Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Режим сильных ветров и ветровые нагрузки в пустыне Кызылкум

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Режим сильных ветров и ветровые нагрузки в пустыне Кызылкум"

^ ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ .. РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАЗАХСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ . МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И КЛИМАТА

На правах рукописи УДК 551.553.8(575.1)

ИВАНОВА Галина Федоровна

РЕЖИМ СИЛЬНЫХ ВЕТРОВ И ВЕТРОВЫЕ НАГРУЗКИ В ПУСТЫНЕ КЫЗЫЛКУМ

Специальность 11.00.09—метеорология, климатология и агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

дссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

АЯМАТЫ -1990

Работа выполнена в Кыргызском Государственном Национальном университете. Кыргызско-российском (Славянском) университете

Научный руководитель: Ведущая организация: Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор O.A.Подрезов

Институт географии АН Республики Казахстан

Чередниченко B.C. -доктор географических наук. Академик АН Высшей школы Есеркепова И.Б. -кандидат географических наук

Защита диссертации состоится " " ре^ря*-* 199й г. в часов на заседании Специализированного Совета

К 44.00.01 в Казахском научно-исследовательском институте мониторинга окружающей среды и климата по адресу: 480072, г.Алматы, проспект Сейфуллина. 597. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КазНИИ мониторинга окружающей среды и климата. Автореферат разослан " 1Л " як$а/>9 199В г.

Ученый секретарь

Специализированного Совета, Л

канд. техн. наук п- Кожахметов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Территория пустыни Кызылкум с прилегающими к ней областями Каршинской и Голодной степей в отношении ветрового режима до сих пор была недостаточно изучена, что в большей мере относится к зонам местных штормовых ветров. Одной из основных причин малоизученности ветрового режима рассматриваемой территории является недостаточность исходных данных вследствие малочисленности сети метеостанций, особенно на необжитых пространствах обширной территории пустыни, а также в склоновой и гребневой зонах останцовых гор и периферийных хребтов, и вследствие сложности рельефных и климатических условий. Все это создавало серьезные трудности при проектировании и эксплуатации ряда сооружений. Для территории пустыни Кызылкум до настоящих исследований не была разработана региональная карта нормативных скоростей ветра. Опыт эксплуатации воздушных линий показал. что на территории пустыни Кызылкум имеется целый ряд районов, малоизученных по режиму сильных ветров, в которых ветер отличается значительной силой и повышенной частотой. Все это и определило необходимость обстоятельного изучения климатического режима сильных ветров, на основе чего разрабатывалась региональная карта ветровых нагрузок.

Большая практическая потребность для строительного проектирования знаний нормативных параметров ветрового режима на территории пустыни Кызылкум, который до сих пор был недостаточно изучен, и определяет актульность выбранного направления диссертационной работы.

Цели и задачи исследований. Целью диссертационной работы явилось изучение режима максимальных скоростей ветра на территории пустыни Кызылкум и проведение крупномасштабного ее районирования по значениям нормативных ветровых нагрузок для строительного проектирования и эксплуатации линий электропередач всех классов напряжения и других сооружений. Для этого необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Рассмотреть статистическую структуру климатических .характеристик бурных ветров (повторяемости, продолжительности, годового и суточного хода).

2. Исследовать специфику синоптико-орографических условий

местных штормовых ветров.

3. Получить оценки временной изменчивости максимальных скоростей ветра для выявления цикличности, трендов.

4. Разработать климатическую типизацию, которая отражала бы закономерности территориального распределения параметров ветровых нагрузок и охарактеризовала особенности ветрового режима во всех типах орографических условий, включая и неосвещенные метеоданными районы.

5. Установить усредненные (фоновые) оценки максимальных скоростей ветра в различных типах орографических условий.

6. Получить высотные зависимости максимальных скоростей ветра для останцовых гор и отрогов хребтов Памиро-Алая.

7. Разработать региональную карту нормативных ветровых нагрузок на изучаемой территории пустыни Кызылкум в масштабе 1:500000 для практического использования в качестве климатического норматива при проектировании, строительстве и эксплуатации линий электропередач всех классов напряжения и других сооружений.

Методика исследований включала современные методы климатического, статистического и синоптического анализов исходного материала наблюдений метеорологических станций и постов ветровой съемки в тесной взаимосвязи с макро-мезо-микрорельефными условиями территории, в том числе аппроксимация эмпирических распределений и расчет вероятностных значений максимальных скоростей ветра с использованием 2-го предельного распределения Фишера - Типпета, оценка однородностей рядов с помощью непараметрических критериев, расчет уравнений трендов и т.д. При этом широко использовались основные методические принципы климатического анализа режима сильных ветров для сложно-пересеченной территории, предложенные в работах 0.А.Подрезова и хорошо зарекомендовавшие себя на практике. Одновременно ставилась задача дальнейшего совершенствования этих методов на основе применения их к конкретной территории и с привлечением синоптического метода анализа случаев с сильными ветрами..

Научная новизна исследований.

