Прогноз локальних вітрів над територією України

ПРОГНОЗ НАПРЯМКУ ТА ШВИДКОСТІ ВІТРУ

Основні споживачі прогнозу вітру

Вітер є важливим показником стану атмосфери; він безпосередньо суттєво впливає на роботу різних галузей народного господарства.

Основними галузями господарства, яким необхідна прогностична інформація про вітер, є:

- енергетика, для якої сильний вітер може визвати обрив проводів, перекидання опор ліній електропередач, вихід із ладу електричних підстанцій і, як наслідок, недоотримання енергії різними споживачами (в тому числі і комунальним господарством);

- зв'язок, який порушується із-за обривів повітряних ліній зв’язку та деформації антен;

- сільське господарство, для якого небезпечний як сильний, так і слабкий вітер: сильний вітер може визвати полягання посівів (а іноді вивітрювання насіння із ґрунту) і загибель врожаю в садах; слабкий вітер (особливо штиль) сприяє накопиченню шкідливих мікроорганізмів та забруднюючих домішок, що пошкоджують посіви;

- транспорт, всі його види: авіація, авто- і залізничний транспорт, а також морський і річковий транспорт несуть великі збитки із-за недообліку вітру, особливо сильного.

Більше всього страждає авіація. Так, наприклад, при сильному вітрі повітряне судно (ПС) не завжди може злетіти з аеродрому, виконати посадку, політ по заданому маршруту, провести авіахімічні роботи; можливе пошкодження ПС на землі. Суттєві економічні втрати несуть авіапідприємства в разі закриття аеропорту і затримки вильоту (посадки). Крім того, для авіації має важливе значення як швидкість, так і напрямок вітру у зв’язку з труднощами при зльоті і посадці при сильному боковому вітрі.

Робота автомобільного транспорту також залежить від вітру. Сильний вітер збільшує витрату пального для великовантажних автомобілів, зменшує стійкість і керованість автомобілем на слизькій трасі.

Обрив проводів контактної мережі, повалені вітром дерева на колії гальмують роботу залізничного транспорту.

Робота морського і річкового транспорту також, в значній мірі, залежить від вітру. Це – вітрове збурення поверхні в акваторіях водоймищ, дрейф суден, їх обмерзання, згінно-нагінні явища, ускладнення роботи в порту тощо.

- комунальне господарство: це порушення в населених пунктах повітряних ліній електропередач та зв’язку, повалені дерева і рекламні щити, зірвані покрівлі будівель та вибиті шибки, а іноді навіть людські жертви;

- лісове господарство: вітровали призводять до загибелі частини лісу, до його забруднення поваленими деревами. Великих втрат сильний вітер завдає заповідникам, заказникам, садам та паркам.

- будівництво: простій баштових кранів, що мають обмеження в експлуатації по швидкості вітру, обертається значними збитками для будівельних організацій.

До переліку організацій можна включити також екологічні, курортні і медичні служби, спортивні та риболовецькі підприємства, засоби масової інформації тощо.

Загальні відомості про вітер та одиниці його виміру.Вітром називається рух повітря відносно земної поверхні під дією сили баричного градієнта, сили тертя, відхиляючої сили оберту Землі та відцентрової сили.

Напрямок вітру (звідки дує вітер) – вимірюють в кутових градусах або румбах від напрямку на північ.

Швидкість вітру вимірюється в м·с^-1, км·год^-1, вузлах або умовних одиницях (балах). Швидкість вітру, що дорівнює одному вузлу, відповідає одній морській милі (1852 м) за годину або наближено 0,5 м·с^-1.

Для визначення швидкості (сили) вітру в умовних одиницях використовується дванадцятибальна шкала Бофорта (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 - Значення швидкості вітру в різних одиницях

У сучасній практиці найбільш поширеними одиницями виміру вітру є: для напряму – кутові градуси, для швидкості вітру біля землі – м·с^-1 та вузли, а на висотах – км·год^-1.

Прогноз напрямку та швидкості вітру біля поверхні землі

Та на висотах

Прогноз напрямку та швидкості вітру складають на основі прогнозу полів тиску (приземного та на висотах). Поле тиску тісно пов’язане з полем вітру. Це обумовлено тим, що єдина активна сила, яка призводить до переміщення повітря (вітру) – це горизонтальна складова градієнту тиску. У практиці синоптичного аналізу використовується геострофічна модель зв’язку цих двох полів. Звичайно розглядають карти майбутнього положення баричних утворень та атмосферних фронтів з ретельним контролем швидкості їх переміщення та еволюції. Треба також спостерігати за оперативною інформацією у вигляді штормових оповіщень та попереджень центральних і місцевих органів служби погоди.

