Распределение ветра по высотам на территории СЗФО
|
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. Общие сведения 7
1.1. Причины возникновения ветра 7
1.1.1. Основные понятия 7
1.1.2. Силы, действующие в атмосфере 8
1.1.3. Карты барической топографии 11
1.2. Основные ячейки циркуляции в атмосфере 12
1.2.1. Ячейка Хэдли 12
1.2.2. Ячейка Ферреля 14
1.2.3. Полярная ячейка 15
1.2.4. Глобальные струйные течения 16
1.3. Влияние ветра на полет 18
1.3.1. Влияние ветра на взлет и посадку 18
1.3.2. Влияние орографии 21
1.3.3. Влияние ветра на траекторию полета 24
1.4. Измерение характеристик ветра 25
1.4.1. Анемометр 25
1.4.2. Шаропилотные наблюдения 26
1.4.3. Зондирование атмосферы 28
Глава 2. Материал исследования и его обработка 29
2.1. Материалы, методики, начальные данные 29
2.2. Особенности обработки данных 35
2.3. Физико-географические и климатические особенности СЗФО 37
Глава 3. Профиль ветра на территории СЗФО 39
3.1. Анализ скоростей ветра 39
3.1.1. Максимальные скорости ветра 39
3.1.2. Повторяемость скоростей ветра 45
3.2. Анализ направлений ветра 47
3.2.1. Направления ветра по станциям 47
3.2.2. Обобщение данных по направлению ветра 57
3.3. Сезонные изменения скоростей ветра 59
3.3.1. Анализ скоростей ветра по сезонам на примере станции
Архангельск 59
3.3.2. Общий анализ сезонных изменений скоростей ветра по СЗФО 65
3.4. Сезонные изменения направлений ветра 72
3.4.1. Анализ направлений ветра по сезонам на примере станции
Архангельск 72
3.4.2. Общий анализ сезонных изменений направлений ветра по СЗФО 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 83
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 85
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Максимальные скорости ветра на станции Архангельск 89
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Максимальные скорости ветра на станции Мурманск 92
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Максимальные скорости ветра на станции Кандалакша
95
ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Максимальные скорости ветра на станции Кемь 98
ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Максимальные скорости ветра на станции Шойна 101
ПРИЛОЖЕНИЕ Е - Общая повторяемость скоростей ветра по станциям 104
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж - Повторяемость характеристик ветра на основных изобарических поверхностях по сезонам для станции Архангельск 106
ПРИЛОЖЕНИЕ З - Повторяемость характеристик ветра на основных изобарических поверхностях по сезонам для станции Мурманск 108
ПРИЛОЖЕНИЕ И - Повторяемость характеристик ветра на основных изобарических поверхностях по сезонам для станции Кандалакша 110
ПРИЛОЖЕНИЕ К - Повторяемость характеристик ветра на основных изобарических поверхностях по сезонам для станции Кемь 112
ПРИЛОЖЕНИЕ Л - Повторяемость характеристик ветра на основных изобарических поверхностях по сезонам для станции Шойна 114
Глава 1. Общие сведения 7
1.1. Причины возникновения ветра 7
1.1.1. Основные понятия 7
1.1.2. Силы, действующие в атмосфере 8
1.1.3. Карты барической топографии 11
1.2. Основные ячейки циркуляции в атмосфере 12
1.2.1. Ячейка Хэдли 12
1.2.2. Ячейка Ферреля 14
1.2.3. Полярная ячейка 15
1.2.4. Глобальные струйные течения 16
1.3. Влияние ветра на полет 18
1.3.1. Влияние ветра на взлет и посадку 18
1.3.2. Влияние орографии 21
1.3.3. Влияние ветра на траекторию полета 24
1.4. Измерение характеристик ветра 25
1.4.1. Анемометр 25
1.4.2. Шаропилотные наблюдения 26
1.4.3. Зондирование атмосферы 28
Глава 2. Материал исследования и его обработка 29
2.1. Материалы, методики, начальные данные 29
2.2. Особенности обработки данных 35
2.3. Физико-географические и климатические особенности СЗФО 37
Глава 3. Профиль ветра на территории СЗФО 39
3.1. Анализ скоростей ветра 39
3.1.1. Максимальные скорости ветра 39
3.1.2. Повторяемость скоростей ветра 45
3.2. Анализ направлений ветра 47
3.2.1. Направления ветра по станциям 47
3.2.2. Обобщение данных по направлению ветра 57
3.3. Сезонные изменения скоростей ветра 59
3.3.1. Анализ скоростей ветра по сезонам на примере станции
Архангельск 59
3.3.2. Общий анализ сезонных изменений скоростей ветра по СЗФО 65
3.4. Сезонные изменения направлений ветра 72
3.4.1. Анализ направлений ветра по сезонам на примере станции
Архангельск 72
3.4.2. Общий анализ сезонных изменений направлений ветра по СЗФО 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 83
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 85
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Максимальные скорости ветра на станции Архангельск 89
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Максимальные скорости ветра на станции Мурманск 92
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Максимальные скорости ветра на станции Кандалакша
95
ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Максимальные скорости ветра на станции Кемь 98
ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Максимальные скорости ветра на станции Шойна 101
ПРИЛОЖЕНИЕ Е - Общая повторяемость скоростей ветра по станциям 104
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж - Повторяемость характеристик ветра на основных изобарических поверхностях по сезонам для станции Архангельск 106
ПРИЛОЖЕНИЕ З - Повторяемость характеристик ветра на основных изобарических поверхностях по сезонам для станции Мурманск 108
ПРИЛОЖЕНИЕ И - Повторяемость характеристик ветра на основных изобарических поверхностях по сезонам для станции Кандалакша 110
ПРИЛОЖЕНИЕ К - Повторяемость характеристик ветра на основных изобарических поверхностях по сезонам для станции Кемь 112
ПРИЛОЖЕНИЕ Л - Повторяемость характеристик ветра на основных изобарических поверхностях по сезонам для станции Шойна 114
Изучение высотного профиля ветра является неотъемлемым элементом при составлении и оценке будущего состояния атмосферы. Для этого используются все доступные современной науке средства получения, передачи и обработки информации.