Автором впервые:

- исследованы синоптико-орографические особенности бурь в зонах местных штормовых Еетров в районе метеостанций Аякагитма, Джангельды. Кулкудук. Совхоз Нурата, Фариш, Гузар, получены их климатические характеристики;

- получены уравнения трендов годовых максимумов скоростей ветра за 35-летний период (1951 - 1986 гг.) и за более короткие периоды, на основе чего выявлены циклические колебания в уровне годовых максимумов с периодичностью около 20 лет;

- разработана для сложно-пересеченной территории пустыни Кызылкум климатическая типизация применительно к режиму сильных ветров, которая может служить основой для районирования и по другим метеорологическим параметрам;

- получены значения нормативных скоростей ветра для различных типов орографических условий;

- разработаны модели высотных зависимостей расчетных скоростей Еетра от приведенных высот для останцовых гор и отрогов основных хребтов Памиро-Алая;

- разработана крупномасштабная карта нормативных ветровых нагрузок для территории пустыни Кызылкум.

Обоснованность выводов. Полученные в работе результаты базируются на использовании обширного материала наблюдений за сильным ветром по 111 метеостанциям Узбекистана и 105 станциям сопредельных районов соседних республик за 30-36-летний период наблюдений, а также экспедиционных наблюдений за ветром на 25 постах, расположенных в горных условиях, где метеостанции отсутствуют. Использованы также материалы по опыту эксплуатации и аварийности воздушных линий за более чем 20-летний период.

Практическое использование результатов работы. Разработанная региональная карта нормативных ветровых нагрузок одобрена на совместном техническом совете Производственного объединения "Узбекэнерго". среднеазиатских институтов "Энергосетьпроект" и "Сельэнергопро-ект", которые занимаются проектированием и эксплуатацией линий электропередач на исследованной территории, а также на совещании в Государственном проектно-изыскательском объединении " Энергопроект" и Главтехуправлении Минэнерго СССР. Карта утверждена по Минэнерго СССР в качестве регионального климатического норматива для проектирования, строительства и эксплуатации воздушных линий электропередач всех классов напряжения.

Раздел диссертационной работы, включающий в себя результаты еиноптико-климатических исследований режима сильных ветров на территории пустыни Кызылкум, использован в Кыргызском Госудлрст-

венном Национальном университете при разработке специальных курсов: 1.Синоптические процессы Средней Азии. 2. Методы долгосрочных прогнозов погоды.

На защиту выносится: разработанная типизация территории пустыни Кызылкум по режиму максимальных скоростей ветра, которая может служить основой для районирования и по другим метеорологическим параметрам; климатическое обобщение синоп-тико-орографических условий и метеорологических параметров ветрового режима для различных типов рельефа и их пространственное распределение; разработанная крупномасштабная региональная карта нормативных ветровых нагрузок для территории пустыни Кызылкум и сопредельных территорий Каршинской и Голодной степей.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались автором на: Всесоюзном совещании "Проблемы гидрометеорологического обеспечения народного хозяйства Сибири" (г.Дивногорск, 1986 г.); четвертом Всесоюзном научно-техническом совещании "Высокогорные линии электропередачи" (Фрунзе.1986 г.); Технических советах Среднеазиатских институтов "Энергосетьпроект" и "Сельэнергопроект". Производственного объединения "Узбекэнерго" (1987 - 1988 гг.); Всесоюзном Совещании "Нормирование ветровых нагрузок и расчет зданий, линий электропередач и других сооружений на действие ветра" (г.Фрунзе. 1989 г.); Итоговой сессии Ученого Совета КазНИГМИ (г.Алма-Ата, 1989 г.); пятом съезде Географического Общества Киргизской ССР ( г.Пржевальск. 1990 г.); Научных конференциях Кыргызско-Российского Славянского университета (г.Бишкек, 1994 - 1995 гг.); Научных конференциях кафедры метеорологии физико-технического факультета Кыргызского Государственного Национального Университета ( неоднократно в 1984 - 1995 гг.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы из 129 наименований и 15 табличных приложений. Текстовая часть изложена на 100 страницах машинописного текста с 38 таблицами и 25 рисунками.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе две в соавторстве, в которых отражено основное содержание работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи, а также оценивается научная новизна исследований и их практическая значимость.

В первой главе дана характеристика орографических условий рассматриваемой территории пустыни Кызылкум и примыкающей к ней Каршинской и Голодной степей и Зеравшанской долины, а также освещенность данными наблюдений существующей сети метеостанций.

Пустыня Кызылкум занимает значительную часть Туранской низменности и включает пространство между самыми крупными реками Средней Азии - Амударьей и Сыр-Дарьей. На северо-западе она ограничена Аральским морем, а на северо-востоке, севернее хребта Нуратау. переходит в Голодную степь и к югу от Зеравшанской долины - в Каршинскую степь. Характерным отличием Центральных Кызылкумов является наличие обширных замкнутых котловин с абсолютными высотами от 140 м до 0 ( впадины Минбулак, Аякагитма, Каракатинская) и останцовых гор с высотами, не превышающими 950 м. а также отрогов основных хребтов Памиро-Алая.

Наиболее освещены метеоданными обжитые районы дельты реки Амударьи, Бухарский оазис. Зеравшанская долина. Очень редкой сетью метеостанций освещены Северные и Центральные Кызылкумы. Учитывая малочисленность метеостанций на изучаемой территории, в целом для выполнения поставленных задач использованы наблюдения за сильным ветром с 1950 по 1986 год по 111 метеостанциям Узбекистана и 105 станций сопредельных районов соседних республик, а также 25 экспедиционных анемопостов, расположенных на гребневых или склоновых частях различных гор и хребтов Тянь-Шаня и Памиро-Алая.

