Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Климатические ресурсы солнечной радиации и ветра на территории Среднего Поволжья и возможности их использования в энергетике

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Климатические ресурсы солнечной радиации и ветра на территории Среднего Поволжья и возможности их использования в энергетике"

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

- о л 7 я мя то

НИКОЛАЕВ Александр Анатольевич

КЛИМАТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ И ВЕТРА НА ТЕРРИТОРИИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ

Специальность: 11.00.09 - Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

КАЗАНЬ - 2000

Работа выполнена на кафедре метеорологии, климатологии и экологии атмосферы Казанского государственного университета

Научный руководитель - доктор географических наук.

профессор ПЕРЕВЕДЕНЦЕВ Ю.П.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,

Защита состоится « 22 » июня 2000 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета К.053.29.15 в Казанском государственном университете по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18, корп.2, факультет географии и геоэкологии.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского государственного университета. Отзывы и замечания, заверенные печатью, направлять по указанному адресу в двух экземплярах.

Автореферат разослан « » мая 2000 г.

Ученый секретарь

специализированного совета

кандидат географических наук, доцент у* Ю.Г. Хабутдинов

ведущий научный сотрудник ФАХРУТДИНОВА А.Н.

доктор географических наук, профессор ФРЕНКЕЛЬ М.О.

Ведущая организация

Казанский государственный энергетический институт

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационной работы обусловлена:

- необходимостью более глубокого изучения и уточнения особенностей пространственно-временного распределения и динамики климатических показателей ресурсов солнечной радиации и ветра;

- недостаточной изученностью прикладных аспектов радиационного и ветрового режима региона;

- потребностью обеспечения различных отраслей народного хозяйства прикладной метеорологической и климатической информацией;

- возрастанием антропогенной нагрузки на окружающую среду и необходимостью, в связи с этим, поиска экологически чистых источников энергии.

Цель и задачи исследования. Цель работы состояла во всестороннем анализе пространственно-временного распределения характеристик солнечной радиации и ветра на территории Среднего Поволжья, в оценке энергетического потенциала воздушных потоков и потоков солнечной радиации на территории региона.

Достижение цели предусматривает решение следующих задач:

- формирование банка исходных климатических данных;

- выбор методики для расчета показателей климатических ресурсов и создание необходимых для этого программных средств;

- выявление закономерностей в пространственно-временном распределении характеристик солнечной радиации и ветра на территории Среднего Поволжья;

- ан&чиз особенностей временной изменчивости характеристик солнечной радиации и характеристик ветра в регионе;

- оценка гелио- и ветроэнергетического потенциала в регионе.

Научная новизна и основные результаты работы заключаются в следующем:

- получены новые количественные характеристики многолетнего режима характеристик ветра и солнечной радиации на территории Среднего Поволжья, подготовлен соответствующий картографический материал;

- выявлены тенденции изменений в многолетнем ходе компонентов ветра и солнечной радиации на основе восьмисрочных наблюдений;

выявлены закономерности пространственно-временной изменчивости характеристик ветра и солнечной радиации;

- исследована возможность использования расчетных методов для получения данных о радиационном режиме на территории Среднего Поволжья;

- исследованы особенности вертикального распределения скорости и направления ветра для ряда станций Среднего Поволжья;

- проведена оценка ветро- и гелиоэнергетического потенциала в регионе;

- построены карты распределения продолжительности солнечного сияния и ветроэнергетического потенциала на рассматриваемой территории;

- рассчитаны элементы гелио- и ветроэнергетического кадастров Среднего Поволжья.

На защиту выносятся:

- особенности пространственно-временного распределения показателей климатических ресурсов солнечной радиации и ветра на территории Среднего Поволжья;

• результаты исследования возможности расчета характеристик солнечной радиации для территории Среднего Поволжья;

- результаты оценки элементов гелио- и ветроэнергетического кадастра региона;

- особенности пространственно-временного распределения гелио- и ветроэнергетического потенциалов в регионе.

Практическая значимость работы заключается в получении количественных показателей, дающих оценку территориального распределения и временной изменчивости характеристик солнечной радиации, ветра и энергетического потенциала на территории Среднего Поволжья. Результаты работы могут быть использованы при мониторинге климата в регионе, а также при климатическом обслуживании отраслей народного хозяйства, в той или иной степени зависящих от климатических условий. Результаты представляют интерес и для учебно-методических целей.

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований докладывались на международной научно-практической конференции «Регион и география» (Пермь, 1995 г.), международной конференции «The third international conference on new energy systems and conversions» (Казань, 1997 г.), международном симпозиуме по энергетике, окружающей среде и экономике (Казань, 1998 г.), Всероссийских научных конференциях «Современная география и окружающая среда» (Казань, 1996 г.), «Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 1997 г.), «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 1999 г.), научной конференции «Динамика и взаимодействие природных и социальных сфер Земли» (Казань, 1998 г.),

Республиканских научных конференциях «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 1995 г., 1997 г.), «Окружающая среда и здоровье» (Казань, 1996 г.), итоговых научных конференциях Казанского университета, научных семинарах кафедры метеорологии, климатологии и зкологии атмосферы.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложений. Общий объем диссертации составляет 139 страниц, работа содержит 18 рисунков, 18 таблиц и приложения. Список литературы включает 121 наименование. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, излагаются цели и задачи исследования, дана оценка научной новизны и практической значимости результатов работы, приведен перечень положений, выносимых на защиту.

В первой главе даны краткое физико-географическое и климатическое описание региона, характеристика исходного материала. Проведено исследование пространственно-временного распределения радиационного режима в пределах Среднего Поволжья. Рассмотрена его межгодовая изменчивость.

Отметим, что вопросам изучения радиационного режима отдельных территорий, характеристик солнечной радиации и их взаимодействия с атмосферой и земной поверхностью посвящен целый ряд работ. Так, в работах, выполненных в ГГО им. А.И. Воейкого под руководством З.И. Пивоваровой проанализирован широтный ход компонент солнечной радиации по территории СССР. Т.Г. Берлянд составлены карты, проведен анализ междугодовой изменчивости, представлены карты распределения среднего квадратического отклонения суммарной радиации на континентах Северного полушария.

Однако характеристики солнечной радиации в этих работах рассматривались либо в целом то земному шару или по территории СССР, либо по отдельным пунктам. В связи с чем представляет определенный интерес изучение радиационного режима Среднего Поволжья в целом.

■ Среднее Поволжье включает в себя следующие административные образования: Костромскую, Кировскую, Нижегородскую, Ульяновскую, Пензенскую, Самарскую области и пять республик - Марий Эл, Чувашия, Удмуртия, Мордовия и Татарстан. Вся территория Среднего Поволжья составляет часть огромной Русской равнины. В Среднем Поволжье нет высоких

гор, и рельеф его отличается сравнительной простотой: широкие плоские водоразделы чередуются с неглубокими, разработанными долинами рек.

Изучению различных аспектов климатического режима как отдельных .областей, так и региона в целом, посвящены многочисленные исследования казанских метеорологов, отнесенные к различным периодам времени, начиная с первой работы Ф.К. Броннера (1815 г.) и заканчивая монографией колектива авторов Ю.П. Переведенцева, М.А. Верещагина, Э.П. Наумова и K.M. Шанталинского «Современные глобальные и региональные изменения окружающей среды и климата» (1999 г.). Особо следует выделить монографию Н.В. Колобова «Климат Среднего Поволжья» (1968 г.), где впервые исследованы климатические условия региона.

В данной работе в качестве исходного материала использовались различные характеристики солнечной радиации в пределах периода 1954-1998 гг. При этом обработке подлежали их срочные значения за 10-летний период на 8 станциях: Вязовые, Нолинск, Кострома, Нижний Новгород, Самара, Саратов, Ростоши, Ершов, и за 37-летний период - Метеообсерватории (МО) Казань, университет. Анализировались также среднемесячные значения характеристик на этих же станциях и данные о продолжительности солнечного сияния на 37 станциях за 17-летний период.

Для анализа географического распределения месячных и годовых сумм продолжительности солнечного сияния по территории Среднего Поволжья были построены 13 карт, которые позволили подтвердить, что особенности атмосферной циркуляции и связанной с ней облачности приводят к нарушениям в широтном распределении характеристик солнечного сияния. На рассматриваемой территории увеличение числа часов солнечного сияния происходит с северо-запада на юго-восток. Если на северо-западе продолжительность солнечного сияния за год составляет 1570-1600 час (Костромская область), то на юго-востоке она достигает 2300-2400 час. Увеличение продолжительности солнечного сияния в юго-восточных районах обусловлено в основном меньшей повторяемостью пасмурного состояния неба.

Анализ месячных карт распределения продолжительности солнечного сияния (рис. 1) показал, что по всей территории наблюдается увеличение продолжительности солнечного сияния от зимы к лету. Резкое возрастание числа часов с солнечным сиянием наблюдается в период от февраля к марту, что обусловлено как увеличением продолжительности дня, так и значительным уменьшением весной повторяемости пасмурных дней. Так же следует отметить, что возрастание продолжительности солнечного сияния с северо-запада на юго-восток характерно для всех месяцев года.

В суточном ходе продолжительности солнечного сияния летом максимум, более 20 час в сумме за месяц, отмечается около полудня (в среднем от 10 до 12 часов дня). Зимой (декабрь-январь) наибольшее число часов солнечного сияния, около 8-9 часов в сумме за месяц, отмечается в основном после полудня, в интервале между 12-14 часами. Большое прикладное значение имеет знание непрерывной продолжительности солнечного сияния. В течение всего года наибольшая повторяемость приходится на 1-радацию 2-6 час. Осенью она составляет 20-30% всех случаев наблюдений, зимой - 30-40%, весной и летом несколько меньше, 15-25%. В летнее время возможны ясные дни с солнечным сиянием 16-18 часов подряд.

а) б)

Рис 1. Средняя продолжительность солнечного сияния (час) на территории Среднего Поволжья в январе (а) и июле (б).

Средний годовой приход прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность при ясном небе, изменяется по территории в пределах 4382-5099 МДж/м2. Годовые суммы рассеянной радиации при безоблачном небе составляют 1093,6-1324,0 МДж/м2. Облачность снижает поступление прямой солнечной радиации на 55-67% от возможной и в то же время увеличивает рассеянную радиацию более чем в полтора раза. В результате при реальных условиях облачности годовой приход прямой радиации колеблется в пределах 1611,2-2426,9 МДж/м2, увеличиваясь с запада на восток и с севера на юг. При этом наибольшее количество солнечного теша 316-412 МДж/м2 поступает в

июне, а в декабре оно оказывается наименьшем в году 2-22 МДж/м2. Таким образом, среднегодовая амплитуда в количестве поступающего к земной поверхности солнечной энергии составляет 355 МДж/м2, т.е. почти 20% от годовой суммы.

