Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Режим ветра на территории Северного, Северо-Западного Кыргызстана

ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Режим ветра на территории Северного, Северо-Западного Кыргызстана"

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ им. М.М.АДЫШЕВА

Диссертационный совет Д. 25.09.391

На правах рукописи 0Ичо«х— УДК 551.554(575.2X04)

Брусенская Инна Сергеевна

РЕЖИМ ВЕТРА НА ТЕРРИТОРИИ СЕВЕРНОГО, СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КЫРГЫЗСТАНА

25.00.30 - Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 5 АПР 2070

Бишкек 2010

004601116

Работа выполнена в Кыргызско-Российском Славянском университете на кафедре метеорологии, экологии и охраны окружающей среды

доктор географических наук, профессор Подрезов Олег Андреевич

доктор географических наук, профессор Чередниченко Владимир Сергеевич

кандидат географических наук, доцент Аламанов Саламат Кулембекович

кафедра метеорологии и климатологии Томского Государственного университета Адрес: 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 36

Защита состоится « 9 » апреля 2010 года в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д. 25.09.391 при Институте геологии им. М.М. Адышева HAH KP по адресу: Кыргызстан, 720481, г. Бишкек, бульвар Эркиндик, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геологии им. М.М. Адышева HAH KP по адресу: 720481, г. Бишкек, бульвар Эркиндик, 30.

Автореферат разослан «./"» ¿¿г/lhJT) 2010 г.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь диссертационного совета, к.г.н.

P.A. Усубалиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Ветер, наряду с температурой воздуха и осадками, является одной из наиболее важных климатических характеристик территории. Знание его режима необходимо для решения многих практических задач: градостроительства, оценки рассеивания примесей в атмосфере и состояния воздушного бассейна региона, метеорологического обслуживания авиации и сельского хозяйства, оценки рекреационных показателей территории и др.

Северный, Северо-Западный Кыргызстан (ССЗК) относится к северной периферии Тянь-Шаня. Он включает в себя Чуйскую, Таласскую, Чон-Кеминскую долины с их горными обрамлениями, представляет один из самых промышленно и сельскохозяйственно освоенных районов Кыргызстана. Здесь в наиболее обжитой Чуйской долине расположен город Бишкек - столица Республики. Поэтому исследование режима ветра для такой орографически сложной и хозяйственно важной горной территории, расположенной в диапазоне высот 500-4000 м, имеет большую научную и практическую значимость.

Актуальность темы. В силу значительной орографической сложности территории ССЗК, включающего днища трех межгорных впадин с высотами от 500 до 1500-1800 м, склоны обрамляющих их хребтов, имеющие средние высоты гребневых линий около 4000 м, и малой плотности метеорологической сети - режим ветра здесь все еще остается недостаточно изученной характеристикой, что отрицательно сказывается при решении многих практических задач по региональному использованию климатических ресурсов этой экономически наиболее развитой области Кыргызстана.

Актуальность темы исследований определяется необходимостью детального знания для региона ССЗК режима ветра, что необходимо для решения многих научных и практических задач по метеорологическому обслуживанию градостроительства, промышленности, сельского хозяйства, транспорта (особенно авиации), туризма, рекреационных условий и др.

Цель и задачи исследований. Цель диссертационной работы -выявить климатические закономерности режима ветра в ССЗК на основании имеющихся приземных и аэрологических данных.

В задачи диссертации входило решение следующих вопросов:

1. Оценить закономерности режима средних скоростей и направлений ветра в различных зонах ССЗК по приземным данным метеостанций и аэрологическим наблюдениям АС Фрунзе.

2. Выявить аэроклиматические закономерности режима ветра в пограничном слое атмосферы до высот 900 м над Чуйской долиной по шаропилотным наблюдениям на АМЦ Манас.

3. Выявить закономерности вертикальных сдвигов ветра в пограничном слое атмосферы до высот 900 м над Чуйской долиной по шаропилотным наблюдениям на АМЦ Манас.

Научная новизна результатов исследований заключается в том, что впервые для орографически сложной территории Северного, Северо-Западного Кыргызстана получено следующее:

• установлен ряд важных качественных и количественных закономерностей в режиме приземного ветра: очень слабое возрастание приземных скоростей с высотой места (на 0,5 - 1 м/с в зоне 0,7 - 3,5 км); наличие фенового эффекта восточных и южных ветров зимой в Чуйской долине, равного в среднем 3 - 3,5 °С; отсутствие заметного изменения режима ветра от середины к концу 20 века; очень высокая повторяемость гороно-долинной циркуляции - 42-75 %;

• выявлены для пограничного слоя атмосферы Чуйской долины (до 900 м) для различных сезонов года и времени суток аэроклиматические закономерности высотного распределения модулей средних скоростей ветра, их меридиональных и зональных составляющих, а также результирующего ветра;

• найдены для различных сезонов года и времени суток средние и возможные вероятностные максимальные значения вертикальных сдвигов ветра в приземном слое 10-40 м д ля ВПП аэропорта Манас;

• выявлены для пограничного слоя атмосферы Чуйской долины (до 900 м) для различных сезонов года и времени суток аэроклиматические закономерности высотного распределения модулей вертикальных сдвигов ветра.

Достоверность полученных результатов обеспечивалась применением для анализа современных научных методов горной метеорологии, больших массивов приземных и аэрологических данных, использованием для климатических расчетов пакетов прикладных компьютерных программ. Исходные ветровые данные включали следующее:

1. Многолетние данные климатических справочников по 20 метеорологическим станциям и аэрологической станции Фрунзе.

2. Выборки мгновенных суточных максимальных скоростей ветра (осреднение 3-4 секунды) за 1991 г. на МС Бишкек и АМЦ Манас.

