Оценка изменения ветрового режима Гомельской области

0
1346
Оценка изменения ветрового режима Гомельской области

Современные изменения климата оказывают влияние на многие сферы хозяй­ственной деятельности человека: от сельского хозяйства до энергетики, поэтому вызы­вают интерес у широкого круга специалистов и общественности. В национальном до­кладе «Уязвимость и адаптация к изменению климата Беларуси» большое внимание уделено происходящим изменениям температуры воздуха и количества осадков, рас­сматривается увеличение опасных гидрометеорологических явлений, среди которых наибольший ущерб экономике наносят сильные ветры и шквалы. В связи с этим изуче­ние многолетних изменений ветрового режима имеет важное теоретическое и практи­ческое значение. В последние десятилетия отмечается, что скорость приземного ветра в Беларуси имеет тенденцию к уменьшению; это согласуется с уменьшением скорости приземного ветра на всех континентах земного шара, исключая высокие широты обоих полушарий [1].

Гомельская область расположена в умеренных широтах северного полушария на юго-востоке Республики Беларусь. Основным климатообразующим фактором явля­ется влияние Атлантического океана, которое ослабевает при движении к востоку, что сказывается на наличии континентальных черт климата Гомельской области.

Целью данной работы является оценка современных изменений скорости ветра, на территории Гомельской области путем анализа временных рядов скорости ветра, осредненных за год, за период инструментальных наблюдений.

Материалы и методы исследования

Информационную базу для проведения исследования составили данные много­летних инструментальных наблюдений за скоростью ветра на метеорологических стан­циях Брагин, Василевичи, Гомель, Житковичи, Жлобин, Лельчицы, Мозырь, Октябрь, Чечерск Гомельского областного центра по гидрометеорологии и мониторингу окру­жающей среды за 1945-2015 гг. Измерения параметров ветрового потока на всех изу­ченных станциях проводятся по стандартной методике. Согласно определению Всемир­ной метеорологической организации, период в 30 лет является классическим периодом для усреднения климатических характеристик [2].

Объектом изучения является среднегодовая скорость ветра на территории Го­мельской области Республики Беларусь. Территория Гомельской области однородна в физико-географическом отношении: большая часть ее территории расположена на за­болоченной Полесской низменности, а юго-восток и восток – на Приднепровской низменности. Преобладает низменный рельеф с высотами 135-150 м. Основным фактором, формирующим ветровой режим области, является циркуляция атмосферы над конти­нентом Евразии и над Атлантикой, которая определяется наличием стационарных ба­рических центров: исландского минимума в течение всего года, сибирского максимума зимой и азорского летом [3].

При статистическом анализе временных рядов использованы следующие мето­дики: для выявлений тенденций изменений использовались хронологические графики колебаний и разностные интегральные кривые; для оценки различий в статистических параметрах использовался критерий Стьюдента и критерий Фишера. Полученное значе­ние t-критерия Стьюдента и F-критерия Фишера сравнивалось с их критическими зна­чением при заданном уровне значимости а = 5 %. Если t > ta, принимается гипотеза статистического различия двух выборочных средних, а при F > Fa принимается гипоте­за статистического различия в колебаниях рассматриваемых рядов [4].

Результаты и их обсуждение

При анализе хронологического хода среднегодовой скорости ветра на метео­станциях Гомельской области выявлена устойчивая тенденция снижения скорости вет­ра (рисунок 1, таблица 1). Одной из причин уменьшения скорости ветра является рост интенсивности Северо-Атлантического колебания и увеличение повторяемости глубо­ких барических образований, проходящих через территорию Европы [5].

