Статья: Особенности ветрового режима в пограничном слое атмосферы в холодный период над югом Приморского края

Дальневосточный федеральный университет

Особенности ветрового режима в пограничном слое атмосферы в холодный период над югом Приморского края

Давыдюк Галина Федоровна, к. геогр. н., доцент

Синоптические процессы нижней тропосферы зимой с высокой повторяемостью формируют слои со скоростями ветра 15 м/с и более различной протяженности, которые именуются как мезоструи или нижняя

периферия струйных течений. В этих условиях могут наблюдаться сильные и даже очень сильные вертикальные сдвиги ветра, в особенности в нижней части мезоструи (между осью струи и поверхностью земли), представляя опасность при взлете-посадке и полетах на малых высотах. Пилот при резких изменениях характеристик ветра может не успеть скомпенсировать траекторию полета, следовательно, могут возникать ситуации, представляющие опасность не только для летного состава, но и систем аэропорта в целом. холодный ветер мезоструя

Общепризнанным мнением является зависимость структуры воздушных течений от характера циркуляционных процессов. Барическое поле тропосферы до высот 3-4 км чрезвычайно разнообразно: здесь наблюдаются практически все формы барического рельефа, причем его характеристики в пределах этих высот подвержены высокой изменчивости, что вызывает значительное разнообразие вертикальных профилей ветра. Сложная конфигурация береговой черты, неоднородность рельефа, высокая активность атмосферной циркуляции прибрежных территорий Приморского края обуславливают высочайшую изменчивость и локальное разнообразие в ветровом режиме исследуемой территории. Зимой циркуляционные процессы территории формируются в основном под воздействием северного типа [2, с. 106], его повторяемость составляет 40-53%, максимальная величина прослеживается в январе-феврале. В распределении атмосферного давления преобладает устойчивое поле азиатского антициклона, охватывающее практически всю территорию Дальнего Востока. Барические поля этого сезона способствуют нарастанию интенсивности воздушных потоков, в том числе и в нижних слоях атмосферы.

Для решения задач, направленных на улучшение качества оперативного прогнозирования ветра у земли, были обобщены материалы о сдвигах ветра в мезоструях и у поверхности земли. В работе использованы данные наблюдений за характеристиками ветра в пограничном слое атмосферы за период 1995-2010 гг., проводимых на аэрологической станции Садгород, а также информация о возникающих сдвигах ветра в слое до 30 м, полученная при выполнении специальных наблюдений [1] на метеорологической мачте в аэропорту «Владивосток» и донесения с борта воздушных судов.

Всего обобщено 852 выпуска аэрологических зондов, в которых отмечены скорости ветра более 15 м/с и 356 случаев вертикальных сдвигов ветра. В соответствии с регламентом [3], для обеспечения безопасности полетов учитывались сдвиги ветра 2 м/с и более на 30 м.

В Табл. 1 приведены характеристики мезоструй в пределах пограничного слоя атмосферы. Интенсивные воздушные течения чаще (34% случаев) формируются в январе. В отдельные годы их повторяемость возрастает на 5-8% относительно средних величин. Нижняя граница мезоструй располагается на высотах 400-480 м, и только в марте она приподнята в среднем до 570 м. Их верхняя граница располагается на высотах порядка 1400 м, но в ноябре и январе интенсивные потоки захватывают и выше расположенные слои атмосферы, то есть мезоструи становятся более мощными и более интенсивными, формируя в отдельных случаях струйные течения, верхняя граница которых может располагаться в стратосфере. Средние высоты максимального ветра в мезоструе колеблются в пределах 1126-1261 м, скорости на этом уровне превышают 20 м/с, наибольшая величина характерна для января и за рассматриваемый период составила в среднем 25,2 м/с. Значительная протяженность слоя с опасным пределом скоростей ветра отмечается в осеннезимний период, изменяясь в среднем от 990 до 1078 м, в марте ее величина меньше и не превышает 830 м. В отдельные годы вертикальная протяженность увеличивалась до 1240 м (январь 2005 года), то есть колебания мощности мезоструй могут составлять 150-200 м. К одной из наиболее важных характеристик ветра относят максимальную скорость в слое, в данном случае скорость ветра на оси мезоструи (см. Табл. 1).

