К экстремальным температурам относят максимально высокие и низкие температуры, которые существенно влияют на организм человека.

Теплопотери

Излучение:

• теплоотдача с электромагнитным излучением;
• и 65 % случаев переохлаждение отмечается в условиях низкой температуры;
• перегревание возникает главным образом у лиц, находящихся в условиях высокой температуры.

Испарение:

• превращение жидкости в газ сопровождается поглощением большого количества тепла;
• составляет 30 % случаев переохлаждения в покое;
• наиболее часто встречается в сухом, холодном, ветреном климате;
• при температуре окружающей среды более 35°С теплопотеря происходит только за счет испарения пота;
• величина теплопотери при испарении ограничена влажностью воздуха. При влажности воздуха более 90 % жидкость не испаряется. Пот просто стекает по кожным покровам проводимость.

Проводимость:

• теплоотдача от теплого к холодному объекту при прямом физическом контакте;
• вода проводит тепло в 32 раза эффективнее, чем воздух;
• погружение в холодную воду и влажная одежда увеличивают теплоотдачу.

К основным факторам, способствующим теплопотере, относят:

• ожоги ;
• прием алкоголя, который изменяет защитное поведение и нарушает терморегуляцию, как при высокой, так низкой температуре. Прием алкоголя ухудшает термогенез, вызывая при этом озноб.

Конвекция существенно меняется в зависимости от скорости ветра.

Перегревание

Если бы удалось выключить механизмы охлаждения, температура тела за счет физиологической теплопродукции увеличивалась бы со скоростью 1°С/ч.

Высокая влажность и высокая температура окружающей среды блокируют действие механизмов терморегуляции при перегревании и приводят к тяжелым тепловым поражениям. При напряженной физической работе теплопродукция возрастает в 12 раз. Вероятность тепловых ударов значительно возрастает при увеличении окружающей температуры выше ЗЗ°С.

Экстремальные температуры воздуха устанавливаются при необычайно продолжительном сохранении ясной антициклонической погоды, а в поясе умеренного климата и в субтропиках - также при вторжении масс холодного воздуха из более высоких широт. Все эти события отражают те или иные отклонения и интенсивности атмосферной циркуляции от нормы. В многолетней их повторяемости проявляется 11-летняя и иная климатическая ритмичность. Экстремальная жара в любом климатическом поясе устанавливается при летнем антициклоне, необычном по местоположению или продолжительности. Она ведет к иссушению, росту пожароопасности в лесах, степях, на торфяниках, к обмелению судоходных рек на территориях протяженностью во многие сотни километров и на период от одной до многих недель.

Экстремальные морозы в умеренном поясе также устанавливаются при антициклональной погоде, причем температура на возвышенных (теплее) и котловинных участках может различаться на 5-6° на западе Русской равнины, до 15-17° в горах Якутии. Морозы парализуют жизнь городов, губительно воздействуют на посевы, увеличивают вероятность технических аварий (при температуре ниже -30° увеличивается ломкость деталей машин). Экстремальные вторжения холодных масс, сопровождающиеся снегопадами, могут быть сравнительно кратковременны (немногие дни), но губительны для сельскохозяйственных культур в субтропическом поясе, а в весеннее время и в южной части умеренного пояса.

Явление понижения температуры воздуха ниже 0 °С вечером и ночью после дня с положительными температурами называется заморозками. В Европейской части России заморозки случаются весной или осенью, - тогда, когда вторгаются холодные воздушные массы или приходит антициклон, при котором интенсивное ночное тепловое излучение от земной поверхности охлаждает почву, растительный покров и воздух. Заморозки причиняют большой ущерб сельскому хозяйству, особенно в районах низин, где может застаиваться холодный воздух. Для борьбы с заморозками используют костры, образующие дым, который прикрывает земную поверхность и защищает её от охлаждения.

В мире среднегодовой ущерб морозов и снегопадов занимает пятое место после ущерба от ураганов, наводнений, землетрясений и засух.