3. Выборки средних месячных, годовых скоростей и направлений ветра за 3-летний период наблюдений для МС Бишкек (1989-1991 гг.) и 11-летний период - для МС Байтык (1981 - 1991 гг.).

4. Выборки по температуре и типам синоптических процессов для четырех станций (Токмак, Ысык-Ата, Бишкек, Кара-Балта) за декабрь, январь и февраль 2000-2003 гг. при восточных и южных ветрах.

5. Данные 11123 шаропилотных наблюдений АМЦ Манас за пять лет (1984, 1987, 1988, 1990 и 1991 гг.) до высот 900 м, проводившихся 8 раз в сутки с определением ветра на 9 высотах (40, 100,200, 300,400,500,600,700 и 900 м).

6. Данные 11123 анемометрических наблюдений на мачте (высота 10 м) и диспетчерской вышке (высота 30 м) АМЦ Манас за пять лет (1984, 1987, 1988, 1990 и 1991 гг.).

Практическое использование результатов диссертационной работы состоит в следующем:

• результаты климатического анализа приземного режима ветра в различных орографических и высотных зонах ССЗК включены в курс - «Горная климатология», «Региональная климатология», «Региональная синоптика» - читаемый студентам-метеорологам Кыргызско-Российского Славянского университета, а также переданы в Кыргызгидромет для практического использования;

• результаты аэроклиматического анализа режима ветра в пограничном слое атмосферы над Чуйской долиной и вертикальных сдвигов ветра в нем переданы для практического использования в Государственное предприятие Кыргызаэронавигация для оперативного использования авиаметцентром аэропорта Манас (метеорологическое обеспечение безопасности полетов).

На защиту выносятся следующие положения и результаты'.

1. Установленные закономерности режима ветра в приземном слое и в различных высотных зонах Северного, Северо-Западного Кыргызстана: малые значения средних скоростей ветра и их слабый рост (на 0,5 - 1 м/с) вплоть до пригребневой зоны, неизменность режима от середины к концу 20 века, очень высокая повторяемость горно-долинной циркуляции (42-75 %), среднее повышение температуры в Чуйской долине зимой при восточных и южных феновых ветрах на 3 - 3,5°С.

2. Установленные закономерности аэроклиматических характеристик режима ветра в пограничном слое атмосферы до 900 м над Чуйской долиной: 1) малая изменчивость направлений ветра с высотой; 2) хорошо выраженный профиль восточной зональной составляющей с максимумом на высотах 100-200 м; 3) слабые и маломеняющиеся с высотой зональные западные и меридиональные

северные и южные составляющие. Это говорит о доминирующем влиянии на режим скорости горной составляющей горно-долинной циркуляции и ветров южных периферий антициклонов. Получены статистические характеристики вектора ветра на 11 высотах от 10 до 900 м.

3. Установленные закономерности вертикальных сдвигов ветра (/?) в пограничном слое атмосферы до 900 м над Чуйской долиной:

1) сильные и очень сильные ß наблюдаются только в приземном слое атмосферы 10-40 м, с повторяемостью 3-8% и 0,3% - 1,6% (в различное время суток - утро, день, вечер и ночь, и разные сезоны года), где они представляют опасность при взлете и посадке воздушных судов;

2) к высотам 100-200 м ß очень быстро убывают до градации слабых и остаются такими вплоть до высот 900 м. Получены статистические характеристики ß для 10 уровней в пределах слоя 10-900 м.

Личный вклад соискателя состоял в разработке методики исследований, систематизации, статистической обработке и климатическом анализе полученных результатов, установлении климатических закономерностей режима ветра в ССЗК.

Апробация. Основные результаты работы докладывались на конференциях различных уровней: Международной конференции «Высокогорные экосистемы Северной Евразии» (Бишкек, 2009 г.); Научной конференции «175 лет Гидрометслужбы России - научные проблемы и пути их решения» с участие НГМС стран СНГ (Москва, 2009 г.); VII Сибирском совещании по климато-экологическому мониторингу (Томск, 2007 г.); IV Всероссийской молодежной школе-семинаре «Теоретические и прикладные вопросы современной географии» (Томск, ТГУ, 2005 г.); научных конференциях Кыргызско-Российского Славянского университета (2004-2009 гг.), проводящихся ежегодно 23 марта и посвященных Всемирному метеорологическому дню. Они опубликованы в 13 научных статьях автора (в том числе 9 единоличных), 3 из которых помещены в рецензируемом научном издании «Вестник Кыргызско-Российского Славянского Университета», одна в международном сборнике «Гидрометеорология и экология», входящем в список HAK Казахстана.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из Введения, 4 глав, Заключения, Списка литературы из 118 наименований и 9 табличных приложений, с рассчитанными данными на 27 стр. Общий объем работы 175 стр., включая 42 рисунка, 36 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность темы диссертации, изложены основные положения, выносимые на защиту, а также их практическая значимость и личный вклад автора.

В первой главе рассматриваются орографические и циркуляционные условия изучаемой территории и приводятся основные сведения, о ее ветровом режиме на основе обзора предыдущих исследований.

Территория ССЗК относится к северной периферии Тянь-Шаня и включает в себя Чуйскую, Таласскую, Чон-Кеминскую долины и их горные обрамления, представленные склонами хребтов Заилийского, Кунгей, Киргизского и Таласского (рис. 1). Протяженность ССЗК с запада на восток составляет 535 км, с севера на юг в самом широком месте около 100 км, площадь равна 26 тыс. кв. км. Это наиболее заселенный и экономически освоенный регион Кыргызстана. В Чуйской долине, самой обширной в Кыргызстане, расположена столица Республики - г. Бишкек.