На основе выборок бурного ветра за период с 1950 по 1968 г. по 23 метеостанциям были сформированы эмпирические ряды и рассчитаны их основные статистические характеристики. Для каждой станции определены: повторяемость бурь по месяцам и по сезонам, среднегодовые частоты бурь, экстремальные (максимальные и минимальные за год) частоты бурь.

В среднем по всем районам бывает около 16 случаев за год с-сильными ветрами. Коэффициент асимметрии ( А ) по всем станциям положителен и колеблется в пределах 0,1 ... 2,1. в то же

время его ошибка оказывается +1,1 ... 1.9. Значение коэффициента эксцесса ( Е ) колеблется от -0,1 до 5.8. но ошибка коэффициента эксцесса по абсолютной величине намного превышает Е. Анализ значений коэффициентов асимметрии и эксцесса и их стандартных ошибок свидетельствует о их низкой надежности вследствие малости объема исходных рядов. Ряды наблюдений за сильным ветром характеризуются довольно большим размахом варьирования числа случаев с сильным ветром за год ( И ): от 29 случаев в дельте и долине р. Амударьи до 51 случая в Южных Кызылкумах. Максимальное число с сильным ветром находится в пределе от 32 до 55 случаев, тогда как их минимальное число опускается до 3-7 случаев за год. В , среднем по территории коэффициент вариации составляет 0.6, а на отдельных станциях он достигает 0,91-1,0. Это свидетельствует о высокой изменчивости годовой повторяемости сильных ветров. В годовом ходе по большинству метеостанций в марте и апреле отмечается наибольшее число бурь ( от 2 до 5 случаев за месяц ). Второй максимум повторяемости бурь отмечается в мае и июне. Зимой ( в декабре, январе и феврале ) отмечается минимальная повторяемость бурь, всего 0,2-1.6 случая в месяц.

Исходя из общего числа регистрации бурь по станциям, которое составило от 300 до 640 случаев, в 50 - 85 % случаях во всех районах отмечалась скорость 16-17 м/с. Левее и правее этой градации частота резко убывает и обрывается на скоростях 20-24 м/с. Максимальные скорости ветра при бурях на большей части территории не превышают 24-28 м/с.

Исследования направлений бурных ветров показало, что во всех районах преимущественные румбы относятся к северной или западной части горизонта, а в Северных и4 Центральных Кызылкумах на отдельных станциях повышена частота румбов южной половины горизонта. Причем, наибольшее число бурь возникает во вторую полови-'ну дня ( 25 - 45 % случаев) или в первую-половину дня (20-25 %).

Зона горных проходов останцовых гор условно состоит из трех самостоятельных зон, каждая из которых представлена одной из метеостанций - Аякагитма, Джангельды, Тамды. Станция Тамды находится у подножья северного склона горной системы Тамдытау, а к северу от нее располагаются горы Джетымтау. Открытость межгорного прохода с запада определяет повышенную повторяемость бурь западного направления. Метеостанция находится вблизи подошвы с южной стороны гор Кульджуктау таким образом, что к северо-востоку

от станции располагается узкий межгорный проход между горами Кульджуктау и Бельтау с высотами 500 и 460 м соответственно. На станции Джангельды повышена частота ветров северо-восточных и северных румбов. Метеостанция Аякагитма имеет высоту 180 м и располагается у южного подножья гор Кульджуктау Она также оказывается в межгорном проходе, образованном возвышенностями Кокче-тау ( 340 м ), находящейся к юго-востоку от станции и другой возвышенностью с высотной отметкой 350 м к западу от нее. Таким образом, этот межгорный проход ориентирован с ССВ на ЮЮЗ, что и определяет повышенную повторяемость здесь сильных ветров северного и северо-восточного направления.

В горных проходах останцовых гор в среднем за год бывает 17 - 29 случаев с сильными ветрами, а максимальная частота 37 -61 случай. Средняя длительность бурь 4-5 часов при максимальной 36-48 часов. Максимальная скорость ветра при бурях 20 -28 м/с.

Зона северных предгорий отрогов хребта Нуратау представлена метеостанциями Совхоз Нурата и Фариш. В среднем за год здесь наблюдается до 22 случаев с сильным ветром, а максимальное число - 38. Коэффициент вариации небольшой (0,4). В годовом ходе чаще всего бури возникают зимой и весной. Средняя продолжительность бурь 4-5 часов, наибольшая 36 часов, максимум скорости достигал 28 м/с. Преобладающее направление здесь южное и юго-западное.

Зона Гузарского ветра представлена одной метеостанцией, Гузар, расположенной к западу от хребта Байсунтау, у выхода из узкой склоновой долины. В среднем за год здесь отмечается 16 случаев с бурными ветрами, а максимальное число - 43 случая. Наибольшая частота бурь зимой и весной. Коэффициент вариации 0,7. Средняя продолжительность бурь 6 часов, максимальная - 36 часов. Максимальная скорость бурь - 20 м/с. Бури здесь юго-восточного направления, повторяемость которого 78 %.

В работе достаточно подробно проанализированы условия формирования бурь в зонах местных штормовых ветров, связанные с особенностями орографии в каждом конкретном районе и с типами синоптических процессов.

