Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Закономерности режима, скорости ветра над Балтийским, Баренцевым и Охотскими морями и межгодовая изменчивость волнения

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Закономерности режима, скорости ветра над Балтийским, Баренцевым и Охотскими морями и межгодовая изменчивость волнения"

«-. Г О \ \ V)

ШЯ1ТЕТ} П0гГИДРО.таЕО5О.ЧОШ{ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЩЕЯ СРЕДУ ' '.■> ' ОРДЕНА ЛЕНИНА АРКТИЧЕСКИЙ И АНТАРКТИЧЕСКИЙ ШУЧНО-ИССЛЕЩОВАТЕЛЬСКИЯ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

БОКОВ ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ

ЗАК0Ш£ЕРН0СТЙ РЕЖИМА СКОРОСТИ ВЕТРА НАД БАЛТИЙСК!'?.?, БАРЕНЦЕВЫМ И ОХОТСКИМ МОРЯМИ И МЕЕГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ВОЛНЕНИЯ

II.СО.08 - Океанология' 11.00.09 - Метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург - 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском отделении Государственного океанографического института.

Научный руководитель,- доктор географических наук .Л.И. Лопатухин

Официальные оппоненты - доктор географических наук

Н.В. Кобышева - доктор географических наук _ Г.В. Алексеев

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский : институт гидромо тоорологической информации - Мировой центр данных

Защита состоится " Л1Си>КСО^ 1993 г. в & час. 'на заседанш! спещ^ализированного совета Д.024.04.01 при Ордена Ленина Арктическом и Антарктическом научно-исследовательском института. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ААВДИ. ; Афгореферат разослан £ " 1993 г.

Ученый секретарь

специализированного совета . ^

кандидат гоографических наук / '/..,, , '-> ^ В.П.Карклин

Актуальность темы.

Среди метеорологических элементов,, составляют« гидрометеорологический регаш морей и океанов основная роль принадлежит вет-<, ру, который определяет условия деятельности "человека на море, Формирует деятельный слой морской поверхности, генерирует ветровое волнение, дрейф льда, способствует обмену тепла с атмосферой. В последнее десятилетие повысились требования к детальности, пол- ; ноте и достоверности сведений о реяиме ветра над. океанами и моря- .'• мл, что связано с развитием флота, расширением освоения ресурсов -Шфового океана» .

Значош!е 1шматических характеристик ветра над океанами и морями не менее ваянн как количественные показатели атмосферной циркуляции и ее аномальных условий. Роландов значение реяим ветра . имеет в задачах исследования взаимодействия атмосферы и океана, : " загрязнения окружающей среды, экологически чистого источника энергии, современных колебаний климата.

Однако до настоящего времени решл ветров, особенно птор-мовых, даже для таких казалось бн изученных морей как Балтийское,. Баренцево и Охотское недостаточно исследованы. ..

Масштабы изменчивости скорости ветра составляют от секунд до десятилетий. Для решения океанологических задач, зависящих от ' ' . ветра, необходимы сведения о его изменчивости во всех диапазонах, но мезомаситабный и мекгодовой исследованы наименее слабо. Мезомаситабный диапазон включает в себя колебания скорости ветра от нескольких минут до 2-3 часов; мекгодовой диапазон содержит колебания от 2-3 лет до 1-3 десятилетий. Приходится также констатировать, что годовой ход скорости и направления ветра над перечисленными морями изучен недостаточно. Отсутствуют сведения о годовом ходе дисперсии воздушных штоков, эллиптичности распре- ,

деления.Еатра над акваториями.

Цель работы заключается в выявлении и описании осноеных закономерностей ретт ветра в диапазонах мозсмасщтабпсй, свзспноя и межго-довсй изменчивости ветра и волнения.. Основные полояагая выносимые на защиту:

I .— выявлены мэзомасшгабшэ периодические пульсации сильных и штормовых.скоростей ветра меняадиеся. по длительности и вели. чине в различных частях циклона. Установлено, что причиной их ■ ■ образования служат конвективные течения и гравитационные волны пограничного слоя амосферы.

2.- предложено описывать пространственно-временной режим ветра .через характеристики периодически коррелированных случайных .