Прогноз напрямку та швидкості вітру біля поверхні землі.У прогнозі повинні бути вказані напрямок та швидкість вітру, середні за 5…10-хвилинний період часу, а також екстремальні значення і можливі пориви вітру, якщо цього потребують інтереси споживачів.

Порівняно мало є галузей народного господарства, котрих би дуже цікавив прогноз напрямку вітру, виняток становить, мабуть, тільки авіація та спеціалісти-метеорологи. Однак, в будь-якому випадку прогноз напрямку вітру дається синоптичним методом. Синоптик, оцінивши і спрогнозувавши синоптичне положення баричних утворень, визначає переважаючий напрямок вітру, який найбільш часто в прогнозах погоди вказується по восьми румбам.

Метод О.С.Звєрєва. Очікувана швидкістьвітру визначається за графіком (рис. 1.2) з урахуванням горизонтального градієнта тиску, пори року і часу доби.

Рис. 1.2 – Графік залежності швидкості вітру від величини горизонтального градієнта тиску.

Метод О.Г.Богаткіна рекомендує визначати швидкість вітру за емпіричною формулою:

и = k |pp|, (1.3)

де и – швидкість вітру, м·с^-1; k – напівемпіричний коефіцієнт (k = 2,5 для північного заходу Європейської території Росії); рр – абсолютна величина баричної тенденції за останній строк спостережень, гПа/3 год.

Формула дає досить задовільні результати, особливо в зонах холодних фронтів.

Визначення швидкості поривів вітру можна проводити, використовуючи напівемпіричну формулу:

и_пор = и_ср + k и_ср, (1.4)

де и_ср – середня швидкість вітру, м·с^-1.

Коефіцієнт k підбирається для кожного пункту, приблизно він дорівнює 0,5.

Метод визначення швидкості вітру в зоні фронту (рис. 1.8) заснований на розрахунку горизонтального градієнта тиску
( гПа/100 км) і швидкості переміщення фронту (V_фр, км·год^-1).

Рис. 1.8 – Графік для визначення швидкості вітру в зоні фронту.

Прогноз вітру у граничному шарі атмосфери та на висотах.У граничному шарі атмосфери (ГША) вертикальний розподіл швидкості вітру обумовлюється термічною та динамічною взаємодією струменю
вітру з підстильною поверхнею Землі, що обертається навколо своєї осі. Способи прогнозу вітру у ГША можна розподілити на дві
групи – гідродинамічні та фізико-статистичні, які досить детально викладені в «Практикумі з синоптичної метеорології» та «Практикумі з авіаційної метеорології».

Для прогнозу вітру вище граничного шару використовують прогностичні карти абсолютної топографії (АТ) ізобаричних поверхонь 850, 700, 500, 400, 300, 200 гПа та інші. При необхідності складення прогнозу вітру на рівні, який міститься між цими поверхнями, його отримують за допомогою інтерполяції даних між двома відповідними ізобаричними поверхнями, якщо між ними відсутні струминні течії (СТ).

Напрямок вітру на висотах наближується до напрямку ізогіпс, а швидкість вітру встановлюється за допомогою градієнтної лінійки, або її можна розрахувати за формулою:

(1.5)

де - горизонтальний градієнт геопотенціалу в районі розрахунку на прогностичній карті, гп.дам/1°мер.; l – параметр Коріоліса; g – прискорення сили тяжіння, м·с^-2.

Для визначення швидкості градієнтного вітру при криволінійних ізогіпсах по розрахованій швидкості геострофічного вітру V_g та радіусу кривизни ізогіпси використовують номограми для урахування циклонічної або антициклонічної кривизни ізогіпси. Цей спосіб прогнозу детально описаний в «Практикумі з синоптичної метеорології».

Абсолютно очевидно, що прогноз вітру на висотах розробляється в основному, лише в інтересах авіації. Однак із-за недоліку часу на складення прогнозу синоптик іноді вимушений заміняти прогноз вітру його фактичними значеннями, що допустимо у вільній атмосфері при швидкостях вітру більше 30 км·год^-1. Крім того, в розпорядженні синоптика майже завжди є прогностичні карти температури і вітру на різних рівнях, за допомогою яких можна вирішити проблему прогнозу швидкості вітру на висотах.

