Введение к работе
Актуальность исследования
Наиболее часто повторяющимся опасным явлением погоды на терри- тории Сахалина, особенно в холодное полугодие (октябрь-март), являются сильные ветры (15 м/с). На усиление ветра оказывает влияние конфигурация береговой черты, неоднородность рельефа, активность атмосферной циркуляции, большой вклад вносят также мезомасштабные движения в нижнем слое атмосферы.
Сильные ветры наносят большой ущерб народному хозяйству. Исследование режима сильных ветров и их прогноз, являющиеся наиболее важными задачами гидрометеорологического обеспечения различных отраслей — строительства, энергетики, авиации, автомобильного и железнодорожного транспорта, жизнеобеспечения населения и др., требуют комплексного изучения метеорологических и синоптических факторов, обусловливающих возможность возникновения штормоопасных ситуаций.
Повторяемость сильных ветров на Сахалине в отдельные месяцы холодного полугодия достигает 20-40%. Нередко сильные ветры сопровождаются низкими отрицательными температурами воздуха (до -15 С и ниже), что затрудняет проведение производственных работ на открытом воздухе и вносит негативные коррективы в плановые мероприятия. Сильный ветер является исключительно важным фактором, определяющим работу морских портов.
Значительное отложение мокрого снега, в сочетании с ураганными продолжительными ветрами, приводит к массовым повреждениям линий электропередачи и линий связи. Очень часто сильные ветры вызывают сход снежных лавин, парализующих движение транспорта и создающих угрозу жизни людей.
Углубляющийся энергетический кризис, быстрое истощение запасов топлива, постоянное возрастание иен на него, увеличение потребления энергии, глобальное загрязнение окружающей среды требует при&течения дополнительных (альтернативных) энергоресурсов, в том числе и ветровых.
Поэтому исследование процессов формирования режима ветра, дли его учета при решении прикладных задач.и, в частности, для обоснования рззвя-
тия ветроэнергетики, является одним из актуальных и перспективных направлений научной деятельности. Неудовлетворительное состояние отечественной ветроэнергетики объясняется рядом причин, среди которых немаловажное значение имеет слабая изученность закономерностей формирования ветрового режима и ветроэнергопотенциала. Это, в первую очередь, относится к Сахалину.
В обшей системе гидрометеорологического обслуживания, помимо регулярного обеспечения краткосрочными и долгосрочными прогнозами погоды многих отраслей народного хозяйства, большое значение придается ре-жимно-справочным материалам, без которых на современном этапе не производится ни одно проектирование строительства промышленных объектов, производственных и жилых зданий. Тем более, если такое строительство осуществляется в условиях острова с его суровым ветровым и температурным режимом.
Возникновение сильных ветров, частые и продолжительные штормы над Сахалином в холодное полугодие обусловлены, в основном, выходом глубоких циклонов на Охотское и Японское моря, когда над Сахалинской областью устанавливаются длительные периоды штормовой погоды. Скорости ветра в это время могут достигать ураганной силы (230 м/с).
Ярким примером тому служит смещение 24-25 ноября 1989 г. на территорию Сахалина циклона из северо-восточных районов Китая, объединившегося с циклоном, находящимся над Южными Курилами. Количество, выпавшего в течение 2.5 суток, снега в полтора-два раза превысило месячную норму. На юге острова ветер усилился до 25-35 м/с и продолжался в течение суток. Отложение мокрого снега, на фоне ураганных продолжительных восточных ветров, привело к значительным повреждениям линий электропередачи.
В зоне активного воздействия циклона оказалось 525 тыс. человек, или 80% населения области. Стихией было выведено из строя 80% магистральных высоковольтных линий электропередачи, значительная часть низковольтных сетей, линий связи, отдельные участки автомобильных и железной дорог. Полностью без электроэнерпш остались 9 городов Южного Сахалина. Пре-
кратили добычу угля 5 шахт. В результате создалась критическая ситуация в жизнеобеспечении населения, экономика области была парализована.
Имеющиеся исследования ветрового режима над Сахалином посвяше-ны в основном синоптическим и климатическим обобщениям с представлением набора традиционных показателей по отдельным станциям, которые.лишь в общем освещают своебразие и сложность погодно-климатических условий острова. Большинство сведений о режиме штормовой деятельности на Сахалине находится в разрозненных источниках и уже не отвечает современным требованиям, предъявляемым к подобного рода информации.
За последнее время выполнено немало исследований по разработке и усовершенствованию способов прогноза сильных ветров, проверке успешности применения их в различных районах. К сожалению, использование этих методов на Сахалине, отличающемся своеобразными, сложными физико-географическими особенностями и расположенном в области восточно-азиатского муссона, не представляется возможным.
Сложная структура ветрового поля над Сахалином создает большие трудности при его прогнозировании и требует детального учета особенностей усиления ветра и факторов, обусловливающих это усиление, включая состоя* ние нижнего слоя тропосферы.
Цель работы
Целью работы явилась выработка научно-пракпгческих положений, направленных на решение проблемы гидрометеорологического обеспечения отраслей экономики Сахалина на основе детального изучения режимных показателей сильных и ураганных ветров, штормовой деятельности в холодное полугодие, аэросиноптических условий формирования этих опасных явлений погоды и разработки методики синоптико-статистического краткосрочного прогноза скорости и направления сильного ветра.
Задачами исследования в соответствии с поставленной целью являются:
- оценить (при необходимости устранить) влияние смены приборов и изменения дискретности измерений на ряды наблюдений за сильным ветром
и результаты их обработки; обосновать оптимальный период наблюдений для статистических расчетов;
выявить закономерности пространственно-временной изменчивости режима сильных, ураганных и максимальных ветров и штормов с различными типами изменения направления ветра во время шторма и дать их физико-географический анализ;
на основе учета периодов с увеличенной и уменьшенной штормовой деятельностью определить расчетную максимальную скорость ветра редкой повторяемости и подобрать аппроксимирующую функцию распределения годовых максимальных скоростей ветра малой повторяемости;
- проанализировать особенности многолетнего хода максимальной
скорости ветра;
произвести районирование рассматриваемой территории по климатическим показателям, наиболее полно характеризующим режим сильных ветров и штормов с привлечением различных критериев;
изучить циркуляционные условия формирования сильных ветров и штормов и их связь с основными формами атмосферной циркуляции;
произвести картирование Сахалина по режиму сильных ветров в зависимости от траектории циклонов, и выявить характерные штормоопасные синоптические процессы в каждом месяце холодного полугодия;
исследовать метеорологические условия возникновения сильных ветров и дать анализ характера изменения скорости и направления ветра в нижнем 3 -километровом слое атмосферы для целей прогнозирования сильного ветра у поверхности земли;
для сильного ветра в зависимости от его направления рассчитать переходные коэффициенты от скорости геосгрофического ветра;
выявить информативные предикторы для построения уравнений регрессии, позволяющих после отнесения синоптической ситуации к штормо-
. опасной, рассчитать скорость сильного ветра с суточной заблаговременно-стью;
- выработать рекомендации для потребителей гидрометеорологической
информации по оптимальному использованию полученных выводов и практи
ческих положений.
Научная новизна работы
-
Изучены и обобщены все сведения о сильных и ураганных ветрах в холодное полугодие на основе данных восьмисрочных наблюдений, для чего выявлены закономерности пространственно-временной изменчивости различных характеристик направления, скорости, продолжительности сильного ветра, числа дней с сильным и максимальным ветром, изменения направления ветра во время шторма.
-
Рассчитан результирующий сильный ветер для ряда пунктов, равномерно расположенных на территории острова, за каждый из шести месяцев холодного полугодия.
-
Изучены долгопериодные изменения максимальной скорости ветра, позволяющие отнести изучаемое двадцатилетие (1966-1986 гг.) холодного полугодия к зональной циркуляционной эпохе.
