Синоптические условия формирования сильных и штормовых ветров в Калининграде
|
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 7
ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ 7
1.1 Г =еографическое положение 7
1.2 Рельеф 7
1.3 Климат 11
1.4 Балтийское море и его климат 12
1.5 г. Калининград 13
1.6 г. Балтийск 14
ГЛАВА 2 15
ЦИРКУЛЯЦИЯ АТМОСФЕРЫ. МЕТОДЫ ПРОГНОЗА СИЛЬНОГО ВЕТРА 15
2.1 Общая циркуляция атмосферы 15
2.2 Атмосферная циркуляция внетропических широт 16
2.2.1 Типы атмосферной циркуляции 17
2.3 Ветер. Скорость и преобладающее направление ветра 19
2.3.1 Влияние на ветер особенностей рельефа 20
2.4 Максимальная и особо опасная скорость ветра 21
2.4.1 Вертикальные движения 22
2.5 Методы прогноза сильного ветра и шквалов 23
2.5.1 Прогноз скорости ветра по методу А.С. Зверева 25
2.5.2 Прогноз скорости ветра по методу О.Г. Богаткина 25
2.5.3 Прогноз скорости ветра при грозах 26
2.5.4 Прогноз ветра по данным о ветре на уровне АТ-850 27
2.5.5 Прогноз ветра в зоне фронта 27
2.5.6 Прогноз шквалов 28
2.5.7 Прогноз шквала по методу Б.Е. Пескова и А.И. Снитковского 30
2.5.8 Определение скорости порывов ветра 31
ГЛАВА 3 33
СИНОПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СИЛЬНЫХ И ШТОРМОВЫХ ВЕТРОВ В КАЛИНИНГРАДЕ 33
3.1 Исходные данные для анализа 33
3.2 Ветровой режим Калининграда 34
3.3 Синоптический анализ условий формирования сильного (штормового) ветра в г.
Калининграде за период с 1993 г по 2022 г 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 65
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 66
Диаграммы преобладающего направления для разных групп сильного ветра по каждому из месяцев холодного полугодия для г. Калининграда и г. Балтийска 66
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 73
Синоптические ситуации, способствующие усилению ветра в г. Калининграде
ГЛАВА 1 7
ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ 7
1.1 Г =еографическое положение 7
1.2 Рельеф 7
1.3 Климат 11
1.4 Балтийское море и его климат 12
1.5 г. Калининград 13
1.6 г. Балтийск 14
ГЛАВА 2 15
ЦИРКУЛЯЦИЯ АТМОСФЕРЫ. МЕТОДЫ ПРОГНОЗА СИЛЬНОГО ВЕТРА 15
2.1 Общая циркуляция атмосферы 15
2.2 Атмосферная циркуляция внетропических широт 16
2.2.1 Типы атмосферной циркуляции 17
2.3 Ветер. Скорость и преобладающее направление ветра 19
2.3.1 Влияние на ветер особенностей рельефа 20
2.4 Максимальная и особо опасная скорость ветра 21
2.4.1 Вертикальные движения 22
2.5 Методы прогноза сильного ветра и шквалов 23
2.5.1 Прогноз скорости ветра по методу А.С. Зверева 25
2.5.2 Прогноз скорости ветра по методу О.Г. Богаткина 25
2.5.3 Прогноз скорости ветра при грозах 26
2.5.4 Прогноз ветра по данным о ветре на уровне АТ-850 27
2.5.5 Прогноз ветра в зоне фронта 27
2.5.6 Прогноз шквалов 28
2.5.7 Прогноз шквала по методу Б.Е. Пескова и А.И. Снитковского 30
2.5.8 Определение скорости порывов ветра 31
ГЛАВА 3 33
СИНОПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СИЛЬНЫХ И ШТОРМОВЫХ ВЕТРОВ В КАЛИНИНГРАДЕ 33
3.1 Исходные данные для анализа 33
3.2 Ветровой режим Калининграда 34
3.3 Синоптический анализ условий формирования сильного (штормового) ветра в г.