Прогноз локальних вітрів над територією України

Синоптичні умови виникнення сильного вітру.Сильні вітри швидкістю більше 15 м·с^-1 найчастіше фіксуються у південних та південно-східних областях України, з найбільшою повторюваністю у холодне півріччя. Сильні вітри, що продовжуються більше ніж 20 год, виникають в 24% випадків, від 10 до 20 год - в 35% випадків, від 3 до
10 год - в 36% випадків. Посилення вітру на термін менше 3 год спостерігається, як правило, влітку у середині дня. Звичайно воно є результатом впливу добового ходу температури. В 60% випадків швидкість вітру не перебільшує 17 м·с^-1. Швидкість 18...22 м·с^-1 відмічається у 32% випадків, а вище 22 м·с^-1 - у 8% випадків. Вітри швидкістю більше 28 м·с^-1 спостерігаються дуже рідко - 1% випадків і, в основному, у південних та південно-східних областях України.

Синоптичні процеси, що обумовлюють сильні вітри на Україні, можна розділити на дві групи. До першої групи можна віднести випадки формування антициклону над центральними або східними областями Росії при активізації циклонів над Середземним та Чорним морями. Друга група - випадки проходження циклонів або глибоких улоговин через територію України.

Процеси першої групи відзначаються значною стійкістю та обумовлюють тривалі і сильні східні та південно-східні вітри в південно-східній частині України, на Азовському морі і на більшій частині Чорного моря. Якщо центр антициклону розташований над східними районами Східної Європи або Казахстаном, від нього на захід, на Україну, спрямовано відріг, при цьому звичайно над сходом України спостерігається зростання, а над заходом - падіння тиску.

Якщо центр антициклону розташований над центральними або південними областями Європейської частини Росії, а Чорне море, Туреччину, Середземне море займає велика депресія, окремі циклони переміщуються по Чорному морю. Великі градієнти тиску, які формуються між антициклоном та депресією над Чорним морем, обумовлюють в південних та південно-східних областях України сильні східні та північно-східні вітри. Іноді вони охоплюють всю територію України. Найбільша повторюваність процесів цього типу відбувається на протязі березня та квітня. Переважна швидкість вітру 17...22 м·с^-1, максимальна 28...34 м·с^-1. Тривалість 1... 7 днів.

Особливо сильними північно-східні та східні вітри бувають на узбережжі Азовського моря та на східних схилах Донецького кряжу. Сильні вітри на узбережжі Азовського моря спостерігаються частіше на 10... 15%, ніж у сусідніх районах України.

Ознаки можливого посилення вітру:

- за 12... 18 год до посилення вітру спостерігається значне зростання тиску на Північному Кавказі і на сході України та падіння тиску в Криму і на Чорноморському узбережжі Кавказу;

- з упередженістю 12... 18 год з’являються осередки зростання та зниження температури на поверхнях 500 і 300 гПа. Позитивний (додатній) осередок виникає над Чорним морем, негативний (від’ємний) - над Україною;

- антициклон на південному сході Росії або над Казахстаном стає малорухомим, а на півдні Росії формується висотний гребінь. Швидкість вітру перевищує 15 м·с^-1, якщо баричний градієнт на поверхні землі більше 3...4 гПа/110 км взимку та 2...3 гПа /110 км влітку.

Сильні південно-східні та східні вітри на периферії антициклону супроводжуються пиловими бурями і суховіями. Інтенсивні суховії утворюються в теплий період року в останній стадії антициклогенезу над півднем ЄТР. Тривалість суховійного періоду залежить від часу існування антициклону та депресії над Чорним морем. Найбільш часті та тривалі суховії в Херсонській, Миколаївській, Запорізькій та Луганській областях.

Сильні вітри при переміщенні циклонів та улоговин через Україну захоплюють різні райони в залежності від траєкторій. При переміщенні циклонів з заходу, сильні вітри найчастіше захоплюють північно-західну частину України. У випадках переміщення пірнаючих циклонів з північного заходу в їх передній частині спостерігаються сильні південно- західні та західні вітри, а в тиловій частині - північно-західні та північні. Якщо пірнаючий циклон переміщується на східні області Східної Європи, то на Україні вітер посилюється в передній частині або в тилу його улоговини. Швидкість вітру може досягати 35... 40 м·с^-1.

У випадку виходу південних циклонів сильні вітри на Україні найбільш часті, коли південний циклон зароджується над Середземним морем і зміщується в північно-східному напрямку, через Балкани та захід Чорного моря, наближаючись до західної периферії азіатського антициклону. При наявності ізольованого циклону над Середземним морем або Балканами циклони розвиваються над західною частиною Чорного моря та Малою Азією і переміщуються на південь України. В їх передній частині спостерігається значне падіння тиску, інколи воно досягає 6...7гПа, а в тилу циклонів зростання тиску сягає 3...5 гПа за 3 год. Якщо на сході України зберігається відріг високого тиску, то на заході України зростають східні та південно-східні вітри, які після виходу циклону змінюються південними. При зміщенні південних циклонів на крайні західні ті північно-західні райони України вітри швидкістю більше 12 м·с^-1 спостерігаються рідко.