Во второй главе рассматривается вопрос о точ" ности наблюдений за сильным ветром. Дан подробный литературный обзор по оценке сравнения наблюденных значений скорости ветра с помощью различных ветрорегистрирующих приборов. Исследования показали. что в рядах годовых максимумов скоростей ветра V за по-

риод наблюдений с 1950 по 1986 год имеется неоднородность, которая обусловлена рядом причин1 1) использование ветроизмеритель-ных приборов, имеющих различную точность измерений и период осреднения ( 2 или 10 минутные ): 2) переход от 4-х к 8-ми срочным наблюдениям в 1966 г.; 4) изменение со временем защищенности ветроизмерительного прибора домостроениями, лесонасаждениями. Для исключения описанных неоднородностей наблюдений в ряды годовых максимумов скоростей ветра вводились поправки в соответствии методикой Всесоюзного НИИ энергетики.

На основе исправленных рядов годовых максимумов скоростей ветра за период 1950 по 1986 год по 10 метеостанциям, расположенным в различных районах пустыни Кызылкум. исследована многолетняя изменчивость максимальных скоростей. Известно, что в конце 80-х, начале 90-х годов отмечалось заметное снижение числа случаев с сильным ветром и уровня максимальных скоростей. Помимо антропогенных факторов на колебание отдельных элементов климата оказывают и естественные циркуляционные процессы. Исследование изменчивости в уровне скоростей по 10-летиям не дало определенных результатов. Для 10 исследуемых станций были построены графики по 5-летним скользящим средним значениям годовых максимумов. Причем, сглаживание проводилось с использоваем биномиальных весовых коэффициентов. Для каждой станции за 36-летний период наблюдений были выявлены два максимума и два минимума в уровне скоростей. Первый, менее интенсивный максимум по всем 10 станциям приходится на период 1953 - 1957 год, в среднем через 20 лет в 1970-1979 гг. по станциям отмечается второй, более значительный максимум. Минимумы в ходе скоростей приходятся на периоды 1963 - 1968 гг. и 1981 - 1984 гг. Согласно А. А.Гирсу период 1949 - 1968 гг. в целом отнесен к комплексной циркуляционной эпохе Е + С (восточная + меридиональная), которая подразделена на следующие стадии: 1949 - 1951 гг.. 1953 - 1957 гг., 1957 - 1960 гг., 1961 -1966 гг. Согласно Болотинской М.Ш., Пановой E.H. период 1968-1984 гг. отнесен к эпохе Е (восточная) со стадиями 1968-1972 гг.; 1973 - 1979 гг.. 1980 - 1984 гг. Как видно, периоды экстремумов в ходе скоростей совпадают со сдвигом в 1-2 года со стадиями циркуляционных эпох. Преобладание какой-либо формы циркуляции (Е - восточной,. С - меридиональной. W - западной) на период отдельной стадии определяет увеличение частоты соответствующего направления сильных ветров по исследуемым станциям. Из

проведенных исследований можно сделать следующий вывод: выявленные циклические колебания скоростей сильных ветров с периодичностью около 20 лет связаны со сменой стадий циркуляционной эпохи в системе макромасштабной циркуляции атмосферы.

Анализ уравнений тренда за весь исследуемый период ( 1950 -1986 гг.) показал, что темпы роста или падения скоростей годовых максимумов слабые и составляют всего 0,00...О,03 м/с за год. Однако внутри основного периода наблюдений колебания в уровне скоростей более существенные, а рассчитанные коэффициенты уравнений тренда в большинстве случаев значимые ( по критерию Стьюдента на уровне доверительности р = 0,95 ). Причем, периоды колебаний были ограничены по станциям годами наступления экстремальных значений в многолетнем ходе (1950-1986 гг.). Таких периодов оказалось три. В первые периоды по станциям темпы снижения уровня годовых максимумов оказываются в пределе - 0,04 ... О,44 м/с за год. Во вторые периоды положительный тренд характеризует увеличение уровня годовых максимумов, которые достигают О, 07 ... 0,44 м/с за год. Во вторые периоды тренд положителен и достигает по станциям 0,07...О,04 м/с за год. Причем на отдельных станциях (Карши, Самарканд) в этот период отмечается резкий скачок в росте скоростей (+1,94 и +1,0 м/с год соответственно). В третьи периоды вновь отмечается уменьшение скоростей (-0,00...О, 49M/C год).

В третьей главе рассматриваются статистические методы обработки и анализа исходных материалов наблюдений метеостанций и постов анемосьемки. Аппроксимация эмпирических распределений и определение вероятностных значений максимальных скоростей ветра проводилось с использованием 2-го предельного распределения Фишера-Типпита как по годовым максимумам, так и по месячным ( по короткорядным станциям ).

На основе проведенного детального анализа синоггтико-клима-тического режима бурь с использованием методического принципа • районирования сложнопересеченной и горной местности, получившего положительную апробацию ( O.A. Подрезов, 1970-95 гг. ), была разработана модель климатической типизации территории пустыни Кызылкум (Табл.1). Сущность используемого методического принципа заключается в том. что при неравномерном распределении метеостанций или при полном их отсутствии вполне оправдано и статистически обоснованно для однотипных форм рельефа принимать тот уро-

Таблица 1

Описание модели климатической типизации территории пустыни Кызылкум по максимальным скоростям ветра.

1. РАВНИННО - ВСХОЛМЛЕННАЯ ТЕРРИТОРИЯ

I-I. Низменности и равнины (пустыня

Кызылкум, Каршинская и Голодной степи. Бухарский оазис): I-I-I .незащищенные поверхности низменностей и равнин: I-I-2 защищенные поверхности низменностей и равнин; I-I-ба горные проходы останцовых гор;

I-I-б зоны, прилегающие к подветренным склонам останцовых гор. I-5A.Склоны останцовых гор высотой от 50 до 100 м: I-5A-3 защищенные водораздельные участки склонов; I-5A-4 полузащищенные участки склонов. 1-5Б.Склоны останцовых гор высотой от 100 до 250 м : 1-5Б-3 незащищенные водораздельные участки склонов ; 1-5Б-4 полузащищенные участки склонов ; 1-5Б-5 защищенные участки склонов (тальвеги) ; 1-5Б-6 седловинные перевалы и вершины. I-5B. С клоны останцовых гор высотой 300 м и более: I-5B-3 незащищенные водораздельные участки склонов; I-5B-4 полузащищенные участки склонов ; I-5B-5 защищенные участки склонов (тальвеги) ;

1-5B-6 седловинные перевалы и вершины.

2. ПЕРИФЕРИЙНЫЕ ГОРНЫЕ ОБЛАСТИ ПАМИРО-АЛАЯ 2-3. Предгорные равнины:

2-3-1 незащищенные поверхности предгорных равнин; 2-3-2 защищенные поверхности предгорных равнин; 2-3-6а зона урсатьевского ветра;

2-3-66 зона северных и западных предгорий отрогов хребтов

Нуратау. Актау, Каратау; 2-3-6в зона северных предгорий гор Койташ и Мальгузар

(джизакский ветер); 2-3-бг зона гузарского ветра;

2-3-6д зоны устьевых частей склоновых долин, выходящих в предгорные равнины.

2-4. Днища межгорных впадин 2-4-1 незащищенные поверхности днищ; 2-4-2 защищенные поверхности днищ; 2-4-6а зона ветров кушрабадского горного прохода; 2-4-66 зона ветров гобдунского горного прохода; 2-5А. Отроги и склоны гор высотой от 50 до 100 м: 2-5А-3 незащищенные водораздельные участки склонов; 2-5А-4 полузащищенные участки склонов;

2-5Б. Отроги и склоны гор высотой от 100 до 250 м: 2-5Б-3 незащищенные водораздельные участки склонов; 2-5Б-4 полузащищенные участки склонов; 2-5Б-5 защищенные участки склонов (тальвеги) ; 2-5Б-6 седловинные перевалы и вершины.

2-5В. Склоны гор высотой 300 м и более:

2-5В-3 незащищенные водораздельные участки склонов; 2-5В-4 полузащищенные водораздельные участки склонов; 2-5В-5 защищенные участки склонов; 2-5В-6 седловинные перевалы и вершины.

Рис. 1. . .

. Модели ьыеотных ЬАъисимостеи для астьнцрьых гор м периферийных хреьтаь

50 45 40 55 30

О 0,Д 0,2. 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,6 0,9 \0

1 - ддя тшаь -(-бЬ-'З и 2.-5&-3 1- ДЛЯ типоь 1-5Б-3, 2-5Б--5 и 1-5Ь-А, 2-5В-4 Ъ- для тмпоъ -t-ЕБ-Л, 2-56-А и 2-5А-Ъ

вень максимальных скоростей, который отмечается в освещенных метеоданными аналогичных типах. Разработанная модель климатической типизации территории пустыни Кызылкум дана с помощью трехуровен-ной модели, так что все климатические типы закодированы тремя цифрами, первая из которых означает тип макрорельефных условий., вторая - тип мезорельефных условий, а третья - тип микрорельефной защищенности. В диссертации детально изложен методический принцип и особенности полученной модели климатической типизации территории пустыни Кызылкум.

Изучаемая территории подразделена на 36 климатических типов. Из них 16 типов соответствуют климатически однородным условиям. в 10 отмечаются высотные зависимости и 10 типов приходятся -на зоны местных штормовых ветров. Обоснованность однородности этих типов осуществлялась путем■проверки основной нулевой гипотезы Н с использованием непараметрических критериев Вилкоксона и Крускаля - Уоллиса.

Для 10 типов построены высотные зависимости значений нормативной ветровой нагрузки с периодом повторения 1 раз в 25 лет (У^) от приведенных высот (гпр). Приведенная высота (гЛ|>). впервые предложенная И. П. Сухановым', определяется по формуле:

11 - Ь

п

г--,

пр

ь - »1

г II

где Л -абсолютная высота участка склона, Ья , 11 г - соответственно средние абсолютные высоты подошвы и гребня хребта.

Разработанные модели высотных зависимостей для различных классов гор представлены на рис.1.

На основании подробного анализа синоптико-климатических условий режима сильных ветров, полученных зависимостей значений расчетных ветровых нагрузок в различных типах рельефа, а также с учетом опыта эксплуатации линий электропередач разработана региональная карта нормативных ветровых районов на территории пустыни Кызылкум в масштабе 1:500000. которая утверждена в качестве климатического норматива по Минэнерго СССР ( рис. 2 ).

Рис.2.

С,хем\ ц»л>тъ\ нормкчиьнш. ьетроъых р^йонсть пчстъми Кыъыяичм

lisy

ЦуИГРАД « / <fc£>

^Hsm«¿c tçQ Ургенч #

.Тчркестмл

Л;

Ьчхар*

Uapujw

Условные 0Б05Н\чеиия Ьешраьые рьйоны

Горы и ьоььышенностул с относительными ьысотдмм

(^отн)

О о о о

•1- +- + + 4- +

от 50 до 100 м

yv X V V * OIn 100 ДО 250 К

X У Y 1

300 м н воз\ее

Разработанная региональная карта внедрена по Минэнерго Узбекской ССР и используется з среднеазиатских институтах "Энергопроект". "Сельхозпроект" для строительного проектирования линий электропередач всех классов напряжения..