Калининграде за период с 1993 г по 2022 г 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 65
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 66
Диаграммы преобладающего направления для разных групп сильного ветра по каждому из месяцев холодного полугодия для г. Калининграда и г. Балтийска 66
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 73
Синоптические ситуации, способствующие усилению ветра в г. Калининграде
В докладе Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), посвящённому климатическим рискам на территории Российской Федерации, говорится о растущем во всём мире ущербе от опасных погодных и климатических явлений, и о том, что 90% самых тяжелых экономических потерь приходится на опасные явления погоды. В докладе говорится и о том, что эффективные меры по сокращению ущерба от экстремальных погодных явлений зачастую требуют существенно большей заблаговременности прогноза опасных явлений.[7]
К числу таких особо опасных гидрометеорологических явлений погоды, наносящих значительный экономический ущерб, относится сильный ветер и шквалы.
Информация о сильном ветре важна для таких отраслей как сельское хозяйство, электроэнергетика, строительство, лесное хозяйство. Сильные порывы и направление ветра учитываются при метеорологическом обеспечении полётов воздушных судов, морского судоходства, железнодорожного транспорта, а также при эксплуатации высотных сооружений.
Специалисты во всём мире единодушны во мнении, что получение достоверной метеорологической информации о ветре также является основным условием улучшения качества прогнозов погоды. [12]
Актуальность исследования: заблаговременная информация о сильном ветре позволяет оперативно отслеживать развитие опасных погодных явлений в атмосфере, своевременно принимать решения, позволяющие сохранить человеческие жизни (вовремя информируя население о возможных стихийных бедствиях) и значительно снизить экономические потери, а также является основным условием улучшения качества прогнозов погоды.
Цель выпускной квалификационной работы: исследовать синоптические условия формирования сильных и штормовых ветров в Калининграде за 30-летний период: с 1993г по 2022 г. (холодное полугодие: с октября по март).
Объект исследования: синоптические условия возникновения сильного и штормового ветра в Калининграде.
Предмет исследования: сильный и штормовой ветер, шквалы, их скорость и направление.
Исходя из цели работы, сформулированы следующие задачи:
1. Ознакомиться с основными физико-географическими характеристиками региона;
2. Провести выбор пунктов метеорологических станций для проведения исследования; создать архив данных по сильным и штормовым ветрам по г. Калининграду и г. Балтийску;
3. Ознакомиться с атмосферной циркуляцией внетропических широт;
4. Рассмотреть основные методы прогноза сильного и штормового ветра, шквалов;
5. Собрать архив срочных данных по сильному и штормовому ветру в г. Калининграде за 30-летний период: с 1993 г по 2022 г (холодное время года: с октября по март) и г. Балтийску - за 10-летний период: с 2013 г по 2022 г (холодное время года: с октября по март);
6. Выделить на основании 12-бальной шкалы Бофорта группы по скоростям ветра: сильный (11-14 м/с), очень сильный (15-19 м/с) и штормовой (от 20 м/с и выше).
7. Ознакомиться с ветровым режимом Калининградского региона на примере г. Калининграда и г. Балтийска;
8. Проанализировать повторяемость случаев сильного ветра для различных групп для г. Калининграда и г. Балтийска и выявить их преобладающие направления;
9. Провести сравнительную характеристику между ветровым режимом г. Калининграда и г. Балтийска.
Для выполнения бакалаврской работы и решения этих задач использовались литературные, интернет-источники, синоптические высотные и приземные карты реанализа (модели CFSR, NOAA, DWD, UKMO), а также данные специализированных массивов климатической информации архива Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации - ФГБУ "ВНИИГМИ-МЦД" Росгидромета (г. Обнинск Калужской области). [1]
Для г. Калининграда обработка данных необходимых метеорологических параметров (скорости ветра, атмосферного давления, температуры воздуха) произведена за 30-летний период: с 1993 г по 2022 г, а по г. Балтийску - за 10-летний период: с 2013 г по 2022 г.
Структура работы. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений 1 и 2.
В главе 1 рассматривается общая физико-географическая характеристика и климатические условия Калининградской области, отдельно даётся краткая характеристика Балтийского моря и его климата.