Суммарная радиация при действительных условиях облачности в целом за год составляет 3345-4507 МДж/м2, а при ясном в среднем на 52,5% больше -5479-6423 МДж/м2. В годовом ходе максимум приходится на июнь и равен 584695 МДж/м2. В декабре суммарная радиация наименьшая в году, 23-74 МДж/м2. Подобно прямой радиации, для суммарной радиации характерно резкое возрастание месячных сумм от февраля к марту, а также уменьшение их от августа к сентябрю. В целом за год суммарная радиация слагается практически из равного участия (48-54%) прямой и рассеянной радиации. В период ноябрь-январь вклад прямой радиации в суммарную составляет 21-31%, с апреля по август - 50-60%.

Средний годовой радиационный баланс составляет в регионе 1359-1983 МДж/м2. Переход радиационного баланса от отрицательных значений к положительным происходит в марте на севере и в феврале на остальной части территории. Смена знака радиационного баланса осенью отмечается в третьей декаде октября. Однако в отдельные годы в зависимости от залегания снежного покрова может быть сдвиг времени перехода радиационного баланса через нуль. Максимальная сумма радиационного баланса наблюдается в июне - 325-404 МДж/м2, однако и в соседние месяцы, мае и июле, радиационный баланс имеет значения близкие к максимальным.

Максимальные значения среднего квадратического отклонения месячных сумм радиации (межгодовая изменчивость) наблюдаются летом и составляют 60115 МДж/м2 для прямой и суммарной радиации и 25-40 МДж/м2 для рассеянной радиации. Зимой значения среднего квадратического отклонения месячных сумм радиации составляет 4-17 МДж/м2 для прямой и суммарной радиации, 15-21 МДж/м2 для рассеянной радиации. Весной значения среднего квадратического отклонения равны 21-70 МДж/м2 для прямой и суммарной радиации. Осенью эти значения несколько меньше - 10-50 МДж/м2.

Наибольшей относительной изменчивостью (коэффициент вариации) отличается прямая радиация — 25-35% зимой и 15-20% летом на большей части региона. Коэффициент вариации месячных сумм суммарной и рассеянной радиации летом составляет 8-12%. Зимой относительная величина изменчивости суммарной радиации увеличивается до 15-30%. Коэффициент асимметрии

радиационных показателей во многих случаях достигает значений 0,6-1,0 и иногда превышает 1,0.

Суточный ход значений потоков солнечной радиации и радиационного баланса определяется прежде всего изменением высоты солнца в течение дня. Поэтому максимум солнечной радиации при наличии облачности или при ясном небе наблюдается в полдень. Влияние прозрачности атмосферы заметно проявляется в условиях ясного неба (особенно в летнее время). Обычно в летнее время в первую половину дня атмосфера более прозрачна, чем во вторую. Это связано с увеличением во вторую половину дня запыленности атмосферы вследствие сильно развитой конвекции и увеличением абсолютной влажности. Поэтому изменения радиации в течение дня несимметричны относительно полудня.

Исследование радиационного режима по данным МО Казанского университета за многолетний период (1962-1998 гг.) позволило получить следующие результаты.

В суточном ходе прямой, рассеянной и суммарной солнечной радиации максимум во все месяцы года наступает в среднем в полдень (в срок наблюдений 12 час 30 мин). В июне отмечаются наибольшие значения в году. Наименьшие же приходятся на декаГрь-январь.

Годовой приход суммарной солнечной радиации составляет 3156 МДж/м2, при этом наибольшее количество энергии 563,7 МДж/м2 поступает в июне, в декабре оно оказывается наименьшим (21,2 МДж/м2).

Среднее квадратическое отклонение месячных значений суммарной радиации колеблется в течение года в пределах 5-68 МДж/м2, достигая наибольших значений 63-68 МДж/м2 в период май-июль. Наименьшая изменчивость суммарной радиации свойственна периоду с ноября по февраль (515 МДж/м2).

Анализ распределения коэффициентов асимметрии и эксцесса показывает, что закон нормального распределения изучаемых характеристик выполняется не всегда.

Нами произведена оценка зависимости радиационного режима от циркуляции атмосферы, состояния облачного покрова. Представляет интерес также оценка влияния приходящей радиации на температуру воздуха.

Установлено, что наиболее высокие связи для суммарной радиации обнаруживаются с состоянием облачного покрова практически во всех месяцах. При этом следует отметить, что коэффициент корреляции с количеством нижней облачности превышает соответствующие коэффициенты с количеством общей облачности (за исключением января, июля и сентября). Коэффициент

корреляции суммарной радиации с количеством нижней облачности изменяется от -0,38 (сентябрь) до -0,81 (июнь) и с количеством общей облачности колеблется от -0,42 (декабрь) до -0,75 (июль), при этом достоверное значение коэффициента корреляции ^«(п) = 0,32.

При сравнении же коэффициентов корреляции прямой радиации и облачности следует отметить, что, в отличие от суммарной радиации, коэффициент корреляции с нижней облачностью во все месяцы года меньше, чем коэффициент корреляции с общей облачностью. Значения коэффициента изменяются от -0,66 (октябрь) до -0,90 (март) для общей облачности и от -0,44 (сентябрь) до -0,86 (июнь) для нижней облачности. Отрицательные значения коэффициентов корреляции свидетельствуют о том, что с ростом количества нижней и общей облачности приход суммарной радиации уменьшается.

Между температурой воздуха и суммарной радиацией связи оказались более тесными с мая по сентябрь и с ноября по март (для прямой радиации выводы аналогичны).

В работе, впервые для территории Среднего Поволжья, проведено исследование и оценка возмолшости получения данных о радиационном режиме расчетными методами. Сопоставление выполненных расчетов возможных сумм прямой радиации по формуле В.Г. Кастрова с ре&чьными показало, что их отклонения имеют случайный характер. Так, максимальные отклонения составили 12-17% и приходятся на зимние месяцы. Таким образом, полученные путем расчета суммы радиации можно считать удовлетворительно точными. Рассмотренный способ расчета удобен тем,'что он предъявляет минимальные требования к объему необходимой информации.

Для расчета возможных сумм рассеянной радиации целесообразно применять формулу, связывающую интенсивность рассеянной радиации с интенсивностью прямой О^крсБ, где ко - переходный множитель, с=0,32 -коэффициент характеризующий среднюю прозрачность атмосферы. С использованием фактических данных наблюдений за рассеянной и прямой радиацией, были вычислены значения коэффициента Агд. В целях получения более удовлетворительных результатов коэффициент с был найден также эмпирически, путем подстановки в формулу фактических значений прямой и рассеянной радиации, с использованием коэффициента ко полученного ранее при с=0,32.

Нами выполнена работа по поиску наиболее оптимальных методов для расчета действительных сумм прямой солнечной радиации с использованием данных наблюдений на 5 станциях Среднего Поволжья (Кострома, Нолинск, Нижний Новгород, Самара и Вязовые). Для этого были взяты формулы С.И.

Сивкова, М.Н. Копылова и С.И. Савинова. Сравнение точности результатов расчета по ним показало, что лишь нахождение коэффициента к, по формуле М.Н. Копылова (2),

$д= $в(1 - (л + Пц)/2 - к), (2)

где вд и Б„ - действительная и возможная суммы прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность, соответственно, п- среднее количество облачности в долях единицы, пн - количество облачности нижнего яруса, позволяет свести разность между расчетными и реальными значениями прямой радиации до минимума.

Для этих станций были рассчитаны коэффициенты к для всех 12 месяцев. Было произведено осреднение к для пяти станций и рассчитана прямая радиация по этим значениям, которая оказалась намного ближе к реальным значениям прямой радиации.

Для расчета действительных сумм суммарной радиации использовались формулы предложенные А. Ангстремом, С.И. Савиновым и Г. Кимболом. Во всех трех формулах используются некоторые эмпирические коэффициенты. По данным пяти указанных выше пунктов Среднего Поволжья были рассчитаны эти коэффициенты и их средние значения. Затем для каждой из станций были произведены расчеты суммарной радиации по формулам. Сравнение месячных сумм суммарной радиации рассчитанных с реальными значениями показывает, что практически для всех станций и для всех месяцев разность между ними не превышает 10% (за исключением января-декабря для ст. Нижний Новгород). Что позволяет предположить возможность расчета месячных сумм суммарной радиации для других пунктов Среднего Поволжья с использованием полученных коэффициентов.

Во второй главе проведено детальное исследование пространственно-временных особенностей ветрового режима в пределах Среднего Поволжья. Рассмотрена межгодовая изменчивость скорости ветра.

Анализ литературы, посвященной как изучению ветрового режима вообще, так и ветроэнергетике, свидетельствует, что территория Среднего Поволжья в этом отношении является менее изученной по сравнению с другими регионами России. Подтверждением этому могут служить результаты оценки климатических характеристик ветра, выполненные и опубликованные в различное время для Прикамья, Московской и центрально-черноземных областей, северо-запада России, Сибири, а также для территории бывшего СССР в целом.

В качестве исходного материала использовались данные восьмисрочных наблюдений за ветром в период с 1965 по 1990 г. на станциях - Киров, Кострома, Нижний Новгород, Пермь, Ижевск, Уфа, Самара, Саратов и Казань, а также среднемесячные значения характеристик ветра по 160 станциям.

Исследования показали, что на территории региона в период с сентября по апрель наибольшую повторяемость (35-45%) имеют ветры южной четверти горизонта (юго-западные, южные, реже юго-восточные) обусловленные преобладающим влиянием отрога Сибирского антициклона. Роль северных и северо-восточных ветров в формировании погоды этого времени года невелика, повторяемость их составляет всего 5-10%. Установлено, что в апреле сохраняются черты зимнего режима распределения направления ветра, но устойчивость преобладающих ветров уменьшается по сравнению с мартом, в мае ветры неустойчивы, что связано с перестройкой полей давления к лету. В летний период преобладают ветры северного, северо-западного и отчасти западного направлений. Вообще летние месяцы характеризуются меньшей устойчивостью преобладающих направлений ветра. В это время вероятность двух преобладающих направлений (северного и северо-западного вместе) составляет около 35%. В начале осени в процессах циркуляции отмечается переход к зимнему режиму, поэтому изменяется и направление ветра: преобладающими в октябре становятся юго-западные ветры, отчасти южные, хотя и западные еще занимают значительное место.

Почти все основные направления ветра имеют хорошо выраженный годовой ход повторяемости с одним максимумом и одним минимумом. При этом, южные, юго-восточные и юго-западные ветры чаще наблюдаются зимой, чем летом, а северные, северо-восточные и восточные ветры, напротив чаще бывают летом.

