Основные особенности ветрового режима на территории Удмуртии

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 131

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2009. Вып. 2

УДК 551.56

Э.П. Наумов, Ф.В. Гоголь

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВЕТРОВОГО РЕЖИМА НА ТЕРРИТОРИИ УДМУРТИИ

Представлены результаты исследования пространственно-временных изменений климатических показателей направления и скорости ветра на территории Удмуртии по данным за последние десятилетия (1966-2004 гг.).

Ключевые слова: циркуляция атмосферы, ветер, направление ветра, скорость ветра, штиль.

Циркуляционные факторы климата

Погода и климат любого района Земли в большой степени определяются атмосферной циркуляцией - системами воздушных течений, охватывающих значительные по площади географические районы и связывающих условия погоды и климата на очень больших расстояниях. Благодаря циркуляции атмосферы радиационный режим, процессы теплообмена и влагообмена каждой территории оказываются под существенным воздействием окружающего пространства [3].

На территории восточных районов Европейской части РФ довольно хорошо проявляется основная черта планетарной циркуляции атмосферы - преобладание западного переноса воздуха в тропосфере и нижней стратосфере. Это обусловливает большое влияние на климат Поволжья и Предуралья атлантических воздушных течений, которые смягчают и увлажняют его, несмотря на значительную удаленность территории от океана. Вместе с тем сюда поступают и воздушные массы, сформировавшиеся в других, в том числе и резко континентальных, районах и обладающие специфическими термогиг-рометрическими свойствами [4]. По северо-восточным, северным и северозападным траекториям входит холодный воздух арктического происхождения. Иногда он поступает на изучаемую территорию с юго-востока, пройдя по территории Западной Сибири и обогнув с юга Уральские горы. С юга и юго-запада, а летом и с юго-востока обычно приходит тропический воздух, обусловливающий резкие потепления, вплоть до оттепелей, зимой и жаркую иногда «суховейную» погоду летом. Из районов Сибири зимой вторгается холодный континентальный воздух умеренных широт, приводящий к установлению малооблачной морозной погоды. Теплый континентальный воздух умеренных широт формируется лишь в теплое время года в Европе и Азии; например, весной и осенью он сравнительно часто образуется в районах Казахстана и балканских стран.

Воздушные массы, смещающиеся на территорию Удмуртии в системе атмосферной циркуляции, испытывают трансформационные изменения в процессе движения. Характер и величина изменения основных параметров воздушных масс зависят от траектории и скорости их движения, времени года и многих других причин. Под влиянием местных условий процессы трансформации продолжаются, и в случае ослабления внешних воздействий

пришедшая воздушная масса превращается в так называемую «местную» воздушную массу, приобретая свойства данного географического района. Температура в местной воздушной массе летом выше, а зимой ниже климатологической температуры, то есть в ней усиливаются континентальные черты погоды и климата.

На процессы погоды и формирование черт климата большое влияние оказывают циклонические и антициклонические формы движения атмосферы. Они обусловливают как зональные, так и меридиональные движения воздушных масс.

Направления ветра

Ветровой режим в основном определяется сезонными особенностями структуры барического поля согласно барическому закону ветра, а также формой рельефа, характером подстилающей поверхности и открытостью места установки приборов. В среднем за год по данным за 1966-2004 гг. преобладающим направлением ветра для четверти горизонта на территории Удмуртии является юго-юго-западное, его вероятность составляет 38%. При этом по восьмирумбовой шкале повторяемость южного и юго-западного направлений ветра составляет по 19%, западного 16 % (табл.1).

Преобладание ветров юго-юго-западной четверти горизонта более резко выражено в зимний период, когда ось зимнего азиатского максимума давления проходит южнее изучаемой территории, а преобладание западного тропосферного переноса при больших горизонтальных градиентах давления обусловливает большую повторяемость южных и юго-западных ветров с повышенными скоростями (табл.2). Летом перестройка структуры барического поля обусловливает в среднем направление изобар с северо-запада на юго-восток, что приводит к возрастанию повторяемости западных, северозападных и северных направлений ветра при уменьшении частоты югозападных, южных и юго-восточных ветров (табл.3). Вместе с тем, в летнее время средние значения горизонтальных градиентов давления в тропосфере наиболее низкие, что характеризует наименьшие средние скорости ветра и увеличение частоты штилей. Наибольшая повторяемость штилей наблюдается в Дебесах, Ижевске и Можге, наименьшая - в Селтах и Игре.