процессов, даны их количественные оценки;

3.- в меэтодовой изменчивости ветра и высот волн выделены аддитивная и модуляционная составляющие, получены их количественные' характеристики и показано, что о тренде скорости ветра и вол.. неш1Я ког-аю говорить .лишь в статистическом смысле (знак, ве-

• личина и продолжительность низкочастотной флштуациа);

4.- предложено характеризовать штормовую активность ветра как , циклический случайный процесс. Подучэнны оценки слектра в

стационарном приближении и показана взаимосвязь штормовой активности ватра с циркуляцией атмосферы. Метода исследования. Выполненные исследования основывались на представлении временной реализв:-''*. скорости ветра как полишду-лироаанного векторного случайного процесса. Соответственно при обработке и анализе разномасштабной изменчивости применялся век-торно-алгебраический метод. В связи с ярко выраненной годовой ритмикой скорости ветра, сезонный диапазон изменчивости анализировался с использованием аппарата периодически коррелированных

-о-. .

случайных процессов. При исследовании козомзсштабной структуры ,

скорости Еетра и временной изменчивости шторовоЯ активности

ветра применялись такко корролящюшю-спэктральнца и квантильны®.

методы-анализа.

Научная новизна.

- Впервые получены оценки мэзомасштабной- изменчивости сальных и, . . штормовых скоростей ветра над морями.

. - Показана общность и различие спектральной структуры ветра на .-' четырех морях России и в Северной Атлантике.

- Выявлены'особенности'годового хода среднего переноса воздушных масс и его флштуациа над акваториями Балтийского, Баренцева и Охотского морей. .''

- Продлокено три способа картирования пространственно-временной изменчивости реки?,¡а ветра, позволяющие представить его с раз- . личной степенью детальности.

- Предложен способ выделения климатических сезонов по данным о внутригодовой изменчивости ветра, испольэущиеся при расчете реетлшх характеристик волнения.

- Выявлена сезонная миграция штормовых областей над акваториями морей.

- В мээтодовой изменчивости ветра и волнения выделена аддитивная и модуляционная составляющие.

- Выявлено отсутствие ярко выраженных трендов в межгодовой изменчивости средней скорости ветра и волнения, но на отдельных .временных инторвалах можно говорить о знаке, величина и продолни-тельности тренда лишь в"статистическом"смысле.

- Полученные оценки аддитивной составляющей скорости и направления ветра позволяют проводить мониторинг их климатических изменений.

- Показано преобладание вклада модуляционной составлящей над адда-

пешоЛ з межгодовую изменчивость ветра для высоких и умеренных .:•■ икрот. •

- Изучена межродовая изменчивость штормовой активности по трем

различным ее индикаторам и максимальным скоростям^ ветра. Практическая ценность работы состоит в том, что полученные данные позволяют с различной степенью детализации описать режимные характеристики скорости ветра и его разномасштабную изменчивость.

Материалы диссертации ухе использованы при составлении монографий \ 4, 12 V которые применяются для гидрометеорологического обеспечения навигации, планирования й эффективного использования средств океанотвхники, расчетах океанологических параметров, в научных исследованиях по климатической изменчивости атмосферы и мониторинга гидрометеорологических, элементов. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и'об-' суадэлись на международных и всесоюзных създах совещаниях и кон-' ; форэнцкях: научная конференция молодых специалистов и аспирантов (С-Потсрбург,1933), У,1У Всесоюзные совещания по применению статистических методов в метеорологии (Казань,1985,Светлогорск,1990), III съезд советских океанологов (С-Патербург,1987), Всесоюзное совещание "Актуальные проблемы развития океанографической информации " (Обнинск, 1989), Ш1, ХУШ конференциях Балтийских океанографов Шорчешшг,1989, С-Петербург, 1992), У1 Всесоюзное совэшание по проблеме изменения климата и мониторингу климата и атмосферы (С-Петербург,1990), Вс<.,;оюзная научно-техническая конференция " Идентификация, измерение характеристик и имитация случайных сигналов" (Новосибирск.1991), 1У Всесоюзная конференция " Пе-респективныэ методы планирования и анализа экспериментов при исследовании случайных полей и процессов " (Петрозаводск, 1991), научных семиарах ВГО, ВШИГШ-МЦД, ИГКЭ, ОТО гоин.