Рис. 1. Орографическая карта с границей изучаемой территории - ССЗК государственная граница Кыргызстана, — — южная граница ССЗК

Основным фактором, определяющим режим ветра в ССЗК, являются сложные рельефно-орографические условия территории. По данным целого ряда работ (М.А. Петросянц, С.Г. Чанышева, Н.Ф. Гельмгольц, O.A. Подрезов и др.), посвященных исследованию режима ветра, они обуславливают здесь: 1) широкое развитие горнодолинных циркуляций и, как следствие, - разнообразный режим направлений ветра; 2) торможение потоков общей циркуляции атмосферы горными системами Тянь-Шаня и Памиро-Алая и соответственно малые приземные скорости ветра (с большой повторяемостью затиший), которые, однако, резко увеличиваются в пригребневой зоне на высоких и открытых гребнях; 3) характерный

режим ветра в тальвегах узких склоновых долин и микрокотловин ССЗК

— малые скорости и два преобладающих направления ветра вдоль оси долины; 4) влияние высоты места, хотя и является существенным, но играет второстепенную роль по сравнению с орографией.

Во второй главе для различных территориально-высотных зон долин ССЗК и их горных обрамлений рассматривается характеристика режима ветра - средние скорости и повторяемости направлений, повторяемости горно-долинных циркуляций (ГДЦ и СГДЦ), а также режима средних скоростей в нижней тропосфере над Чуйской долиной до высот 3 км и фенового эффекта в ней при восточных и южных ветрах

- по приземным данным 20 метеорологических станций и аэрологической станции Фрунзе.

Основной особенностью режима приземных скоростей ветра в различных зонах - осей долин, подгорных равнинах, подножиях хребтов, нижней, средней и верхних частях узких склоновых долин и ущелий (вплоть до пригребневой зоны хребтов) - являются малые средние месячные и годовые скорости (1,8-3,1 м/с), их очень малая зависимость от высоты места, большая повторяемость штилей (до 20-40 %), слабо выраженный годовой и суточный ход. При этом, на открытых незащищенных участках подгорных равнин скорости могут быть выше всего на 0,5-1 м/с. В гребневых зонах высоких хребтов при приближении к водоразделам они резко увеличиваются до 4-6 м/с. В табл. 1, на рис. 2 и 3 приведены численные данные, характеризующие эти закономерности.

—в— Чуйская - Тип 1 (596 м) -ж- Чон-Арык - Тип 3 (1110 м)

-Байтык - Тип 4 (1579 м) —о— Ф рунзе - Тип 2 (756 м)

—л— Ак-Таш - Тип 5 (2100 м) —•—Тюя-Ашу сев. - Тип 6 (3090 м)

Рис. 2. Годовой ход средних месячных скоростей ветра в различных зонах ССЗК

Таблица 1

Средняя месячная и годовая скорость ветра (м/с), годовая повторяемость штилей (%) в различных частях ССЗК

Станция 1 2 3 4 5 | 6 7 8 9 10 11 12 Год Штиль

Чуйская долина и ее горное обрамление Тип 1. Ось долины (596 м)

Чуйская 1,7 2,0 2,4 2,8 2,6 2,3 2,0 1,9 1,8 1,8 1,6 1,6 2,0 26

Тип 2. Подгорная равнина (756 м)

Бишкек 1,8 2,1 2,3 2,3 2,2 2,3 2,1 1,9 2,1 2,0 1,9 1,8 2,1 20

Тип 3. Подножье северных склонов Киргизского Апа-Тоо (1110 м)

Чон-Арык 2,2 2,2 2,1 2,2 2,2 2,1 2,1 2,2 2,3 2,2 2,1 2,1 2,2 12

Тип 4. Нижняя часть северных склонов Киргизского Ала-Тоо (1579 м)

Байтык 1,9 2,0 2,0 2,1 2,2 2,4 2,5 2,5 2,2 2,2 1,9 2,0 2,2 30

Тип 6. Верхняя часть склонов Киргизского Ала-Тоо (3090-3225 м)

Тюя-Ашу сев. 5,0 5,6 5,4 4,3 3,2 3,0 3,2 2,8 3,7 4,5 5,2 5,2 4,3 25

Тюя-Ашу 1,8 2,0 2,2 2,0 1,8 1,7 1,8 2,1 2,1 2,0 2,0 2,0 2,0 32

Чон-Кеминская долина Тип 1. Ось долины (1532 м)

Новороссийка 2,0 2,1 2,2 2,3 2,3 2,1 1,9 2,0 2,0 1,9 1,8 2,0 2,0 19

Таласская долина Тип 1. Ось долины (1217 м)

Талас 2,4 2,3 2,2 2,4 2,6 2,5 2,5 2,5 2,4 2,3 2,0 2,2 2,4 22

Тип 2. Подгорная равнина (1187 м)

Ленинполь 2,2 2,3 2,6 3,4 3,2 3,1 2,9 3,2 2,8 2,5 1,9 2,1 2,7 7

Тип 5. Средняя часть южного склона Киргизского Ала-Тоо (2100 м)

Ак-Таш 3,1 2,9 2,8 3,1 3,2 3,2 3,1 3,1 2,9 2,9 2,9 3,1 3,1 16

............... Тип 1 Тип _ "ТйпЗ_ ___Тип 4 ""' к> •• с • X -1--♦ «г Тип6~" •

• • • .............. • --

* й

............•..............

........- -........................ ............................. ------- ----------------------- —

ор -,-.-,-.--,---.-.—--г—-.---I --7--I

? 1? Т ¡1 ? .1? I? Т I? Ь? I? ? I? ? ? ? г |г г_ |„

§ Ы & II 2 I ¡1 II I II I 1 I I

I I I 5 1 1 15 I 3 I а I * I I I I

X о Н е о"1

Рис. 3. Распределение средних годовых скоростей ветра в различных высотных зонах

Специальный корреляционно-регрессионный анализ показал, что в среднем для года и в различные его сезоны в диапазоне до 10 м/с имеет место практическое равенство скоростей в двух зонах - в осевой зоне и на подгорной равнине Чуйской долины. Этот вывод важен в том отношении, что характер и степень развития горно-долинной циркуляции в этих разных зонах различны, но это, как оказалось, не оказывает заметного влияния на уровень модуля скоростей ветра.