Начиная от примитивных приборов, которые появились в самом начале зарождения метеорологии, как науки, и продолжая совершенствоваться в настоящем, люди сильно продвинулись в изучении параметров атмосферы как у земли, так и за пределами нашей планеты. На данный момент активно развивается прогнозирование синоптических ситуаций, полей метеорологических величин, а также отдельных параметров при помощи моделирования, использования спутников и всевозможных технических средств.
Помимо получения общей информации о состоянии атмосферы, параметры ветра имеют непосредственное влияние на авиацию, которая в свою очередь жизненно необходима для обеспечения безопасности нашего государства, осуществления культурного и материального обмена, для транспортных и грузовых перевозок, предоставления своевременной помощи в экстренных ситуациях, при стихийных бедствиях, обеспечения всем необходимым труднодоступные регионы и многого другого. При отсутствии информации о ветре появляются всевозможные риски, влияющие на безопасность, экономичность и регулярность перевозок и воздушнотранспортного сообщения в целом.
Так как мы проживаем на территории Северо-Западного Федерального округа, который, кроме прочего сообщается на севере с Баренцевым морем, откуда открывается перспектива разработки арктического региона. Но, в связи с суровостью условий крайнего севера транспортное сообщение затруднено, по этой причине целью данной диссертации является анализ высотного профиля ветра на территории округа при помощи данных с пяти аэрологических станций.
Комплексное исследование включает в себя оценку повторяемостей скоростей и направлений ветра на основных изобарических поверхностях, определение особенностей распределения вера по территории с дальнейшим анализом полученных результатов, для удобства работа разделена на три главы.
Первая глава включает основные сведения о ветре, особенности глобальной циркуляции, влияние ветра на полет летательных аппаратов и способы его измерения.
Вторая глава посвящена особенностям начальных данных, их получению, обработке и тонкостям при работе с ними. Не мало важное значение в главе уделено климату и орографии региона.
В третьей главе представлены результаты исследования, совместно с выводами и обобщениями для каждой характеристики. Детализированные таблицы по каждой станции представлены в приложениях с А по Л.
Начиная от примитивных приборов, которые появились в самом начале зарождения метеорологии, как науки, и продолжая совершенствоваться в настоящем, люди сильно продвинулись в изучении параметров атмосферы как у земли, так и за пределами нашей планеты. На данный момент активно развивается прогнозирование синоптических ситуаций, полей метеорологических величин, а также отдельных параметров при помощи моделирования, использования спутников и всевозможных технических средств.
Помимо получения общей информации о состоянии атмосферы, параметры ветра имеют непосредственное влияние на авиацию, которая в свою очередь жизненно необходима для обеспечения безопасности нашего государства, осуществления культурного и материального обмена, для транспортных и грузовых перевозок, предоставления своевременной помощи в экстренных ситуациях, при стихийных бедствиях, обеспечения всем необходимым труднодоступные регионы и многого другого. При отсутствии информации о ветре появляются всевозможные риски, влияющие на безопасность, экономичность и регулярность перевозок и воздушнотранспортного сообщения в целом.
Так как мы проживаем на территории Северо-Западного Федерального округа, который, кроме прочего сообщается на севере с Баренцевым морем, откуда открывается перспектива разработки арктического региона. Но, в связи с суровостью условий крайнего севера транспортное сообщение затруднено, по этой причине целью данной диссертации является анализ высотного профиля ветра на территории округа при помощи данных с пяти аэрологических станций.
Комплексное исследование включает в себя оценку повторяемостей скоростей и направлений ветра на основных изобарических поверхностях, определение особенностей распределения вера по территории с дальнейшим анализом полученных результатов, для удобства работа разделена на три главы.
Первая глава включает основные сведения о ветре, особенности глобальной циркуляции, влияние ветра на полет летательных аппаратов и способы его измерения.
