Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Климатические характеристики скорости ветра для задач атомной энергетики

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Климатические характеристики скорости ветра для задач атомной энергетики"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЛАВНАЯ ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ ИМ.А.И.ВОЕЙКОВА

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

КРАВЧЕНКО ИРИНА КИРИЛЛОВНА

УДК 551.55

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СКОРОСТИ ВЕТРА ДЛЯ ЗАДАЧ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 11.00.09 - МЕТЕОРОЛОГИЯ, КЛИМАТОЛОГИЯ, АГРОМЕТЕОРОЛОГИЯ

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ГЕОГРАФИЧЕСКИХ НАУК

ЛЕНИНГРАД 1990

Работа выполнена в Главной геофизической обсерватории им. А.П.Всейкова.

Научный руководитель - доктор географических наук Ы.Ы.Борисенко

Официальное оппоненти - доктор геогр.наук, с.н.с. Сонькин Л.Р.,

кандидат геогр.наук, доцент Хандокко Л.А.

З^ду^зе учреждение: Западно-Сибирский научно-исследовательский институт Госкокгидроыета

Задата диссертации состоится "3/ " 1990 г.

в "43 " час. на заседаяии специализированного ¿овета Д.024.06.! по ходатайству о присуждении ученой степени доктора, наук при Главной геофизической обсерватории иы. А.К.Воейкова

Адрес: 194018, Ленинград, ул. Карбышева, 7.

С диссертацией моасно ознакомиться в библиотеке Главной геофизической обсерватории

Автореферат разослан »¿г. & 1990 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета доктор, профессор

Н.В.Кобыаева

ОЕИЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РДЕОТЫ

Актуальность темы. В последнее время в связи о ростом энерговооруженности экономики значительно увеличились потребности в электроэнергии со стороны различных отрэслей народного хозя!1Стцо. Одним из интенсивных путей развития электроэнергетики является использование современных источников электроэнергии, в чэстности-- атомной. Специфичность атомной энергетики, оформившейся к настоящему времени в самостоятельную область народного хозяйства, состоит в необходимости тщательного соблюдения правил экологиче-. ской безопасности возводим« объектов АС. Указанные правши могут быть соблюдены при условии научно обоснованного учёта механических нагрузок от воздействий различных метеорологических факторов при возведении и эксплуатации атомных станций.

В целях 'обеспечения высокого уровня проектных и изыскательских работ при создании АС было принято постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР о мерах по дальнейшему улучшению проектирования и строительства атомных станций. Им, в частности, предусмотрено создание нормативной документации по учёту метеорологических факторов в целях более обоснованного выбора площадок строительстве атомных станций и повышения их надёжности и безопасности.

Климатические характеристики ветра, входящие в состзв упомянутой информации, подразделяются на два части.

К первой части относятся данные по расчётный скоростям вечрэ редкой повторяемости (50, 100 лет), необходимые при оценках пре -дельно допустимых механических нагрузок на сооружения АС.

К второй - характеристики реяиш очень слабых ветров и штилей (0-1 м/с), т.к.учёт этих факторов необходим для обоснованного выбора плода док размещения АС. Поэтому исследование возможных условий загрязнения окружающей площадку АС местности приобретает вааное значение в общей задаче охраны природной среды.

Цель работы состоит в решении актуальной научной задачи выявления закономерностей пространственно-временного распределения по территории СССР климатических характеристик ветрэ, требующихся' для оценок особых воздействий на сооружения АС.

Оснопнне задали исследования:

- применительно к проблеме оценок воздействий на' сооружения АС провести сравнение максимальных скоростей ветра, определяемых различишь: расчетами методами;

- выработать методические рекомендации по определению расчетных скоростей ветра редкой повторяемости расчетными и косвенный метода;.:;:;

- разработать фоновые и региональные карты районирования территории СССР по расчетный максимальным скоростям ветра с периодом повторения Т = 5,20,50 я 100 лет, необходимые для обоснованных одй::ох внеаиих воздействии на сооружения АС;

- изучить закономерности пространственного и временного распределения по территории СССР климатических характеристик очень с::айих ветров л штилей ;

- разработать методы расчета вероятностных характеристик скорости ветра < I и/с.

Попользованные^материалы и методы исследования. В качестве исходной информации использовались материалы "Справочника по климату СССР" как многолетние, так и данные за отдельные годы. Кроне того - специально отобранные из метеорологических екемесячников и таблиц Ш-1 данные более 100 метеостанций с однородными рядами восьиисрочких наблюдении за ветром с 1966 по 1985 г., производимых по анеморумбометру Ц-63.