На всей рассматриваемой территории довольно четко выражен годовой ход скорости ветра. Наибольшие средние месячные значения скорости ветра наблюдаются в холодное время года, минимальные летом (рис. 2). При этом рассмотрено влияние характера рельефа, подстилающей поверхности и защищенности станции на величину скорости ветра. Наибольшие скорости ветра в зимний период наблюдаются на выпуклых формах рельефа и в мало защищенных условиях, где они, достигают в среднем 5,5-6,5 м/с. На станциях, расположенных в более защищенных местах, а также на открытых станциях, но расположенных в вогнутых формах рельефа, средние месячные скорости равны 4,5-5,5 м/с. Минимальные скорости наблюдаются на защищенных станциях, находящихся в вогнутых формах рельефа (3,5-4,5 м/с). Средняя месячная скорость ветра весной слабее зимней и на большей части территории равна 3,8-

4,8 м/с. Летом средние месячные скорости ветра не превышают 4,0-4,5 м/с, осенью возрастают до 4-5 м/с.

УмЬ 7,0-

1,00,0 ■ - г - - -,. - -

1 2 3 4 5 б 7 8 9 Ю 11 12

\гс

-Шугдвдптт; ■ ■ -Орте

—" -АтгагаЁЮ — " Ерсюе

Рис. 2. Годовой ход скорости ветра на возвышенности (ст. Бугульма, 224 м), на равнине (ст. Отрада, 71 м), в долине (ст. Азнакаево, 178 м) и на поляне в лесу (ст. Боровое)

Анализ среднесрочных значений скорости ветра показал, что для зимнего сезона характерно малое различие в полях скоростей ветра за дневной и ночной сроки. Весной над районами Европейской территории России усиление дневных скоростей ветра по сравнению с ночными в среднем происходит на 1-2 м/с. В годовом ходе как дневные, так и ночные скорости ветра имеют минимальные значения преимущественно в июле-августе.

В годовом ходе для большинства станций характерен двухвершинный вид кривой за дневные сроки наблюдения с весенним и осенним максимумами. Двум максимумам дневных скоростей ветра соответствует и два минимума, приходящиеся чаще всего на летние (июль, август) и зимние (декабрь, февраль) месяцы. Годовой ход ночных скоростей ветра не всегда повторяет вид годового хода дневных скоростей. Двухвершинность нередко заменяется одновершиностью с максимумом в зимние месяцы и минимумом летом.

Для решения многих практических задач, в особенности при учете ветроэнергетических ресурсов, необходимы данные о вероятности различных скоростей ветра и данные о скоростях ветра различных градаций по румбам.

Проведенный анализ вероятности различных скоростей ветра указывает на преобладание в регионе слабых и умеренных ветров 0-5 м/с, которые составляют 70- 80%, а летом до 90% всех возможных скоростей. Скорости ветра более 10 м/с наблюдаются сравнительно редко, вероятность их составляет не более 6-10%, более 20 м/с - в единичных случаях. Зимой, весной и осенью чаще всего наблюдаются ветры со скоростью 2-5 м/с, с вероятностью 45-55, 48-58 и 35-42% соответственно, а летом - со скоростью 0-3 м/с (51-58%). Повторяемость ветров со скоростью более 6 м/с изменяется от 25-35% зимой до 15-20% летом. Весной и осенью она составляет 25-38%. На станциях расположенных в защищенных формах рельефа повторяемость ветров со скоростью более 6 м/с уменьшается в 2 раза. С увеличением скорости ветра уменьшается ее вероятность, однако в зимние месяцы вероятность больших скоростей выше, чем летом. Например, на ст. Арск (Татарстан) в январе вероятность скоростей 8-9 м/с составляет 11,4%, 10-11 м/с - 5,0%, 14-15 м/с - 1,5%. В июле вероятность этих градаций соответственно равна: 5,3; 2,0 и 0,1%.

Вероятности ветра различной скорости по направлениям в общих чертах подтверждают описанные выше закономерности, причем большими скоростями чаще характеризуются ветры преобладающих направлений. Так, зимой чаще повторяются скорости более 6 м/с при преобладающих южных и юго-западных ветрах. В июле наибольшая повторяемость тех же скоростей приходится на преобладающие западные, северо-западные и северные направления ветра. Ветры преобладающих направлений имеют большие скорости на станциях, расположенных на выпуклых и мало защищенных формах рельефа (например, в пунктах Арск, Безводовка, Наровчат), В пунктах же, расположенных на равнине, такая зависимость четко не проявляется и обнаруживается частично, а в защищенных пунктах и совсем не прослеживается.

Межгодовая изменчивость скорости ветра в регионе наиболее выражена в зимние месяцы. Средние квадратические отклонения скорости ветра в январе находятся в пределах 1,6-3,2 м/с. В декабре и феврале значения среднего квадратического отклонения на всех станциях несколько меньше январских .значений и находятся в пределах 1,6-3,0 и 1,5-2,9 м/с соответственно. На некоторых станциях значения средних квадратических отклонений сравнимы со значениями средних скоростей ветра. Уже одно это обстоятельство указывает на значительную асимметрию распределений скорости ветра. Распределение скорости ветра зимой повсеместно резко асимметричное, логнормальное. Этот результат следовало ожидать, т.к. скорость ветра имеет часто достигаемый нижний предел. Значения коэффициентов асимметрии положительны и в некоторых случаях превышают единицу, т.е. имеют место такие ряды

наблюдений, которые включают а себя сравнительно немногочисленные, но большие по величине положительные отклонения от среднего значения и более многочисленные, но менее значительные по величине отрицательные отклонения. Значения коэффициента эксцесса для распределений скорости ветра также большие и положительные. Суточный ход изменчивости скорости ветра в зимние месяцы выражен слабо.

В весенние месяцы значение среднего квадратического отклонения скорости ветра находится в пределах 1,6-2,8, 1,5-2,6, 1,3-2,4 м/с для марта, апреля и мая соответственно. И в эти месяцы значения средних скоростей ветра, на отдельных станциях, сравнимы со значениями среднего квадратического отклонения. Значения коэффициентов асимметрии положительны и в большинстве случаев больше единицы. За редким исключением значения коэффициентов асимметрии в весенние месяцы больше, чем в зимние. Значения коэффициентов эксцесса для распределения скорости ветра также большие и положительные. Минимальная изменчивость скорости ветра наблюдается летом, когда ее значения находятся в диапазоне 1,3-2,4 м/с в июне, 1,2-2,1 м/с в июле и в августе. В весенние и летние месяцы отмечено наличие слабо выраженного суточного хода, с максимумом в дневные часы и минимумом в вечерние.

При сопоставлении годового хода значений коэффициента вариации и скорости ветра на всех станциях обнаруживается некоторая обратная зависимость этих величин. Зимой наибольшие значения коэффициента вариации наблюдаются на станциях с наименьшей средней скоростью ветра. Весной, летом и осенью в дневные сроки с усилением ветра атмосфера становится более однородной, что в значительной степени уменьшает изменчивость скорости ветра по всей территории региона. В это время распределение скоростей ветра близко к нормальному. Ночью с ослаблением скорости ветра изменчивость се по сравнению с дневным сроком увеличивается в 1,5-2 раза. Годовая амплитуда коэффициента вариации колеблется в пределах 0,1-0,2. Годовой ход коэффициента вариации наиболее выражен в ночные сроки.

Усиление ветра намного превышающее среднюю величину, часто бывает кратковременным и связано с прохождением фронтов, шквалов, ураганов и не зависит от времени суток. Поэтому суточный ход коэффициента асимметрии довольно сложен и особенно для станций, имеющих слабые скорости вегра. Величина его подвержена случайным колебаниям в значительно большей степени, чем значения коэффициентов вариации. Тем не менее, тенденция меньшей асимметричности в дневные часы с наибольшими скоростями ветра и, наоборот, повышенной асимметричности в ночные часы с меньшими скоростями прослеживается на многих станциях. Как было выявлено на примере

коэффициента вариации, режиму значительных скоростей ветра соответствует малая изменчивость. Это относится и к коэффициенту асимметрии, как одной из характеристик изменчивости ветра.

V, м/с

5

2.5 2

\0 Г- ЭО О — Г»* «? *Л\СГ-<^С> — Г-4гЛ^Г1'">>©Г-000^0

чООЧЭчСГ-Г^С^^С-- Г- Г- Г«00 00 90 С50000 0вС«еСЭС1> СТ- О"* О1, О» О4 Оч О^ОчОч ОчОч^О^О^-С^ОчОС* С\ С\ ^

Рис. 3. Межгодовые колебания скорости ветра (м/с) на ст. Самара: сглаживание при Ь > 18мес ( —) и Ь > 36 мес ( —) и линейный тренд ( —).

С целью исследования низкочастотных компонент в колебаниях скорости ветра ряды средних месячных значений скорости ветра сглаживались с помощью низкочастотного фильтра Поггера (Ь > 18 мес и Ь > 36 мес).

Результаты фильтрации показывают (рис. 3), что наблюдаемый процесс уменьшения скорости ветра в регионе имеет сложный характер: волны увеличения значений скорости ветра (фазы роста им в отфильтрованных компонентах), чередовались с волнами уменьшения им, и наоборот. Однако за весь рассматриваемый период наблюдается тенденция снижения значений скорости ветра. При этом оно может быть описано линейным уравнением

Ли(х)-ат + Ь, (2)

где г- время(месяцы), Аи(г)~ сглаженная оценка изменений скорости ветра, а -коэффициент регрессии, Ь - свободный член. Результаты линейного тренд-анализа межгодовых колебаний скорости ветра показывают, что значения сглаженных скоростей ветра уменьшаются в Перми, Саратове, Самаре и Уфе на 0,6, 0,2, 0,4, 0,3 (м/с)/10 лет соответственно. Однако, в последние годы на ряде станций востока ЕЧР скорости ветра усиливаются.

Проведенный анализ показал, что на территории Среднего Поволжья во все сезоны достигаются скорости ветра благоприятные для работы ветроэнергетических установок (ВЭУ) малой, средней и даже большой мощности на оси ветроколеса (33-100 м), при этом при размещении ВЭУ важно учитывать преобладающее направление ветра, т.к. этим направлениям соответствуют ветры обладающие наибольшей повторяемостью больших скоростей. Анализ таюке позволил охарактеризовать влияние рельефа и закрытости станций на ветровой режим.

В третьей главе исследованы элементы гелио- и ветроэнергетического кадастра на территории Среднего Поволжья, рассмотрено распределение гелио-и ветроэнергетического потенциала в регионе.

В работе произведен расчет и анализ элементов гелио- и ветроэнергетического кадастра. В него, помимо общеизвестных статистических параметров солнечной радиации и ветра (среднее значение, коэффициент вариации, среднеквадратическое отклонение, средний куб скорости ветра), входят характеристики учитывающие суммарную и непрерывную длительность работы и простоев ветроэнергетических установок (ВЭУ), повторяемость непрерывной продолжительности солнечного сияния 6 ч и более, возможная месячная продолжительность работы гелиоустановок, а также полная и утилизируемая мощность ветрового потока, оптимальная скорость регулирования ВЭУ.