Смертность пожилых и больных людей существенно возрастает как при морозах, так и при жаре, причем отклонение температуры от нормы более значимо, чем абсолютная ее величина. Имеет значение также скорость похолодания или потепления: при резких изменениях температуры число автокатастроф увеличивается на 25 % при холодных вторжениях, на 56 % при наступлении жаркой погоды.

Значительный недостаток осадков в течение длительного времени весной или летом при повышенной температуре воздуха называется засухой, в результате чего запасы влаги в почве сильно уменьшаются, растения плохо развиваются, а урожай может погибнуть полностью. Засуха - частое явление в тропических широтах, полупустынных и особенно степных зонах, где находится основная площадь пахотных земель, весной и летом вследствие длительного (до 2 месяцев) господства антициклонной погоды.

Засухи возникают тогда, когда в атмосфере долгое время сохраняется высокое давление воздуха, то есть стоит антициклон. Нисходящие потоки в атмосфере препятствуют возникновению дождей, а ясная погода приводит к нагреванию и иссушению воздуха и почв. Засухи - явление, существенное для сельского и лесного хозяйства, бытового и промышленного водоснабжения, судоходства и работы ГЭС. Они могут быть оценены различными геофизическими показателями - от дефицита осадков (по величине, продолжительности, распространению) до сложных коэффициентов, включающих величины отклонений от нормы температуры воздуха, осадков, влагозапасов в почве, а также экономическими показателями недобора урожая, потерь производства гидроэлектроэнергии и т.п. Засухи создаются отклонением интенсивности атмосферной циркуляции от нормы по причинам, кроящимся в колебаниях Солнечной активности и в автоколебаниях в системе «океан-атмосфера», особенно в энергоактивных зонах (Эль-Ниньо и других). Как правило, сильные засухи на одних территориях сопровождаются повышением осадков на других.

Суховей - жаркий или очень тёплый ветер, отмечающийся в степях, полупустынях и пустынях. Он способствует порче урожая зерновых и плодовых культур. Они дуют в Северном Казахстане, степях России и Украины.

Засухи почти всегда сопровождаются как суховеями, так и пыльными бурями, которые усиливают испарение влаги с поверхности почв, поэтому борьба с засухами, суховеями и пыльными бурями заключается в накоплении влаги в различных почвах. С этой целью проводится снегозадержание, создание полезащитных лесных полос, прудов и водоёмов в оврагах и балках, боронование почвы и другие агромероприятия.

К устойчиво сухим и засушливым районам относится 40-45 % площади континентов; здесь проживает более 1/3 населения планеты. На территориях, где засухи возможны хотя бы изредка, размещается 3/4 населения, в бывшем СССР под угрозой засух находилось 70 % площади пахотных земель. Для основных сельскохозяйственных районов России причиной засух служит аномальное развитие антициклонов арктического и субтропического происхождения, блокирующих обычные пути атлантических циклонов.

Тяжелые засухи случаются в мире почти ежегодно. По числу жертв и экономическому ущербу они находятся в первой пятерке видов чрезвычайных ситуаций, по наибольшему разовому количеству жертв и величине прямого экономического ущерба (десятки миллиардов долларов) они в числе крупнейших чрезвычайных ситуаций.

Большинство стихийных бедствий, к счастью, кратковременны. Землетрясение обычно длится не более минуты. Торнадо проносится над городом Среднего Запада за пять минут. Циклоны и ураганы бушуют над городами в течение часа. Даже длительность наводнений измеряется всего лишь несколькими днями. Но совсем по-другому обстоят дела с засухой и возникающим голодом вследствие неё. Эти стихийные бедствия могут длиться неделями, а их последствия накладывают отпечаток на поколения.

Причины засухи и голода, как правило, носят комплексный характер. Существуют четыре основных вида засухи:

постоянная засуха, характерная для пустынь - мест, с засушливым климатом, где растения не растут без ирригации;

сезонная засуха характерна для климатических зон с явно выраженными сухим и дождливым сезонами;

непредсказуемая засуха, наступающая при неожиданном уменьшении осадков;

невидимая засуха, которая является пограничным состоянием, когда высокие температуры способствуют усиленному испарению, так что даже регулярные дожди не в состоянии в достаточной степени увлажнить почву, и урожай засыхает на корню.

Сильная жара – характеризуется превышением среднеплюсовой температуры окружающего воздуха на 10 и более градусов в течение нескольких дней.
Экстремальная жара в любом климатическом поясе устанавливается при летнем антициклоне, необычайном по местоположению и продолжительности.
Значительный недостаток осадков в течение длительного времени весной или летом при повышенной температуре воздуха называется засухой. Засуха также называется суховеем. Суховей – жаркий или очень теплый ветер, отмечающийся в степях, полупустынях и пустынях. Он способствует порче урожая зерновых и плодовых культур. Суховеи дуют в северном Казахстане, степях России и Украины.

Существует четыре основных вида засухи:
1.Постоянная засуха – характерна для пустынь.
2.Сезонная засуха – характерна для климатических зон с явно выраженными сухим и дождливым сезонами.
3.Непредсказуемая засуха – наступающая при неожиданном уменьшении осадков.
4.Невидимая засуха – когда высокие температуры способствуют усиленному испарению и транспирации, так что даже регулярные дождине в состоянии в достаточной степени увлажнить почву, и урожай засыхает на корню.

Опасные последствия сильной жары, засухи:
Тяжелые засухи случаются в мире почти ежегодно. По числу жертв и экономическому ущербу они в первой пятерке видов чрезвычайных ситуаций; по наибольшему разовому количеству жертв (более 1 млн. в Индии в 1965-1967 гг.) и величине прямого экономического ущерба (десятки миллионов долларов) они в числе крупнейших чрезвычайных ситуаций.

• жара ведет к иссушению, росту пожароопасности в лесах, степях, на торфяниках, к обмелению судоходных рек;
• пересыхают реки, озера;
• засухи сильно подталкивают процесс опустынивания – уменьшения продуктивности возделываемых земель и пастбищ (опустыниванию подвергается в среднем 5-7 млн. га земли в год);
• гибнут люди, животные; возникают инфекционные болезни;
• изменяется климат;
• засухи на одних территориях, как правило, сопровождаются повышением осадков на других и т.д.
  

Сильный мороз – максимальная температура воздуха – 30 *С и ниже.

Экстремальные морозы в умеренном поясе устанавливаются при антициклональной погоде.

Явления понижения температуры воздуха ниже 0*С вечером или ночью после дня с положительной температурой называется заморозками.

Опасные последствия сильных морозов:
- парализуют жизнь городов;
- губительно воздействуют на посевы;
- увеличивают вероятность технических аварий (при температуре ниже –30*С существенно увеличивается ломкость деталей машин);
- обморожение, гибель людей и животных
- затрудняют работу промышленных предприятий, различных коммуникаций.

Экстремальные температуры могут вызвать чрезвычайные ситуации. Так, например: В Индии в 1989 г и в Мексике в январе 1984 г более 200 человек погибли от холода при температуре воздуха около 0*С.

В январе 1984 г и в феврале 1989 г в США при морозах до –40*С погибло 230 человек, был нанесен огромный ущерб сельскому хозяйству.

Снежные и ледяные корки образуются при налипании снега и намерзании капель воды на различные поверхности. Налипание мокрого снега, опасное для линий связи и электропередачи, происходит при снегопадах и температуре воздуха +1…–3 °С и ветре 10…20 м/с. Диаметр отложений снега на проводах достигает 20 см, вес - 2…4 кг на 1 м. Провода рвутся не столько под тяжестью снега, сколько от ветровой нагрузки.

Во время метели (вьюги) происходит перенос снега сильным ветром над поверхностью земли. Количество переносимого снега определяется скоростью ветра, а участки аккумуляции снега - его направлением. В процессе метельного переноса снег движется параллельно поверхности земли, при этом его основная масса переносится в слое высотой менее 1,5 м. Рыхлый снег поднимается и переносится ветром при скорости 3…5 м/с и более (на высоте 0,2 м). Различают низовые (при отсутствии снегопада), верховые (при ветре лишь в свободной атмосфере) и общие метели, а также метели насыщенные, т. е. переносящие предельно возможное при данной скорости ветра количество снега, и ненасыщенные. Последние наблюдаются при нехватке снега или при большой прочности снежного покрова. Твердый расход насыщенной низовой метели пропорционален третьей степени скорости ветра, а верховой метели - первой. При скорости ветра до 20 м/с метели относятся к слабым и обычным, при скорости 20…30 м/с - к сильным, при скорости более 30 м/с - к очень сильным и сверхсильным (фактически это уже штормы и ураганы). Слабые и обычные метели длятся до нескольких суток, более сильные - до нескольких часов.

3.3. ГРОЗЫ И ГРАДОБИТИЯ

Гроза - это атмосферное явление, при котором в мощных кучеводождевых облаках и между ними и землей возникают сильные электрические разряды - молнии, сопровождаемые громом. При грозе выпадают интенсивные ливневые осадки, приводящие к наводнениям, нередко град, наблюдается сильный ветер, часто шквалистый.

Внутримассовые грозы возникают при конвекции над сушей преимущественно в послеполуденные часы, а над морем - в ночные.

Фронтальные грозы наблюдаются на атмосферных фронтах, т. е. на границах между теплыми и холодными воздушными массами.

Грозы возникают в мощных кучевых облаках с вершинами на высотах 7…15 км, где наблюдаются температуры ниже –15…20 °C, и состоят из смеси переохлажденных капель и кристаллов. Потенциальная энергия грозового облака превышает 1013 …1014 Дж, т. е. равна энергии взрыва термоядерной мегатонной бомбы. Электрические заряды грозового облака падающей молнии составляют 10…100 Кл и разнесены на расстояния до 10 км, а электрические токи достигают до 100 А. Напряженность электрического поля внутри грозового облака равна (1…3)105 Вт, а эффективная электропроводность в 100 раз меньше, чем в окружающей атмосфере. Средняя продолжитель-

ность одного грозового цикла составляет 30 мин, но иногда перед холодным фронтом образуется целый ряд мощных гроз, длящихся часами и сопровождаемых смерчами и шквалами.

Последствия от удара молнии зависят от разряда между слоями атмосферы и землей. При этом может пострадать электротехническое оборудование. На равнинной местности грозовой процесс, как правило, включает образование молний, направленных от облака к земле. Предельное напряжение пробоя, вызывающее образование ионизированного канала, составляет около 3 · 106 В/м. Лавинный заряд - ступенчатый лидер - движется вниз ступеньками по 50…100 м, пока не достигает земли. Когда до земной поверхности остается примерно 100 м, молния «нацеливается» на какой-либо возвышающийся предмет. Разряды могут достигать 80 Кл и иметь силу тока от нескольких единиц до 200 кА. Обычно сила тока быстро нарастает за первые 10…20 мс, а в следующие 200…300 мс происходит ее снижение до 20 % от амплитудной величины. Ступенчатый лидер переносит вниз отрицательный заряд, однако иногда может переносить и положительный, при этом время нарастания, а затем уменьшения тока более продолжительно; максимальное значение заряда достигает 200 Кл, тока - 218 кА.

Вспышки невидимых и неслышимых молний при отдаленной грозе, освещающих изнутри облака, называются зарницами .

Особый вид молнии - шаровая. Шаровая молния - это своеобразное электрическое явление, природа которого еще не выявлена. Она имеет форму светящегося шара диаметром 20…30 см, двигается по неправильной траектории и обладает большой удельной энергией. Длительность ее существования - от нескольких секунд до минут, а ее исчезновение может сопровождаться взрывом, вызывающим разрушения и человеческие жертвы, или происходить беззвучно.

Удары молнии обладают термическими и электродинамическими воздействиями, поэтому приводят к опасным последствиям, связанным, прежде всего, с действием электромагнитного и светового излучения. Наибольшие разрушения вызывают удары молнии в наземные объекты при отсутствии токопроводящих путей между местом удара и землей. От электрического пробоя в материале образуются узкие каналы, в которые устремляется ток молнии. Из-за очень высокой температуры часть материала интенсивно испаряется со взрывом. Это приводит к разрыву или расщеплению объекта, пораженного молнией, и воспламенению горючих элементов.

При грозах серьезный ущерб могут нанести интенсивные градобития. Град - это атмосферные осадки в виде шариков льда и смеси льда и снега, выпадающие во время прохождения холодного фронта или во время грозы. Небольшие градины представляют собой простые структуры, образующиеся, когда поверхность снежных комочков тает и основа замерзает или же покрывается водяными капельками, которые затем замерзают. Таким образом, у градин твердое внешнее покрытие и мягкая сердцевина. Крупные градины диаметром 1,2…12,5 см представляют собой более сложные структуры. Обычно они со-

стоят из чередующихся слоев твердого и мягкого льда.

Как правило, град выпадает из мощных кучево-дождевых облаков при грозе и ливне. Частота выпадения града различна: в умеренных широтах он случается 10…15 раз в год, у экватора на суше, где более мощные восходящие потоки, - 80…160 раз в год.

Выпадение града приводит к серьезным разрушениям, а в некоторых случаях - к человеческим жертвам. Опасность интенсивных градобитий определяется диаметром (массой) градин и размерами поражаемой площади - так называемых градовых дорожек . Диаметр градин увеличивается вместе со скоростью и высотой поднятия грозовых облаков.

3.4. ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА

Экстремальные температуры воздуха устанавливаются при необычайно продолжительном сохранении ясной антициклонической погоды, а в поясе умеренного климата и в субтропиках также при вторжении масс холодного воздуха из более высоких широт. Все эти события отражают те или иные отклонения интенсивности атмосферной циркуляции от нормы. В их повторяемости проявляется 11-летняя и иная климатическая ритмичность.

Экстремальная жара в любом климатическом поясе устанавливается при летнем антициклоне, необычном по местоположению или продолжительности. Она ведет к иссушению, росту пожароопасности в лесах, степях, на торфяниках, к обмелению судоходных рек на территориях протяженностью более сотни километров и на период от одной до нескольких недель.

Экстремальные морозы в умеренном поясе также устанавливаются при антициклонической погоде, причем температура на возвышенных и котловинных участках может различаться. Морозы парализуют жизнь городов, губительно воздействуют на посевы, увеличивают вероятность технических аварий (при температуре ниже –30 °С увеличивается ломкость деталей машин). В мире среднегодовой ущерб морозов и снегопадов занимает пятое место после ущерба от ураганов, наводнений, землетрясений и засух.

В качестве индикаторов изменчивости экстремальных явлений на территории России использовалось суммарное за зимний или летний период число случаев (дней), когда суточная температура воздуха или сумма атмосферных осадков превышали критическое значение.

Зимой число дней с максимальной температурой, превышающей предельные значения, увеличивается на большей части Европейской территории России (кроме южных и юго-восточных районов) и в Западной Сибири (рис.1). На востоке страны, исключая тихоокеанское побережье Чукотки и Камчатки, также отмечается рост экстремальности в режиме зимней максимальной суточной температуры воздуха.

В зимний период на большинстве исследуемых станций выявлена тенденция уменьшения экстремальности в режиме минимальных температур за период с 1961 по 1998гг. Причем максимальные (по абсолютной величине) значения коэффициентов линейного тренда получены на юге страны и на востоке Якутии.