Для решения поставленных в диссертации задач применялись метода сравнительного географического анализа с применением большого объема климатических данных, а такке методы математической статистики. Обработка данных и расчеты проводились при помочи ЭВМ БЭСМ-6.

Достоверность получаемых результатов устанавливалась путем определения точности вычисленных характеристик и проверки при по-моЩ1 I -критерия достоверности.

Использовались графические методы исследования при помощи • хлетчаток вероятностей и номограмм, картографические и методы климатического районирования.

Достоверность выводов достигается сопоставлением результатов, полученных различными методами; подтверкдается согласованностью карт климатического районирования, выполненных на независимом материале.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

- на основе использования всех имеющихся к настоящему времени массивов наблюдений за ветром составлены унифицированные карты районирования по расчетным скоростям ветра редкой повторяемости для территории СССР в целом и более подробные для Казахстана;

- путем анализа длительных рядов измерений ветра анеморумбо-метром М-63 проведены сравнительные оценки расчета максимальных скоростей различными методами

- выявлены типы годового хода расчетных скоростей ветра в различных регионах Советского Союза и установлена их связь с циркуляционными условиями и характером подстилающей поверхности;

- проведено подробное исследование пространственной и временной изменчивости повторяемости диапазона скорости ветра 0-1 м/с в различных частях территории СССР;

- разработана методика расчета вероятностных характеристик слабых ветров и штилей на основе эмпирических рядов среднегодовых и среднемесячных значений Р ( I).

На защиту выносятся перечисленные выше научные результаты, имеющие научную новизну.

Практическая значимость работы. Большинство положений диссертации, главным образом, карты климатического районирования прошли неоднократную проверку в практической деятельности различных ведомств (НИУ и проектные организации Госстроя СССР, Минэнерго СССР, Минводхоза СССР, Госагропрома РСФСР). Результаты разработки районирования по расчетным скоростям ветра редкой повторяемости отражены в составленных совместно с институтом Атомэнергопроект "Методических рекомендациях по определению расчетных максимальных скоростей гетра для проектирования атомных электростанций" (1985 г.), использованных в работах головного института и его отделений.

Карты районирования по расчетным скоростям вошли составной частью в подготовленные совместно с НПО "Зетроэн" "Рекомендации по определению климатических характеристик ветроэнергетических ресурсов" (1989 г.). Они использовались НИС Гидропроекта им.С.Я.Жука при создании проектов сверхмощных ветроэлектрических станций. Карта расчетных скоростей ветра, возможных I раз в 50 лет,\экспонировалась в павильоне Гидрометслужбы на ВДНХ СССР и удостоена бронзовой медали (1983 г.).

Ряд результатов, вытекающих из разработанного автором районирования отдельных регионов СССР по расчетным скоростям, нашел при-

менение за ранками основной задачи. Например, данные распределения Up в зоне морских пооережий использовались организациями Минсуд-прома СССР при проведении изыскательских работ на шельфах порей, чену являются подтверждением акты о внедрении от заинтересованных организации.

Апробация работы. Основное содержание и результаты диссертации отражены в публикациях, а отдельные ое разделы докладывались и обсуждались на встрече по теме "Гидрометеорология и энергетика" ' (Москва, ВДНХ СССР, 1983 г.), на координационном совещании по отраслевой научно-технической программе 02.06 "Коиплекснио исследования строительных конструкции и основании сооружении атомных станций с целью обоснования принимаемых проектных решений'.' (Москва, ВДНХ СССР, 19 89 г.),на Всесоюзном научно-технической совещании "Нормирование ветровых нагрузок и расчет зданий, линий электропередачи и других сооружений на действие ветра" (Фрунзе, 1989 г.), на заседаниях метеорологической комиссии Всесоюзного географического общества (1983, 1989 г.), научном семинаре отдела прикладной климатологии ГГО (1988 г.)» объединенном научной семинаре отделов ГГО: динамической метеорологии, теории и прогноза климата, исследования атмосферной диффузии и загрязнения воздушного бассейна, прикладной климатологии.

Структура, и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем составляет 183 страницы, в том числе 114 страниц машинописного текста, II карт, 32 рисунка, 22 таблицы. Список использованных источников содзркит 137 наименований.

Содержание диссертационной работы

Во введении приводится обоснование актуальности .исследования, сформулированы цель и задачи работы, ее научная новизна и практическое значение, обозначены основные положения диссертации, выносимые на за!диту, дйно краткое описание использованных материалов.

' КММЛв£МЯ посвящена анализу методов исследования расчетных скоростей ветра редкой повторяемости. В ней проведено сравнение результатов расчета максимальных скоростей ветра редкой повторяемости различишь методами.