Північно-східні та східні шторми на Чорному та Азовському морях виникають у більшості випадків при переміщенні циклонів з території Малої Азії на схід Чорного моря, якщо на півдні Східної Європи розміщується антициклон. Сильні вітри найбільш часто відмічаються у районі Керчі - Туапсе.

Якщо циклони переміщуються по Чорному морю з заходу, то при наявності антициклону на півночі цього району сильні вітри спостерігаються в північній частині моря, в окремих випадках швидкість вітру досягає 28 м·с^-1.

У другій половині весни та влітку при нестійкій стратифікації повітря в денні години вітер може посилюватися і при малих градієнтах тиску. Ознакою вірогідного посилення вітру є велика добова амплітуда температури. Вертикальні градієнти температури в приземному шарі в ранкові години перевищують 0,6...0,7 °С/100 м. Влітку добовий хід швидкості вітру досягає 8...10 м·с^-1, взимку він майже відсутній.

На північному заході України спостерігаються локальне посилення північно-західних та південно-східних вітрів у низькій частині рельєфу між Карпатами та Подільською височиною. Посилення північно-західних вітрів спостерігається в холодне півріччя при переміщенні холодних фронтів. Найбільш чітко воно виявляється при переміщенні улоговин з північного заходу.

Сильні північно-західні вітри на південному березі Криму.На Південному березі Криму досить часті сильні північно-західні вітри. Велику роль у їх виникненні грають Кримські гори, які простягнулися паралельно берегу від Севастополя до Феодосії та займають смугу довжиною біля 150 км та шириною до 50 км. Сама південна та найбільш висока їх гряда (Яйла) на заході підходить до моря прямовисними крутими обривами, а на сході віддалена від узбережжя на 10...12 км. Західна частина гряди орієнтована приблизно з південного заходу на північний схід, а у районі Алушти повертає на схід. Внаслідок цього у плані вона має вигляд неправильної арки, яка повернута опуклістю на північний захід.

Сильні північно-західні вітри спостерігаються головним чином за холодними фронтами, але іноді вони бувають і в теплих секторах циклонів. Сильні вітри за холодними фронтами мають якості, характерні для бори. В теплих секторах циклонів на узбережжя обрушується з гір дуже тепле та сухе повітря – фьон.

Найчастіше вітер посилюється за 2...6 год перед або через 2...6 год після проходження холодного фронту. В окремих випадках термін часу між початком посилення вітру та моментом проходження фронту може бути більше - до 20 год.

При сильному північно-західному вітрі на південному березі Криму напрямок вітру в інших районах Криму може відрізнятися від північно-західного на 90°, а іноді навіть на 180°, швидкість вітру на 1...4 м·с^-1. Це ще раз свідчить про значний вплив гір на посилення вітру біля узбережжя.

Сильний західний або північно-західний потік зустрічає на своєму шляху Яйлу і деформується. На навітряному боці відбувається накопичення повітря і тиск зростає. На підвітряному боці спостерігається падіння тиску, яке обумовлене тим, що у нижчих шарах (нижче гребеня гір) відтік повітря не компенсується повністю його притоком з північної сторони гір. У результаті на навітряному боці Яйли виникає орографічний гребінь, а з підвітряної сторони над морем формується орографічний циклон овальної форми, велика вісь циклону приблизно паралельна гірській гряді. Розміри циклону невеликі: довжина великої осі біля 80 км, малої - біля 40 км. Центр циклону звичайно знаходиться поблизу Алушти (в 15...25 км від неї). На північно-західній периферії циклону спостерігаються великі баричні градієнти.

Дані спостережень за хмарністю над вершинами Яйли вказують, що на підвітряній стороні гір існує бурхливий низхідний потік повітря силою 6...9 балів. Температура повітря у Ялті та Алушті на 12...14 °С вища, ніж над Яйлою.

Для виявлення кількісного зв'язку між швидкістю потоку над Яйлою і швидкістю вітру у Ялті та Алушті використані дані про вітер на ст. Ай-Петрі (висота 1180 м над рівнем моря). Порівняння дозволило встановити, що орографічний циклон починає просліджуватися в баричному полі при швидкості західного та північно-західного вітру на Ай-Петрі не менш ніж 16 м·с^-1.