Рисунок 1. - Хронологический ход среднегодовой скорости ветра по ключевым метеорологическим станциям Гомельской области, м/с
Рисунок 1. – Хронологический ход среднегодовой скорости ветра по ключевым метеорологическим станциям Гомельской области, м/с

Таблица 1. – Средние месячные скорости ветра на высоте флюгера за 1986-2015 гг., м/с

Метеостанция Месяцы Среднее за год
I II III IV V VI VII VII IX X XI XII
Брагин 3,1 3,0 3,0 2,7 2,4 2,0 1,9 2,0 2,3 2,5 2,8 2,9 2,6
Василевичи 2,4 2,4 2,3 2,1 1,9 1,7 1,5 1,5 1,6 1,9 2,2 2,3 2,0
Гомель 2,7 2,6 2,6 2,4 2,3 2,2 2,0 1,9 2,0 2,2 2,5 2,7 2,4
Житковичи 2,5 2,4 2,5 2,3 2,1 2,0 1,9 1,8 1,8 2,0 2,3 2,4 2,2
Жлобин 2,5 2,5 2,5 2,3 2,2 2,0 1,8 1,8 1,9 2,1 2,4 2,5 2,2
Лельчицы 2,7 2,6 2,6 2,4 2,3 2,2 2,0 2,0 2,1 2,2 2,5 2,6 2,3
Мозырь 2,5 2,4 2,4 2,3 2,1 1,9 1,8 1,7 1,9 2,0 2,3 2,4 2,1
Октябрь 3,3 3,2 3,2 3,0 2,8 2,6 2,5 2,5 2,7 2,9 3,1 3,2 2,9
Чечерск 2,5 2,4 2,5 2,3 2,1 1,9 1,7 1,8 2,0 2,1 2,3 2,6 2,2

 

Среднее значение скорости ветра на территории Гомельской области за анали­зируемый период составляет Vср. = 2,3 м/с (рисунок 5). Максимальное среднегодовое значение скорости ветра наблюдалось на метеорологической станции Октябрь в 1987 г. и составило Vmах = 3,5 м/с; минимальные среднегодовые значения наблюдались на ме­теорологических станциях Василевичи и Чечерск в 2009 и 2006 гг. соответственно и со­ставили Vmin = 1,6 м/с, размах колебаний составил AV = 1,9 м/с (таблица 2).

Рисунок 5. — Среднегодовая скорость ветра за период 1986-2015 гг.
Рисунок 5. — Среднегодовая скорость ветра за период 1986-2015 гг.
Рисунок 6. — Средний градиент скорости ветра за период 1986-2015 г.
Рисунок 7. — Повторяемость направлений ветра за период 1986-2015 г.

Таблица 2. – Максимальные и минимальные значения среднегодовой скорости ветра за период 1986-2015 гг., м/с

Метеостанция Скорость ветра Размах колебаний (AV)
Vmax Vmin
Брагин 3,4 1,8 1,6
Василевичи 2,5 1,6 0,9
Гомель 3,0 1,7 1,3
Житковичи 2,6 1,7 0,9
Жлобин 2,5 1,7 0,8
Лельчицы 3,0 1,8 1,2
Мозырь 2,7 1,7 1,0
Октябрь 3,5 2,4 1,1
Чечерск 3,1 1,6 1,5

 

Анализ среднегодовых скоростей ветра свидетельствует о наличии в многолет­нем ходе этих значений статистически значимых трендов. Для всех исследуемых стан­ций выделено два периода наблюдений: с 1986 по 2015 гг. и с 1951 по 1985 гг. Для вы­деленных интервалов и периода наблюдений в целом построены линейные тренды и определены основные статистические характеристики: среднегодовая скорость (Vср), коэффициенты вариации (Cv), асимметрии (Cs), автокорреляции (r(1)), корреляции ли­нейных трендов (r) и средний градиент скорости ветра (AV) (таблица 3, рисунок 6).

Таблица 3. – Основные статистические параметры среднегодовых скоростей ветра за различные периоды осреднения