Для получения расчетных скоростей ветра заданной вероятности в настоящее время используются три типа предельных распределений Фишера-Типпетта. Показано, что применение метода ВНШ1Э, разработанного на.основе П типа предельных распределений, моает привести к необоснованному завышению расчетных скоростей ветра.

Метод ГГО,■основанный на Ш типе распределений Фишера-Типпет-та, предпочтительнее со статистической точки зрения, т.к. расчеты производятся по всей совокупности наблюдений за ветром, т.е. 1461 значение для 4-х срочных и 2920 - для 8-ми срочных, в то время как по методу ВНШЭ за каадый год используется лишь 12 случаев месячных максимумов.

- Массовые расчеты максимальных скоростей ветра, проводившиеся по методу ГГО, позволили установить, что при использовании графической экстраполяции все совокупности наблюдений на клетчатке ГГО, кривые распределения хорошо спрямляются во всем диапазоне изменений скорости ветра, особенно для метеостанций, расположенных на открытой ровной местности.

Основным недостатком метода ГГО обычно считают некоторый "субъективизм" при проведении кривой по эмпирическим точкам. Этого недостатка мокно избежать, если производить расчеты максимальных скоростей ветра с помощью ЭВМ. В диссертации приведено сравнение расчетных скоростей ветра, полученных графическим и аналитическим способами для 50 метеостанций ЕЧС, где наблюдения проводились по анеморумбометру 11-63 за 20-летний период (1966-1985 гг.).

Показано, что при расчетах по методу наименьших квадратов на ЭВМ и графическим способом расчетные скорости различаются ыекду собой на 1-2 м/с. Коэффициент корреляции составляет 0.97.

При расчетах максимальных скоростей ветра с помощью ЭВМ были применены два алгоритма: метод моментов и метод наименьших квадратов. Рассчитывались параметры распределения р и г , а хаме основные моменты распределения. Показано, что использование метода моментов позволяет более точно определять значения средней скорости, т.е. математического ожидания. Данный алгоритм позволяет наиболее надекно получать характеристики ветроэнергорасурсов. При расчетах максимальных скоростей ветра для получения результатов, сравнимых с предыдущими исследованиями, основанными на графическом методе ГГО, наиболее приемлемым является алгоритм метода наименьших квадратов.

Метод Гумбеля,основанный на I типе распределений Фишера-Тип-1штта,в отечественной практике до настоящего времени широко не прииенялся из-за недостатка надежных многолетних рядов годовых экстремумов,

В диссертации было проведено сравнение расчетных скоростей ветра,полученных по всей совокупности наблюдений при помощи двух-параметрического экспоненциального закона Вейбулла и по годовым максимумам методом Гумбеля. Показано,что расчетные скорости ветра, полученные методом Гумбеля,оказывается выше,чем расчетные скорости,полученные по распределению Вейбулла. Различия между скоростями возрастает с увеличением периода повторения расчетной скорости. Относительные расхождения составляют менее 10% расчетной величины, если отношение периода повторения к периоду наблюдений (Т^З? ) <3. Таким образом при использовании 15-летнего периода наблюдений мокно получить сравнимые значения расчетных скоростей,определенных данными методами,для периода повторения расчетной скорости от 5 до 50 лег.

При I > 50 лет значения расчетных скоростей ветра,определенных методом Гумбеля,превосходят ЫР .определенных по распределении Вей-булла более чем на 10^ расчетной величины,т.е. ошибки превышают допустимую погрешность.

Второй задачей первой главы диссертации является разработка косвенного метода получения расчетных скоростей ветра по корреляционной связи между средней и расчетной скоростями ветра.

Известно,что мекду параметрами распределения р и Г , а также средней скоростью ветра существует статистическая связь,зависящая от характера атмосферной циркуляции,а такке определенных условий шероховатости подстилающей поверхности. Таким образом,выделяется ряд конкретных физико-географических и.климатических районов, где существует определенная тесная корреляционная связь между средней и расчетной скоростями ветра.

В результате проведенного в диссертации исследован/я связи Ц с Ыр ка территории ОССР было выделено 20 районов с различной степенью.корреляционной связи средней годовой скорости и расчетной:воз-Ы01ЛЮЙ один ра? в 5 лет,которые с одной стороны являыся районами с сп^делчннмыи физико-географическими условиями подстиле.ющей по-ьерхности ь особенностями атмосферной циркуляции,-а с другой - -облгдаюг определенными статистическими характеристиками^ частнос-ти,значением параметра К" ,

Для 'выделенных районов вычислялись коэффициенты корреляции Ъ и ошибки <5"г,а также был определен t-критерий Стыздента для оценки достоверности коэффициентов корреляции. Вычисленные значения t -критерия во всех выделенных районах превышают критическое значение критерия для уровней значимости 0.95 и 0.99, т.е. t являются статистически значимыми.