Анализ изменений скорости ветра в течение 20 века для ССЗК показал, что на подгорной равнине (МС Бишкек) режим средних месячных скоростей ветра практически не изменился (рис. 4а). Наблюдающиеся различия (0,1-0,3 м/с) статистически не значимы по ^критерию Стьюдента на уровне доверительной вероятности р=0,95. Оценки различий изменчивости скорости ветра так же не значимы (по Р-критерию при /7=0,95). В нижней части склонов Киргизского Ала-Тоо (МС Батик, рис. 46) очень низкие средние годовые скорости к концу 20 века снизились еще на величину - 0,5 м/с (с 1,7 до 1,2 м/с), средние месячные -на 0,5-0,8 м/с, что по ^критерию является статистически значимым (р=0,95). Повторяемость штилей незначительно увеличилась с 30 до 35 %. Снижение скоростей на МС Байтык и повышение числа штилей, объясняется увеличением местной защищенности станции. Аналогично снизились и характеристики их изменчивости - СКО и дисперсия -, что по Р-критерию оказалось статистически значимым (прир=0,95).

а) МС Бишкек (756 м) 2,5

6) МС Байтык (1579 м)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Месяцы

-1936-80 гг. —*—1989-91 ГГ.

■ 1936-80 гг.

Рис. 4. Годовой ход средней месячной скорости ветра (м/с) в различные периоды 20 века в Чуйской долине - а) и ее горном обрамлении - б)

Напротив, режим направлений ветра в ССЗК отличается крайним разнообразием и складывается в любой из зон под влиянием общециркуляционных факторов, развития горно-долинных циркуляций (ГДЦ и СГДЦ) и стабилизирующих определенные направления складок местности. Это видно на рис. 5, где приведены розы направлений ветра для года по ряду станций, относящихся к различным типам по табл.1.

Рис. 5. Розы направлений ветра для года в различных зонах ССЗК (тип станций по табл. 1)

Анализ изменений направлений ветра в 20 веке показал, что во все сезоны и в году в целом в районах днища Чуйской долины и ее горном обрамлении заметных изменений повторяемости направлений ветра в период после 1980 г. не произошло (рис. 6). Геометрия фигур роз практически идентична до и после 1980 г., наблюдающиеся различия (не превышают 2-7%) являются случайными.

ю

-1989-91 гг —•—1936-80 гг. -1931"91 " -»-1936-80 гг.

Рис.6. Розы направлений ветра в году (%) в Чуйской долине - а) и ее горном обрамлении - б) до и после 1980 г.

Оценка повторяемости горно-долинных циркуляций (исходя из повторяемости их горных составляющих) показывает, что она велика в подгорных равнинах и склоновых долинах и составляет в году от 42 до 75% или около 150-270 дней. При этом, на осях Чуйской, Таласской и Чон-Кеминской долин может наблюдаться как ГДЦ, так и СГДЦ, а в

узких склоновых долинах и зоне подножий наблюдается только СГДЦ. Наибольший вклад в циркуляцию пограничного слоя ГДЦ вносит весной, а СГДЦ осенью.

В пограничном слое атмосферы Чуйской долины до высот 1 км профили скорости ветра формируются под сильным влиянием ГДЦ и СГДЦ. Выше, в слое 1-3 км, скорости растут зимой быстрее, а летом медленнее, приобретая характерные для нижней тропосферы значения около 6-7 м/с (лето) и 9-10 м/с (зима) к высотам 3 км (рис. 7). Для скоростей типична большая межгодовая изменчивость (С(к) =0,5-0,9), сильная правоасимметричность (Л(к)=1,0-2,2) и островершинность ( Е{у) =1,1 -8,0) распределений.

Рис. 7. Распределение средней скорости ветра по высоте в различные месяцы года по данным АС Фрунзе (—Срок 06 ч. ——- Срок 18 ч)

При восточных для оси Чуйской долины и южных для ее подножья ветрах, носящих феновый характер и часто наблюдающихся в зимний период года, отмечается повышение температуры более значительное (на 3,0-3,5 °С и даже до 5-10°С) в восточной части долины, от МС Токмак и восточнее. Оказалось, что чаще всего такие повышения температуры наблюдаются при юго-западной (43%) и южной (16%) периферии антициклонов.

В третьей главе по данным 11123 шаропилотных наблюдений АМЦ Манас рассмотрены общие аэроклиматические характеристики ветра в ПГС (до 900 м) над центральной частью Чуйской долины в различные сезоны года (зима, весна, лето, осень) и время суток (утро, день, вечер, ночь): повторяемость направлений ветра на различных высотах, высотные профили модуля скорости, его зональные и меридиональные составляющие, а также результирующий ветер. Статистики этих режимных характеристик были рассчитаны для 11 высот: 10,30,40,100, 200,300,400, 500,600,700 и 900 м.

Как оказалось, во все сезоны года и периоды суток над центральной частью Чуйской долины до высот 900 м розы направлений ветра в своих главных чертах повторяют наблюдавшиеся на высотах 10 и 100 м (рис. 8). В ночные и утренние часы преобладает группа направлений (В и смежные румбы) горной составляющей ГДЦ и южных периферий антициклонов. Днем и вечером доминирует ветер группы СЗ и 3 румбов - это ветры долинной составляющей ГДЦ и ОЦА. Исключение составляет зима, когда во все периоды суток преобладает восточная горная составляющая ГДЦ и гравитационный сток. Склоновая циркуляция выражена слабо, и заметна только в своей горной южной компоненте.

День

а) Згою

Ночь

День

о) Лето

Ночь

10 м с

СЗ^ >св

3(т ?77в

юзК >103

ю

Юн

Рис. 8. Розы направлений ветра (%) на 10 и 100 м в различные периоды года и время суток в районе ВПП аэропорта Манас

Высотные профили средних скоростей ветра (рис. 9 а) во все сезоны и время суток характеризуются малыми средними значениями, относительно их быстрым ростом на 1-3 м/с в слое 10-200 м (что особенно сильно проявляется утром), а выше, до 900 м, скорости либо слабо меняются, имея сложный профиль, либо убывают к высоте 700-900 м. Зимой с высоты 700 м наблюдается рост скорости в связи с переходом к потокам ОЦА, тогда как в остальные сезоны такой переход происходит выше 900 м. Однако, возможные максимальные скорости велики и могут достигать в ПГС: средние максимальные - 20 м/с, абсолютные максимальные - 42 м/с. Статистические распределения скоростей на всех высотах характеризуются значительной изменчивостью (С(у) =0,49-0,90), сильной положительной асимметрией (Л{у) =1,0-2,2) и островершинностью ( Е(у) =1,1-8,0).

Лето

4,5 5.0 5.5 Скорость, м/с

6) V*

-3,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0.5 0,0 0.5 1,0 1.5 Сорос'*, м/с

-1,5 -1,0 41,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Спорость, м/с

2,5 3,0 3,5 Скорость, м/с

2,0 2.5 3,0 3.5 <,0 4.5 5.0 5.5 6,0 6,5 Скорость, м/с

-3,0 -2,5 -2,0 -1.5 -1.0 -0,5 0,0 0.5 1.0 1,5 Скорость, м/с

2.5 3,0 3,5 Скорость, м/с

Рис. 9. Высотные профили в ПГС модуля средней скорости - а), составляющих Ух и Уу - б), результирующего ветра - в) над центральной частью Чуйской долины для зимы и лета (—»—Утро -о-День -—Вечер -к-Ночь)

Профили зональных - Ух и меридиональных - Уу составляющих имеют следующие особенности (рис. 96): 1) отрицательные (восточные) зональные составляющие имеют четко выраженный профиль с максимумом 1,5-2,8 м/с на высотах 100-200 м, тогда как положительные (западные) составляющие мало меняются с высотой; 2) меридиональные составляющие обоих знаков имеют слабо выраженный профиль, колеблясь по высоте в пределах ± 0,5 м/с (только зимой и летом для + Уу имеет место заметный максимум на 100-200 м). Такой вид профилей Ух я Уу является несомненным отражением доминирования горной восточной составляющей ГДЦ и ветров южных периферий антициклонов зимой.

Изменчивость составляющих сг(Ух) и сг(Уу) на всех высотах по сравнению с самими составляющими • велика: сг(Ух)~2,05-4,78 м/с; а(Уу) =1,50-4,55 м/с. Асимметрия а(Ух) и а(Уу) близка к нулевой или достаточно мала (±0,30-0,50), эксцесс, как правило, положителен и находится в пределах 0,3-2,0.

Профили результирующего ветра Ур (рис. 9в) являются зеркальным отражением профилей зональных составляющих, что является совершенно естественным. Зимой Ур ночью, утром и днем имеют максимум 1,5-3,2 м/с на высотах 100-200 м, к высоте 700 м они убывают, а затем растут при переходе к потокам ОЦА. И только зимой вечером они слабо убывают во всем слое 10-700 м. Весной, летом и осенью профили Ур в течение суток делятся на две группы (как Ух и Уу): 1) ночная и утренняя группа с хорошо выраженным максимумом 2-3 м/с на 100-200 м; 2) дневная и вечерняя группа с ростом Ур с высотой в ПГС без четко выраженного максимума.

Распределение направления результирующего ветра по высоте в различные сезоны года и время суток определяются сочетанием вкладов составляющих ГДЦ, СГДЦ (горная составляющая), гравитационного стока и ветров ОЦА.

В четвертой главе по данным 11123 шаропилотных наблюдений АМЦ Манас рассмотрен очень важный для авиации режим вертикальных сдвигов ветра (3 (рассчитанных как модуль вертикального градиента вектора ветра, с"1) в ПГС над центральной частью Чуйской долины в различные сезоны года (зима, весна, лето, осень) и время суток (утро, день, вечер, ночь): статистики сдвигов в нижнем приземном слое 10-40 м; повторяемость градаций и вероятностные максимальные сдвиги в слое 10-40 м; высотные профили сдвигов в ПГС (до 900 м) и их статистические характеристики.

Оказалось, что в приземном слое 10-40 м, где знание о модуле 0 играет исключительно большое значение для обеспечения взлета и посадки воздушных судов, средние значения сдвигов р во все сезоны года и время суток находятся в пределах 0,05-0,10 с"1, что по шкале ИКАО соответствует границе перехода от слабых к умеренным сдвигам. Однако максимальные р здесь могут достигать в любой из сезонов и время суток значений более 0,21 с"1 (очень сильные сдвиги). Статистические распределения сдвигов ветра во все сезоны и периоды суток имеют большую вариацию (С(/?) до 0,86), сильно правоасимметричны (Л(/?)>1,1-4,0) иостровершинны (£(/?)=1,6 и более).

В табл. 2 приведены повторяемости градаций р (по шкале ИКАО), из которой следует, что сильные и очень сильные сдвиги во все сезоны и время суток имеют повторяемость 2,9-8,1% и 0,3-1,6%, тогда как повторяемость слабых составляет 59-75%.

Таблица 2

Повторяемости (%) градаций р для слоя 10-40 м

Время суток Критерий сдвига Границы классов Повторяемость (%) по сезонам

Зима Весна Лето Осень

I Утро Слабый 0,000-0,069 62,1 69,6 64,2 63,2

Умеренный 0,070-0,139 29,6 25,2 28,5 29,0

Сильный 0,140-0,209 7,1 4,6 6,3 6,7

Оч. сильный >0,210 1,3 0,6 1,0 1,1

День Слабый 0,000-0,069 74,7 68,4 62,1 70,8

Умеренный 0,070-0,139 21,8 26,0 29,6 24,4

Сильный 0,140-0,209 3,2 4,9 7,0 4,2

Оч. сильный >0,210 0,3 0,7 1,3 0,5

1 Вечер Слабый 0,000-0,069 76,0 68,0 61,1 69,6

Умеренный 0,070-0,139 20,9 26,2 30,1 25,2

Сильный 0,140-0,209 2,9 5,1 7,4 4,6

Оч. сильный >0,210 0,3 0,7 1,4 0,6

Ночь Слабый 0,000-0,069 74,4 68,1 59,3 69,0

Умеренный 0,070-0,139 22,0 26,2 31,0 25,6

Сильный 0,140-0,209 3,3 5,0 8,1 4,7

Оч. сильный >0,210 0,3 0,7 1,6 0,6

Распределения Р были аппроксимированы законом редких событий Пуассона, и по результатам аппроксимаций рассчитаны их вероятностные значения 1 раз в год, 5, 10, 50 и 100 лет, а также с обеспеченностью 0,80, 0,90, 0,95, 0,99 и 0,999. В табл. 3 приведены рассчитанные данные для некоторых из этих квантилей, а также фактические максимумы р. Данные табл. 2 и 3 рекомендуются к практическому использованию АМЦ Манас.

Таблица 3

Рассчитанные и фактические значения максимальных сдвигов ветра (с"') для слоя 10-40 м

Сезон 3 и ^ о Вероятность возникновения Р 1 раз в: Уровень квантиля р Фактические максимумы за 5 лет

3 >> (В " 1 год 10 лет 100 лет 0,90 0,99 0,999 средние А,. <=-' абсолютные

Зима 0,180 0,260 0,327 0,135 0,226 0,304 0,228 0,337

Весна о р. 0,166 0,233 0,296 0,126 0,203 0,273 0,243 0,359

Лето н 0,205 0,279 0,341 0,133 0,213 0,288 0,203 0,258

Осень 0,203 0,279 0,344 0,134 0,219 0,296 0,281 0,453

Зима 0,167 0,228 0,289 0,118 0,194 0,262 0,209 0,271

Весна ьД к 0,214 0,282 0,350 0,127 0,205 0,275 0,384 0,750

Лето Й 0,238 0,307 0,370 0,135 0,225 0,303 0,376 0,429

Осень 0,210 0,276 0,323 0,124 0,201 0,271 0,366 0,473

Зима 0,148 0,214 0,281 0,116 0,192 0,258 0,227 0,299

Весна о. о 0,176 0,244 0,305 0,128 0,205 0,276 0,279 0,433

Лето и И 0,211 0,282 0,352 0,136 0,231 0,310 0,311 0,339

Осень 0,170 0,237 0,298 0,126 0,159 0,273 0,180 0,230

Зима 0,168 0,229 0,289 0,119 0,195 0,263 0,200 0,246

Весна Л 8" 0,209 0,277 0,329 0,128 0,205 0,275 0,232 0,290

Лето К 0,225 0,297 0,365 0,138 0,239 0,319 0,246 0,290

Осень 0,212 0,281 0,349 0,126 0,204 0,274 0,247 0,310

Высотные профили средних значений р (рис. 10) показывают их очень быстрое убывание (примерно в 3 раза) от приземного слоя 10-40 м к высоте 100 м (слой 40-100 м и 100-200 м), а затем очень слабое

убывание до 700-900 м (внутри фадации слабых /3). Профили /9,, имеют тот же характер статистических распределений /? на всех высотах во все сезоны года и время суток аналогичен приземному слою 10-40 м: большая изменчивость, сильная правоасимметричность и островершинность.

0.000 Ц020 0.040 0.060 0,060 Сдвигветра,

) > 6) Лето

х —о—День

^ —*—Вечер

^ —Ночь

-а*

0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 Сдвиг ветра, 1/с

Рис. 10. Высотные профили средних значений Р .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Главной особенностью режима приземных скоростей ветра в ССЗК является их малые средние значения (1,5-3 м/с) и очень слабый рост с высотой на 0,5 - 1 м/с от подножий до 3 - 3,5 км. Режим направлений ветра в различных зонах ССЗК крайне разнообразен и определяется наблюдающимся в них фактическим сочетанием ветров общей циркуляции атмосферы, развитием горно-долинных циркуляций и стабилизирующим влиянием складок местной орографии. Режим скоростей и направлений ветра здесь не изменился от середины к концу 20 века. В ССЗК очень высока повторяемость ГДЦ, от 42 до 75 %. При восточных и южных ветрах, носящих феновый характер, зимой в Чуйской долине может наблюдаться повышение температуры на 3 - 3,5°С и до 5 - 10°С.

2. По приземным и шаропилотным данным для различных сезонов года и времени суток получены высотные закономерности режима направлений и модуля средних скоростей ветра в пограничном слое до высоты 900 м над центральной частью Чуйской долины. Найдены основные характеристики их статистических распределений на 11 высотах от 10 до 900 м: среднее, вариация, асимметрия и эксцесс.

3. По шаропилотным данным для различных сезонов и времени суток получены аэроклиматические закономерности режима зональных (по

широте) и меридиональных (по меридиану) составляющих, а также результирующего вектора ветра в пограничном слое атмосферы до 900 м над центральной частью Чуйской долины. Найдены основные характеристики их статистических распределений на 11 высотах от 10 до 900 м: среднее, вариация, асимметрия и эксцесс.

4. Наиболее высокие вертикальные сдвиги ветра /? наблюдаются во все сезоны года и время суток в приземном слое 10 - 40 м (р =0,05 - 0,10 с"!) и находятся на границе перехода от слабых к умеренным по градации ИКАО. Однако максимальные сдвиги в любой из сезонов года могут достигать градаций сильных (/? = 0,14 - 0,21с"') и очень сильных (р >0,21 с"1). Изменчивость р велика, а их статистические распределения правоасимметричны и островершинны. Повторяемость градации слабых и умеренных составляет, соответственно, 59-76% и 21-31%, сильных сдвигов - 3 - 8 %, а очень сильных - 0,3 - 1,6 %.

5. Рассчитанные максимальные значения р в слое 10 -40 м находятся в пределах: а) с вероятностью 1 раз в год, 5, 10, 50 и 100 лет: Р =0,148-0,238с"1, ръ =0,209-0,289с'1, Д0=0,214-0,307с'1, Р50 =0,256-0,357с"1, Рт =0,281-0,370с'1. б) с вероятностью не превышения р =0,80-0,999: /?080 <0,083-0,116с"1, /?090 <0,116-0,138с1,

<0,133-0,180с'1, /?0 99 < 0,192 с"1 и Д 999 < 0,239 с"1.

6. Во все сезоны года и время суток на высотных профилях значения р резко убывают к высоте 100 м до градаций слабых, а затем практически не меняются с высотой до 900 м. Найдены основные характеристики их статистических распределений на высотах до 900 м: среднее, вариация, асимметрия и эксцесс.

7. Выявленные закономерности режима приземных и аэроклиматических характеристик ветра, а также вертикальных сдвигов ветра переданы для практического использования в авиацентр аэропорта Манас (Государственное предприятие Кыргызаэронавигация) для метеорологического обеспечения безопасности полетов авиации, в Кыргызгидромет МЧС КР, а также используются в учебном процессе («Горная климатология», «Региональная климатология», «Региональная синоптика») при подготовке специалистов - метеорологов в Кыргызско-Российском Славянском университете.

Весьма желательным является проведение подобных исследований для других климатических территорий Кыргызстана: Юго-Западного Кыргызстана, Иссык-Кульской котловины, Внутреннего Тянь-Шаня с использованием разработанной в диссертации методики.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ ТРУДОВ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Брусенская К С. О феновых повышениях температуры в Чуйской долине при циркуляционных процессах, сопровождающихся восточными ветрами// Метеорология и гидрология в Кыргызстане. - Вып. 4. - Бишкек, 2004. -С. 48-61.

2. Брусенская КС. Режим средних скоростей ветра в днищах Чуйской, Таласской и Чон-Кеминской долин. //Погода и климат Кыргызстана. -Вып. 2.-Бишкек, 2005.-С. 15-29.

3. Брусенская КС. Режим средних скоростей ветра в области склонов хребтов Северного Кыргызстана//Погода и климат Кыргызстана. - Вып. 2. - Бишкек, 2005.-С. 30-41.

4. Брусенская И. С. Режим средних скоростей ветра на территории Северного и Северо-Западного Кыргызстана // Теоретические и прикладные вопросы современной географии: Материалы Всероссийской молодежной школы-семинара 27-28 апреля 2005 г. / Под ред. Н.С. Евсеевой, Н.В. Осинцевой, З.Н. Квасниковой. - Томск: Дельтаплан, 2005. - 318 с. - С 114-116.

5. Брусенская КС. Анализ эмпирических распределений модулей скорости ветра в различных зонах Чуйской долины // Метеорология и гидрология в Кыргызстане. - Вып. 5. - Бишкек, 2006. - С. 48-60.

6. Брусенская КС. Повторяемость горно-долинной циркуляции в Северном, Северо-Западном Кыргызстане по приземным ветровым даннымУ/Погода и климат Кыргызстана - Вып. 3. -Бишкек, 2009. - С. 27-35.

7. Брусенская КС., Комиссарова A.B. Об изменении режима ветра в конце 20 века в Чуйской долине и на склонах Кыргызского Ала-Too // Метеорология и гидрология в Кыргызстане. - Вып. 6. - Бишкек, 2007. - С. 33 - 46.

8. Брусенская КС. Особенности режима средних скоростей ветра в нижней тропосфере над Чуйской долиной Тянь-Шаня// Геоэкология Алтае-Саянской горной страны. - Вып. 4. - Горно-Алтайск, 2007. - С. 121-132.

9. Брусенская КС., Подрезов O.A. Вертикальные сдвиги ветра в пограничном слое атмосферы в аэропорту Манас. // Вестник Кырг.-Росс. Славян, ун-та. -Том7, №12.-Бишкек, 2007.-С. 103-108.

10. Брусенская КС. Аэроклиматическая характеристика режима ветра в пограничном слое атмосферы в районе аэропорта Манас. // Вестник Кырг.-Росс. Славян, ун-та - Том 7, №12. - Бишкек, 2007. - С. 109-116.

11. Брусенская КС. О вертикальных сдвигах ветра в горных котловинах// Седьмое сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: Материалы Всероссийской конференции / Под ред. М.В. Кабанова. - Томск: Аграф-Пресс, 2007. - С.58-61.

12. Брусенская КС. Оценка высотной корреляционной зависимости скоростей ветра на территории Северного, Северо-Западного Кыргызстана. // Вестник Кырг.-Росс. Славян, ун-та. - Том 9, №3. - Бишкек, 2009. - С. 149-152.