Региональная карта показывает уровень максимальных ветровых нагрузок с периодом повторения 1 раз в 25 лет. Однако она также может быть использована для оценки ветровых нагрузок .с другими периодами повторения. Рассчитанные уравнения линейных регрессий дают устойчивые соотношения между и ветровыми нагрузками с периодом повторения 1 раз в 5, 10 и 15 лет.

В работе представлены подробные рекомендации по использованию региональной карты и, особо, по использованию высотных зависимостей на различных участках и склонах гор.

ВЫВОДЫ.

1. На изучаемой территории пустыни Кызылкум с прилегающими к ней областями Каршинской и Голодной степей можно выделить пять районов: 1. Приаральские Кызылкумы; 2. Дельта и долина реки Аму-дарьи; 3. Северные Кызылкумы; 4. Южные Кызылкумы; 5. Центральные Кызылкумы. Четыре первых района представляют собой равнинно-всхолмленную территорию. Для пятого района (Центральные Кызылкумы) характерно наличие останцовых гор и хребтов, вблизи которых наблюдаются зоны местных штормовых ветров с повышенной частотой и силой бурь.

2. Для равнинно-всхолмленной территории, за исключением зон местных штормовых ветров, характерны климатические нормы годовых частот бурь от 14 до 20. В первом приближении распределение годовых частот можно принять нормальным, однако этот вопрос требует уточнения. Размах частот по отдельным годам значителен и колеблется от 5 - 7 до 40 - 50 случаев и даже более, что соответствует коэффициенту вариации 0,5-1,0.

• 3. В годовом ходе наиболее часто сильные ветры наблюдаются весной, а зимой их число минимальное. В суточном ходе максимум повторяемости времени начала бурь приходится на дневные часы, особенно на вторую половину дня, и совпадает с периодом наиболее частого формирования конвективной облачности.

4. В распределении скоростей сильных ветров в 50 - 80 % случаев наблюдается градация 16-17 м/с, а максимальные скорое-

ти не превышают градации 24 - 28 м/с.

5. Бурные Еетры по станциям могут быть практически любых направлений. Однако, в целом по районам можно выделить их преимущественные направления по группам румбов. Так, в Южных Кызылкумах ими являются все румбы западной половины горизонта, от южного до северного, а для остальной территории - северной части горизонта, от западного до восточного.

6. Средняя продолжительность бурь по большинству районов составляет 3-4 часа, а в Приаральских и Северных Кызылкумах около 6,5 часа. Для статистических рядов длительности бурь характерна значительная из'менчивость. Коэффициент вариации велик ( 1 - 1,2 ), но отличается стабильностью по всем районам. Кривые распределения длительности бурь имеют большую правостороннюю асимметрию ( коэффициент асимметрии 2,3...3,1 ) и островершинность ( коэффициент эксцесса 4,6...15.4 ). Максимально возможная длительность бурь, определенная по правилу "пяти <5 " от среднего значения, может достигать 25 - 40 часов. Это хорошо согласуется с фактическими максимумами длительности бурь по станциям.

7. В зонах местных штормовых ветров в результате совместного учета статистических характеристик, орографии и синоптических процессов выделены следующие особенности: а) увеличение среднего . числа бурь за год до 15-20; б) увеличение продолжительности бурь

( средней до 3-6, максимальной до 36-72 часов); в) увеличение уровня максимальных скоростей до 24-28 м/с и выше; г) стабильность определенных направлений бурь и их зависимость от особенностей рельефа; д) смещение максимума частоты бурь в годовом хо-.де на переходные сезоны; е) относительный, в отдельных случаях средний, коэффициент межгодовой изменчивости частоты бурь 0,4 -0,5 ( 0,6 - 0,7).

8. Вне зон местных штормовых ветров в большинстве случаев бури возникают при холодных вторжениях ( западном и северо-западном ) ( 40 - 50 %), а также при такой синоптической ситуации, которая обусловлена сближением двух барических образований: . южной или юго-западной периферией антициклона и области низкого . давления (15 — 20 55). В первом случае сильные ветры имеют фронтальный характер, а во втором определяются формированием значительных градиентов давления при сближении двух разнородных барических образований.

9. В зонах местных штормовых ветров сильные ветры обусловле-

ны спецификой орографических условий в сочетании с определенными типами синоптических процессов.Так, ветры подветренных склонов останцовых гор и отрогов основных хребтов возникают при условии наличия воздушного потока, соизмеримого с препятствием и ориентированного почти нормально к хребту. Эти условия выполняются при холодных вторжениях (северо-западное, северное ) и при выходе южных циклонов. Ветры в межгорных проходах возникают, как правило, при тех же синоптических процессах, когда направление воздушного потока совпадает с ориентацией горных проходов, а также при усилении барических градиентов вдоль горного прохода. Феновые ветры возникают на выходе узких склоновых долин в предгорные районы с приближением к ним области низкого давления, связанного с холодным вторжением или с выходом южных циклонов.