Для всех выделенных районов рассчитаны уравнения регрессии и доверительные интервалы линии регрессии,которые представлены в виде порайонных графиков связи U с Ug. Используя полученные зависимости, мокно получать значения Ц ^ по известному значению средней многолетней скорости ветра для любого пункта наблюдений,находящегося в пределах конкретного района с погрешностью,не превыааищей + 2 м/с.

Полученная связь для каждого из районов является устойчивой во времени и может быть использована для получения расчетной скорости, возможной один раз в 5 лет, по средней годовой скорости, вычисленной за любой период наблюдений.

На территории СССР выделятся две группы районов, огличаввдхся формой корреляционной связи,зависящей от физико-географических условий. В первую группу входят равнинные районы и поберегья, во вторую - горные районы и "гористые" побережья. При одинаковой средней скорости ветра расчетная скорость .больше для горных районов и гористых поберегий.

Применение косвенного метода определения расчетной скорости ветра по данным о U может быть оправдано в том случае, если U устойчива^ ее колебания происходят в соответствии с естественной изменчивостью атмосферных процессов.

На основании данных 60 метеостанций Казахстана за период 1951-83 гг. проведен анализ изменчивости средних скоростей ветра в различных условиях местоположения метеостанций.

Показано-,что с начала 60-х годов отмечается снижение скорости ветра как в открытой местности,так и в населенных пунктах. Снижение скорости происходило для каждого типа местности по-разному. На метеостанциях, располокенных вне населенных пунктов,за 5-летку (1979-63 гг.) U меньше на ЗС#,чем в 1951-56 гг. Такое снижение Ц могсно объяснить лишь естественниц изменением ветрового режима. Наиболее резкое сниае-ние средней скорости обнарукивается в городах. Сникение U начинается у «се с конца 50-х годов,в 1979 - S3 гг. О в среднем на 53£ меньше, чем в 1951-55 гг.

В поселках городского типа снижение средней скорости несколько

моньие - 4&;'¿,a в сельской местности - 39/3.

Исследование однородности рядов средней скорости ветра для 4 групп метеостанций,объединенных по условиям местоположения,проводилось при помоци критерия Стьвдеыта. Били рассчитаны значения t -критерия для частей рядов с целью выявления момента нарушения однородности. Упомянутое нарушение отмечается в первую очередь на метеостанциях, расположенных в крупных городах,и приходится на середину 50-х годов, в поселках городского и сельского типов приходится на более поздний период (середину 60-х годов) ; позьсе всего нарушение неоднородности обнаруживается на метеостанциях,расположенных вне населенных пунктов (начало 70-х годов).

Таким образом сникение средних скоростей ветра,обнаруженное на подавляюще!! части метеостанции региона за последние годы,происходило но только вследствие изменения ветрового решма. В городах и населенных пунктах сникение скоростей ветра усиливается в результате антропогенного воздействия окруиаацей метеостанцию обстановки.

Глава вторая посвяцана разработке фоновых и региональных карт районирования территории СССР по расчетным скоростям ветра с периодом повторения Т ■» 5, 20, 50 и 100 лет.

В диссертации предложена серия карт,которые являются,во-первых, унифицированными,во-вторых,более точными (по сравнению с картами в СНиП'е).

Уточнение районирования территории СССР происходило по четырем направлениям.

1-ое - переход к построению карт с периодом повторения расчетной скорости не только 5 (как в СНиП'е),но и 20, 50 и 100 лет.

2-ое - анализ погрешностей методики определения расчетных скоростей ветра,позволивший показать необоснованное завышение расчетных скоростей,помещенных в табл.10 Справочника по климату СССР,и дать рекомендации по уточнению методики аппроксимации распределений скоростей ветра по градациям.

3-е направление заключалось в получении дополнительной информации с расчетных скоростях ветра при помощи ранее указанного метода "восстановления" Up по значениям средней скорости.

Использование дополнительной информации более чем для 1000 метеорологических станций позволило увеличить объем исходных данных для построения карт в различных регионах Советского Союза' от 2 до 5 раз.

4-ое исправление состояло в том,что максимальные расчетные ско-

рости' ветра, определенные из наблюдении по флюгеру Вильда при 2-минутном осреднении, были приведены к показаниям анеморукбометра ¡1-63, т.е. к 10-минутному интервалу осреднения, который принят п качестве основного для большинства стран Европы и отвечает Рекомендациям ВПО.

Так как основой для создания карт уточненного районирования явились материалы наблюдений до 1964 г., было произведено сравнение ир с учетом рядов за последующий период. Оказалось, что расчетные скорости за период наблюдений (1965-1985 гг.) несколько меньше, чем за период 1936-64 гг., в среднем на 2 м/с. При разделении метеостанций по типам местоположения на 3 х'руппы А,В,С эта величина несколько меняется. Для группы А,к которой относятся города, снижение расчетной скорости составляет 4 м/с, для метеостанций, относящихся к сельской местности (В),имеет место несколько меньшее снижеикз (на 2 м/с). Для метеостанций группы С, расположенных на открытой ровной местности,а также на побережьях морей снижение ЫР нв обнару¡пинается - напротив, Ыр возросли в среднем на I м/с.

Значения ир находятся в прямой зависимости от класса открытости флюгера. При построении карт расчетных скоростей были использованы лишь репрезентативные, типичные для конкретного физико-географического района условия защищенности.

Предложенные карты по расчетным скоростям ветра хорошо согласуются с районированием ир на прилегающих территориях Западной Европы. Различия между расчетными скоростями ветра,возможными один раз в 50 лет, для сопредельных территорий не превышают 1-2 м/с.

Так как на фоновых картах не могут быть учтены местные особенности ветрового режима, возникает задача создания более подробных региональных карт ЫР для территорий, отличающихся большим разнообразием физико-географических условий. На примере Казахстана были разработаны региональные карты максимальных скоростей ветра.возможных один раз в 5, 20 и 50 лет. Для построения данных карт были использованы материалы флюгерных наблюдений. Полученные Цр были приведены к 10-минутному интервалу осреднения. Учет местоположения метеостанций позволил более точно учитывать различия в Ир ка близкорасположенных метеостанциях.

В предгорных районах Казахстана выделены зоны местных ветров, и определены их расчетные скорости, возможные один раз в 3, 20 и' 50 лет. Такими зонами является район ДжунгарскиХ ворот, где эозни-

кает местный ветер евгей, В долине реки Эмель, впадающей в озеро Алаколь, наблюдается т.н. кулусутайский эби. Чиликский ветер - в сужении долины реки Или.

На перевалах также могут возникать сильные ветры. Например, тюлькубасский ветер между Джамбулом и Чимкентом. В районе метеостанции Мугодкарская наблюдается местный ветер,- известный как Мугод-карский ураган. ' ,

В сфере воздействия местной циркуляции расчетные скорости ветра могут значительно превышать нормативные для данного района.

Сравнение расчетных скоростей ветра, полученных за различные периоды наблюдений (1936-64 и 1966-83 гг.), показало, что Цр близки между собой.

В практике строительного проектирования для ряда задач требуется располагать информацией о максимальных скоростях ветра для отдельных месяцев и сезонов года. В связи с этим был рассмотрен годовой ход ир .

Расчетные максимумы для каждого месяца определялись по рядам наблюдений по М-63 за 15 лет (1966-80 гг.). Установлено,что расчетные скорости ветра,полученные по годовым максимумам,всегда больше, чем Ир месяца с наибольшей расчетной скоростью ветра в годовом ходе для периода повторения 5 лет (превышение составляет в среднем 2 м/с).

При увеличении периода повторения эти различия составляют для лериода повторения 20 лет + 2 м/с, т.е. систематических завышений нет. Для периода повторения 50 лет для большинства метеостанций ир, полученная для месяца максимума в годовом ходе, становится больше, чем расчетная скорость в целом для года. Установлено,что различия между расчетными скоростями ветра,полученными по годовым экс!рему-мам и месячным максимумам для месяца с наибольшей расчетной скоростью ветра в году определяются с одной стороны постоянством наступления экстремума скорости ветра в определенном месяце,а с другой -изменчивостью значений наблюденных максимумов от года к году.

■ Годовой максимум Ыр на большей части территории СССР приурочен к месяцам наибольшей активности атмосферных процессов, характерных для зимнего и переходных сезонов года. Только в континенталь-

ной районе Восточной Сибири в условиях глубокого антициклона в зимнее время наблюдается минимальные значения 14 р , а максимум приходится на летнее время.

Наиболее выражен годовой ход расчетных скоростей ^е'хра на побережьях морей СССР, что проявляется з наиболыие^ годовом амплитуде ЫР .

Глава 3 посвящена исследованию пространственно-временных особенностей повторяемости слабых ветров и лтплон па территории СССР,

Обоснован выбор метода расчета вероятностных характеристик Р ( Ц ^ I).

Для этого были использованы анемометрическиз данные более 100 метеостанций за 20-летний период (1966-65 гг.). Показано, что для расчета среднемесячной повторяемости слабых ветров и штиле;: заданной вероятности мокет применяться двухпарапетричэский экспоненциальный закон Войбулла. Интегральны? кривые среднемесячных повторлемос-тей скоростей 0-1 м/с хорошо спрямляются на клетчатка Вейбуляа, а также выполняется условие применимости данного закона, связанное с зависимостью коэффициента асимметрии распределения С5 от коэффициента вариации Су , которая приблизительно вырагается уравнением С5 « 2.86 Су - 0.86.

Для распределений среднегодовых значений Р ( II ¡4 I) указанное соотношение не всегда соблюдается, поэтому расчеты производились при помоци И-х типов распределений Фыера-Типпетта. Они показали, что расчетные повторяемости слабых ветров и штилей с периодом повторения 5 лет, определенные по Ш-м типам распределений близки между собой. С увеличением периода повторения различия возрастают.

Для проверки соответствия рядов среднегодовой повторяемости слабых ветров и штилей одному из Ш типов распределений применялся критерий Дженкинсона. В 75$ всех случаев критерий > I, т.е. эмпирические данные соответствуют 1 типу распределений, 21£ имеет

критерий = I, т.е. соответствует I типу предельных распределений и только 4% - П типу(^< I ),

Для большинства метеостанций, располокенных на равнинной части территории СССР, многолетние ряды среднегодовой повторяемости слабых ветров и штилей соответствуют 111 типу распределений Фииера-Тип-петха, что позволяет применять для расчета вероятностных характерно-

тик Р ( Ы ^ I) закон Вейбулла.

Расчетные значения Р ( и 4 I), полученные при поиощи закона Вейбулла, были сраанены с данными, рассчитанными по уравнению Дкенкинсона. Оказалось, что они близки между собой при всех периодах повторения. Различия минимальны при значении критерия Дженкин-сона ]И - 1.05 - 1.25. При ^ < 1.05 метод Дженкинсона дает несколько большие значения по сравнению с уравнением Вейбулла, а при ^ > 1.25 - несколько меньшие.

Наибольшие значения относительных разностей между Р полученных указанными методами, не превышают 12$.

Помимо аналитического метода расчета Р ( Ы4- I) предложена двухпараметрическая номограмма, позволяющая по среднему многолетнему значению Р ( Ц 4 I) и коэффициенту вариации Су получать вероятностные характеристики с периодом повторения один раз в 2, 5, 10, 20, 50 и 100 лет. Различия между величинами расчетной повторяемости слабых ветров и штилей, подученными аналитически и графически, не превышают самого расчетного значения.

В ряде ранее выполненных работ было показано, что между средней скоростью ветра, с одной стороны, и обеспеченностью скоростей выше заданного уровня, с другой, существует достаточно тесная корреляционная связь.

Таким образом, можно было предположить, что существует также связь мекду средней скоростью ветра 0 и повторяемостью скорости ветра ниже заданного уровня, т.е. ^ I м/о.

Установлено, что для метеостанций, расположенных в различных регионах Советского Союза, корреляционная связь и с Р (и^.1) нелинейна и близка к параболической. Однако при разделении метеостанций по физико-географическим условиям и особенностям атмосферной циркуляции выделяются отдельные районы,, для которых связь О и

Р ( Ы ^ I) оказывается практически линейной с отрицательным коэффициентом корреляции.

На основании данных более чем 1200 метеостанций из Справочника по климату СССР были выделены районы с наиболее тесной корреляционной связью Ос Р ( Ц ^ I). Установлено, что эти районы практически совпадают с выделенными по связи средней Ы и расчетной скорости ветра Ы Незначительные различия, которые возникают в границах районов, объясняются своеобразием связей Ы с

и I), которые возникают при взаимодействии циркуляции

атмосферы с особенностями подстилающей поверхности. Так, если по связи и с ир различаются две группы районов - горные и равнинные, то по связи Ы с Р ( и ^ I) указанные различия не отмечаются.

Таким образом, совпадение границ выделенных районов объясняется зависимостью режима скоростей ветра от степени открытости метеостанций, а различия в границах вызваны своеобразным сочетанием особенностей атмосферной-циркуляции и условиями местоположения метеостанций.

В результате проведенного исследования было выделено 18 районов и 2 подрайона. Коэффициенты корреляции между и и Р ( Ы < I) составляют от 0.75 до 0.96. С помощью применения критерия Стыздеи-та показана статистическая значимость коэффициентов корреляции. Для выделенных районов были также получены уравнения линейно.; регрессии и построены порайонные графики с доверительным интервалом линии регрессии.