При зростанні швидкості вітру на Ай-Петрі (V₁) до 16 м·с^-1 і більше виявляється її зв’язок із зростанням швидкості в Ялті - Алушті (V₂):

V₁, м·с^-1 16...20 21...24 25... 28 29...34
V₂, м·с^-1 ≤ 8 9... 12 13…17 18.. 20

За холодними фронтами посилення північно-західного вітру (бора) на Південному березі Криму може спостерігатися і при швидкості вітру на Ай-Петрі менше 16 м·с^-1, коли орографічний циклогенез не відмічається. При цьому вітер на узбережжі зростає тільки у випадках, коли над Яйлою спостерігаються західні або північно-західні потоки, що призводить до вимушеного перевалювання холодного повітря через Яйлу. Швидкість вітру при цьому сягає в Ялті - 8...12 м·с^-1, в Алушті – 10…14 м·с^-1, а іноді 16 м·с^-1.

Для прогнозу вітру на узбережжі можуть бути використані такі правила:

1. Якщо при сильних північно-західних вітрах на Чорному морі швидкість вітру у шарі від поверхні землі до висоти 1,5...2 км значно зростає, то швидкість вітру в Ялті та Алушті буде більша, ніж в інших районах Криму на 4... 8 м·с^-1.

2. При проходженні через Крим холодних фронтів або циклонів, які швидко переміщуються (зі швидкістю 60 км·год^-1 і більше), в Ялті та Алушті спостерігаються сильні північно-західні вітри навіть при невеликих значеннях баричного градієнту в приземному шарі.

3. Посилення північно-західного вітру в Ялті та Алушті до 10 м·с^-1 та більше у теплому секторі циклону спостерігається у випадках, коли швидкість західного або північно-західного вітру на Ай-Петрі перевищує 23 м·с^-1.

4. Якщо швидкість вітру на Ай-Петрі менш ніж 14 м·с^-1, то швидкість північно-західного вітру в Ялті та Алушті звичайно менше 10 м·с^-1.

Зона затишшя в районі Севастополю.У випадках, коли у Криму та над сусідніми з ним частинами моря віють сильні східні та південно-східні вітри, у районі Севастополю, з підвітряного боку гір, спостерігається зона слабких вітрів, яка розташована від мису Лукулл до Балаклави. Ця зона отримала назву «зони затишшя». Вона виникає, коли при значних баричних градієнтах, ізобари над Кримом та ближньою акваторією моря орієнтовані із сходу на захід, або з південного сходу на північний захід. При цьому східний або південно-східний потік на навітряних схилах розділяється на два, на північ та південь від гір лінії току сильно згущені, а на західній стороні - розріджені. На навітряному боці гір при цьому спостерігається орографічний антициклогенез; гребінь над хребтом орієнтується з північного сходу на Балаклаву, а у районі мису Лукулл – Севастополь, у зоні розрідження ліній току виникає орографічний циклон. На північ від циклону і на південь від гребеню відмічаються вітри східних румбів іноді до 15...25 м·с^-1. Для центральної частини циклону характерні слабкі вітри - зони затишшя. Вони виникають головним чином у холодну пору року (з жовтня по травень) і зберігаються від декількох годин до декількох діб. Зникають вони разом із зникненням орографічного циклону, коли напрямок вітру змінюється не тільки біля поверхні землі, але і у потужному шарі тропосфери до висоти 3...5 км.

Прогноз виникнення зони затишшя та її зникнення зводиться до прогнозу напрямку та швидкості вітру у Криму та над ближньою акваторією Чорного моря.

Великі баричні градієнти над Кримом спостерігаються у той час, коли над Україною розташована південна або південно-західна периферія обширного антициклону, а над Чорним морем розвинута циклонічна діяльність. Якщо циклон, що вийшов на південні райони Чорного моря, потім переміщується на північний схід або на схід, то зона затишшя спостерігається при східних вітрах. Зникає вона тоді, коли циклон настільки далеко змішується на схід, що Крим опиняється у його тиловій частині, і напрямок вітру змінюється на північний. Якщо циклон рухається на північ по західній частині моря, то у Криму вітер від східного повільно переходить до південно-східного; при цьому район Севастополя продовжує залишатися з підвітряної сторони Кримських гір, а зона затишшя залишається і після переходу вітру до південно-східного. Зникає вона тоді, коли центр циклону, що рухається на північ, підіймається приблизно до паралелі Севастополя; вітер над південним заходом Криму змінюється на південний і захисна дія Кримських гір припиняється.

Природно, що зона затишшя зникає і при загальному зменшенні баричних градієнтів, які ведуть до послаблення вітру над півостровом.

Поиск по сайту: