Климатические условия и гидрография Канадского Арктического архипелага
Основными факторами, создающими климат, служат радиационный баланс подстилающей поверхности и циркуляция атмосферы, то показатели их взаимодействия должны дать те критерии, руководствуясь которыми было бы можно наметить границы зон. Таких показателей имеется, однако, мало, и при определении границ климатических зон во многом приходится пользоваться косвенными признаками. Наиболее яркими показателями взаимодействия подстилающей поверхности и циркуляции атмосферы являются температура воздуха и осадки. Эти косвенные критерии и легли в основу при определении границ.
Характер взаимодействия главных климатообразующих факторов, таким образом, определяет собою содержание климатических зон. Внутри климатических зон можно выделить, в зависимости от степени влияния суши или океана, климатические области.
Канадский арктический архипелаг относиться к арктической климатической зоне, её канадской подобласти.
В арктической зоне астрономические условия являются ведущим климатообразующим фактором, чем определяется основная роль подстилающей поверхности в формировании климата этой зоны.
Циркуляционные процессы, механизм которых здесь еще недостаточно изучен, хотя и имеют подчиненное значение, оказывают также заметное влияние на формирование климата.
Водная поверхность арктической зоны скована льдом большую часть года. Чем тоньше ледяной покров, тем больше отдает водная масса тепла воздуху. С ростом ледяной брони отдача тепла воздуху уменьшается, и уже в середине зимы приток тепла сквозь лед лишь в очень слабой степени возмещает расход тепла на излучение.
Радиационное выхолаживание подстилающей поверхности в арктической зоне вызывает образование инверсий и изотермии, а приток теплых масс в верхних слоях лишь усиливает их. В то же время нисходящее движение ограничивает турбулентное перемешивание приземного слоя, препятствуя тем самым распространению холода снизу.
Это смягчающее влияние притока и оседания теплого воздуха отчетливо видно при сравнении наземных изотерм со средней температурой 5-километрового слоя. Согласно X. П. Погосяну, наиболее низкая изотерма 5-километрового слоя в Арктике в январе равна —33° и не намного разнится от приземных температур Канадского архипелага.
Циклоническая деятельность, активно протекающая на севере Атлантического и Тихого океанов, распространяется на всю зону. Циклоническая деятельность является механизмом, с помощью которого происходит интенсивный вынос арктических масс к югу, не давая им тем самым подолгу застаиваться в Арктике. Однако климатическое значение циклонической деятельности в Арктике не сводится лишь к роли механизма, посредством которого осуществляется меридиональный обмен воздушных масс.
Циклоническая деятельность в арктической зоне снижает в значительной степени влияние астрономических климатоформирующих факторов. При этом основное значение имеют облачность, связанная с фронтами, и усиление ветра. При увеличении облачности поднимается температура, так как уменьшается эффективное излучение. Наблюдения на Айсмитте в Гренландии показали, что в летнее время в ясные дни температура воздуха в среднем на 8° ниже, чем в пасмурные. Увеличение скорости ветра влечет за собою разрушение инверсии и приток тепла сверху.
Наблюдения над температурой воздуха, произведенные с ноября по март во время дрейфа «Фрама», обнаружили, что при скорости ветра менее 4,5 м/сек температура была в среднем на 5° ниже, нежели при скоростях, превышающих 4,5 м/сек. Отмечено также, что усилению скорости ветра до 10 м/сек и более соответствует подъем температуры в среднем на 12°. Заимствованные у А. И. Воейкова данные изменчивости температуры от одного дня к другому под 75° с. ш. в Канадском архипелаге могут также служить хорошей иллюстрацией относительно отсутствия однообразных процессов.
Сильные ветры, достигающие иной раз силы урагана, не являются исключением.
В зимнее время бури в Арктике неизбежно сопровождаются метелями. При этом совсем не ладо, чтобы шел снег, — ветер взметает лежалый снег с земли и при достаточной силе ветра уже вскоре после начала этого процесса воздух оказывается заполненным густыми массами несущегося снега. Небо при метели бывает иногда совершенно безоблачным; когда же оно покрывается облаками, то сплошь и рядом невозможно определить — выпадает ли несущийся в воздухе снег из облаков или он поднят с земли или, наконец, в метели участвуют оба вида снега.
Вследствие сильного трения частиц снега во время метели, последний необычайно измельчается и становится способным проникать в самые маленькие отверстия. Так называемый «поземок», когда снег метет только у самой поверхности земли и еще не достигает уровня глаз человека, начинается обычно при скорости ветра в 5—8 м/сек, в зависимости от характера снежного покрова. Настоящая метель, затрудняющая пребывание человека на воздухе, начинается при скорости ветра около 14 м/сек. При еще более сильном ветре (16—20 м/сек) массы несущегося в воздухе снега становятся настолько густыми, что предметы скрываются из виду уже в нескольких метрах.
Бывают и продолжительные периоды затишья. Однако по повторяемости штилей еще нельзя судить о безветренной погоде на большом пространстве, потому что большей частью поселения или зимовки устраиваются в защищенных местах. Штилевая погода приносит наиболее суровые и продолжительные холода. Но эти суровые холода переносятся при отсутствии ветра гораздо легче, нежели более высокие температуры при сильном ветре.
В периоды суровых холодов подинверсионная конденсация влаги сопровождается возникновением весьма тонких туманов, получивших в английской литературе наименование mist (дымка). Этими туманами обусловлена часто наблюдаемая плохая видимость. Во многих описаниях путешествий в полярные районы рассказывается, что звезды здесь не так ярко блестят, как в ясную зимнюю ночь в более умеренных широтах.
Осадков в арктической зоне выпадает весьма мало: 15—20 мм за период декабрь—февраль. Необходимо при этом учесть, что измерение сумм осадков в Арктике сопряжено с большими трудностями, так как снег мелкий и сухой и при силе ветра в 4—5 м/сек легко переносится с места на место. Поэтому нелегко определить, нанесен ли снег в измеритель или выдут из него.
В Арктике, кроме того, часто наблюдаются так называемые антициклональные осадки. При температурах ниже -30° содержащаяся в воздухе влага сублимируется, в результате чего возникают ледяные кристаллы, или так называемая алмазная пыль, имеющая характерный блеск в лучах солнца. Этот процесс протекает преимущественно в приземных слоях воздуха. Часто в воздухе при совершенно ясном небе можно наблюдать ледяные иглы. Известное значение имеют и нарастающие осадки, как то: иней и изморозь. Но какова степень участия этих осадков в формировании снежного покрова, пока трудно сказать.
Одним из важных элементов климата арктической зоны является освещенность. В этом отношении необходимо заметить, что полярная ночь не так темпа и поэтому не столь тягостно переносится, как часто представляют себе жители южных широт. До наиболее высоких широт в Северной Америке всегда в полдень бывают сумерки, которые продолжаются несколько часов. Но даже ко дню зимнего солнцестояния, когда сумерки исчезают полностью, полярная ночь все же не становится намного темнее. Под действием света лупы и звезд снежный ландшафт приобретает своеобразную красоту. Вдобавок, северное сияние, могущее продолжаться в середине зимы подряд 15 часов, придает полярной ночи особенную прелесть.
Весной с возрастанием высоты солнца начинается таяние снега и льда, хотя температура воздуха держится еще гораздо ниже 0°. На крутых склонах скал, обращенных к югу, таяние снега отмечается при температурах —15°—20°. Загрязненная поверхность благоприятствует более интенсивному таянию снега и льда. Наиболее быстрое таяние льда начинается тогда, когда ледяной покров, сильно разрыхленный солнцем, распадается на отдельные части.
Под влиянием притока солнечного тепла снежный покров оттаивает сверху и его отражательная способность понижается (альбедо тающего, пропитанного водой снега составляет около 50%). После захода солнца оттаявший за день слой снега замерзает вновь. Борьба факторов — притока солнечного тепла днем и излучения подстилающей поверхности ночью — сопровождается ростом суточной амплитуды температуры воздуха.
Как видно, нарастание суточных колебаний температуры продолжается до середины весны. Далее к разгару лета суточная амплитуда уменьшается, так как стираются различия в притоке инсоляции между полднем и полуночью. Наименьшие колебания температуры воздуха имеют место осенью, что стоит, вероятно, в связи с выделением теплоты при образовании льда. Обращает на себя внимание тот факт, что суточный ход температуры, казалось бы долженствующий отсутствовать, выражен довольно отчетливо в полярную ночь и полярный день.
Летний тепловой баланс подстилающей поверхности арктической зоны резко отличается от зимнего. С появлением солнца над горизонтом в балансе тепла начинает принимать участие солнечная радиация, практически отсутствовавшая зимой. Возрастающая продолжительность дня все более и более сокращает период радиационного выхолаживания, сводя его на нет к дню летнего солнцестояния. Кроме того, приток солнечной радиации в ясную погоду летом в высоких широтах является наибольшим, чем где-либо на земном шаре. Непрерывный приток солнечного тепла летом приводит к тому, что средняя температура 5-километрового слоя в наиболее холодной части Арктики выше, чем зимой, на 24°С.
Как и зимой, подстилающая поверхность выхолаживает нижние слон атмосферы, что ведет к образованию инверсии. Однако образование летней инверсии существенно отличается от зимней. Если зимой нижние слои тропосферы отдавали тепло подстилающей поверхности на покрытие потери тепла путем излучения, то летом расход тепла, который несут нижние слои тропосферы, идет целиком на таяние льда (при таянии каждого грамма льда поглощается, как известно, около 80 калорий).
На побережье и островах после схода снега инверсии не возникает, так как оттаявшая на некоторую глубину почва становится теплее воздуха. Прогрев слоя воздуха, хотя и малой мощности, обеспечивает развитие ряда цветковых растений.
Конденсация водяного пара в подинверсионном слое приводит к образованию низкого облачного покрова. Так, повторяемость низких облаков в летнее время, по наблюдениям экспедиции «Мод», во внутренней части Арктики составляет 87%.
Увеличение к середине лета ясной погоды, малая повторяемость туманов, что должно было бы иметь место при выносе прогретого воздуха с континента, указывают на слабо выраженную циклоническую деятельность. Это подтверждается в известной мере и постоянством летних температур.
После летнего солнцестояния приток инсоляции уменьшается. Период непрерывного дневного освещения постепенно сокращается и оканчивается на широте 75° в начале августа. С конца сентября полярные сумерки распространяются к югу, достигая 75-й параллели в начале ноября.
Усиливается потеря тепла излучением, и уже в октябре замерзают небольшие озера, а к концу месяца прибрежный лед становится настолько толст, что по нему можно ездить на санях.
Осенью циклоническая деятельность наиболее выражена. Равноденственные штормы покрывают земную поверхность снегом, который остается лежать до следующего лета.
Канадская область арктической климатической зоны включает Канадский архипелаг и район Гудзонова залива, где летом имеет место наиболее интенсивный вынос арктического воздуха на юг. Морской характер климата явственно выражен на архипелаге, что можно видеть по годовому ходу температуры в Форт-Россе, расположенном во внутренней части Канадского архипелага.
В океане имеется некоторый приток тепла снизу, вследствие чего зимние температуры континентальных станций ниже островных. Например, средние температуры января для Даусона, Гуд-Хоупа и Честерфилд-Инлета, лежащих южнее полярного круга, на несколько градусов ниже, чем для Дундас-Харбора, расположенного под 75° с. ш.
Еще более заметно умеряющее влияние океана на распределении абсолютных минимумов. На острове Хольман в заливе Амундсена ежегодно могут быть морозы -38°С, а наиболее низкая температура воздуха отмечена - 43°С. Но уже в Коппермайне, расположенном восточное и южнее острова Хольман, зимы холоднее: средний из годовых минимумов -44°. Кембридж-Бей, являющийся, по средним данным, наиболее холодным местом арктической части Канады, имеет средний из годовых минимумов -48°, а абсолютный минимум -53°.
К концу зимы с ростом толщины льда и с увеличением мощности снежного покрова приток тепла снизу уменьшается. Поэтому наиболее низкие температуры наступают перед появлением солнца (в конце полярной ночи), что бывает в конце февраля или начале марта. В среднем выводе февраль является наиболее холодным месяцем, а март холоднее декабря.
Начало весны отмечается скорее увеличением дневного освещения и суточной амплитуды температуры, нежели общим подъемом температуры. День за днем сияет солнце на безоблачном небе и так припекает, что можно работать без перчаток и головного убора. Позже усиливается циклоническая деятельность, что ведет к увеличению облачности и частым снегопадам. Под действием солнца снег становится настолько мягким.
Положительные температуры являются редкостью в апреле, а в мае термометр может показывать -30°.
На островах снежный покров удерживается до июня, а местами и до июля. Снег исчезает на 3—4 месяца в зависимости от широты и защищенности от солнечных лучей. Верхний слой почвы оттаивает на несколько сантиметров и становится топким. Долины и низменности, имеющие почву, покрываются травой, среди которой везде видны мелкие млекопитающие. В середине июня зацветают растения. В это же время появляются москиты — этот бич Арктики.
В океане толщина льда не уменьшается до июня, и лишь в начале августа открывается навигация. Непосредственно у побережья водная поверхность освобождается ото льда в среднем только на шесть недель, давая возможность судам пройти вдоль узкого прохода. В некоторые же годы лед не ломается, делая тем самым навигацию невозможной.
Лето весьма короткое. Безморозный период длится всего около двух месяцев на юге, а на севере Баффиновой, Земли сокращается до месяца. В июле, наиболее теплом месяце, температура воздуха колеблется от 2° в утренние часы до 10° в послеполуденное время, но ночью может упасть ниже точки замерзания. Все же этого лета достаточно, чтобы тундра не только покрылась яркими цветами, но и созрели ягоды.
Из-за низкой температуры водной поверхности летняя погода весьма изменчива. Теплые и ясные дни с температурами выше 15° при ветрах с континента сменяются пасмурной и влажной погодой с температурами около 0° при ветрах с покрытого льдом моря. Небо в такие дни покрыто тонким покровом слоистых облаков, сквозь который виден солнечный диск. В продолжение всех 24 часов преобладает серый однотонный свет без теней и контрастов.
Резкие колебания температуры связаны с циклонической деятельностью. В июле в Форт-Россе отмечена температура —12С°, а абсолютный максимум в Лейк-Харборе превысил +25С°.
Чаще всего туманы возникают в июле и августе, когда в некоторых районах отмечается в среднем около 10 дней в месяц. Середина лета — наименее штормовая часть года.
Осень начинается в сентябре, когда отмечается первый снег. Водная поверхность умеренно воздействует на падение температуры. Октябрь в среднем на 5—10° теплее апреля.
Напрямую с климатическими условиями территории связаны особенности водного режима рек, несмотря на то, что характер речной сети и строение речных бассейнов формируются главным образов под влиянием рельефа.
Гидрографическая сеть Канадского Арктического архипелага очень молода, т.к. территория сравнительно недавно освободилась от четвертичного оледенения. Для неё характерно наличие большого количества небольших рек и озёр с котловинами ледникового типа образования.
Реки архипелага относятся к бассейну Северного Ледовитого океана, и по условиям питания и водного режима относятся к арктическому типу, для которого характерно ледниковое и снеговое питание и сток исключительно летом.
Как говорилось выше, для Канадского Арктического архипелага характерна очень суровая и длинная зима (продолжительностью до 10 месяцев) в течение которой выпадает очень мало осадков (до 300 мм), что обуславливает преимущественно снеговое питание рек во все сезоны года. В течение зимы сток практически прекращается. Наибольшие расходы наблюдаются во время таяния снега. Причём наиболее бурное половодье сдвинуто здесь на июнь – июль. В конце лета и осенью расходы воды опять снижаются и становятся небольшими. Ледостав на реках архипелага продолжается 8 – 10 месяцев в году. На всех островах за исключением острова Баффинова Земля реки замерзают уже к 15 сентября, на Баффиновой Земле это происходит с 1 по 15 октября. Вскрытие рек происходит не раньше 15 июня. Годовой сток составляет на всей территории около 200мм в год, и только на Баффиновой Земле эти отметки возрастают до значений в 500мм.
На территории Канадского Арктического архипелага расположено огромное количество озёр ледниково-эрозионного типа. Они образовались во время четвертичных оледенений. Эти озёра, как правило, глубоки и по составу водной массы олиготрофны, т.е. бедны солями, планктоном, донной фауной и рыбой. Это объясняется их геологической молодостью и тем, что воды, питающие их, стекают с ледников и поверхности кристаллических пород и почти не несут взвешенных частиц.
Вода этих озёр отличается необычной чистотой, имеет синий или зеленовато-синий цвет и относительно низкую температуру.
На реках и озёрах Канадского арктического архипелага нет гидрологических постов, и данные о режимах рек северного ледовитого океана можно получить только при использовании аэро- и космосъёмки.