В результате проверки применимости графиков для данных последнего периода наблюдений оказалось, что эмпирические данные, полученные за разные периоды, хорошо согласуются меяду собой и укладываются в эллипс рассеяния.

Таким образом, используя полученные графики связи, мокно косвенным путем определить значение среднегодовой повторяемости слабых ветров и штилей по многолетнему значению средней гсдовой скорости ветра, вычисленной, в частности, за последний период (1966-1985 гг.).

Исследованы особенности пространственного распределения повторяемости скорости ветра 0-1 м/с на территории СССР, результатом которого явилась карта. Для построения карты были отобраны наиболее характерные типы местоположения метеостанций в зависимости от форм рельефа, характера растительного покрова, расположения вблизи водных поверхностей (около 1000 метеостанций).

Для увеличения объема информации был применен метод "восстановления" значений Р ( Ы <■ I) по известному значению среднегодовой скорости ветра. Применение описанного выше косвенного метода определения Р (и4 I) позволило увеличить объем исходных данных для картирования почти вдвое, а для отдельных рогионов в 3-4 раза.

Карта повторяемости слабых ветров и штилей на территории СССР составлена на основании данных около 2000 метеостанции.

На большей части Европейской территории Союза и Казахстана Р (Ы^ X) находится в пределах 20-30^. Для районов восточнее Енисея Р ( К ^ I) составляет 50-60^, а в горных районах более 60£.

Исследован годовой ход повторяемости слабых ветров и штилей. Внутрлгодовая изменчивость Р ( Ы I) обусловлена сезонными колебаниями атмосферной циркуляции, а также влиянием региональных барических центров.

Максимальные значения Р ( и £ I) на большей части территории СССР приходятся на летнее время /УП - УШ/, когда атмосферная циркуляция ослаблена (30-40^). Зимой /I - П/ максимум Р ( I) характерен лишь для районов, находящихся в области сибирского антициклона (> 70/0-

В связи с перестройкой барических систем и усилением циклонической деятельности на большей части территории СССР отмечаются минимумы повторяемости слабых ветров и штилей в переходные сезоны.

На побереньях морей и в тундровой зоне годовой ход Р(и<4 1) сглакен. Для районов, где повторяемость скорости ветра 0-1 м/с наименьшая, внутригодовая изменчивость невелика и сравнима с многолетней изменчивостью среднегодовой Р ( и < I). Таким образом, для этих районов среднегодовая повторяемость слабых ветров и штилей достаточно хорошо характеризует практически любой месяц года.

Годовой ход Р( Ы^ I) наиболее отчетливо выракен для внутри-континентальных районов, а также для горных систем Кавказа и Средней Азии.

Наиболее вакеи учет внутригодовой изменчивости Р(Н 4 I) для Восточной Сибири и Забайкалья, где иаблюдается наибольшая на территории СС£!Р повторяемость слабых скоростей ветра и штилей, а такгз ее наибольшая годовая амплитуда.

Результаты работы и основные выводы

I. Проведен анализ методов расчета макси-

мальных скоростей ветра и выполнено сравнение результатов определения расчетных скоростей редкой повторяемости (период повторения 11р Т = 5,20,50,100 лет) различными методами.

Установлено, что при использовании данных всей совокупности наблюдений по флюгеру для получения Up наилучшую точность при Т > 50 лег обеспечивает метод ГГО, основанный на распределения Веибулла - Гудрича.

При использовании материалов наблидсний по аноморумЗомотру М-63 для периода повторения расчетной скорости Т < 50 лот результаты, полученные методами ГГО и Гумбеля, практически одинакова.

2. Проведено исследование межгодовой изменчивости средних скоростей ветра U для четырех типов пестополошшя метеостанций. Осуществлено разложение климатического тренда на естественную и антропогенную составляющие. Установлено, что многолетний тренд снижения средней скорости ветра в условиях открытого местоположения почти в 2 раза меньше, чем в условиях городской застройки.

3. По данным более 1200 метеостанции разработан косвенный метод "восстановления" Up , использующий зависимость UP от средней многолетней скорости ветра U . Впервые осуществлено районирование территории СССР по статистически однородным корреляционным связям U g с U .

4. По данным 2000 метеорологических станций построены унифицированные карты районирования территории СССР по максимальным расчетным скоростям ветра при 10-минутном осреднении, превышаемым один раз в 5, 20, 50 и 100 лет. Сопоставление этих карг с аналогичными каргами прилегающих территорий Западной Европы показало хороиую степень их согласованности.