13. Брусенская КС. Влияние расположения анемометров на значение вертикальных сдвигов ветра. // Гидрометеорология и экология. - Вып. 2. - Казахстан, Алматы, 2009. - С. 78 - 83.

РЕЗЮМЕ

кандидатской диссертации Брусенской Инны Сергеевны «Режим ветра на территории Северного, Северо-Западного Кыргызстана»

на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 25.00.30 - метеорология, климатология, агрометеорология

Ключевые слова: направление ветра, скорость ветра, высотные профили, зональные составляющие, меридиональные составляющие, результирующий ветер, вертикальный сдвиг ветра.

Объект исследования: циркуляционные условия приземного и пограничного слоя атмосферы Северного, Северо-Западного Кыргызстана.

Цель исследования: климато-статистическое описание приземных и аэроклиматических характеристик режима ветра.

Методы исследования: климатический анализ статистических характеристик ветра, рассчитанных с использованием компьютерных технологий по данным многолетних наблюдений метеорологических станций Кыргызгидромета, а также различного рода собственных выборок из первичных наблюдений.

Полученные результаты н их новизна. Впервые установлены основные закономерности режима приземных скоростей ветра в зависимости от высоты и рельефа местности, получены вертикальные профили и их статистические характеристики для зональных и меридиональных составляющих, результирующего ветра, а также вертикальных сдвигов ветра в пограничном слое над Чуйской долиной.

Степень использования и область применения. Результаты исследований используются Авиаметеоцентром аэропорта Манас при обслуживании полетов гражданской авиации, включены в спецкурс -«Региональная климатология», «Горная климатология», «Региональная синоптика» - читаемый студентам-метеорологам Кыргызско-Российского Славянского университета, а также могут быть использованы как важный элемент прикладного климатического описания территории.

RESUME

Inna Brusenskaya Sergeevna "Wind regime on territory of Northern and North-Western Kyrgyzstan"

Dissertation on competition degree candidate of the geographical sciences on specialization 25.00.30 - Meteorology, Climatology, Agrometeorology.

Key words: wind direction, wind speed, vertical profiles, zonal component, meridional components, resulting wind, vertical wind shear.

Study object: circulation conditions of surface and boundary layer of atmosphere of Northern and North-Western Kyrgyzstan.

Study purpose: climatic - statistical study of surface and aeroclimatic characteristics of wind regime.

Study methods: climatic analysis of the statistical characteristics of wind calculated with the of computer technology according to long-term observations of meteorological stations of Kyrgyzgidromet, various kinds of own data from primary observations.

The results obtained and their novelty. The following characteristic were established for the first time: the basic laws of the regime of surface wind speeds depending on the altitude and terrain, vertical profiles and their statistical characteristics for zonal and meridional components, the result of wind and vertical wind shear in boundary layer over Chui Valley.

The Degree of the use and application. The results of the studies are used by the Aviation Meteorological Center Manas airport when serving the civil aviation and they are included in the course "Regional Climatology" read to the students meteorologists of Kyrgyz-Russian Slavonic University. The results can also be used as an important element of climatic description of the territory.

Брусенская Инна Сергеевнанын

«Кыргызстандын Тундук, Тундук-Батыш аймактарындагы шамалдын тартиби» деген темада 25.00.30 - метеорология, климатология, агрометеорология адистиги боюнча география илимдеринин кандидаты окумуштуулук даражасын алуу учун талаптанып жазьшган диссертациясынын

РЕЗЮМЕСИ

Негизги свздер: шамалдын багыты, шамалдын ылдамдыгы, бийиктик боюнча езгврулушу, тилкелер кошундулар, меридионалдык кошундулар, алкактык кошундулар, жыйынтыктачу шамал, бийиктик боюнча шамалдын жылышы.

Изилдов объектиси: катары Тундук, Тундук-Батыш Кыргызстандын жер катмарьша жакын жана чек ара катмарындагы циркуляциялык шарттарды изилдов болуп саналат.

Изилдвнун максаты: шамалдын тартибинин жер катмарына жакын жана аэроклиматтык мунвздвмелврун климаттык-статистикалык жактан изилдво.

Изилдво ыкмалары: шамалдын статистикалык муноздвмвлорунв климаттык талдоо жургузу, компьютердик технологияларды колдонуп Кьфгызгидрометгин кеп жылдык байкоо жургузуу малыматтарын эсептен, анан даты ар кайсы жекече чогултулган баштапкы малыматгар колдонулду.

Алынган жынынтыктар жана жацылыктар. Биринчи жолу Чуй орвнунун чек ара тилкесиндеги шамалдын ылдамдыгынын жана жер катмарына жакын тилкеде, бийиктик жана рельефтин таасиринин астында мыйзамченендуу тартиптери керсотулду, шамалдын езгврулушу жана алардын статистикалык мунвздвмвлвру, зоналдык жана меридионалдык кошундар учун, жана дагы шамалдын езгврулушу учун берилди.

Павдалануу даражасы жана колдонуу чейрвсу. Изилденун жыйынтыктарьш Манас аэропортунун Авиаметеоролошялык борбору жарандьпс учактарды тейлооде колдонот, Кыргыз-Россия Славян университетинин студент-метеорологдорго «Регионалдык климатология» атайын курстун ичине кошулган, анан дагы аймактын климаттык жазып чьнууда эц маанилуу элемент катары коддонсо болот.

\

Брусенская Инна Сергеевна

РЕЖИМ ВЕТРА НА ТЕРРИТОРИИ СЕВЕРНОГО, СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КЫРГЫЗСТАНА

Подписано к печати 19.02.2010. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Бумага офсетная. Объем 1,25 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 91

Отпечатано в типографии КРСУ 720048, Бишкек, ул. Горького 2