Таблица 1

Возможная месячная продолжительность работы гелиоустановок (часы) при

условии безоблачного неба (Б > 0,42 кВт/м2)

Широта I II III IV! V VI VII VIII | IX X XI XII

60 0 157 273 348 428 450 453 397 306 223 84 0 I

58 62 174 279 348 422 438 440 391 306 236 120 0

56 105 185 285 348 415 432 434 391 312 242 144 56

54 136 196 291 348 415 426 428 384 312 248 162 105

52 155 207 298 348 409 420 422 384 312 260 180 130

50 174 213 298 348 403 414 415 378 318 267 192 155

Согласно критериям Б.П. Вейнберга, солнечная радиация может считаться «технически приемлемой» с того момента, когда се интенсивность достигает 0,42 кВт/м2. Данная интенсивность при условии средней прозрачности атмосферы наблюдается при высоте солнца не ниже 10°, которая достигается, на широтах 50-60° с.ш. через 1-1,5 ч после восхода и перед заходом. На основании

сказанного, используя сведения о высоте Солнца на различных широтах, была определена максимально возможная месячная продолжительность работы солнечных установок при условии безоблачного неба (табл. 1). Из анализа таблицы следует, что годовая амплитуда рассматриваемой величины быстро возрастает в сторону высоких широт и в июне-июле на широтах 60-62" возможная продолжительность работы гелиоустановки может превышать 450 ч.

В соответствии с практическими потребностями гелиотехники представляет иитерсс оценка повторяемости непрерывной продолжительности солнечного сияния 6 ч и более, что соответствует одному из условий эффективной работы солнечной установки (табл. 2).

Таблица 2

Повторяемость непрерывной продолжительности солнечного сияния 6 ч в сутки и более (в % от общего числа случаев с непрерывнм солнечным сиянием)

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Киров ■ 4 36 50 53 43 42 42 42 34 28 19 0

Кострома 5 36 53 51 41 46 42 44 37 30 16 1

Н.Новгород 7 42 49 46 43 48 46 44 37 36 28 10

Анненково 5 41 56 59 50 55 50 48 42 42 35 2

Самара 23 49 50 62 59 61 59 62 54 48 40 20

Кузнецк 31 51 49 59 61 54 54 58 56 43 39 13

Саратов 20 42 50 54 52 56 53 58 55 49 43 '3

Из анализа таблицы следует, что в январе и декабре в северной части региона повторяемость непрерывной продолжительности солнечного сияния 6 ч и более колеблется от 0 до 10%, в южной части Среднего Поволжья от 10 до 30%. Весной и летом рассматриваемая величина колеблется в пределах от 4050% на севере и до 50-60% на юге рассматриваемой территории. Осенью наиболее низкие значения наблюдаются на севере региона в ноябре.

По удельной мощности ветрового потока (Ке) с использованием данных станций расположенных в открытой местности на плоских или выпуклых формах рельефа, нами были выделены районы с различным фоновым режимом ветра. В соответствии с указанным принципом для районирования территории Среднего Поволжья было отобрано 38 метеостанций и проведены изолинии Мс. В итоге выделены районы с различным ветроэнергетическим потенциалом (рис. 4). Наибольшие ветроэнергетические ресурсы сосредоточены в районе Камского устья и Пензенской области, где они достигают 200 Вт/м2, чуть меньше над Бугульмино-Белебеевской возвышенностью, в районе и юго-запада и юго-

востока Среднего Поволжья удельная мощность ветрового потока здесь превышает 175-200 Вт/м2 в зимний период. В весенний и осенний периоды в этих районах отмечается более 125-150 Вт/м2. Несколько хуже, но достаточно неплохие условия для ветроэнергетики имеются на западе Костромской и юго-востоке Кировской областей - 125-150 Вт/м2 в зимний период и 100-125 Вт/м2 весной и осенью.

В летний сезон практически вся территория Среднего Поволжья характеризуется Мс<50 Вт/м2. Однако и летом прослеживаются области максимума и минимума в тех же самых указанных районах со значением N¿50-75 Вт/м2).

Таким образом годовой ход на территории Среднего Поволжья выражена довольно хорошо. Максимальные значения Ы£ наблюдаются зимой, минимальные летом. Значения Т^Ге осенью больше чем весной.

40 42 44 46 48 50 ¡2 54 56

Рис. 4. Удельная мощность ветрового потока (Вт/м2) на территории Среднего Поволжья в зимний период.

Практическое значение фоновых карт состоит в том, что они позволяют определить удельную мощность ВЭУ, расположенных на ровной открытой местности. Если в том же районе имеются возвышенные участки, где

ветроэнергетический потенциал выше, то желательно размещать ВЭУ в этих более благоприятных условиях.

Анализ распределения среднегодовых, среднеянварских (U() и среднеиюльских (uVn) скоростей, а также удельной мощности ветрового потока Nc на высоте флюгера на территории Среднего Поволжья позволил выделить три группы станций, по аналогии с работой P.C. Абдрахманова и Ю.П. Переведенцева для Республики Татарстан. Они характеризуются следующими параметрами: 1 группа - иь uvii, ur = 4,5-5,5, 5,0-6,2, 3,3-4,5 м/с, Ni, Nvti и Nr = 99-180, 136-258 и 62-157 Вг/м2 соответственно; 2 группа - Uj, uvij,. ur равны 4,04,4, 4,3-5,2, 2,9-3,8 м/с; Nb NVh и Nr равны 70-92, 92-152 и 46-94 Вт/м2 соответственно; 3 группа - описывается ub uVIi, ur = 3,3-3,8, 3,6-4,4, 2,4-3,4 м/с; Ni, Nvll и Np равными 49-74, 55-92 и 24-53 Вт/м2 соответственно.

Были произведены расчеты среднегодовых и сезонных значения скорости регулирования ветроагрегата (ир) для исследуемой территории. В целом за год они варьируют от 4 до 7 м/с. Следовательно, учитывая пространственно-временной ход ветрового режима, при выборе ВЭУ для утилизации ресурсов можно рекомендовать встроагрегаты со скоростью регулирования ветроколеса в диапазоне 6< ир <7 м/с для станций 1 группы, 5< ир <6 м/с для станций 2 группы и 4< Up <5 м/с для станций 3 группы.

Результаты расчетов потенциальной и утилизируемой мощности ветрового потока во многом зависят от местных условий и поэтому отличаются очень высокой пространственной изменчивостью. Если средняя скорость на ст. Киров, город больше, чем на ст. Фаленки (Кировская обл.) в 1,3 раза, то соотношение энергии ветрового потока в этих пунктах составляет 2,1.

Поскольку при слабых скоростях ВЭУ не работает, целесообразно оценить длительность периодов с энергоактивными ("рабочими") и "нерабочими" ветрами. Результаты расчетов показывают, что суммарная длительность скоростей V > 3 м/с в районах с высокими средними скоростями (V > 4 м/с) превышает 50% времени года.

Анализ результатов расчетов временных характеристик показал, что основные особенности режима ветра в целом проявляются как в распределении средней длительности энергетических затиший, так и энергоактивных скоростей. Непрерывно (без учетов кратковременных перерывов ветров длительностью менее 1 ч) скорости ветра, равные и выше 3 м/с, когда может работать ВЭУ, длятся 10-14 ч в зимние месяцы с оптимальным для ветроэнергетики режимом ветра и 6-8 ч - в остальное время года.

Непрерывные периоды энергетических' штилей, характеризующие время возможных простоев ВЭУ, имеют противоположный пространственный ход.

Они составляют 10-12 ч в закрытых местах сложного рельефа, 7-9 ч - на равнине и 3-6 ч - в наиболее "ветреных" районах региона.

Фоновое распределение потенциальной и утилизируемой мощности ветрового потока на высотах 30 и 100 м свидетельствует что по сравнению с уровнем флюгера эти величины в среднем увеличиваются в 2,9 и 1,6 раза на уровне 30 м и в 5,8 и 2,0 раза на уровне 100 м. Однако фоновые поля этих характеристик различаются не столь сильно.

В заключении сформулированы следующие основные выводы работы.

1. Детальный анализ режима характеристик солнечной радиации и солнечного сияния на территории Среднего Поволжья, выполненный на основе карт распределения их средних многолетних значений по месяцам и за год, позволил выявить особенности структуры и динамики поля исследуемых показателей в годовом ходе, обусловленным в основном устойчивым проявлением циркуляционного фактора. При этом происходит увеличение радиационных показателей с северо-запада на юго-восток от 1600 до 2400 час для солнечного сияния и от 3345 до 4500 МДж/м2 для суммарной радиации. Исследование межгодовой изменчивости и характеристик солнечной радиации показало, что в целом их распределение по территории подобно распределению их средних значений. Наибольшей изменчивостью показатели солнечной радиации отличаются в летний период и составляют 60-115 МДж/м2, наименьшей в зимний -4-17 МДж/м2.

2. Произведенная оценка результатов расчета возможных и действительных сумм солнечной радиации по сравнению с фактическим их значением позволила дать рекомендации по улучшению точности их расчетов для территории региона. Средняя относительная погрешность расчета действительных сумм суммарной радиации, с учетом предложенных рекомендаций, не превысила 10%.

3. На уровне 10 м над землей наиболее высокие скорости ветра 5,5-6,5 м/с наблюдаются в выпуклых формах рельефа и в мало защищенных условиях. Наименьшие скорости наблюдаются на защищенных станциях, находящихся в вогнутых формах рельефа - 3,5-4,5 м/с. Межгодовая изменчивость скорости ветра в регионе наиболее выражена в зимние месяцы (а = 1,6-3,2 м/с). Минимальная изменчивость скорости ветра наблюдается летом - сг = 1,3-2,4 м/с. Сопоставление годового хода значений коэффициента вариации и скорости ветра позволило выявить обратную зависимость этих величин. Наименьшие значения коэффициента вариации соответствуют наибольшим значениям скорости ветра. Проведенный анализ срочных значений скорости ветра показал, что для зимнего сезона характерно малое различие в полях скоростей ветра за

дневные и ночные сроки. В годовом ходе характерен двухвершинный вид кривой за дневные сроки с весенним и осенним максимумами.

4. Выявлены особенности годового хода и пространственного распределения повторяемости ветра по направлениям, по градациям скорости и вероятности ветра различной скорости по направлениям. В холодный период наибольшую повторяемость (40-45%) имеют ветры южной четверти, в теплый период преобладают ветры северные, северо-западные и отчасти западные - 30-35%. Ветры преобладающих направлений имеют большие скорости ветра, так зимой скорости ветра более 6 м/с чаще повторяются при южных и юго-западных ветрах.

5. Исследование особенностей вертикального распределения скорости ветра для ряда станций Среднего Поволжья позволило установить, что с высотой условия для использования ресурсов ветра существенно улучшаются. Средняя скорость на высоте 100 м увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению с 10 м.