10. В пределах многолетнего ряда годовых максимумов скоростей ветра с 1951 по 1986 год выявлены три периода, для которых угловые коэффициенты уравнений тренда статистически значимы. Причем, эти периоды почти совпадают ( со сдвигом в 1 - 2 года ) со стадиями циркуляционной эпохи. Выявленные колебания в уровне годовых максимумов скоростей имеют периодичность около 20 лет, что согласуется' с периодом смены основных форм атмосферной циркуляции в северном полушарии. Темпы роста или падения уровня скоростей за весь исследуемый период по станциям статистически незначимы: 0,01 - 0,02 м/с за год. В зонах местных штормовых ветров аналогичные колебания в уровне максимальных скоростей не установлены.

И. Выполненная климатическая типизация территории пустыни Кызылкум, учитывающая ее макро-мезо и микрорельефные условия, на основании которой выполнено детальное районирование по нормативным ветровым нагрузкам,представлена 36 типами, из которых 16 соответствуют климатически однородным условиям, в 10 отмечаются высотные зависимости максимальных скоростей и 10 приходятся на зоны местных штормовых ветров.

12. Для климатически однородных типов получены средние (фоновые) оценки максимальных скоростей ветра, вероятные один раз в 25 лет, которые соответствуют определенному нормативному ветровому району. Так, для незащищенных поверхностей низменностей и равнин пустыни Кызылкум, Каршинской. Голодной степей. Бухарского оазиса ( тип 1-1-1 ). для предгорных равнин Памиро-Алая ( тип 2-3-1 ) и днищ межгорных впадин ( 2-4-1 ) принят II вет-

ровой район с оценкой У16- = 29 м/с. Для защищенных поверхностей указанных территорий (типы 1-1-2, 2-3-2, 2-4-2 ) принят 1 вётро-овой район с оценкой Уч = 25 м/с. Для защищенных участков склонов ( тальвеги ) ( типы 5-5Б-5, 1-5В-5, 2-5Б-5, 2-5В-5 ) также принят 1 ветровой район с оценкой У^ =25 м/с.

13. По данным метеостанций и специальных ветровых съемок получены модели высотных зависимостей V {2 пр ) от приведенных высот, в соответствии с которыми нормативная скорость изменяется в следующих пределах: модель 1 - V*, увеличивается от 29 м/с в " зоне подножий до 50 м/с в зоне гребней для незащищенных участков гор с относительными высотами гребней 300 м и более ( типы 1-5В-3, 2-5В-3 ); модель 2 - Уи увеличивается от 29 м/с в зоне подножий до 42 м/с в зоне гребней для типов 1-5Б-3, 2-5Б-3 и 1-5В-4, 2-5В-4; модель 3 - У„ увеличивается от 29 м/с до 35 м/с для типов 1-5Б-4 и 2-5Б-4.

14. Для каждой зоны местных штормовых ветров приняты нормативные скорости Упревышающие фоновое значение на значительной части территории пустыни Кызылкум. В зависимости от интенсивности буревой деятельности оценки V в зонах местных штормовых ветров изменяются от 32 м/с ( III ветровой район ) до 45 м/с ( VI ветровой район ).

15. Разработанная на основе найденных закономерностей региональная карта нормативных ветровых районов по градациям включает шесть ветровых районов, в которых У1!Г изменяется от 25 м/с до 45 м/с. Приводится система уравнений связи Чгs со скоростями других периодов повторений, которые с точностью до 1-2 м/с позволяют рассчитать значения скоростей, вероятных 1 раз в 5,10 и 15 лет. Карта предназначена для использования в качестве регионального климатического норматива для строительного проектирования линий электропередач всех классов напряжения и других сооружений.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Возможности метода климатической типизации для разработки карт расчетных скоростей ветра. // Проблемы гидрометеорологического обеспечения народного хозяйства Сибири. Тезисы докладов .• Всесоюзного совещания 6-10 августа. - Красноярск: Изд-во Сибирь, 1989. - С.106-107.

2. 0 сопоставимости региональных карт максимальных скоростей ветра с повторяемостью 1 раз в 10 и 25 лет // Нормирование ветровых нагрузок и расчет зданий. Тезисы докладов: Москва,1989. - С. 82-83.

3. Климатические характеристики бурь на территории пустыни Кызыл-Кум. // Вопросы прогноза погоды, климата и циркуляции атмосферы: Межвузовский сб. научных трудов. - Пермь.-1990.- С.110 - 118.

4. Расчетные скорости ветра на территории Узбекской ССР // 'Вопросы прогноза погоды, климата и циркуляции атмосферы: Межвузовский сб. научных трудов. - Пермь.- 1S90.- С.119-131 ( в соавторстве с Подрезовым O.A.).

5. Фоновые высотные зависимости максимальных скоростей ветра на территории Средней Азии // Исследование гидрометеорологических факторов, методика расчетов их параметров для целей районирования и прогнозирования природоохранных мероприятий: Сб. научных трудов А.Н. Кирг. ССР. - Фрунзе. - "Илим", 1990.-С.14-27

(в соавторстве с Подрезовым O.A.).

6. Максимальные скорости ветра на территории Юго-Западного Тянь-Шаня, Западного Памира и пустыни Кызылкум. // Исследование гидрометеорологических факторов, методика расчета их параметров для целей районирования и прогнозирования природоохранных мероприятий: Сб. научных трудов А.Н. Кирг. ССР. - Фрунзе.- "Илим". 1990,- С.27-36.

7. Многолетние изменения годовых максимумов скоростей ветра и их связь с формами атмосферной циркуляции в пустыне Кызыл-Кум // Анализ и прогноз метеорологических элементов и речного стока. Вопросы охраны атмосферы. Межвузовский сб. научных трудов.- Пермь, 1993,- С.39-48.

. 8. Многолетние изменения максимальных скоростей ветра в пустыне Кызыл-Кум/Дезисы докл. научной конференции Кыргызско-Российского Славянского Университета,- Бишкек, 1994.- С.13.*

9. К вопросу о местных штормовых ветрах в пустыни Кызыл-Кум.// Тезисы докл. научной конференции Кыргызско-Российского Славянского Университета.- Бишкек, 1995.- С.28.

РЕЗЮМЕ

На основе статистической обработки результатов наблюдений за бурным ветром ( >14 м с ) по 23 метеостанциям пустыни Кы-зылкум получены режимные характеристики сильных ветров: частота, продолжительность и соответствующие им коэффициенты асимметрии, эксцесса, вариации, а также годовой, суточный ход и преобладающие направления. Исследованы синоптические условия возникновения сильных ветров во взаимосвязи с орографическими особенностями окружающей местности.

С использованием эмпирических рядов годовых максимумов скоростей ветра за период 1950-1986 гг. по 10 метеостанциям исследована многолетняя изменчивость уровня скоростей ветра и их связь со стадиями циркуляционных эпох. оценивается значимость выявленных трендов и циклов.

На основе выявленных закономерностей в режиме бурных ветров с использованием рядов максимальных скоростей по 216 метеостанциям разработана модель климатической типизации изучаемой территории применительно к максимальным скоростям, состоящая из 36 климатических типов, учитывающая макро-, мезо-и микрорельефные особенности региона. Для каждого климатического- типа получены статистически обоснованные расчетные значения скоростей ветра с периодом повторения 1 раз в 25 лет, которые легли в основу построения региональной карты нормативных ветровых нагрузок. Эта карта используется в качестве климатического норматива при проектировании линий электропередач всех классов напряжения.

Иванова Г.Ф. "Режим сильных ветров и ветровые нагрузки в пустыне Кызылкум".

Т*жырымдама

К^зылкум шелтщ 23 метеостансасында байкдлган к*йьш «ел ( 14 м/с) непзгнде кдтты желдер^н, статистика лык, нетижелерг бой-ьшша режимд1к сипаттамалары: жихлгП,гэак,тылыгы мен оларга сзй-кес асимметрия коэффициенттер1, • эксцесс, вариация, жылдыц, тэу-Л1КТ1К сипаттары мен нег^зп багыттары алынды. Кдтты желдерд1 тугызатын синоптикалын; жагдайларды коршатан ортанан, орграфияльа^ ерекшел^ктерше байлакыстыра зерттеген.

1950-86 жылдар аралыгындагы 10 метеостансасы бакщаулары бо-' йынша жлдШ, ен, жогары (пах) жылдьи^ жылдшлдыгыньщ эмпирикалык; кдтарларын пайдалана отырып, жел жылдамдыгынын, кеп жылдык; езгеру децгей! зерттелген жене олардын, циркуляциялык; дэу^р кезендер1мен байланысы анык,талган, трендтер мен циклдардьщ мацыздылыгы багаланады.

216 метеостансаларда к,*йын желдердх байкду непз1ндегд занды-лык, бойынша ец жогары (пах) жылдамдык,тар кдтарын пайдаланып, 36 климат турлер1нен тзгратын: аймак,тыц макро-мезо жане микрорельеф ерекшел1ктер1Н ескереИн климат моделшщ нак,тылы жерге тан си-пат тамасы жасалынды. Эр климат ттрлер1не 25 жылда 1 ре-т байк^ла-тьш жел жылдамдык,тарынныц статистикалык; есептеулер! келт1р!лд1, олар аймак,тын, мэлшерл! жел карталарын жасауга неПа болды. Бкл карта климат нормативы тургнде пайдаланылады жене барлык; керне-ул! электроетк13Пш жуйелерш жасаганда ескер^ледь

Иванова Г. Ф. " Кдаьищм шел1нде к;атты желдер режим! жане жел к^сымдары. "

Resume

On the bases of statical processing of violent wind ( > 14 m/sec) observation results at 23 meteorological stations in Kyzylrum desert conditional characteristics of heavy winds were obtained: frequency duration, and corresponding to them of asymmetry, exxess, variation, and also the annual, and daily movement, and prevailing direction. Synoptical conditions of heavy winds' rise in connection with orographlcal features of the observed territory were investigated.

At 10 meteorological stations several years' changeability of wind speed rates and their connection with the stages of circulating epochs was Investigated with the use of emperic sevies of annual wind speed maximums for the period 1950-1986. the signltlcance of revealed trends and cycles is evaluated.

On the bases of revealed regularities in conditions of. violent winds with the use of series of speed maximums at 216 meteorological stations a model of climatic typlcatlon of the observed territory conformably to speed maximums was worked out, it consists of 36 climatic types, considering macro-, meso-, and mlcrorellef pecularltles of the region. For each climatic type there were obtained statistically proved design figures of wind speeds with repetition period of once per 25 etars, these figures were assumed as a basis for naklng up a regional map of standard wind load. This map is used as a climatic standard when designing electrotransmlsslon systems of all types of tension.

' Ivanova G.F. "Conditions of heavy winds and wind loads in Kyzylkum desert".