5. Для территорий, отличающихся большим разнообразием физико-географических условий (на примере Казахстана), построена серия региональных карг максимальных расчетных.скоростей ветра. Выявлены меэоклиматические различия в распределении максимальных скоростей вотра для равнинной и предгорной части Казахстана. Выделены учаотки с особо сильными местными ве_трами и для них определены расчетные скорости с периодом повторения один раз в 5, 20 и 50 лет.

6. Впервые на основе данных наблюдении по анеморумбометру М-63 исследован годовой ход параметре1 Up в различных регионах Советского Союза.

7. Вперьыэ для территории СССР проведено

клиглтологическов обобщение пространственно-временных, характеристик слабых ветпоз и штилрй Р ( U 1):

- разработаны метода расчета вероятностных характеристик ско-

росл: ветра O-I u/o на основе рядов среднемесячной и среднегодовой повторяемости U á 1 м/с;

- показана целесообразность использования распределения Вейбул-® для расчета среднемесячных значений Р( U 4 I) заданного периода повторения;

- предложено для расчета вероятностных характеристик среднегодовой повторяемости слабых ветров и штилей использовать распределении Дксшсинсоиа. Показано, что применение критерия Дженкинсона позволяет определить соответствие рядов среднегодовых Р( I) одному из Tj-ex типов предельных распределений Фишера-Типпетта;

- установлено, что для расчета повторяемости диапазона скоростей ветра 0-1 м/с оппшадыпши являются методы, основанные на распределении Д'осснклнсона и Ш типе распределений Фишера-Типпетта.

8. Разработана методика климатологического анализа слабых ветров и цтклой. Проведено исследование годового хода Р ( U 4 I) в различных регионах Советского Союза. Составлена карта среднегодовой повторяемости слабых ветров и штилей на территории СССР. Для получения дополнительной информации о P(Uí I) в слабоосвещенных данными наблюдений районах разработан косвенный метод "восстановления" значений р( Us=»I) при помощи корреляционной связи со средней годовой скоростью ветра, позволивший в 2 раза увеличить число использованных для картирования метеостанций.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Об исследовании метеорологического режима шельфовой зоны морей СССР // Труды ГГО, 1979, вып.425, с.92-103 (в соавторстве с U.LÍ.Борисенко).

2. Некоторые результаты исследований ремша сильных ветров на Балтике и Северо-Западе ET СССР // Труды ЗСРНИШ, 1979, вып.45, ■ с.41-51 (в соавторстве с М,И.Борисенко).

3. Распределение максимальных скоростей и порывов ветра на территории Северо-запада СССР // Сб.работ ЛГИЦ, 1983, вып.1(14), с.3-17 (в соавторстве с Ц.М.Борисенко и С.Н.Соколовой).

4. О распределении максимальных скоростей ветра на территории Казахстана // Труды ГГО, 1987, вып.515, с.129-135.

5. Ветровой регим Казахстана // "Человек и стихия". Л.: Гидро-цетеокздат, 1988, с.55-56.

6. Уточненное распределение максимальных скоростей и порывов ветра на территории СССР // Известия ВГО, 1988, т.120, выи.4,

с.359-367 (в соавторстве с М.М.Борисеико).

7. Распределение максимальных скоростей и порывов ветра на Европейской территории СССР и в Сибири // В кн. Тезисы докладов на встрече "Гидрометеорология и энергетика", Москва, 1983, с.20-21

(в соавторстве с И.М.Борисзнко и Н.К.Цамадеровой).

8. Методические рекомендации по определению расчетных максимальных скоростей ветра для проектирования атомных электростанций. -Л.-М., Изд. Атомтеплоэлектропроект, 1985. 44 с.

9. Рекомендации по определении климатических характеристик ветроэнергетических ресурсов. - Л.: Гидроиозеоиэдаг, 1989. ВО с.

10. Задачи и некоторые результаты расчета характеристик метеорологического режима шельфа морей // В кн. Режимообразужцие факторы, информационная база и методы ее анализа. Д.: Гидроыетеоиздат,1989, с.248-254 (в соавторстве с М.М.Борисенко, Н.С.Семеновой, С.Н.Соколовой).

11. Исследования климатических параметров ветровой нагрузки // В кн. Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совецания "Нормирование ветровых нагрузок и расчет зданий, линий электропередачи и других сооружений на действие ветра", Фрунзе. - I!., 1989,

с.66-67 (в соавторстве с М.М.Борисенко, Н.С.Семеновой).

Ртп.ГГ0.15.01.90.3ак.Ч7.Т.100.М-19502. Бесплатно,