Основные особенности в режиме направления ветра под влиянием неоднородностей форм рельефа и характера подстилающей поверхности (растительность, гидрография) могут испытывать своеобразные отклонения от средних фоновых значений. В этом отношении определяющими сторонами рельефа оказываются его абсолютная высота, ориентация и крутизна преобладающих уклонов ложбин (долин) и гребней по отношению к господствующим потокам воздуха, а также его расчлененность, воздействие которой проявляется в создании мезо- и микроклиматических различий в направлении и скорости ветра. При этом могут возникать и местные циркуляции: склоновые, стоковые, бризовые, а иногда и фёновые ветры.

Так, воздействие холмистого рельефа на ветер наиболее отчетливо прослеживается при антициклонических условиях погоды и небольших скоростях основного потока [1]. Ночью с вершин и склонов охлажденный воздух стекает вниз, что приводит к возникновению термической неоднородности вдоль склонов и скоплению холодного воздуха в понижениях рельефа. В

дневное время интенсивный турбулентный обмен приводит к усилению скорости ветра и неустойчивости его направления.

Вместе с тем, в направлении ветра иногда обнаруживается и суточный ход. Как известно, возрастание скорости ветра в приземном слое в дневное время в ясные дни под влиянием усиления турбулентности сопровождается правым поворотом направления ветра (по часовой стрелке) в северном полушарии. Убывание же скорости ветра вечером и ночью происходит при одновременном его повороте в обратном направлении, то есть вращении влево (против часовой стрелки).

Скорость ветра

Средние месячные скорости ветра на высоте 10-12 м от поверхности земли характеризуются меньшими значениями в летний период (2,0-3,5 м/с) и большими - чаще в зимний (3,0-4,5 м/с), что обусловлено, как отмечалось, увеличением градиентов давления от лета к зиме (табл.4). Средние месячные максимальные скорости ветра примерно на 2-3 м/с больше средних скоростей и составляют около 5,0-7,0 м/с в летние месяцы и 5,5-7,5 м/с - в весенние (табл.5). Повышенными максимальными скоростями ветра в среднем за год отличается станция Можга, пониженными скоростями - Дебесы.

В отдельные годы наибольшие средние месячные максимальные скорости ветра в ноябре достигают примерно 10-12 м/с в Глазове, Ижевске и Мож-ге. При этом наибольшие скорости обычно характерны для преобладающих направлений: зимой они отмечаются при южных и юго-западных ветрах, а летом при северо-западных и северных.

Среднее квадратическое отклонение (о) средних месячных скоростей ветра меняется в годовом ходе незначительно от минимальных значений летом (0,4-0,6м/с) до максимальных чаще зимой (0,7-1,0 м/с). Средние квадратические отклонения максимальных скоростей составляют летом 0,6-1,5, зимой - 0,9-1,7 м/с.

Изучая межгодовую изменчивость средних скоростей ветра в центральные месяцы сезонов и за год на метеостанции Ижевск (рис), можно заметить общую тенденцию убывания их значений с 1966 до 2004 г. лишь в июле примерно на 0,7 м/с (с 3,1 до 2,4 м/с), что происходило на фоне роста атмосферного давления. Примерно подобная особенность обнаруживается и на других метеорологических станциях.

В суточном ходе скорости ветра максимум наблюдается после полудня, минимум ночью. Амплитуда его примерно соответствует половине (иногда больше) среднего суточного значения скорости. Особенно она велика летом в ясную погоду, когда в дневное время происходит усиление турбулентного перемешивания и скорость ветра у земной поверхности становится максимальной. Ночью, при ослабленном турбулентном обмене, скорость ветра может уменьшиться до штиля. Дневные средние месячные скорости ветра больше ночных летом на 2-4,5 м/с, зимой на 0,2-1,3 м/с. При этом среднее квадратическое отклонение дневных скоростей ветра также больше ночных: летом на 0,2-0,7 м/с, зимой на 0,1-0,3 м/с.

Максимумы повторяемости штилей и слабых ветров со скоростями менее 3 м/сек наблюдаются в летние месяцы в ночное время.

Рис. Межгодовые изменения и линейные тренды средней скорости ветра на ст. Ижевск, м/с

Таблица 1

Повторяемость направлений ветра и штилей за год (1966 - 2004 гг.), %

Станции Штиль Направления

ССВ СВ ВСВ В ВЮВ ЮВ ЮЮВ Ю ЮЮЗ ЮЗ ЗЮЗ З ЗСЗ СЗ ССЗ С

Г лазов 7,3 2,б 3,5 3,7 б,7 7,1 5,3 4,4 б,5 8,б 9,9 10,8 13,3 7,4 4,2 2,8 3,3

Дебесы 13,4 3,0 4,1 5,б 5,2 3,0 3,б б,4 10,б 9,3 8,8 9,б 9,5 б,8 5,б 4,4 4,4

Игра 4,1 3,9 4,б 3,2 3,0 2,б 3,3 10,9 1б,3 9,5 9,0 б,3 5,8 5,8 5,б 5,4 4,8

Селты 3,8 2,7 3,2 3,9 3,7 3,9 4,б 8,б 11,1 9,5 8,0 8,9 9,1 7,1 б,1 5,2 4,5

Воткинск 5,8 5,3 5,0 4,1 2,8 2,7 2,7 б,9 10,9 13,1 8,9 8,5 7,0 7,0 4,9 5,5 4,8

Ижевск 11,9 4,2 4,3 4,9 3,7 3,5 4,1 8,4 8,9 11,0 9,3 9,7 7,5 б,7 4,5 5,1 4,3

Сарапул 9,1 4,1 3,2 1,1 2,7 4,2 7,7 7,4 10,1 7,4 10,3 б,3 8,4 5,3 9,7 5,б б,5

Можга 11,8 3,7 3,1 2,3 3,0 3,5 4,5 б,2 9,1 13,8 14,0 8,б 7,1 5,4 5,0 5,5 5,3

Среднее 8,4 3,7 3,9 3,б 3,9 3,8 4,5 7,4 10,4 10,3 9,8 8,б 8,5 б,4 5,7 4,9 4,7

Максимум 13,4 5,3 5 5,б б,7 7,1 7,7 10,9 1б,3 13,8 14 10,8 13,3 7,4 9,7 5,б б,5

Минимум 3,8 2,б 3,1 1,1 2,7 2,б 2,7 4,4 б,5 7,4 8 б,3 5,8 5,3 4,2 2,8 3,3

Ср. по 8 румб. 7,5 7,б 10,1 19,3 19,2 1б,0 11,4 9,1

Таблица 2

Повторяемость направлений ветра и штилей в январе (1966 - 2004 гг.), %

Станции Штиль Направления

ССВ СВ ВСВ В ВЮВ ЮВ ЮЮВ Ю ЮЮЗ ЮЗ ЗЮЗ З ЗСЗ СЗ ССЗ С

Г лазов б,7 1,0 2,0 2,9 7,б 9,3 7,2 5,5 8,3 9,0 10,9 10,3 13,0 б,7 2,5 1,9 1,8

Дебесы 14,9 1,3 3,7 4,8 5,2 3,5 4,0 8,9 15,1 11,9 10,1 9,4 7,7 5,4 4,1 2,5 2,2

Игра 3,2 3,3 4,2 2,1 2,3 1,8 3,4 14,3 23,4 10,5 8,б 5,б 4,б 4,4 3,9 4,0 3,б

Селты 3,2 2,1 2,9 2,9 2,9 3,8 б,1 12,б 14,0 11,1 7,5 8,7 8,б 5,9 4,7 3,4 3,0

Воткинск 7,4 4,3 4,8 2,7 1,7 2,3 3,3 10,8 1б,4 1б,б 8,б 7,2 5,2 5,0 3,б 3,8 3,7

Ижевск 11,2 3,5 3,8 3,5 3,1 3,9 5,8 12,8 11,5 12,5 9,5 9,1 б,7 5,3 3,1 2,8 2,9

Сарапул 8,0 2,3 1,0 0,5 1,б 4,5 11,5 11,5 13,9 8,5 9,8 5,4 7,0 3,5 7,б 5,4 б,2

Можга 12,5 2,7 2,7 1,б 1,б 2,5 4,8 7,7 10,8 17,0 1б,4 8,8 7,1 4,2 3,8 4,2 4,0

Среднее 8,4 2,б 3,1 2,б 3,3 4,0 5,8 10,5 14,2 12,1 10,2 8,1 7,5 5,1 4,2 3,5 3,4

Максимум 14,9 4,3 4,8 4,8 7,б 9,3 11,5 14,3 23,4 17 1б,4 10,3 13 б,7 7,б 5,4 б,2

Минимум 3,2 1 1 0,5 1,б 1,8 3,3 5,5 8,3 8,5 7,5 5,4 4,б 3,5 2,5 1,9 1,8

Ср. по 8 румб. 5,7 б,5 13,0 25,5 20,3 14,0 8,4 б,5

Таблица 3

Повторяемость направлений ветра и штилей в июле (1966 - 2004 гг.), %

Станции Штиль Направления

ССВ СВ ВСВ В ВЮВ ЮВ ЮЮВ Ю ЮЮЗ ЮЗ ЗЮЗ З ЗСЗ СЗ ССЗ С

Г лазов 13,2 5,1 б,4 5,2 8,5 б,0 4,5 2,7 4,0 4,4 5,7 8,1 13,4 8,7 б,б 4,4 б,2

Дебесы 17,7 5,2 б,4 7,5 б,5 3,2 3,5 3,2 4,7 4,4 б,1 б,5 9,9 8,5 9,0 7,3 8,2

Игра 7,4 б,б б,4 5,1 4,9 3,б 3,3 7,0 8,9 б,4 5,9 5,1 б,0 б,3 7,9 7,9 8,9

Селты б,3 4,3 4,5 б,0 5,б 5,0 3,9 5,3 5,4 5,4 5,3 б,8 9,2 8,5 8,б 8,4 7,7

Воткинск 7,5 7,0 б,8 б,3 4,9 4,0 2,8 4,4 5,2 б,3 5,0 б,8 7,б 9,2 7,7 9,1 б,8

Ижевск 19,0 б,б б,2 7,1 5,5 4,4 2,7 4,4 4,8 б,4 5,3 б,9 8,0 8,5 б,7 8,9 7,б

Сарапул 11,5 б,7 5,9 2,1 4,4 4,2 5,3 3,4 4,7 4,3 б,5 4,8 8,0 б,5 14,1 9,0 10,1

Можга 17,4 5,2 4,б 3,б 4,4 4,б 4,б 5,1 б,3 8,1 8,4 7,4 7,5 б,5 7,4 8,7 7,7

Среднее 12,5 5,8 5,9 5,4 5,б 4,4 3,8 4,4 5,5 5,7 б,0 б,б 8,7 7,8 8,5 8,0 7,9

Максимум 19 7 б,8 7,5 8,5 б 5,3 7 8,9 8,1 8,4 8,1 13,4 9,2 14,1 9,1 10,1

Минимум б,3 4,3 4,5 2,1 4,4 3,2 2,7 2,7 4 4,3 5 4,8 б б,3 б,б 4,4 б,2

Ср. по 8 румб. 11,5 10,5 8,2 10,б 12,2 15,9 1б,4 14,8

Таблица 4

Средняя скорость ветра (1966-2004 гг.), м/с

Станции Месяцы Год

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

Г лазов 3,8 3,8 3,9 3,8 3,7 3,1 2,5 2,8 3,2 3,9 3,9 4,0 3,5

Дебесы 3,4 3,4 3,3 3,2 3,4 3,0 2,5 2,7 3,0 3,7 3,7 3,б 3,2

Игра 3,4 3,3 3,2 3,2 3,2 2,9 2,4 2,б 2,9 3,4 3,4 3,4 3,1

Селты 4,2 4,0 3,9 3,8 3,9 3,4 2,9 3,1 3,5 4,1 4,2 4,3 3,8

Воткинск 3,5 3,5 3,4 3,3 3,3 2,9 2,5 2,б 3,0 3,б 3,5 3,5 3,2

Ижевск 4,0 3,8 3,8 3,7 3,8 3,3 2,8 2,9 3,4 4,0 4,0 4,0 3,б

Сарапул 3,3 3,1 3,1 3,0 3,3 2,8 2,4 2,4 2,7 3,2 3,2 3,1 3,0

Можга 2,7 2,7 2,8 2,8 2,8 2,4 2,0 2,1 2,4 3,0 3,0 2,8 2,б

Среднее 3,5 3,5 3,4 3,4 3,4 3,0 2,5 2,7 3,0 3,б 3,б 3,б 3,3

Максимум 4,2 4 3,9 3,8 3,9 3,4 2,9 3,1 3,5 4,1 4,2 4,3 3,8

Минимум 2,7 2,7 2,8 2,8 2,8 2,4 2 2,1 2,4 3 3 2,8 2,б

Таблица 5

Средняя максимальная скорость ветра (1977 - 2004 гг.), м/с

Станции Месяцы Год

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

Г лазов б,3 б,3 б,2 б,4 б,7 б,0 4,9 5,4 б,0 б,9 б,8 б,7 б,2

Дебесы 5,7 5,б 5,3 5,б б,4 5,8 4,9 5,3 5,б б,2 б,1 5,9 5,7

Игра б,7 б,7 б,5 б,8 7,1 б,б 5,5 5,8 б,1 б,9 б,8 б,8 б,5

Селты б,8 б,5 б,3 б,5 7,0 б,4 5,5 5,8 б,2 б,9 7,0 7,0 б,5

Воткинск б,1 б,2 5,9 б,0 б,4 5,8 5,0 5,4 5,7 б,5 б,4 б,2 б,0

Ижевск б,8 б,7 б,5 б,7 7,2 б,4 5,б 5,8 б,2 7,1 7,0 б,9 б,б

Сарапул б,3 б,2 5,9 б,2 7,0 б,3 5,5 5,7 б,0 б,7 б,4 б,3 б,2

Можга б,7 б,7 б,б б,9 7,3 б,5 5,7 б,0 б,4 7,2 7,1 б,9 б,7

Среднее б,4 б,4 б,2 б,4 б,9 б,2 5,3 5,7 б,0 б,8 б,7 б,б б,3

Максимум б,8 б,7 б,б б,9 7,3 б,б 5,7 б б,4 7,2 7,1 7 б,7

Минимум 5,7 5,б 5,3 5,б б,4 5,8 4,9 5,3 5,б б,2 б,1 5,9 5,7

В течение года преобладают ветры со скоростью 2-5 м/с (55-65%) при максимуме повторяемости летом. Очень слабые ветры (0-1м/с) отмечаются в 15-30 % случаев. Сильные ветры по мере возрастания их скорости наблюдаются реже. Так, повторяемость ветров со скоростью более 7 м/с увеличивается от 2-7% летом до 5-20% зимой [5].

Среднее число дней за месяц с сильным ветром (со скоростью не менее 15 м/с) меняется по территории в пределах 0-2 дней, а наибольшее - соответственно 0-8 дней. В среднем за год с сильным ветром отмечается 4-17 дней, а в отдельные годы бывает до 15-28 дней.

Максимальные скорости ветра достигают в ряде случаев 18-20 м/с и более с порывами до 22-33 м/с и более. Однако ветры такой силы возникают очень редко. Сильные ветры могут наносить значительный ущерб народному хозяйству и затруднять проведение различных работ.

Как показали расчеты, проведенные по данным для станций Селты и Воткинск, наибольшие скорости ветра, возможные 1 раз в год, 5, 10 и 20 лет, составляют соответственно 21, 24, 26, 27 м/с и 16, 19, 20, 21 м/с с усилением при порывах примерно на 5 м/с.

Ветры разных скоростей имеют различную продолжительность. Слабые ветры более устойчивы, сильные же ветры обычно кратковременны. Так, в Ижевске сильные ветры со скоростью 15 м/с и более зимой имеют суммарную продолжительность за месяц примерно в три раза большую, чем летом, соответственно в среднем 13 и 4 часа и максимум - 51 и 22 часа. Весной и осенью их продолжительность почти одинакова, соответственно 8 и 7 часов, 40 и 54 часа, а за год - 86 и 157 часов. Наибольшая непрерывная продолжительность таких ветров составляла в феврале 29, в мае 22, в августе 16, в октябре 24 часа [2].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Климатология / под ред. О.А.Дроздова, Н.В.Кобышевой. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 568 с.

2. Климат Ижевска / под ред. Ц. А. Швер. Л.: Г идрометеоиздат, 1979. 136 с.

3. Климат России / под ред. Н.В.Кобышевой. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. 655 с.

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

5. Справочник по климату СССР. Ветер. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. Вып. 29, ч. 3. 184 с.

Поступила в редакцию 16.08.09

E.P. Naumov, associate professor,

F.V. Gogol, assistant

The basic features of the wind conditions in the territory of Udmurtia

Research results concerning the existential changes of climatic parameters of wind direction and velocity in the territory of Udmurtia based on the data for the last decades (1966-2004) are presented.

Наумов Эдуард Петрович, доцент

Г оголь Феликс Витальевич, ассистент

ГОУВПО «Казанский государственный университет»

420008, Россия, г. Казань, ул. Кремлевская, 18 E-mail: felix. gogol@ksu.ru