6. Выполненные расчеты повторяемости непрерывной продолжительности солнечного сияния 6 ч ц более и возможной месячная продолжительность работы гелиоустановок показали, что с увеличением широты возрастает годовая амплитуда продолжительности работы гелиоустановок, в июне и июле на широтах 60-62° с.ш. возможная продолжительность работы гелиоустановки может превышать 450 ч. Непрерывная продолжительность солнечного сияния более 6 ч в весенне-летний период может достигать 40-50% на севере и до 50-60 % на юге рассматриваемой территории.

7. Выполненные расчеты элементов ветрового кадастра Среднего Поволжья и анализ их результатов позволили выявить районы с различным фоновым режимом ветра. Наибольшие ветроэнергетические ресурсы сосредоточены в районе Камского устья, над Бугульминеко-Белебеевской возвышенностью и в районе Пензенской области, удельная мощность ветрового потока здесь превышает 175-200 Вт/м2 в зимний период и более 125 Вт/м2 весной и осенью. Несколько хуже, но достаточно неплохие условия для ветроэнергетики имеются на западе Костромской и юго-востоке Кировской областей, а также на юго-востоке и юго-западе региона - 125-150 Вт/м2. Эффективная утилизация ветровых ресурсов у земли возможна вегроагрегатами, у которых начальная скорость и0 = 3-4 м/с, а скорость регулирования иР = 5-7 м/с. В зонах с наибольшей плотностью ветрового потока такие ветроагрегаты способны работать в течение 50-60% времени года с перерывами в периоды безветрия длительностью 3-6 ч.

Основные результаты диссертации изложены в нижеследующих работах: 1. Николаев A.A., Урманова А.Г. Особенности ветрового режима пригорода

Казани по данным станции Казань-АМСГ // «Регион и география». Тезисы докладов международной научно-практической конференции. Ч.З. - Пермь, 1995. -С. 32-33.

2. Переведенцев Ю.П., Николаев A.A. Радиационный режим в Казани // «Актуатьные экологические проблемы Республики Татарстан». Тезисы докладов 2-й Республиканской научной конференции.-Казань, 1995. - С. 36-37.

3. Николаев A.A. Изменчивость радиационных характеристик в г. Казани (19621994 г.г.). // «Современная география и окружающая среда»: секция - климат и экология атмосферы. Тезисы докладов. - Казань, 1996. - С. 25-27.

4. Николаев A.A. Радиационный режим в Среднем Поволжье. // Тезисы докладов Всероссийской конференции по современным методам подготовки специалистов. - Воронеж, 1997. - С. 303-305.

5. Abdrakmanov R.S., Perevedentsev Yu.P., Naumov E.P., Nikolaev A.A. Solar radiation regime in the middle Volga region. // The third international conference on new energy systems and conversions. - Kazan, 1997. - P.p. 105-108.

6. Николаев A.A. Радиационный режим Среднего Поволжья. // «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан». Тезисы докладов 3-й республиканской научной конференции. - Казань. 1997. - С. 66-67.

7. Переведен цев Ю.П., Урманова А.Г., Наумов Э.П., Николаев A.A. Региональные проявления глобального потепления климата Земли в современный период на территории Татарстана. //' В сб.: «Проблемы reo- и социоэкологии Республики Татарстан». Вып. 1. Казань, Изд-во «Экоцетр», 1998.-С. 52-67.

8. Переведенцев Ю.П., Наумов Э.П., Николаев A.A. Режим солнечной радиации в Среднем Поволжье. Материалы докладов 2-го международного симпозиума по энергетике, окружающей среде и экономики. Том II, Казань. КФ МЭИ, 1998. - С. 205-208.

9. Николаев A.A. Использование расчетных методов для получения данных о радиационном режиме на территории Среднего Поволжья. // «Динамика и взаимодействие природных и социальных сфер Земли». Тезисы докладов научной конференции, посвященной 60-летшо факультета географии и геоэкологии Казанского университета. - Казань: Изд-во «Татполиграф», 1998. -С. 42-45.

10. Переведенцев Ю.П.. Николаев A.A. Ветровой режим аэропорта «Казань». // «Совершенствование наземного обеспечения авиации». Тезисы докладов Всероссийской научной конференции, - Воронеж, 1999. - С. 37-38.

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Николаев, Александр Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ НА ТЕРРИТОРИИ СРЕДНЕГО

ПОВОЛЖЬЯ.

1 Л. Физико-географические и климатические особенности Среднего Поволжья.

1.2. Характеристика исходного материала.

1.3. Режим продолжительности солнечного сияния.

1.4. Режим составляющих радиационного баланса в регионе.

1.4.1. Пространственно-временное распределение прямой, рассеянной и суммарной солнечной радиации.

1.4.2. Пространственно-временное распределение альбедо естественных поверхностей.

1.4.3. Пространственно-временное распределение радиационного баланса.

1.5. Характеристики изменчивости месячных сумм солнечной радиации в регионе.

1.6. Многолетние особенности режима солнечной радиации в г.Казани.

1.7. Косвенные методы расчета характеристик солнечной радиации.

1.7.1. Расчет возможных сумм солнечной радиации.

1.7.2. Расчет действительных сумм солнечной радиации.

ГЛАВА 2. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕТРА НА ТЕРРИТОРИИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ.

2.1. Характеристика исходного материала.

2.2. Особенности среднего многолетнего режима ветра.

2.3. Межгодовая изменчивость скорости ветра в регионе.

2.4. Пространственная корреляция скорости ветра.

2.4. Изменения характеристик ветра с высотой в нижнем 500-метровом слое атмосферы.

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ГЕЛИО- И ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА НА

ТЕРРИТОРИИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ.

ЗЛ. Показатели гелиоэнергетического потенциала региона.

ЗЛЛ. Гелиоэнергетический кадастр (обзор литературы).

ЗЛ.2. Пространственное распределение показателей гелиоэнергетического потенциала.

3.2. Показатели ветроэнергетического потенциала.

3.2.1. Оценка удельной мощности ветрового потока.

3.2.2. Непрерывная продолжительность энергоактивных и слабых ветров.

Введение Диссертация по географии, на тему "Климатические ресурсы солнечной радиации и ветра на территории Среднего Поволжья и возможности их использования в энергетике"

В последние десятилетия значительно возросла антропогенная нагрузка на окружающую среду, обусловленная интенсивным развитием промышленности, энергетики, транспорта, сельского хозяйства. Окружающая среда при сжигании ископаемого топлива загрязняется выбросами вредных веществ, в том числе СОг и аэрозолями, нарушается сложившийся веками баланс в биосфере [73]. К числу объектов наносящих заметный ущерб природе относятся и энергетические. Снижение воздействия этой отрасли на окружающую среду в определенной мере может быть обеспечено путем использования возобновляемых источников энергии.

Возобновляемые источники энергии - это источники энергии на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии.

Существует пять основных источников энергии:

1) солнечное излучение;

2) движение и притяжение Солнца, Луна и Земли;

3) тепловая энергия ядра Земли;

4) ядерные реакции;

5) химические реакции различных веществ.

Первые три источника относятся к возобновляемым [ 1, 97].

В настоящее время во всех странах мира для удовлетворения хозяйственных нужд широко используется не возобновляемые энергетические ресурсы (каменный уголь, нефть, природный газ, ядерное топливо и др.). При этом высокоразвитые страны с населением, составляющим 25% всех жителей земного шара, потребляют 75% всей электроэнергии, 79% топлива и 85% древесины [50, 55]. Мировые потребности в энергии возрастали по экспоненте на протяжении всего периода ее цивилизованной истории, все это приводит к истощению энергетических запасов, по оценкам экспертов к 2025 г. может возникнуть их дефицит [90].

В связи с этим актуальной становится проблема использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) - ветровой и солнечной энергии и др. Тем более, что при сжигании органического топлива происходит загрязнение атмосферы и природной среды в целом.

В последнее десятилетие сотрудниками Казанского энергетического института и Казанского университета, P.C. Абдрахмановым, Ю.Г. Назмеевым и Ю.П. Переведенцевым, опубликован ряд работ по изучению различных аспектов использования ВИЭ на территории Среднего Поволжья [ 1, 4]. Настоящая работа посвящена анализу ветрового и радиационного режима на территории Среднего Поволжья и оценке показателей гелио- и ветропотенциала региона.

Актуальность темы диссертационной работы обусловлена:

- необходимостью более глубокого изучения и уточнения особенностей пространственно-временного распределения и динамики климатических показателей солнечной радиации и ветра;

- недостаточной изученностью прикладных аспектов радиационного и ветрового режима региона;

- потребностью обеспечения различных отраслей народного хозяйства прикладной метеорологической и климатической информацией;

- возрастанием антропогенной нагрузки на окружающую среду и необходимостью, в связи с этим, поиска экологически чистых источников энергии.

Цель работы состояла во всестороннем анализе пространственно-временного распределения характеристик солнечной радиации и ветра на территории

Среднего Поволжья, в оценке энергетического потенциала воздушных потоков и потоков солнечной радиации на территории региона.

Достижение цели предусматривает решение следующих задач:

- формирование банка исходных климатических данных;

- выбор методики для расчета энергетических характеристик и создание необходимых для этого программных средств;

- выявление закономерностей в пространственно-временном распределении характеристик солнечной радиации и ветра на территории Среднего Поволжья;

- анализ особенностей временной изменчивости характеристик солнечной радиации и характеристик ветра в регионе;

- оценка гелио- и ветроэнергетического потенциала в регионе.

Научная новизна и основные результаты работы заключаются в следующем:

- получены новые количественные характеристики многолетнего режима характеристик ветра и солнечной радиации на территории Среднего Поволжья, подготовлен соответствующий картографический материал;

- выявлены тенденции изменений в многолетнем ходе компонентов ветра и солнечной радиации на основе восьмисрочных наблюдений;

- выявлены закономерности пространственно-временной изменчивости характеристик ветра и солнечной радиации;

- исследована возможность использования расчетных методов для получения данных о радиационном режиме не территории Среднего Поволжья;

- исследованы особенности вертикального распределения скорости и направления ветра для ряда станций Среднего Поволжья;

- проведена оценка ветро- и гелиоэнергетического потенциала в регионе;

- построены карты распределения продолжительности солнечного сияния и ветроэнергетического потенциала на рассматриваемой территории;

- рассчитаны элементы гелио- и ветроэнергетического кадастров Среднего Поволжья.

На защиту выносятся:

- особенности пространственно-временного распределения характеристик солнечной радиации и ветра на территории Среднего Поволжья;

- результаты исследования возможности расчета характеристик солнечной радиации для территории Среднего Поволжья;

- результаты оценки элементов гелио- и ветроэнергетического кадастра региона;

- результаты оценки гелио- и ветроэнергетического потенциалов в регионе. Практическая значимость работы заключается в получении количественных показателей, дающих оценку территориального распределения и временной изменчивости характеристик солнечной радиации, ветра и энергетического потенциала на территории Среднего Поволжья. Результаты работы могут быть использованы при мониторинге климата в регионе, а также при климатическом обслуживании отраслей народного хозяйства, в той или иной степени зависящих от климатических условий. Результаты представляют интерес и для учебно-методических целей.