Метеостанция Период осреднения, годы Коэффициенты
Vср, м/с Cv Cs r(1) r AV-м/с 10 лет
Брагин 1951-2013 2,99 0,11 -0,38 0,85 0,72 -0,23
1951-1985 3,34 0,04 0,33 0,46 0,10 0,03
1986-2013 2,55 0,09 0,12 0,89 0,87 -0,52
Василевичи 1951-2015 2,48 0,12 0,17 0,93 0,93 -0,27
1951-1985 2,91 0,04 0,07 0,71 0,74 -0,25
1986-2015 1,98 0,03 0,76 0,81 0,78 -0,22
Гомель 1951-2015 3,08 0,23 0,37 0,93 0,91 -0,41
1951-1985 3,70 0,10 0,44 0,78 0,64 -0,38
1986-2015 2,35 0,07 0,11 0,87 0,92 -0,42
Житковичи 1951-2015 2,49 0,09 0,35 0,94 0,95 -0,23
1951-1985 2,87 0,05 -0,19 0,87 0,93 -0,30
1986-2015 2,17 0,03 -0,39 0,88 0,88 -0,27
Жлобин 1951-2015 2,67 0,15 0,77 0,91 0,86 -0,29
1951-1985 3,23 0,08 0,08 0,75 0,75 -0,34
1986-2015 2,20 0,02 -0,51 0,73 0,15 -0,04
Лельчицы 1951-2013 2,81 0,14 0,39 0,93 0,94 -0,32
1951-1985 3,32 0,06 0,55 0,75 0,83 -0,32
1986-2013 2,35 0,05 0,36 0,89 0,89 -0,38
Мозырь 1957-2015 2,58 0,18 0,80 0,92 0,85 -0,34
1957-1985 3,25 0,09 -0,28 0,77 0,60 -0,33
1986-2015 2,13 0,03 0,83 0,80 0,49 -0,15
Октябрь 1958-2015 3,09 0,05 -0,05 0,82 0,78 -0,19
1958-1985 3,35 0,03 0,52 0,50 0,67 -0,21
1986-2015 2,93 0,05 0,12 0,84 0,83 -0,36
Чечерск 1951-2013 2,89 0,19 -0,13 0,93 0,96 -0,36
1951-1985 3,36 0,06 0,30 0,72 0,86 -0,33
1986-2013 2,16 0,10 0,79 0,90 0,92 -0,43

 

Примечание. – Выделены статистически значимые коэффициенты корреляции.

Рассмотрим устойчивость выборочных статистик (средних, коэффициентов ва­риации) при изменении интервалов осреднения применительно к среднегодовым ско­ростям ветра. Для оценки различий в скорости ветра использованы статистические кри­терии Стьюдента (оценка выборочных средних) и Фишера (оценка выборочных диспер­сий). В таблице 4 приведены результаты сравнительного анализа основных выбороч­ных статистик на однородность для рассматриваемых интервалов осреднения.

Таблица 4. – Эмпирические значения t-критериев Стьюдента и F-критериев Фишера для различных интервалов осреднения

Брагин 1951-1985 1986-2013 Василевичи 1951-1985 1986-2015
1951-2013 t = 3,77, F = 2,71 t = 3,73, F = 1,36 1951-2015 t = 4,77, F = 2,63 t = 6,07, F = 4,98
1951-1985   t = 7,18, F = 0,50 1951-1985   t = 12,64, F = 1,89
 
Гомель 1951-1985 1986-2015 Житковичи 1951-1985 1986-2015
1951-2015 t = 4,19, F = 1,94 t = 5,64, F = 4,57 1951-2015 t = 3,79, F = 1,55 t = 4,03, F = 3,18
1951-1985   t = 10,62, F = 2,36 1951-1985   t = 7,77, F = 2,06
 
Жлобин 1951-1985 1986-2015 Лельчицы 1951-1985 1986-2013
1951-2015 t = 4,07, F = 1,47 t = 4,86, F = 8,57 1951-2013 t = 4,13, F = 1,99 t = 4,20, F = 3,20
1951-1985   t = 9,01, F = 5,81 1951-1985   t = 8,73, F = 1,61
 
Мозырь 1957-1985 1986-2013 Октябрь 1958-1985 1986-2015
1957-2015 t = 4,27, F = 1,52 t = 4,15, F = 6,77 1958-2015 t = 2,80, F = 1,77 t = 1,78, F = 1,13
1957-1 85   t = 8,42, F = 4,46 1958-1985   t = 4,21, F = 0,64
Чечерск 1951-1985 1986-2013  
1951-2013 t = 3,16, F = 2,67 t = 4,45, F = 2,58
1951-1985   t = 8,12, F = 0,97

 

Примечание. – Выделены эмпирические критерии выше критических.