-
Определена расчетная максимальная скорость ветра редкой повторяемости на основе учета периодов с увеличенной и уменьшенной штормовой деятельностью и проіпседена сравнительная оценка вероятностных скоростей ветра с аналогичными характеристиками, полученными другими авторами.
-
Выполнено районирование Сахалина по режиму сильных ветров и штормов с помощью параметрических и непараметрических критериев.
-
Исследованы вертикальные особенности нижшгх слоев атмосферы при возникновении сильных ветров. Изучена связь сильного ветра с мезо-струйными течениями.
-
Выявлена связь между штормовой активностью и основными формами атмосферной циркуляции по O.K. Ильинскому.
-
Получены карты распределения продолжительности штормов для разлігчньїх траекторий "штормоопасных" циклонов с вероятностью начала и окончания шторма.
-
Произведена типизация разновидностей высотных деформационных полей в лень угрозы и на момент возникновения сильных ветров для всех шсьти месяцев холодного полугодия (октябрь-март).
10. Показана целесообразность и предложены практические приемы
использования синоптико-статистического подхода для краткосрочного про
гноза сильного ветра на основе применения корреляционного анализа.
11. Разработан синоптико-статнстический способ прогноза направления и скорости сильного ветра на Сахалине, реализация которого заключается в оценке синоптической ситуации района исследования и последующем расчете скорости и направления сильного ветра (по его меридиональной и зональной составляющим) с использованием процедуры линейного регрессионного анализа.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Закономерности пространственно-временного режима сильных ветров и штормов в холодное полугодие на Сахалине.
-
Районирование исследуемой территории по режиму сильных ветров и штормов с использованием различных критериев.
-
Особенности метеорологических условий возникновения сильных ветров по данным температурно-ветрового зондирования атмосферы.
-
Типизация траекторий штормоопасных циклонов, приземного и высотного деформационного полей, способствующих усилению ветра у земли.
-
Методика синоптико-статистического способа краткосрочного прогноза, позволяющая после отнесения синоптической ситуации к штормоопас-ной, определить скорость и направление сильного ветра с суточной заблаго-временностью..
Практическое значение
Практическая ценность работы заключается в том, что ее результаты могут бьпъ использованы при гидрометеорологическом обслуживании многих отраслей экономики Сахалина, в той или иной степени зависящих от гидрометеорологических условий.
Статистическая обработка данных по направлению и скорости сильного ветра позволила получить интересные, оригинальные показатели режима . зимнего сильного ветра, столь необходимые в строительной климатологии
Предлагаемый в настоящей работе подход к вопросу районирования территории по тем или иным метеорологическим^ показателям и разработанные алгоритмы типизации найдут применение при решении подобных задач в любом из разделов прикладной климатологии.
Апробация работы
Основные выводы работы и результаты отдельных разделов докладывались на Международной конференции "Глобальные изменения природной среды на Дальнем Востоке" в 1996 г., на научных конференциях преподавателей и студентов Дальневосточного государственного университета в 1995 и 1996 гг., в Дальневосточном научно-исследовательском гидрометеорологическом институте (1997 г.), 403 Гидрометеорологического центра Гидрофафии КТОФ(1997г.).
Результаты исследования и некоторые материалы используются при обучении студентов отделения метеорологии океанологии, гидрологии суши в дисциплинах "Синоптическая метеорология", "Региональная синоптическая метеоролгия", "Долгосрочные прогнозы погоды" в Дальневосточном государственном университете и судоводителей в Дальневосточном государственном техническом рыбохозяйственном университете в профамме спецкурса "Оперативное использование карт погоды в Судовождении" при обучении курсантов по специальности "Судовождение".
Объем и структура диссертации.
Диссертация обшим объемом 311с. состоит из введения, шести разделов, заключения, списка литературы и приложения. В основной части работа содержит 150 с. текста, 64 таблицы и 48 рисунков Список литературы включает 211 исследований российских и зарубежных авторов. Приложение занимает 23 с.