Основные результаты выполненных исследований докладывались на международной научно-практической конференции «Регион и география» (Пермь, 1995 г.), международной конференции «The third international conference on new energy systems and conversions» (Казань, 1997 г.), международном симпозиуме по энергетике, окружающей среде и экономике (Казань, 1998 г.), Всероссийских научных конференциях «Современная география и окружающая среда» (Казань, 1996 г.), «Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 1997 г.), «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 1999 8 г.), научной конференции «Динамика и взаимодействие природных и социальных сфер Земли» (Казань, 1998 г.), Республиканских научных конференциях «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 1995 г., 1997 г.), «Окружающая среда и здоровье» (Казань, 1996 г.), итоговых научных конференциях Казанского университета, научных семинарах кафедры метеорологии, климатологии и экологии атмосферы.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Николаев, Александр Анатольевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Детальный анализ режима характеристик солнечной радиации и солнечного сияния на территории Среднего Поволжья, выполненный на основе карт распределения их средних многолетних значений по месяцам и за год, позволил выявить особенности структуры и динамики поля исследуемых показателей в годовом ходе, обусловленным в основном устойчивым проявлением циркуляционного фактора. При этом происходит увеличение радиационных показателей с северо-запада на юго-восток, от 1600 до 2400 час для солнечного сияния и от 3345 до 4500 МДж/м2 для суммарной радиации. Исследование межгодовой изменчивости и характеристик солнечной радиации показало, что в целом их распределение по территории подобно распределению их средних значений. Наибольшей изменчивостью показатели солнечной радиации отличаются в летний период и составляют 60-115 МДж/м2, наименьшей в зимний -4-17 МДж/м2.

2. Произведенная оценка результатов расчета возможных и действительных сумм солнечной радиации по сравнению с фактическим их значением позволила дать рекомендации по улучшению точности их расчетов для территории региона. Средняя относительная погрешность расчета действительных сумм суммарной радиации, с учетом предложенных рекомендаций, не превысила 10%.

3. На уровне 10 м над землей наиболее высокие скорости ветра 5,5-6,5 м/с наблюдаются в выпуклых формах рельефа и в мало защищенных условиях. Наименьшие скорости наблюдаются на защищенных станциях находящихся в вогнутых формах рельефа - 3,5-4,5 м/с. Межгодовая изменчивость скорости ветра в регионе наиболее выражена в зимние месяцы (о = 1,6-3,2 м/с). Минимальная изменчивость скорости ветра наблюдается летом — о — 1,3-2,4 м/с. Сопоставление годового хода значений коэффициента вариации и скорости ветра позволило выявить обратную зависимость этих величин. Наименьшие значения коэффициента вариации соответствуют наибольшим значениям скорости ветра. Проведенный анализ срочных значений скорости ветра показал, что для зимнего сезона характерно малое различие в полях скоростей ветра за дневные и ночные сроки. В годовом ходе характерен двух вершинный вид кривой за дневные сроки с весенним и осенним максимумами.

4. Выявлены особенности годового хода и пространственного распределения повторяемости ветра по направлениям, по градациям скорости и вероятности ветра различной скорости по направлениям. В холодный период наибольшую повторяемость (40-45%) имеют ветры южной четверти, в теплый период преобладают ветры северные, северо-западные и отчасти западные - 30-35%. Ветры преобладающих направлений имеют большие скорости ветра, так зимой скорости ветра более 6 м/с чаще повторяются при южных и юго-западных ветрах.

5. Исследование особенностей вертикального распределения скорости ветра для ряда станций Среднего Поволжья позволило установить, что с высотой условия для использования ресурсов ветра существенно улучшаются. Средняя скорость на высоте 100 м увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению с 10 м.

6. Выполненные расчеты повторяемости непрерывной продолжительности солнечного сияния 6 ч и более и возможной месячная продолжительность работы гелиоустановок показали, что с увеличением широты возрастает годовая амплитуда продолжительности работы гелиоустановок, в июне и июле на широтах 60-62° с.ш. возможная продолжительность работы гелиоустановки может превышать 450 ч. Непрерывная продолжительность солнечного сияния более 6 ч в весенне-летний период может достигать 40-50% на севере и до 50-60 % на юге рассматриваемой территории.

7. Выполненные расчеты элементов ветрового кадастра Среднего Поволжья и анализ их результатов позволили выявить районы с различным фоновым режимом ветра. Наибольшие ветроэнергетические ресурсы сосредоточены в районе Камского устья, над Бугульмино-Белебеевской возвышенностью и в районе Пензенской области, удельная мощность ветрового потока здесь превышает 175-200 Вт/м2 в зимний период и более 125 Вт/м2 весной и осенью. Несколько хуже, но достаточно неплохие условия для ветроэнергетики имеются на западе Костромской и юго-востоке Кировской областей, а также на юго-востоке и юго-западе региона - 125-150 Вт/м2. Эффективная утилизация

112 ветровых ресурсов у земли возможна ветроагрегатами, у которых начальная скорость ио - 3-4 м/с, а скорость регулирования иР = 5-7 м/с. В зонах с наибольшей плотностью ветрового потока такие ветроагрегаты способны работать в течение 50-60% времени года с перерывами в периоды безветрия длительностью 3-6 ч

Библиография Диссертация по географии, кандидата географических наук, Николаев, Александр Анатольевич, Казань

1. Абдрахманов P.C., Переведенцев Ю.П. Возобновляемые источники энергии. -Казань, Изд-во Казан, ун-та, 1992. - 136 с.

2. Абдрахманов P.C., Переведенцев Ю.П. О возможности использования возобновляемых источников энергии в условиях Среднего Поволжья. // Метеорология и гидрология. 1993. - № 5. - С. 92-97

3. Абдрахманов P.C., Переведенцев Ю.П., Назмеев Ю.Г. Использование энергии ветра и биомассы в энергетике Среднего Поволжья. // Тез. докл. научн. конф. «Динамика и взаимодействие природных и социальных сфер Земли». -Казань, «Татполиграф», 1998. С. 57-59

4. Азатян М. Д. Подсчеты ресурсов солнечной энергии в Араратской долине Армянской ССР. // Теплоэнергетика. 1960. - Вып. 2. - С. 34-42.

5. Айзенштат Б.А. Закономерности географического распределения прямой солнечной и суммарной радиации. // Гелиотехника. 1969. - № 4. - С. 33-42.

6. Актинометрический ежемесячник. Январь-декабрь 1961-1970. № 1-12. — Л., 1961-1978.- 240 с.

7. Алисов Б.П., Дроздов O.A., Рубинштейн Е.С. Курс климатологии. Ч. II. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. - 486 с.

8. Анапольская Л.Е. Режим скоростей ветра на территории СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1961. - 200 с.

9. Анапольская Л.Е., Гандин Л.С. Ветроэнергетические ресурсы и методы их оценки // Метеорология и гидрология. 1978. - №7. - С. 11-17.

10. П.Анисимова Т.Н. Непрерывная продолжительность и повторяемость различных скоростей ветра в условиях равнинной территории СССР // Климатические данные. М.: НИИАК, 1969. - Вып. 2. - 330 с.

11. Анисимова Т.Н., Каткова Т.Ф. Некоторые характеристики скорости ветра на территории СССР // Тр. ВНИИГМИ-МЦД. 1977. - Вып. 52. - С. 44-66.

12. Белецкий Ф.А. Вариации месячных сумм прямой солнечной радиации в Одессе // Метеорология и гидрология. 1947. - № 1. - С. 80-82.

13. Белокрылова Т.А. Пространственно-временная изменчивость скорости ветра на территории СССР//Тр. ВНИИГМИ-МЦД. 1991. - Вып. 154. - С. 47-54.

14. Берлянд Т. Г., Ефимова Н. А. Месячные карты суммарной радиации и радиационного баланса территории Советского Союза. // Труды ГГО. 1955. -Вып. 50(112).-С. 48-82.

15. Берлянд Т.Г. Изменчивость солнечной радиации, поступающей к поверхности земли. // Труды ГГО. 1965. - Вып. 179. - С. 28-40.

16. Берлянд Т.Г. Климатологические исследования режима солнечной радиации для использования их в гелиотехнических целях. // Труды ГГО. 1980.- Вып. 427. - С. 3-35.

17. Берлянд Т.Г. Междусуточная изменчивость солнечной радиации в северном полушарии. // Труды ГГО. 1968. - Вып. 233. - С. 3-16.

18. Берлянд Т.Г. Распределение солнечной радиации на континентах. Л.: Гидрометеоиздат. 1961. - 227 с.

19. Берлянд Т.Г., Дворкина М.Д. Суммарное солнечное излучение и его междугодовая изменчивость на континентах северного полушария. // Труды ГГО. 1985.-Вып. 488.-С. 3-20.

20. Берлянд Т.Г., Смирнова Н.И. Непрерывная продолжительность солнечного сияния более 6 часов и устойчивая ясная погода на территории СССР. // Труды ГГО. 1985. - Вып. 488. - С. 30-42.

21. Борисенко М.М. Вертикальные профили ветра и температуры в нижних слоях атмосферы // Труды ГГО. 1974. - Вып. 320. - 205 с.

22. Борисенко М.М., Семенова Н.С., Соколова С.Н. Об особенностях распределения климатических характеристик ветроэнергетических ресурсов внижнем 500-метровом слое атмосферы над ЕЧС. // Труды ГГО. 1990. - Выи 532. -С. 82-90.

23. Борисенко М.М., Соколова С.Н., Корнюшин О.Г. Исследование климатических характеристик ветроэнергетических ресурсов // Гидрометеорология и метеорология: Обзорная информация. ВНИИГМИ-МЦД.- 1987. №4. - 50 с.

24. Брагинская JI.JI. О распределении климатических ветроэнерго-ресурсов по территории СССР // Труды ГГО. 1983. - Вып.466. - С.120-128.

25. Бринкворт Б.Дж. Солнечная энергия для человека. М.: Мир, 1976. - 287 с.

26. Брюхань Ф.Ф. Ветроэнергетический потенциал свободной атмосферы над СССР // Метеорология и гидрология. 1989 - №6. - С. 63-67.

27. Брюхань Ф.Ф., Корнюшин О.П., Понамаренко Л.В. Ветроэнергетический потенциал нижнего 500-метрового слоя атмосферы над территорией СССР // Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1987. - №3. - С. 76-82.

28. Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности. Л.: Гидрометеоиздат, 1956.-254 с.

29. Быкова Л.С. Карты продолжительности солнечного сияния на территории СССР и возможность их практического применения. // Труды ГГО. 1990. - вып. 532.-С. 75-81.

30. Вейнберг Б. П. Желтый уголь. Л.: Изд. КЕПС АН СССР, 1929. - 64 с.

31. Вейнберг Б. П., Соловейчик Р. Э. Опыт климатологических характеристик района для удовлетворения запросов гелиотехники. // Метеорол. вестник. 1933.- № 1-2.-С. 35-38.

32. Верещагин М.А., Наумов Э.П., Шанталинский K.M. Статистические методы в метеорологии. Казань: Изд-во Казан, ун-та, 1990. - 112 с.

33. Верещагин М.А., Переведенцев Ю.П., Шанталинский K.M. О многолетних колебаниях средней годовой температуры воздуха в Казани. // Изв. РГО. 1999. -т. 131, вып. 1. - с. 55-59.

34. Ветроэнергетика. Под ред. Д. де Рензо. М., Энергоатомиздат, 1982. - 272 с.

35. Гальперин Б.М. К методике приближенных расчетов сумм солнечной радиации. // Метеорология и гидрология. 1949. - Информ. сб. № 4. - С. 19-27.

36. Гойса Н.И. О приведении результатов актинометрических наблюдений к единому ряду. //Труды УкрНИГМИ. 1959. -Вып. 16. - С. 101-113.

37. Горленко С.М. К вопросу об устойчивости реального солнечного кадастра. // Бюлл. постоянной актинометрической комиссии. 1933. - Вып. 1-2. - С. 62-72.

38. Гриневич Г.А. Основы энергетической характеристики режима ветра // Методы разработки ветроэнергетического кадастра. М.: Изд. АН СССР, 1963. -С. 26-84.

39. Дворкина М.Д. Об изменчивости часовых и суточных сумм радиационного баланса. // Труды ГГО. 1968. - Вып. 233. - С. 71-93.

40. Дробышев А.Д. Основные параметры распределения скорости ветра на территории Сибири // Труды ЗСРНИГМИ. 1973. - Вып. 12. - С. 3-15.

41. Дробышев А.Д., Курыгина Л.И., Чижиков В.Д. Климатическое обоснование размещения ветроагрегатов в районах Сибири и Дальнего Востока // Труды Всесоюзного совещания по прикладной климатологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.-С. 246-254.

42. Дробышев А.Д., Пермяков Ю.А. Ветровая энергия и ее возможный вклад в ресурсосбережение и экологию Прикамья. Пермь: изд-во Пермского ун-та, 1997,- 112 с.

43. Емшанова Н.В., Степанова Н.Е. Оценка климатически оптимального режима использования ветровой энергии // Труды ВНИИГМИ-МЦД. 1985. - вып. 125. -С. 10-19.

44. Заварина М.В. Расчетные скорости ветра на высотах нижнего слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. - 162 с.

45. Зубарев В.В., Минин В.А., Степанов И.Р. Использование энергии ветра в районах Севера. Л.: Наука, 1989. - 200 с.

46. Калитин H.H. Использование солнечной лучистой энергии. // Климат и погода,- 1925. № 1.-С. 9-16.

47. Каткова Т.Ф. Некоторые особенности суточного и годового хода основных параметров распределения скорости ветра и коэффициента корреляции температуры и скорости ветра в отдельных районах территории СССР// Труды НИИАК. 1969. - Вып. 57. - С. 79-89.

48. Климат Горького // Под ред. Т.В. Покровской. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. -224 с.

49. Климат и загрязнение атмосферы в Татарстане // Под ред. Переведенцева Ю.П. Казань, Изд-во Казан, ун-та, 1995. - 155 с.

50. Климат Казани // Под ред. Н.В. Колобова. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 190 с.

51. Климат Куйбышева // Под ред. Ц.А. Швер. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 224 с.

52. Климат Саратова//Под ред. Ц.А. Швер. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 157 с.

53. Климат Татарской АССР // Под ред. Н.В. Колобова. Казань: Изд-во Казан, ун-та, 1983.- 160 с.

54. Климат, энергия и экология (учебное пособие) // Под ред. Переведенцева Ю.П. Изд-во Казан, ун-та, 1996. - 157 с.

55. Климатический справочник СССР. Вып. 8 и 12. Ч. IV. Л.: Гидрометеоиздат, 1955.- 492 с.

56. Климатический справочник СССР. Вып. 8 и 12. Ч. VI. Т. 2. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. - 278 с.

57. Кобышева Н.В., Степановская Г.А., Чмутова З.Е. Оценка потенциальных ветроэнергетических ресурсов на территории СССР // Труды ГГО. 1983. - вып. 475. - С. 7-12.

58. Колобов Н.В. Климат Среднего Поволжья. Казань: Изд. Казан, ун-та, 1968. -252 с.

59. Колосков П.И., Назаров И.В. Скорость ветра в Московской области // Труды НИИАК. 1958. - Вып. 4. - С. 46-113.

60. Кондратьев К.Я. Лучистая энергия Солнца. Л.: Гидрометеоиздат, 1954. -600 с.

61. Ляхтер В.М. Ветровые электростанции большой мощности. Обзорная информация // Энергетика и электрофикация. 1987. - № 1. - С. 31-72.

62. Малик Л.К. Проблемы развития нетрадиционной энергетики // Изв. РАН. Сер. геогр. 1999. - № 4. - С. 29-38

63. Матвеев JI.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 639 с.

64. Материалы по курсу «Прикладная метеорология». Казань, ЛОП КГУ, 1996. -64 с.

65. Мелия Г.Т. Гелиоэнергетические ресурсы Грузинской ССР. Тбилиси: Изд. АН ГрузССР, 1960. - 59 с.

66. Методические указания к практическим занятиям по курсу «Прикладная климатология. Определение эксплуатационных показателей ветроэнергетических установок». Казань, ЛОП КГУ, 1992. - 32 с.

67. Методические указания по применению кода характеристик местоположения метеорологических станций. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 60 с.

68. Милевский В.Ю. Вероятность ветра различной скорости на территории СССР // Труды ЛГМИ. 1961. - Вып. 12. - С. 58-97

69. Мильков Ф.Н. Среднее Поволжье. М.: Изд. АН СССР, 1953. - 262 с.

70. Минин В.А., Степанов И.Г. Ветроэнергетический кадастр европейского севера СССР // Изв. АН СССР. Сер. энергетика и транспорт. 1983. - № 1. - С. 106-114.

71. Новый аэроклиматический справочник пограничного слоя атмосферы над СССР. Т.2: Статистические характеристики ветра. Книги 1-10. М.: Гидрометеоиздат, 1986. - 184 с.

72. Переведенцев Ю.П. Глобальные изменения окружающей среды и климата. Учебное пособие. Казань, УНИПРЕСС, 1998. - 65 с.

73. Переведенцев Ю.П., Николаев А.А, Радиационный режим в г. Казани. // Тез. докл. II респуб. научн. конф. «Актуальные экологические проблемы РТ». -Казань, 1995.-С. 36-37

74. Переведенцев Ю.П., Николаев A.A. Ветровой режим аэропорта «Казань» // Тезисы докл. Всерос. научн. конф. «Совершенствование наземного обеспечения авиации» Воронеж, 1999. - С. 37-38.

75. Переведенцев Ю.П., Урманова А.Г., Наумов Э.П., Николаев A.A. Климатический мониторинг температуры воздуха на территории Республики Татарстан в современный период // Вестник ТО РЭА. 1999. - № 1. - С. 17-23.

76. Пермяков Ю.А., Булычева O.A. О некоторых аспектах составления ветрового кадастра Прикамья // Межвузовский сборник научных трудов. Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1992. - С. 50-56.

77. Пивоварова З.И. Прямая солнечная радиация на территории СССР. // Труды ГГО. 1963. - Вып. 139. - С. 27-41.

78. Пивоварова З.И. Радиационные характеристики климата СССР. — Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 335 с.

79. Радиационный режим территории СССР // Под ред. Барашковой Е.П., Гаевского В.Л., Дьяченко Л.Н., Лугиной K.M., Пивоваровой З.И. Л.: Гидрометеоиздат, 1961. - 528 с.

80. Рекомендации по определению климатических характеристик гелиоэнергетических ресурсов не территории СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. -32 с.

81. Рекомендации по определению климатических характеристик ветроэнергетических ресурсов. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 80 с.

82. Руководство гидрометеорологическим станциям но актинометрическим наблюдениям. Л:. Гидрометеоиздат, 1973. - 224 с.

83. Руководящий документ. Методические указания. Проведение изыскательных работ по оценке ветроэнергетических ресурсов для обоснования схем размещения и проектирования ветроэнергетических установок. РД 52.04.275-89. -Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 56 с.

84. Савинов С.И. Солнечная земная и атмосферная радиация. // Климат и погода. 1926. -№2-3. - С. 12-59.

85. Савинов С.И. Соотношение между облачностью, продолжительностью солнечного сияния и суммами прямой и рассеянной солнечной радиации. // Метеорологический вестник. 1931.- Т.39. - № 1. - С. 1-7.

86. Сапожникова С.А. Изменение скорости ветра с высотой в нижнем слое воздуха// Труды НИУ ГУГМС. 1946. - Сер. 1. - Вып. 33. - 103 с.

87. Семенов Н. Н. Использование солнечной энергии: развитие химических и биохимических исследований. // Вестник АН СССР. 1977. - № 4. - С. 11-12.

88. Сивков С.И. Методы расчета характеристик солнечной радиации. Л:. Гидрометеоиздат, 1968. - 232 с.

89. Снитин С.Ю., Клименко В.В., Федоров М.В. Прогноз развития энергетики и эмиссии диоксида углерода в атмосфере на период до 2100 года// ДАН. 1994. -Т. 336. - №4. - С. 476-480.

90. Современные глобальные и региональные изменения окружающей среды и климата. // Под ред. Переведенцева Ю.П. Казань, УНИПРЕСС, 1999. - 98 с.

91. Справочник по климату СССР. Ч. 1. Ветер.—Л.: Гидрометеоиздат, вып. 12 и 29, 1966, 172 с.

92. Справочник по климату СССР. Ч. 1. Облачность и атмосферные явления.—Л.: Гидрометеоиздат, вып. 12 и 29, 1966, 76 с.

93. Справочник по климату СССР. Ч. 1. Солнечная радиация, радиационный баланс, и солнечное сияние. Л.: Гидрометеоиздат, вып. 12 и 29, 1966. - 76 с.

94. Стадник В.В. Оценка суточного прихода суммарной радиации и его изменчивость на территории СССР в различные сезоны (по данным самописцев). // Труды ГГО. 1984. - вып. 485. - С. 62-73.

95. Тарнижевский Б.В. Возможности применения полупроводниковых преобразователей солнечной энергии в южных районах СССР. // Теплоэнергетика. 1961. - Вып. 3. - С. 7-12.