Вторая глава посвящена особенностям начальных данных, их получению, обработке и тонкостям при работе с ними. Не мало важное значение в главе уделено климату и орографии региона.
В третьей главе представлены результаты исследования, совместно с выводами и обобщениями для каждой характеристики. Детализированные таблицы по каждой станции представлены в приложениях с А по Л.
После непосредственной обработки и анализа можно сделать вывод о том, что в течение всех семи лет наблюдений (с 2013 по 2019 год включительно) скорости ветра не превышали 92 м/с для полетов по трассам, 83 м/с для малой авиации и 47 м/с для вертолетов. Хоть эти значения и являются весомыми для всех типов воздушных судов, и особенно опасны на высоте полетов вертолетов, не стоит забывать о том, что рассмотрены максимумы, следовательно, скорости ветра, превышающие эти значения, пока не наблюдались.
При возникновении большинства зарегистрированных экстремальных скоростей ветра были установлены ситуации «омега блокирование», которые редки, но являясь препятствием на пути следования западно-восточного переноса, создаются благоприятные условия меридиональных вторжений холодных воздушных масс с Арктики (приход арктических циклонов). Из -за возникновения больших температурных и барических градиентов, появляются струйные течения, которые сопровождаются большими скоростями.
В СЗФО на сложившийся профиль ветра наибольшее влияние оказывают: приходящие на территорию арктические и атлантические
воздушные массы; проходящие высотные фронтальные зоны, сопровождаемые сменой сезонного положения.
В целом, после рассмотрения основных характеристик ветра можно выделить несколько особенностей. Для СЗФО характерны скорости ветра до 20 м/с круглогодично, однако на высотах встречаются и более опасные потоки, являющиеся следствием прохождения фронтов или струйных течений, при этом, значения ни разу не превышали 100 м/с.
Для обеспечения безопасности всех летательных аппаратов, совершающих полеты или перелеты по данной местности, в особенности по 83
трассам, стоит внимательно и заблаговременно получать информацию о характеристиках ветра на высотах, полях давления и температур.
Общее направление ветра колеблется от юго-западного до северозападного для всех станций и высот (за исключением слоя 0-3 км, где временами направление ветра у земли не однозначно), это объясняется их близким расположением относительно друг друга, а также нахождением в одной климатической зоне. По общей повторяемости направлений хорошо прослеживается западно-восточный перенос.
Сезонный ход характеристик ветра выражен слабо, из особенностей можно отметить увеличение количества штилей в летний сезон и меньшую интенсивность ветра, то есть ветер летом слабее, чем в другие сезоны. Наиболее сильные ветра характерны для зимнего периода. Это связанно с особенностями циркуляции в СЗФО, точнее с воздушными массами, которые приходят в рассматриваемую часть округа.
При надлежащем прогнозировании и организации воздушного движения рассматриваемый район благоприятен для полетов всех видов воздушного транспорта. В дальнейшем, проведенное исследование будет полезно при развитии инфраструктуры и освоении арктического региона.
При возникновении большинства зарегистрированных экстремальных скоростей ветра были установлены ситуации «омега блокирование», которые редки, но являясь препятствием на пути следования западно-восточного переноса, создаются благоприятные условия меридиональных вторжений холодных воздушных масс с Арктики (приход арктических циклонов). Из -за возникновения больших температурных и барических градиентов, появляются струйные течения, которые сопровождаются большими скоростями.
В СЗФО на сложившийся профиль ветра наибольшее влияние оказывают: приходящие на территорию арктические и атлантические
воздушные массы; проходящие высотные фронтальные зоны, сопровождаемые сменой сезонного положения.
В целом, после рассмотрения основных характеристик ветра можно выделить несколько особенностей. Для СЗФО характерны скорости ветра до 20 м/с круглогодично, однако на высотах встречаются и более опасные потоки, являющиеся следствием прохождения фронтов или струйных течений, при этом, значения ни разу не превышали 100 м/с.
Для обеспечения безопасности всех летательных аппаратов, совершающих полеты или перелеты по данной местности, в особенности по 83
трассам, стоит внимательно и заблаговременно получать информацию о характеристиках ветра на высотах, полях давления и температур.
Общее направление ветра колеблется от юго-западного до северозападного для всех станций и высот (за исключением слоя 0-3 км, где временами направление ветра у земли не однозначно), это объясняется их близким расположением относительно друг друга, а также нахождением в одной климатической зоне. По общей повторяемости направлений хорошо прослеживается западно-восточный перенос.
Сезонный ход характеристик ветра выражен слабо, из особенностей можно отметить увеличение количества штилей в летний сезон и меньшую интенсивность ветра, то есть ветер летом слабее, чем в другие сезоны. Наиболее сильные ветра характерны для зимнего периода. Это связанно с особенностями циркуляции в СЗФО, точнее с воздушными массами, которые приходят в рассматриваемую часть округа.
При надлежащем прогнозировании и организации воздушного движения рассматриваемый район благоприятен для полетов всех видов воздушного транспорта. В дальнейшем, проведенное исследование будет полезно при развитии инфраструктуры и освоении арктического региона.