Глава 2 посвящена атмосферной циркуляции внетропических широт, даются основные характеристики ветра. Рассмотрены основные факторы, оказывающие влияние на ветер и методы прогноза сильного ветра и шквалов.
Глава 3 посвящена синоптическому анализу условий возникновения сильных и штормовых ветров в Калининграде; Рассматривается ветровой режим г. Калининграда и г. Балтийска; Даётся обзор как характерных, так и нетипичных синоптических ситуаций, приводящих к сильным и штормовым ветрам в Калининграде.
К числу таких особо опасных гидрометеорологических явлений погоды, наносящих значительный экономический ущерб, относится сильный ветер и шквалы.
Информация о сильном ветре важна для таких отраслей как сельское хозяйство, электроэнергетика, строительство, лесное хозяйство. Сильные порывы и направление ветра учитываются при метеорологическом обеспечении полётов воздушных судов, морского судоходства, железнодорожного транспорта, а также при эксплуатации высотных сооружений.
Специалисты во всём мире единодушны во мнении, что получение достоверной метеорологической информации о ветре также является основным условием улучшения качества прогнозов погоды. [12]
Актуальность исследования: заблаговременная информация о сильном ветре позволяет оперативно отслеживать развитие опасных погодных явлений в атмосфере, своевременно принимать решения, позволяющие сохранить человеческие жизни (вовремя информируя население о возможных стихийных бедствиях) и значительно снизить экономические потери, а также является основным условием улучшения качества прогнозов погоды.
Цель выпускной квалификационной работы: исследовать синоптические условия формирования сильных и штормовых ветров в Калининграде за 30-летний период: с 1993г по 2022 г. (холодное полугодие: с октября по март).
Объект исследования: синоптические условия возникновения сильного и штормового ветра в Калининграде.
Предмет исследования: сильный и штормовой ветер, шквалы, их скорость и направление.
Исходя из цели работы, сформулированы следующие задачи:
1. Ознакомиться с основными физико-географическими характеристиками региона;
2. Провести выбор пунктов метеорологических станций для проведения исследования; создать архив данных по сильным и штормовым ветрам по г. Калининграду и г. Балтийску;
3. Ознакомиться с атмосферной циркуляцией внетропических широт;
4. Рассмотреть основные методы прогноза сильного и штормового ветра, шквалов;
5. Собрать архив срочных данных по сильному и штормовому ветру в г. Калининграде за 30-летний период: с 1993 г по 2022 г (холодное время года: с октября по март) и г. Балтийску - за 10-летний период: с 2013 г по 2022 г (холодное время года: с октября по март);
6. Выделить на основании 12-бальной шкалы Бофорта группы по скоростям ветра: сильный (11-14 м/с), очень сильный (15-19 м/с) и штормовой (от 20 м/с и выше).
7. Ознакомиться с ветровым режимом Калининградского региона на примере г. Калининграда и г. Балтийска;
8. Проанализировать повторяемость случаев сильного ветра для различных групп для г. Калининграда и г. Балтийска и выявить их преобладающие направления;
9. Провести сравнительную характеристику между ветровым режимом г. Калининграда и г. Балтийска.
Для выполнения бакалаврской работы и решения этих задач использовались литературные, интернет-источники, синоптические высотные и приземные карты реанализа (модели CFSR, NOAA, DWD, UKMO), а также данные специализированных массивов климатической информации архива Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации - ФГБУ "ВНИИГМИ-МЦД" Росгидромета (г. Обнинск Калужской области). [1]
Для г. Калининграда обработка данных необходимых метеорологических параметров (скорости ветра, атмосферного давления, температуры воздуха) произведена за 30-летний период: с 1993 г по 2022 г, а по г. Балтийску - за 10-летний период: с 2013 г по 2022 г.
Структура работы. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений 1 и 2.
В главе 1 рассматривается общая физико-географическая характеристика и климатические условия Калининградской области, отдельно даётся краткая характеристика Балтийского моря и его климата.
Глава 2 посвящена атмосферной циркуляции внетропических широт, даются основные характеристики ветра. Рассмотрены основные факторы, оказывающие влияние на ветер и методы прогноза сильного ветра и шквалов.