96. Твайдел Д., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 391 с.

97. Цветкова Н.М. К вопросу о характеристике ветрового режима на территории Центрально-Черноземных областей // Сборник работ Курской ГМО. 1960. -Вып. 1.-С. 18-38.

98. Цуцкиридзе ЯЛ. Солнечный кадастр Грузии. // Труды ЗакНИГМИ. 1963. -Вып. 12. - С. 54-77.

99. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. М.: Энергоатомиз-дат, 1983. - 200 с

100. Щеголев Д. М. Выбор схемы потребления энергии солнечной тепловой станции. // Теплоэнергетика. 1960. - Вып. 2. - С. 43-51.

101. Ярославцев И. Н. О колебаниях сумм теплоты от радиации солнца и неба и распределении этих радиации во времени для Ташкента. // В кн.: Использование солнечной энергии. М.: Изд. АН СССР, 1957. - С. 24-31.

102. Abdrakhmanov R.S., Perevedentsev Yu.P. Atmosphere pollution monitoring and methods to improve Tatarstan air basin. International Simposium «Methods and equipment foz environmental monitoring meem-95». St.Petersburg, 1995. - P.p. 35-39

103. Adell L., Zubiaur R., Martin F., Perrando F., Moreno P., Varona L., Pontofa A. Development of a metodology for the estimation of wind energy resources in relatively large areas. // Sol.Energy. 1987. - Vol.38. - № 4. - P.p. 281-295.

104. Baker R.W., Hewson E.W. Butler N.G., Warchol E.J. Wind power potential in the Pacific Nortwest // J. Appl. Meteorol. 1978. - Vol. 17. - № 12. - P.p. 18141826.

105. Carrol I., Debra D. The wind resource at Altamont Pass // Sun-world. 1984. Vol. 8. -№4. - P.p. 109-110.

106. Drugan L.M., Goldreich Y., Maximob Z. Wind energy survey in the Neger (Israel) //Appl. Geogr. 1986. - Vol. 6. - № 3. - P.p. 241-254.

107. Golding E.W., Harris R.I. The generation of electricity by wind power. -London E. and F.N. Spon. New Jork, Halsted Frees Bock, John Willey and Song, 1977. 332 p.

108. Hanafusa Tatsuo, Lee Chong Bum, Lo Aloysius К. Dependence of the exponent in power law wind profiles on stability and height Interval // Atmos. Environ. 1986. - Vol. 20. - № 10. - P.P. 2059-2065.

109. Jensen Niels Otto, Petersen Erik Lundiang and Troen lb. Extrapolation of mean wind statistics with special regard to wind energy applications // World Climate Programme. World Meteorol. Organiz. 1984. - № 86. - 85 p.

110. Kimball H.H. Variation in solar radiation intensities at he surface of the Earth. // Month. Weather Rev. 1924. - Vol. 52. - № 11. - P.p. 527-529.

111. Machta L. Monitoring solar radiation for solar energy. // UNESCO/WMO Solar Energy Symposium. Geneva, 30 Aug.- 3 Sept., 1976. 36 p.

112. Perevedentsev Yu.P., Nikolaev A.A. Solar radiation regime in the middle Volga region. The third international conference on new energy systems and conversions. September, 8-13, 1997. - Kazan State Technical University. - 114-116 p.

113. Razuvaev V.N., Apasova E.G. and Martuganov R.A. 1993. Daily Temperature and Precipitation Data for 223 USSR Stations. ORNL/CDIAC-56, NDP-040. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Taboratory, Oak Ridge, Tennessee. 7 p.

114. Stahl W. Wind energy utilization: status of research and development in the Federal Republic of Germany // Adv. Sol. Energy Technol. Oxford Etc. 1988. -P.p. 1771-1777.

115. Vaiko P. Meteorologische Daten zur Sonnenenergieniitzung. // Paper Engineering of the German Solar Energy Soc., Oct. 22. 1976 in Stuttgart Fellbach. Reprint from ihc Proceedings of the Symposium 1977, Zurich. - 48 p.

116. Vaiko P. Probabilities of sunshine hours accumulated over periods of 2 to 31 consecutive days. // Proceedings, Int. Solar Energy Society Conference, Paris, 1973. -15 p.

117. Van der Anwera L., de Meyer P., Malet L.M. The use of the Weibull three -parameter model for estimating mean wind power densities. // J. Appl. Meteorol. -1980. Vol. 19. - № 7. P.p. 819-825.

118. Альбедо естественных поверхностей

119. Характеристика поверхности А,%

120. Поверхность без растительности1. Сухая 7- 151. Влажная 6 12с настом, с ледяной коркой 9-101. Местамизеленая трава 7- 141. Пожелтевшая трава1. Высохшая трава 6- 12чистый снег 12- 191. Загрязненный снег 7-111. Трава зеленая1. Сухая 7-421. Влажная 8-30

121. Замершая, покрытая инеем 13-281. Местами

122. Поверхность без растительности 15-251. Пожелтевшая 12-271. Высохшая 11-24чистый снег 20-491. Трава пожелтевшая1. Сухая 10-311. Влажная 11 -33

123. Замерзшая, покрытая инеем 18-311. Местами1. Зеленая 10-29чистый снег 15-541. Загрязненный снег 11-34

124. Трава высохшая, выгоревшая, побуревшая, прошлогодняя1. Сухая 9-24влажная 4-441. Местами1. Зеленая 7-29чистый снег 17-31загрязненный снег 12-28снег с грязью 9-20

125. Альбедо снежной поверхности

126. Характеристики изменчивости прямой солнечной радиации1. Месяцы

127. Пункты 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

128. Среднеквадратическое отклонение (МДж/м )

129. Нолинск 13,0 21,3 40,7 41,5 86,2 98,3 46,8 32,3 40,2 21,9 9,8 8,3

130. Кушнаренково 4,7 21,3 31,0 39,0 78,5 56,1 36,8 50,5 42,3 17,7 5,9 7,2

131. Самара 7,9 27,4 62,3 71,2 105,2 68,2 57,3 58,6 53,5 35,8 16,4 13,1

132. Н.Новгород 3,2 9,3 33,4 69,5 112,1 85,8 66,7 56,7 20,3 8,2 3,7 2,3

133. Кострома 2,3 10,3 53,1 64,1 88,3 124,3 47,5 29,5 29,2 9,9 3,2 3,2

134. Ростоши 10,5 39,2 64,1 53,5 63,7 74,2 61,7 40,6 57,5 36,1 14,3 7,5

135. Саратов 12,5 26,5 42,4 74,0 63,0 65,0 58,5 41,1 44,0 34,5 14,7 8,8

136. Вязовые 3,2 17,1 24,7 46,6 82,1 68,6 42,2 53,7 41,1 23,1 5,6 4,9

137. Ершов 10,7 37,4 58,7 71,2 88,8 66,6 29,9 35,6 47,0 28,8 20,0 17,31. Эксцесс

138. Нолинск 5,8 4,2 -1,2 -1,4 -0,5 0,3 -1,5 -1,8 -0,8 1,3 1,7 4,4

139. Кушнаренково -1,2 -0,1 -2,1 1,1 1,3 0,3 2,2 0,5 0,8 -1,6 0,0 0,2

140. Самара 0,5 -0,7 1,9 1,0 0,3 -0,3 -0,7 3,5 0,4 2,9 8,4 1,6

141. Н.Новгород 0,3 -1,1 0,4 -1,2 -0,6 -1,9 -1,7 -2,7 5,1 3,6 -1,9 -3,3

142. Кострома -3,3 -1,5 -0,2 0,1 -1,3 -0,8 -2,5 1,2 -1,9 -1,9 -0,1 -0,1

143. Ростоши -0,6 -0,5 -0,5 0,7 -0,7 -0,6 -0,5 -0,9 -0,7 -1,2 -0,1 -1,4

144. Саратов -0,7 -1,2 2,9 -0,1 -0,2 0,1 -0,6 -1,3 -0,6 -0,5 -0,1 -1,1

145. Вязовые -0,1 -о,з 0,6 1,1 -0,4 -0,3 -0,5 -2,8 1,1 -0,7 -0,5 -0,4

146. Ершов -0,9 -0,8 0,9 -0,4 0,6 -1,0 -0,5 0,6 -0,6 0,1 0,8 6,11. Асимметрия

147. Нолинск 2,2 1,9 0,1 -0,2 0,0 0,1 0,4 -0,2 0,4 1,1 1,1 2,1

148. Кушнаренково -0,2 0,3 -0,1 1,2 0,4 0,1 1,4 0,1 -0,6 0,3 0,9 1,0

149. Самара 0,8 0,6 0,8 -0,5 0,9 0,4 -0,2 1,6 -0,5 1,4 2,2 1,2

150. Н.Новгород -0,8 -0,1 0,6 0,2 0,6 -о,з -0,4 -0,4 2,2 -1,4 0,0 0,0

151. Кострома 0,0 0,5 -0,5 -1,1 0,7 -0,8 -0,4 -0,8 -0,3 0,0 -0,3 0,3

152. Ростоши -0,1 0,8 0,0 0,9 -0,4 0,3 -0,4 0,0 -0,2 0,8 0,7 -0,4

153. Саратов 0,3 0,0 -1,3 -1,0 0,0 -0,7 0,2 0,5 -0,7 -0,7 0,6 0,1

154. Вязовые -0,3 0,9 -0,1 0,6 0,3 0,1 -0,3 -0,1 1,2 -0,1 1,2 0,7

155. Ершов -0,3 0,6 0,2 -0,3 0,3 0,1 -0,3 -0,7 -0,2 0,7 0,8 2,1коэффициент .вариации (%)

156. Нолинск 93,0 60,5 28,1 18,1 26,4 27,4 14,5 13,0 36,7 67,9 64,2 103,3

157. Кушнаренково 31,8 42,3 24,8 15,3 23,9 15,5 9,6 18,6 29,0 44,1 26,5 61,8

158. Самара 29,8 43,8 42,1 27,9 26,7 15,6 14,4 17,3 28,6 41,5 46,0 60,5

159. Н.Новгород 33,7 27,3 29,3 34,2 35,5 24,9 20,0 21,1 15,0 18,4 29,8 109,5

160. Кострома 21,9 35,0 54,6 31,0 32,6 39,3 16,2 13,1 28,3 26,3 23,8 90,3

161. Ростоши 39,6 60,3 48,1 22,1 20,1 18,7 17,6 12,5 28,2 40,3 51,6 45,9

162. Саратов 48,1 39,0 31,3 26,6 15,6 15,8 13,3 12,0 17,9 26,9 31,6 36,5

163. Вязовые 23,8 39,5 23,4 20,7 25,7 18,8 12,1 19,0 29,9 48,5 34,7 54,0

164. Ершов 35,3 49,6 37,7 27,4 23,7 14,8 6,7 10,0 21,3 27,3 46,7 68,0