В результате анализа выборочных средних среднегодовых скоростей ветра за рас­сматриваемые интервалы статистически значимые различия при уровне значимости а = 5 % были установлены для всех периодов по метеостанциям Брагин, Василевичи, Гомель, Житковичи, Жлобин, Лельчицы, Мозырь, Чечерск и для метеостанции Октябрь для периодов 1958-2015 и 1958-1985 гг., 1958-1985 и 1986-2015 гг. Статистически зна­чимые различия коэффициентов вариации выявлены для всех периодов метеорологиче­ских станций Василевичи, Гомель, Чечерск, для метеостанции Брагин для периода 1951-2013 и 1951-1985 гг., для метеостанции Житковичи для периодов 1951-2015 и 1986-2015 гг., 1951-1985 и 1986-2015 гг., для метеостанции Жлобин для периодов 1951-2015 и 1986-2015 гг., 1951-1985 и 1986-2015 гг., для метеостанции Лельчицы для периодов 1951-2013 и 1951-1985 гг., 1951-2013 и 1986-2013 гг., для метеостанции Мозырь для периодов 1957-2015 и 1986-2015 гг., 1957-1985 и 1986-2015 гг., для ме­теостанции Октябрь для периодов 1958-1985 и 1986-2015 гг.

Внутригодовой ход среднемесячных скоростей ветра на территории Гомельской области не претерпел изменений: наименьшие скорости характерны для июля-августа, наибольшие скорости характерны с ноября по февраль (рисунок 2). Такой ход скорости ветра связан с циклонической деятельностью, которая усиливается в осенне-зимний пери­од, а в конце лета глубина и повторяемость циклонических образований уменьшается [6].

Метеостанции: А – Брагин, Б – Василевичи, В – Гомель

Рисунок 2. - Среднемесячные скорости ветра за различные периоды осреднения
Рисунок 2. – Среднемесячные скорости ветра за различные периоды осреднения

Для анализа изменения скорости ветра на территории Гомельской области ис­пользован прием скользящих средних с периодами осреднения 11 лет и 22 года (один и два солнечных цикла) для метеорологических станций Брагин, Гомель, Василевичи (рисунок 3). Как следует из графиков, для всех исследуемых станций ход скользящих средних с периодами осреднения 11 лет и 22 года практически совпадает с годовым хо­дом скорости ветра; амплитуда колебаний сглаживается.

Метеостанции: А – Брагин, Б – Василевичи, В – Гомель

Рисунок 3. - Хронологический ход среднегодовых скоростей ветра и скользящие средние с различными периодами осреднения
Рисунок 3. – Хронологический ход среднегодовых скоростей ветра и скользящие средние с различными периодами осреднения

В ходе работы проанализирована повторяемость различных значений скорости ветра (таблица 5). Для Гомельской области наиболее характерны слабые ветры (2-5 м/с), их доля составляет 61,18 %. Штилевые условия и тихие ветры характерны в 34,61 % случаев. Доля умеренных ветров (6-9 м/с) незначительна (4,03 %), наиболее часто та­кие ветры отмечаются на метеостанциях Брагин и Октябрь. Доля сильных ветров (бо­лее 10 м/с) невелика, наибольшее число случаев зафиксировано на метеостанции Брагин.

Таблица 5. – Скорость ветра по градациям скоростей за период 1986-2015 гг., %

Метеостанция Градации, м/с
0-1 2-3 4-5 6-7 8-9 10-11 12-13 14-15 16-17 18-20
Брагин 40,38 33,69 15,44 6,81 2,52 0,88 0,20 0,06 0,01 0,01
Василевичи 40,68 46,19 11,05 1,80 0,24 0,03 0 0 0 0
Гомель 33,26 45,50 17,65 3,01 0,51 0,05 0,01 0 0 0
Житковичи 35,45 47,29 15,35 1,81 0,10 0 0 0 0 0
Жлобин 32,07 51,46 14,39 1,90 0,17 0,02 0 0 0 0
Лельчицы 32,16 48,21 16,03 3,05 0,44 0,10 0,01 0 0 0
Мозырь 38,84 44,10 14,29 2,34 0,36 0,05 0,01 0 0 0
Октябрь 21,66 45,17 25,30 6,68 1,07 0,11 0,01 0 0 0
Чечерск 36,98 48,05 11,44 2,94 0,56 0,02 0 0 0 0