Глава 3 посвящена синоптическому анализу условий возникновения сильных и штормовых ветров в Калининграде; Рассматривается ветровой режим г. Калининграда и г. Балтийска; Даётся обзор как характерных, так и нетипичных синоптических ситуаций, приводящих к сильным и штормовым ветрам в Калининграде.
В современных условиях научно-технического прогресса контроль природной среды является одной из самых актуальных проблем современности. За последние несколько десятилетий в результате антропогенной деятельности человека произошло опасное для нашей планеты загрязнение атмосферы и Мирового океана. Для дальнейшего сохранения окружающей природной среды от чрезмерного воздействия экологических нагрузок, требуется заблаговременный прогноз состояния погоды, в том числе и своевременная информация о ветре. Заблаговременная информация о сильном ветре позволяет оперативно отслеживать возникновение и развитие опасных погодных явлений в атмосфере, своевременно принимать необходимые решения, позволяющие сохранить человеческие жизни (вовремя информируя население о возможных стихийных бедствиях), минимизировать возможный ущерб и значительно сократить экономические потери.
В обзоре Национальной академии наук США, посвященном деятельности Метеорологической службы, говорится о том, что специалисты единодушны во мнении, что получение своевременной и достоверной метеорологической информации о ветре является основным условием улучшения качества прогнозов погоды [12].
Решение таких задач в настоящее время стало возможным благодаря стремительному развитию космической науки и техники и, в особенности, лидарных систем. На сегодняшний день лидар является единственным перспективным инструментом, который может обеспечить специалистов достаточно точной и оперативной информацией о ветре в глобальных масштабах.
Используя эффект Доплера, лидарная аппаратура позволяет с поверхности Земли до высоты в 15 километров измерять скорость и направление ветра, распределение влажности в тропосфере и нижней атмосфере, а температуру воздуха до высоты в 100 километров.[11]
Кроме того, лидарные системы обладают высокой скоростью и точностью сбора данных информации, позволяют получать высокое разрешение изображений (при отсутствии геометрических искажений), не зависят от интенсивности света в окружающей среде и, поэтому, могут использоваться как в дневное, так и в ночное время суток. Полученные данные с лидаров также могут быть объединены с материалами, собранными другими способами.
В выпускной квалификационной работе на основе полученной теории, изученных методик и имеющихся архивных данных, все поставленные в работе задачи, в основном, были решены:
> Собран архив срочных данных по сильному и штормовому ветру в г. Калининграде за 30-летний период: с 1993 г по 2022 г (холодное время года: с октября по март) и г. Балтийску - за 10-летний период: с 2013 г по 2022 г (холодное время года: с октября по март);
> На основании 12-бальной шкалы Бофорта выделены группы по скоростям ветра. Проанализирована повторяемость направлений ветра выделенных групп и выявлены их преобладающие направления;
> Исследован ветровой режим Калининградского региона на примере г. Калининграда и г. Балтийска;
> Проведена сравнительная характеристика между ветровым режимом г. Калининграда и г. Балтийска;
> При помощи синоптических карт приземного анализа и высотных карт барической топографии рассмотрены и проанализированы условия возникновения сильных и штормовых ветров. Составлены обзоры синоптических процессов, приводящих к сильным и штормовым ветрам в г. Калининграде и г. Балтийске.
Выводы: Анализ, проведенный в бакалаврской работе, показал, что ветровой режим в холодное время года на территории Калининграда достаточно устойчив. В это время года сильный ветер у морского побережья наблюдается в основном западной четверти горизонта, его повторяемость по данным метеорологической станции г. Балтийска составляет 65%, а при приближении к г. Калининграду увеличивается до 73% (по данным метеорологической станции г. Калининграда).
Усилению ветра в Калининграде в значительной мере способствует западный перенос и влияние воздушных масс, которые образуются над Атлантическим океаном и континентом Евразия, а также близкое расположение к побережью Балтийского моря.
В холодное время года, к востоку от Калининграда, над континентом Евразия, располагаются области повышенного давления, в которых происходит образование антициклонов. А над Атлантическим океаном, в районе Гренландии и Исландии, находится обширная область пониженного давления, так называемая исландская депрессия, способствующая активному развитию циклонической деятельности.
