.
В Субарктике наблюдается несоответствие первого типа. Наличие этого несоответствия основных энергетических факторов и является характернейшей особенностью летнего климатического процесса Субарктики. Особенно резко оно выражено на более северных широтах восточноевропейской Субарктики, несколько слабее в южной подзоне прибореальной зоны, т. е. южнее 68.6° с. ш.