Рис. 1. Коэффициент линейного тренда (дни/10лет) в рядах числа дней с аномально высокой температурой воздуха в зимний период (декабрь-февраль). 1961-1998 гг.

По данным за период 1966-1998 гг. рост экстремальности зимних атмосферных осадков обнаружен на станциях Европейской территории России севернее 55° с.ш. и в центре Сибири. Увеличение числа дней с экстремальными зимними атмосферными осадками наблюдается также на станциях Чукотки. При рассмотрении экстремальности в температурном режиме летнего сезона обнаружено, что на станциях восточной части Европейской территории России, в центре Сибири, в Якутии и на востоке страны увеличивается число дней, когда максимальная температура превышает предельное значение. В то же время на большинстве станций России получены отрицательные значения коэффициента линейного тренда в рядах числа случаев предельно низких минимальных температур. Только на нескольких станциях на северо-востоке страны обнаружена тенденция усиления экстремальности, связанной с очень низкими температурами воздуха. На ряде станций в южных районах страны выявлены тенденции уменьшения экстремальности, связанной и с максимальной и с минимальной температурами.

На территории России преобладает рост числа дней с экстремальными летними атмосферными осадками (Рис.2). Только на некоторых станциях в центре Сибири, в Магаданской области и в Приморском крае получены отрицательные значения коэффициентов линейного тренда.

Рис. 2. Коэффициент линейного тренда (дни/ 10 лет) в рядах числа дней с аномально - большими осадками летом (июнь-август). 1966-1998 г.

Оценка экстремальности температурного режима и режима осадков на территории России в 2002 году.

ЯНВАРЬ 2002 года

Всю южную половину России охватывает зона, где отмечалось более 5 дней с с экстремально высокой для этого месяца температурой воздуха. А на Европейской территории и в Центральных районах Западной и Восточной Сибири выделены, где таких дней с экстремально высокой температурой было больше 10(рисунок 3.).

Рисунок 3. Количество дней с экстремально высокой (Nmax) и экстремально низкой (Nmin) температурой воздуха в ЯНВАРЕ на территории России.

В январе число дней с осадками, превышающими значение границы 95% интервала, превысило среднее многолетнее значение более, чем на два средних квадратических отклонений на севере Волго-Вятского района. Сильные снегопады наблюдались также на юге Тюменской области и в центральных районах Якутии (рисунок 4.)

Рисунок 4. Количество дней с экстремально большими осадками (Nr) в ЯНВАРЕ 2002 г. на территории России.

ФЕВРАЛЬ 2002 года

На европейской территории России февраль также, как и предыдущий месяц характеризовался большим количеством экстремально теплых дней. И в центральных районах Западной Сибири, Красноярского края, на севере Иркутской области и Забайкалья выделяется область, где более 10 дней отьечались экстремально высокие для февраля значения температуры воздуха (рисунок 5.).

Рисунок 5. Количество дней с экстремально высокой (Nmax) и экстремально низкой (Nmin) температурой воздуха в ФЕВРАЛЕ на территории России.

В феврале поле прстранственного распределения числа случаев с экстремальными осадками очень близко январскому (рисунок 6.).

Рисунок 6. Количество дней с экстремально большими осадками (Nr) в ФЕВРАЛЕ 2002 г. на территории России.

МАРТ 2002 года

Несмотря на то, что март был теплым практически на всей территории России дней с экстремально высокой температурой зарегистрировано не много (рисунок 7.).

Рисунок 7. Количество дней с экстремально высокой (Nmax) и экстремально низкой (Nmin) температурой воздуха в МАРТЕ на территории России.

В поле экстремальных осадков выделяется обширная зона, которая охватила Урал, практически всю Западную Сибирь, центральные и южные районы Красноярского края. И на востоке страны - в Магаденской области и на Чукотке число дней с экстремально большими осадками превысило среднее многолетнее значение более, чем на среднее квадратическое отклонение (рисунок 8.).