 

Рисунок 4. - Распределение скорости ветра по градациям скоростей за различные периоды осреднения
Рисунок 4. – Распределение скорости ветра по градациям скоростей за различные периоды осреднения

Для метеорологических станций Василевичи, Гомель, Житковичи проведен ана­лиз распределения скоростей ветра по градациям с данными, представленными в спра­вочнике по климату СССР 1966 г. [7]. На всех исследуемых станциях отмечается уве­личение доли штилей, тихих и слабых ветров при значительном снижении повторяемо­сти умеренных и сильных ветров (рисунок 4). В связи с особенностями циркуляции ат­мосферы и под влиянием местных условий на территории Гомельской области в тече­ние года преобладают ветра юго-западной четверти (46,11 %). Для этих направлений характерны наибольшие средние скорости ветра: для западного направления средняя многолетняя скорость ветра составляет 2,79 м/с, а для северо-западного – 2,63 м/с. Вы­сокие показатели скорости ветра (2,66 м/с) также характерны для юго-восточного направления. В зимний период четко выражено преобладание ветров юго-западной чет­верти. Такие данные соответствуют ветровому режиму характерному для территории всей Беларуси, когда более высокое давление устанавливается на юге и юго-востоке республики, понижаясь к северу и северо-западу [6]. В летний период также преобла­дают западные ветры, но юго-западное направление сменяется северо-западным.

Заключение

В работе рассчитаны и проанализированы основные характеристика ветровых условий территории Гомельской области. Проведено сравнение характеристик скорос­ти ветра за два периода – 1951-1985 гг. и 1986-2015 гг. Выявлена устойчивая тенден­ция снижения среднегодовых скоростей ветра на всей исследуемой территории. Годо­вой ход скорости ветра не претерпел существенных изменений, отмечено увеличение доли тихих и слабых ветров. Показано современное распределение розы ветров, что важно учитывать при расположении крупных промышленных предприятий и планиро­вании застройки городов.

Список использованной литературы

  1. Кижнер, Л. И. Изменение режима ветра в Томске в начале XXI в. / Л. И. Киж- нер, Н. Ю. Серая // Тр. глав. геофиз. обсерватории им. А. И. Воейкова. – СПб., 2015. – Т. 576. – С. 102-113.
  2. Изменения климата: последствия, смягчение, адаптация : учеб.-метод. ком­плекс / М. Ю. Бобрик [и др.]. – Витебск : ВГУ им. П. М. Машерова, 2015. – 424 с.
  3. Справочник по климату СССР : Белорусская ССР : Метеорологические дан­ные за отдельные годы. – Обнинск : ВНИИГМИ – МИД, 1975. – Ч. III, т. I : Направле­ние ветра. – 593 с.
  4. Бурлибаев, М. Ж. Колебания уровня воды озера Балкаш в условиях изменяю­щегося климата / М. Ж. Бурлибаев, А. А. Волчек, Д. М. Бурлибаева // Гидрометеороло­гия и экология. – 2017. – № 2. – С. 46-65.
  5. Логинов, В. Ф. Глобальные и региональные изменения климата: причины и следствия / В. Ф. Логинов. – Минск : ТетраСистемс, 2008. – 496 с.
  6. Климат Беларуси / под ред. В. Ф. Логинова. – Минск : Ин-т геол. наук АН Бе­ларуси, 1996. – 234 с.
  7. Справочник по климату СССР / отв. ред. Н. А. Малишевская. – Л. : Гидроме- теоиздат, 1966. – Вып. 7, ч. III. – 156 с.


Авторы:
А.А. Волчек, А.В. Гречаник
Источник: Веснік Брэсцкага ўніверсітэта. Серыя 5. Хімія. Біялогія. Навукі аб зямлі, № 1 /2018. С. 70-77.