В результате этого активность атмосферной циркуляции увеличивается и происходит вынос относительно тёплых и влажных воздушных масс, в основном с юго-запада и северо-запада Атлантики. Наиболее часто наблюдается вхождение воздушных масс с западными и северо-западными траекториями, которые вместе с холодным морским воздухом приносят с собой на территорию Калининградского региона похолодание и ненастную погоду с ливневыми дождями, грозами, с сильными и порывистыми ветрами.
В обзоре Национальной академии наук США, посвященном деятельности Метеорологической службы, говорится о том, что специалисты единодушны во мнении, что получение своевременной и достоверной метеорологической информации о ветре является основным условием улучшения качества прогнозов погоды [12].
Решение таких задач в настоящее время стало возможным благодаря стремительному развитию космической науки и техники и, в особенности, лидарных систем. На сегодняшний день лидар является единственным перспективным инструментом, который может обеспечить специалистов достаточно точной и оперативной информацией о ветре в глобальных масштабах.
Используя эффект Доплера, лидарная аппаратура позволяет с поверхности Земли до высоты в 15 километров измерять скорость и направление ветра, распределение влажности в тропосфере и нижней атмосфере, а температуру воздуха до высоты в 100 километров.[11]
Кроме того, лидарные системы обладают высокой скоростью и точностью сбора данных информации, позволяют получать высокое разрешение изображений (при отсутствии геометрических искажений), не зависят от интенсивности света в окружающей среде и, поэтому, могут использоваться как в дневное, так и в ночное время суток. Полученные данные с лидаров также могут быть объединены с материалами, собранными другими способами.
В выпускной квалификационной работе на основе полученной теории, изученных методик и имеющихся архивных данных, все поставленные в работе задачи, в основном, были решены:
> Собран архив срочных данных по сильному и штормовому ветру в г. Калининграде за 30-летний период: с 1993 г по 2022 г (холодное время года: с октября по март) и г. Балтийску - за 10-летний период: с 2013 г по 2022 г (холодное время года: с октября по март);
> На основании 12-бальной шкалы Бофорта выделены группы по скоростям ветра. Проанализирована повторяемость направлений ветра выделенных групп и выявлены их преобладающие направления;
> Исследован ветровой режим Калининградского региона на примере г. Калининграда и г. Балтийска;
> Проведена сравнительная характеристика между ветровым режимом г. Калининграда и г. Балтийска;
> При помощи синоптических карт приземного анализа и высотных карт барической топографии рассмотрены и проанализированы условия возникновения сильных и штормовых ветров. Составлены обзоры синоптических процессов, приводящих к сильным и штормовым ветрам в г. Калининграде и г. Балтийске.
Выводы: Анализ, проведенный в бакалаврской работе, показал, что ветровой режим в холодное время года на территории Калининграда достаточно устойчив. В это время года сильный ветер у морского побережья наблюдается в основном западной четверти горизонта, его повторяемость по данным метеорологической станции г. Балтийска составляет 65%, а при приближении к г. Калининграду увеличивается до 73% (по данным метеорологической станции г. Калининграда).
Усилению ветра в Калининграде в значительной мере способствует западный перенос и влияние воздушных масс, которые образуются над Атлантическим океаном и континентом Евразия, а также близкое расположение к побережью Балтийского моря.
В холодное время года, к востоку от Калининграда, над континентом Евразия, располагаются области повышенного давления, в которых происходит образование антициклонов. А над Атлантическим океаном, в районе Гренландии и Исландии, находится обширная область пониженного давления, так называемая исландская депрессия, способствующая активному развитию циклонической деятельности.
В результате этого активность атмосферной циркуляции увеличивается и происходит вынос относительно тёплых и влажных воздушных масс, в основном с юго-запада и северо-запада Атлантики. Наиболее часто наблюдается вхождение воздушных масс с западными и северо-западными траекториями, которые вместе с холодным морским воздухом приносят с собой на территорию Калининградского региона похолодание и ненастную погоду с ливневыми дождями, грозами, с сильными и порывистыми ветрами.