Публикации. По tomo диссертации опубликовано 13 научных работ. Структура и оОъем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений, содержит 264 е., в том числе » ' текста 120 е., рисунков 56 е., таблиц 33 е., (в том числе 15 с. таблицу приложений), список литературы из 150 наименований.

Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве, заключался в непосредственном участии в постановке задач, в обосновании применяемых методов обработки и анализа натурных даннных, в выполнении расчетов, интерпретации юлучэнных результатов и выводе географических закономерностей изменчивости скорости ветра.

С0ДЕР5АНИВ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, научная новизна темы, значимость и цель исследований, изложена структура диссертации. В первой главе дана характеристика использованной информационной . базы данных по ветру, которая состоит из непрерывной регистрации сильного и штормового ветра, регулярных наблюдений в синоптические сроки на береговых ГШ, попутных судовых наблюдений* а также различных данных по штормовой активности ветра.:

Непрерывные регистрации ветра < длительностью от 5 и более часов) использованы для изучения спектральной структуры штормового ветра и его мейомасштабной изменчивости. Записи мгновенных значений скоростей ветра получены автором в специализированных волновых эксгодащиях на Балтийском мора. В отличие от стандартных наблюдений за ветром на судах, ветер регистрировался при подработке судна, что позволило исключить дрейф судна и влияние бортовой качки, которые вносят наибольший вклад в погрешность измерений. Сопоставление статистик, рассчитанных по данным измерений

. . . ■ . -8-

на судно и по синхронным измерениям выполненным с морской стационарной пла'дЕйрмы на расстоянии 700 мэтров показали достоверность полученных судовых записей скорости вотра.

Регулярные наблюдения (эквидистантные ряды с дискретностью . синоптических сроков и длительность» от нескольких лет до десятков лот) слухат для анализа и описания внутригодовой и межгодовой изменчивости ветра. Попутные судовые наблидекия ( неэквидистантные временные.ряда длительностью года и десятки лет) позволяют рассчитать пространственно-временные характеристики реяжма вотра над акваториями морей. .

Для изучения итормовой активности ветра специально подготовлены массивы данных береговых Г1£С по числу сроков со скоростям ветра более 15 м/с, по числу даей с вотраж Солее 15 м/с, екеко-■ сячному количеству жестоких штормов и екекесячным значениям максимальных скоростей и направлений ветра по береговым ГУС.

: Изученкэ ветра как нестационарного, по&шодулированного случайного процесса с изменчивостью различных масштабов требует при, менения,различных методов. Важные, результаты получены в стационарном привыкании. Расширение границ стационарности достигаеся за счет рационального сочетания операций осреднения, фильтрации и дискретизации натурных данных.

Таким соразом, в квазистационарном приближении спектральному ,анализу подвергаются значения скорости с дискретностью в 1 минуту, с фильтрацией низких и высокочастотных компонент.

■ В диапазоне сезонной изменчивости используются среднемесячные величины, с фильтрацией низкочастотных компонент, а в диапазоне мекгодовой - среднегодовые и рассчитанные дисперсии среднемесячных значений скорости ветра ■

В качесве основного метода расчета спектров выбран корреля-

щюншй, поскольку корролограмма песет полезную дополнительную информация о вероятностной структура ветра. Б диапазоне мезо-масытабной и мекгодовой изменчивости спектры рассчитывались по параметрическим методам, позволяйте полупить несмещенные оценки по коротким времешшм рядам.

Созонной изменчивости, в отличив от других диапазонов, присуща годовая ритмика с некоторыми as вариациями. При анализе:ветра. в этом диапазоне рационально выйти за рамки стационарного приближения и использовать в качестве математической модели анализа дан-: кых периодически коррелированные случайные процессы (ПКСЛ) являющиеся подклассом периодически нестационарных. случайных процессов;. .

Диапазон мекгодовой изменчивости подразумевает синтез стационарного и ПКСП пркблиу.'экий сооствочствеико для анализа аддитивной и модуляционной составляющих. : '

Во второй главе рассмотрена мезомасштабняя изменчивость ветра в зависимости от синоптической ситуации. Постановка задачи возникла в связи с большими систематическими ошибками в расчете приводной скорости ветра Vp по барическим полям. Для уточнения метода расчета ветра был шбран бассейн (Балтийское море), а котором барическое поле, благодаря наибольшее количеству данных, достоверно. Однако даже для этой, акватории скорость ветра по барическому пола на всегда рассчитывается достаточно точно.

Сильные и штормовые ветры, определяются но только барическим градиентом, при определенных условиях могут увеличиваться вслад-ствш! переноса количества движения с верхних уровней к приводному слою атмосферы. Экспериментальными и теоретическими работами показано, что на фоне крупномасштабных процессов, какими являются циклоны, в пограничном слое атмосферы существуют мезомасштабные циркуляции, обуславливающие опасные явления погода. Наиболее час-

■ -10-■ :

; то. эта явления связаны с мезомасштабшш конвективными системами, состоявши из многочислешшх конвективных.элементов и обладавшими сравнительно большим временем хнзни (несколько часов).

Известно, что поле циклона состоит из передней, тыловой частой и теплого сектора. Эти части циклона различаются мезду собой термодинамическими характеристиками, что должно отразиться на • спектральной структуре цртодного во тра. Для каздой части циклона и зош бо^ших барических градиентов давления (ЗББГ - область ат-. мосфорц на сменных перифериях циклона и антициклона) свойственна : характерная им квазистационарность поля ветра, что контролировалось при формировании выборок в перечисленных барических участках. Для характеристики условий атмосферы рассчитывались стратификация приводного слоя - число Ридчарсона ( т ) и турбулентные потоки тепла 0 по методике ГГО. Значения 0 и чисел Релея использовались для оценки конвекции.

Расчет оценок спектральной плотпости Б (и) для различных частей циклона и ЗББГ показал на наличие максимумов которые различаются по частотам для перечисленных частей поля циклона. Сопос- : тавление оценок спектра скорости ветра, рассчитанных по данным .полученных в море, с аналогичными оценками по данным береговых наблюдений, показали их хорошее согласование. Это свидетельствует о достоверности полученных результатов.

. Для тыловой части циклона удалось выявить зависимость спектра от скорости ветра. Для скоростей V > 10 м/с на спектре выделяется три пика на периодах 46-64 минут, связанных с валиковсй конвекцией, 14-18 минут, обусловленных ячейкам! Релея-Бенера и 4-7 минут вызванные мелкомасштабной турбулентностью. При скоростях 7 > 20 м/с остаются два пика: на периодах 46-53 минуты - ва-ликовая конвекция и около 7 минут - мелкомасштабная турбулент-

: -П-

ность. .

Обработка и анализ данных ветра как реализаций векторного случайного процесса позволил выявить закономерности, но обнару- » игваемш при обработке ветра как скалярной величины.'В частности, спектральные оценю! инварианта врзщечия © (я) спектрального ' тензора выявили наличке гелккального вращения ■ ветра на периоде 16-18 минут. Эти вращение обусловлены конвективными движениями связанных с облачными грядами. В тех случаях когда конвективные ячейки расположены в шахматном порядке какие-либо упорядочннв движения не обнаруживается поскольку значения (») близки К нулю. ■ ' ■',■•'•

Представлены количественные оценки мезомасштабных отклонений скорости ветра относительно его средних значений.

Приведенные результаты позволяют осветить часть вопросов связанных с определением приводной скорости ветра. В частности, объяснить различия в значениях скоростей ветра измеренных на . судах Уо и рассчитанных по барическому полю V . Для скорости ветра равной 20 м/с это отличие составляет 4-5 м/с, и является суммой двух погрешностей. Первая погрешность возникает при расчета градиентного ветра и не превышает ± 1.5 м/с для хорошо выракенных барических полей, к которым относятся ЗББГ, передняя, тыловая части, теплый сектор циклона. Второй и более значитель- ч ной погрешностью являются мезомасштабные пульсации V', средняя амплитуда которых достигает 2-3 м/с. Поскольку периоды мезомасштабных возмущений (от 60 до 15 минут) превышают интервалы измерения скорости ветра измеряемых на судах (2 или 10 минут), то влияние возмущений на величину измеряемой скорости очень сущест- ..' венна. Обе погрешности, в зависимости от расчета градиентного ветра нивелируют1 суммарную ошибку до 0.5 -1.0 м/с или увели-

члвавт до 4 - 5 ью. Однако трудности учета радиуса кривизны, при расчете градиентного ветра, приводят к занижению Yp и потому, в 702 случаев V0>Vp.

Вторым аспектом приложения результатов мезомасштабной изменчивости ветра является его использование во временной интерполяции поля ветра, при расчете ветрового волнения по барическим картам. Поле ветра рассчитывается "от карты к карта" через три или шесть часов, полагая постоянной скорость ветра или линейно меняющейся от срока к сроку. Полученные результаты Показали, что на самом деле, в этот интервал времени, скорость ветра испытывает квазипериодические пульсации различные для кавдой части барического поля. Если учитазать ата пульсации через ввод, периодических составляющих относительно средаей скорости 7, то можно получить более реальное распределение ветра во времени и пространстве с учетом данных по облачности.

Даны рекомендации по проведению измерений скорости ветра при стандартных гидрометеорологических наблюдениях с целью учета его мезомасштабной изменчивое™ при расчетах океанологичес- : ких параметров.

В третьей глава изучена внутригодовая изменчивость режима ветра и его пространственно-временные особенности на акваториях Балтийского, Баренцева и Охотского морей. .

Рассмотрены оценки корреляционно-спектральной структур» среднемесячных значений V в квазистационарном приближении. Рассчитанные оценки инвариантов корреляционного К(т) и спектрального S(я) тензора выявили ярко выраженные годозые колебания ветра; что указывает на принадлежность временных реализаций средне-есячннх его значений к классу периодических коррелированных случайных процессов. Поэтому дальнейшая обработка, и анализ внутри-

годовой и пространственно-временной изменчивости ветра, над акваториями перечисленных морей, проводился на основе оценок в векторном ПКСП.

Представление внутригодовой изменчивости ветра в традиционных методах выполняется на.описании скалярной скорости Ve, от- . дельно анализируется повторяемость Чт, & такхе с помощью двумерных таблиц, что значительно обедняет информацию о ветре. Поэтому внутригодовая изменчивость , ветра представлена через в виде сред-; них значений вектора скорости ветра с направлением <pa; тензора-дисперсии fi» выраженного через инварианта среднеквадратичес-кого эллипса рассеяния 15» - х£*в= 1°'" и его ориентации а". Кроме этого использованы инвариантные характеристики: % - характеризующий эллиптичность распределения ветра; г - коэффициент вариации векторного процесса. Перечисленные характеристики ветра, в отличии от традиционных методов, дают более полную информацию о внутригодовой изменчивости ветра.

Анализ инвариантных характеристик годового хода ветра позволил выявить временные интервалы климатических сезонов на рассматриваемых морях, которые отличаются от календарных для всех. . трех морей. Выделенные сезоны необходимы при изучении рекима волнения, поскольку скорость, направление, устойчивость и тензор дисперсии скорости ветра определяют регим волнения над акваториями морей, который существенно различен для каждого сезона. Также выделенные сезоны послужили для описания его пространственно-временной изменчивости над акваториями.

Для картирования режима ветра предложено три вида его представления:, первый- отражает все перечисленные выше характеристики ветра в скалярной форме с большой детализацией информации; второй- служит для сжатия информации и выделения общих черт го-

дового ходз и основан на разложении периодического вектора (t) с годовой и полугодовой гармониками; третий- отракает режим ветра через его векторные характеристики, что позволяет лучше описать динамику изменчивости ветра по пространству.

Анализ пространственно-временной изменчивости ветра показал, что флюктуации потоков воздуха значительно превышают их средний перенос для всех сезонов, что осзусловолено интенсивностью атмосферной циркуляции. Результаты расчетов инвариантных характеристик ветра позволили выявить ряд географических особенностей сезонной изменчивости ветра на морях, которые раньше в научной литературе не освещались.

Балтийское море. Направление среднего переноса в течение года, в целом, характеризуется юго-западкым переносом. Однако в зависимости от района, отмечается два или одно модальное значение в направлении годового хода ветра. Весенне-летний сезон преобладают слабые ветры от северной четверти горизонта на всей акватории. .

Охотское море, расположенное примерно на тех ке широтах, что и Балтийское море имеет свои особенности в режиме ветра. Преобладайте влияние на внутригодовую изменчивость ветра оказывает мус-сонный характер циркуляции. Влияние прохокдения циклонов проявляется в значениях флюктуционных составляющих, интенсивность которых зу-^эствэнно меняется от сезона. Направление среднего и флюк-туационного потоков от зимы к лету меняется на противоположное, соответственно от северные к штм ветрам. Однако меридиональная протяженность моря обуславливает значительную изменчивость направления по регионам. Гак зимой, в северной части моря средний поток направлен от северо-востока, а в южной части - от севера-запада.

Решл ветра над Баренцевым морем также имеет свои особенности, которые обуславливаются циркуляционными условиями атмосферы над полярными районами. В северной половина моря в течение всего года превалирувт северо-восточные ветры. В южной половине рвким ° ветра более разнообразен, особенно по направлению меняющегося от юго-западных до северо-восточных в зависимости от сезона.

Изолинии инварианта % позволили оценить эллиптичность распределения ветра над над моря1.м, которое в зависимости от сезона и района имеют различную степень близости к нормальному круговому закону распределения. Значения х указывают на сезонную миграцию районов с повышенной повторяемостью"штормовых скоростей ветра. ■■;"'■.■■'

Пространственно-временная изменчивость рэкима ветра для Балтийского, Баренцева, Охотского морей существенно различается по средней скорости ветра й*- ; по дисперсии процесса Е» , а также \ ' по числу штормовых районов и их сезонной миграции. .

В четвертой главе представлены результаты изучения мекгодо-вой изменчивости скорости ветра и высот волн выполненных с целью: первое - выявления климатических тенденций роста или уменьшения скорости ветра и волнения; второе - выявления временных колебаний штормовой активности ветра.

Достоверность тенденций в изменчивости климата оценивается по наблюдениям возможно большего числа ГМС, расположенных на обширном пространстве. В качестве основного материала использовались данные наблюдений за ветром на четырех морях - Балтийском, Баренцевом, Каспийском, Охотском и пяти станциях погода в Атлантическом океане ( А, С, Е, М, 1+Ь).

Менгодовая изменчивость векторов ^ ^ скорости ветра 7 проявляется как в среднегодовых значениях 1 =1,п, - аддитивная

составляющая, так и в параметрах (форма и характерные размеры) кривой годового хода Й,, вычисленной по отклонениям . , - ,

■ ■ Л 1 > 4 1 * J 1

3 -I, 12, - модуляционная составляющая. Временной ряд ■ скорости ветра представляется в виде

+йо< 1 >

где, йу - вектор средней многолетней скорости ветра; ■■■■.. V, = - » 1= 1. п, п -число лет; ■чЙу.- средний многолетий образ годового хода скорости ветра, .. вычисленный по ряду , центрированному на среднегодовые значения V,;

" ' ■ ...... ' о .

и. отклонения последовательности векторов V. ., 1 - го ■года от т^.1 - •

.Результаты обработки и анализа продолжительных среднемесячных значений;скорости.ветра показали, что аддитивная составляющая в . 2-3 раза меньше модуляционной; Похожий результат получен и для высот волн, но соотношение аддитивной и модуляционной составляю-; щих около I.

Аддитивная составляющая, представляемая среднегодовыми значениями вектора ветра не имеет значимого тренда: о знаке .величине, и продолжительности тренда можно говорить лишь в статистическом смысле. Анализ, изменчивости аддитивной составляющей показал, что -.. она в 3-5 раз меньше общей-изменчивости ветра на рассматриваемых 9 районах, где С!®""}^ составляет половину общей изменчивости .(1°'в)1дИзменчивость аддитивной составляющей41°•в)4 имеет квазициклы' от 5 до II лет в зависимости от географического местоположения измерений. Однако энергия этих колебаний очень мала.

; Модуляционная составляющая мекгодовой изменчивости ветра представляется в виде регулярной и стохастической частей. Ре-

гулирная'часть обусловлена периодическим действием гелиофазичес- ? • :сшс .факторов, а стохастическая обусловлена автоколебательными- , , 4 процессами общей циркуляции атмосферы, изменением скорости вращения Земли, колебаниями солнечной активности и др.. Сопоста- . ; вление и анализ. обеих частей позволили установить, что интесив- \ - > ность стохастической части ц, в 2-3 раза выше интенсивности регу- | лярной части всюду, кроме Охотского и Каспийского морей, где значения 1°'° регулярной части превышают стохастическую. Обработка и анализ средаесячных ёначокий ^^, с выделением регулярной части Й,, модуляционной составляющей скорости ветра ^ показали существование низкочастотных тзициклов в дисперсии процесса, энергия которых сопостзвкма с энергией колебаний около чесготы годового хода. ..

Мониторинг климатических изменений скорости ветра за послед-: нее десятилетие выявил увеличение повторяемости западных ветров : для первого и второго естественных синоптических районов.

Анализ штормовой активности ветра выполненный по; различным ее индикаторам (число мощных циклонов, число синоптических сроков со скоростями 7>11-15 м/с, число штормовых днэЭ, ежемесячные максимальные скорости ветра) и разлнчннш методами показал, что для ША . отмечаются статистически значнзаю тренда и циклы. Полученные оценки квазицикличности ША согласуются с оценкам циклов рассчитанных для модуляционной составляющей мекгодовой изменчивости ветра.

Анализ мекгодовой изменчивости высот волн показал, , что модуляционной составляющая превышает аддитивную в 2 -3 раза, за счет ее регулярной части . В высоких широтах регулярная и стохастнчес- '■.. кзя чясти модуляционной составляющей ггр;шорно равны. Вклад кавдого ■ диапазона в сутялзрную изменчивость высот волн распределяется • соответств8нно:синоптнческая изменчивость- 50$, сезонная- 25%

и мехгодовая -25Ж.

Показана зависимость среднемесячных значений высот волн от .направлений средней скорости ветра ф° и его тензора дисперсии а". Выявлена низкочастотнаясоставляющая в изменчивости высот волн имеющая статистически знатамый коэффициент когерентности СоЛ= 0.79 с шторювой активностью ветра на частоте 22 лет. . В заключении сформулированы основные результаты имевдие характер новизны и представляющие практическую ценность при решении задач, требующих учета особенностей изменчивости ветра и волнения, сводятся к следующему: л

- анализ непрэрывних регистрация ветра по выборкам соответствующим. передней, тыловой частей циклона, его теплого сектора и зоны больших барических градиентов выявил квазшериодические ко-ния сильного и штормового ветра. Периоды эти колебаний зависят

■ от синоптических условий и физических процессов в пограничном слое аткосфэры. Выявлено, что периоды 14 - 20 минут и 46 - 64 минут обусловленный соответственно, ячейковой и валиховой конвекцией, которые наблюдаются в.поле циклона. Для тыловой части : циклона выявлена зависимость мезомасштабных возмущений от стратификации атмосферы и скорости ветра. Период колебаний скорости ветра в 22 - 26 минут характерен для зоны больших барических градиентов и обусловлен влиянием гравитационных волн;

- количественные расчеты мэзомасштабной изменчивости позволили объяснить различия в значениях скоростей ветра измеренных на су. дах и рассчитанных по барическому нолю; показано, что эти различия нэ зависят от ошибки в проведении изобар;

- предложены рекомендации по учету мезомасштабных колебаний при расчете приводного ветра по барическим полям;

- предлохены рекомендации по методике проведения наблюдений над

ветром, на судах для учета ого мэзомэсштабной изменчивости; .

- сезонная изменчивость'рэзсима ветра, исследована как периодически коррелированный случайный процесс с годовой ритмикой, выраженной через инвариантные характеристики вектора скорости ветра; изучены особенности годозого хода ветра на Балтийском, Баренцевом и Охотском морях;

- по результатам анализа внутркгодовой изменчивости скорости ветра выделены временные границы климатаческих сезонов на акваториях Балтийского, Баренцева и Охотского морей необходимые при

. изучении сезонной изменчивости ветра и волнения; .

- составлены карты сезонной изменчивости рехима ветра на перечисленных выше морях отрахаодие средний воздушный перенос, его дисперсию, а тагам районы с повышенной повторяемостью штордавых

'ветров;

- предложено три вида картаровзгсм сезонной изменчивости вотра в зависимости от задач потребителя, позволяющие адекватно отразить рэхим ветра над морем при небольшом (соответствено» 1,3,4) количестве карт;

- по данным щюдоляительных наблюдений над ветром, волнение!.: и четырем характеристикам его штормовой активности дана оценка мэхгодовой из мэнчивости скорости ветра;

- показано, что в мэкгодовой изменчивости ветра и волнения присутствуют аддитивная и модуляционная составлящие;

- шявлено отсутствие тренда в значениях аддитивной составляющей мехгодовой изменчивости ветра и его наличие в индикаторах штормовой активности; исследована низкочастотная квазицикличность

в модуляционной составлягадей ветра, волнения и штормовой активности ветра.

- показана перспективность мониторинга ветра с использованием

л;.;. . . ■'■ : -га- .

векторно-алгебраического метода и аппарата ПКСП;

Основное содержание диссертации опубликовано в следукщих работах автора:

1. Вероятностный анализ и ьюделирование синоптической; сезонной и макгодовой изменчивости ветра и волнения.- В кн.:Вероятностный анализ и моделирование океанологических процессов.- Л.:Гидроме-теоиздат, 1984, с.43-78 (соавторы: Бабич C.B., Лопатухин Л.И.,. Рохков В.А., Трапезников Ю.А., Шатов Б.Н.>.

2. Методическое письмо по вероятностному зализу векторных временных рядов скоростей течений и ветра.- Л.: Гидрометеоиздат, 1984.- 61 с.(соавторы: Алексеева Т.А., Клеванцов Ю.П., Рок-

KOB В.А.).

3. Методы анализа пространственной и временной изменчивости скоростей ветра,- Метеорология и Гидрология, 1937, й 3, с.106-109. (соавторы: Лопатухин Л.И., Рожков В.А.).

4. Мекгодовая и вековая/изменчивость ветро-волновых условий. -- В. кн.: Теоретические основы и методы расчета.- Л.:Гидрометео-издат, 1988, с.241-244. (соавтор: Лопатухин 1.И.).

Б. Анализ векторных процессов. - В кн.:Режимообразущиа факторы, информационная база и метода ее анализа.-.Л.:Гидрометеоиздат, 1939, с.77-86 (соавторы: Клеванцов Ю.П. , Рожков В.А.).

6. Ыезомасштаоная изменчивость штормовых скоростей ветра над акваторией моря.- Метеорология и Гидрология, 1990, £11, С. 62-69.

7. THE Ш1) VARIABILITY OVER TL.: BALTIC SEA./17-TH CONFERENCE OF THE BALTIC 0CEA1Î0GRAPHERS, NORRKOPING, 3-7 SEPT, 1990, P.92-115. (соавторы: Лопатухин Л.И., Шатов H.H., Коркутис P.A.).

8. Пространствеюю-временная изменчивость рэкима ветра над Балтийским морем.- Метеорология и Гидрология, 1991, ь II, c.IOS-ПЗ (соавтор: Шатов Б.Н.).

''-Л-'

9. Оценки вероятностных характеристик годового хода скорости вотра по дашшм измерений.- тезисы докладов Всесоюзной научво--технической конференции "/идентификация, измерение характеристик

о

и имитация случайных сигналов", Новосибирск, 1991, с.261-262. (соавторы: Клеванцов !).П., Рокков В.А.). , .

10. Оценка рехимных характеристик ветра и волнения по временным.. рядам натурных данных.~ Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции-"Идентификация, измерение характеристик и имитация случайных сигналов", Новосибирск, 1991, с.263-264. (соа-вторы:Лопа?ухин Л.И., Poskob В.А.). .'

11. Разномасштабная изменчивость скорости вотра на морях.- Тезисы докладов 1У Всесоюзной конференции "Перспективные метода планирования в анализа экспериментов при исследовании случайных процессов и полейV(Петрозаводск, 10-12 сентября, 1991 г.).- М., 1991, с.108-109.

12. Ветер.- В :Справочшп<9 "Балтийское море", проект "Моря СССР", Том III, Внп.1 - С-Потврбург, Гздроматооиздат, 1992, с. 122-132-(соатор: § 2.6.2 Шатов Б.Н.).

13. ШГИШШДЬ VARIABILITY OP WIND SPPED OVER THE BALTIC.

ШТН СОЖЕЯШСЕ OF BALTIC ОСЕАКОСЯАРЯШ, SI.PETERSBURG, 23-27 NOVEMBER, 1992, p.60 (соавторы: Клэванцов ЗЗ.П., Лопату-хан Л.Ii, РонковВ.А.).

Pótu. ДАНИИ. 33¿; . 9-ICO Уч.:;зд.д.1.0 18.02.93