Табл. 1. Структурные характеристики мезоструй

Средние скорости превышают 20 м/с, наибольшая величина составила 25,2 м/с в январе. Скорости на оси мезоструи значительны и устойчивы в январе, однако абсолютные максимумы за рассматриваемый период отмечены в осенние месяцы (32 и 35 м/с, эти величины зафиксированы в октябре 2006 г. и ноябре 2008 г.). Эти предельные скорости имеют малую повторяемость и не влияют на распределение средних скоростей ветра на оси интенсивного потока. В целом средние максимальные скорости ветра колеблются незначительно, различия не превышают 5 м/с, в абсолютных значениях размах колебаний увеличивается до 11 м/с.

Вертикальные сдвиги ветра характеризуют векторную разность скоростей ветра между двумя точками пространства в вертикальной плоскости. Формирование сдвигов ветра значимо зависит от местных условий - характеристик рельефа, застройки, это вызывает необходимость вести исследования данного направления практически для каждого аэродрома. Данные Табл. 2 убедительно показывают, что наибольшие сдвиги ветра в аэропорту «Владивосток» наблюдаются в нижнем километровом слое атмосферы. Их величины до 1 км в среднем колеблются от 7,2 до 15,5 м/с. Наибольшая величина - 24 м/с - отмечена ниже 1 км при скорости ветра 31 м/с в октябре 2002 года.

Табл. 2. Сдвиги ветра выше (?Vв) и ниже (?Vн) оси мезоструи, м/с на 1 км

Анализ данных метеонаблюдений на мачте аэропорта показал, что наиболее благоприятные условия для формирования сдвигов ветра у поверхности земли создаются в холодный период года, как зимой, так и в переходные сезоны. Максимум повторяемости умеренных сдвигов приходится на октябрь и февраль, составляя порядка 14% (Рис. 1а).

В периоды зимнего муссона и интенсивного радиационного выхолаживания поверхности с высокой повторяемостью отмечается инверсионное распределение температуры, оказывающее влияние на формирование сдвигов ветра.

00 03 06 09 12 15 18 ч

Рис. 1.Повторяемость сдвигов ветра в течение холодного периода года (а) и в пределах суток (б) в слое 0-30 м

На Рис. 1б прослеживается хорошо выраженный максимум суточного хода в утренние часы и первую половину дня (06-12 ч. местного времени). Максимум приходится на 9 часов утра и составляет 28%.

Своеобразный суточный ход в аэропорту Владивосток обусловлен наличием в ночные часы мощных приземных инверсий в слое до 100 м. В этих условиях резкие изменения скорости ветра и значимые сдвиги ветра, как правило, формируется по данным бортов в слоях выше 50 м.

Умеренные и сильные сдвиги ветра на верхней границе пограничного слоя возникали при всех скоростях ветра (Табл. 3). Анализ данных показал, что очень сильные сдвиги ветра, то есть опасные для выполнения полетов, возникают в том же секторе его направлений, что и у земли, но отмечаются с меньшей повторяемостью, не превышающей 2%, и при скоростях ветра до 10 м/с. У поверхности земли, в целом, прослеживается та же закономерность, но при скоростях более 18 м/с сдвиги ветра не наблюдались.

Выявлено, что направление ветра оказывает влияние на частоту умеренных сдвигов. Основная взлетнопосадочная полоса в аэропорту Владивосток ориентирована с юго-востока на северо-запад. В 65% случаев сдвиги отмечаются, когда направление приземного ветра находится в секторе 270-360є, в итоге во время захода авиалайнера на посадку сдвиги ветра вызывают боковой снос.

Табл. 3.Повторяемости сдвигов ветра различной интенсивности в зависимости от скорости ветра по данным аэрозондирования и наземных измерений, %

Накопленная за последние годы информация может представлять практическую значимость в оперативной работе метеорологического обеспечения авиации.

Список литературы

Глазунов В. Г. Методические рекомендации по оценке сдвигов ветра в нижнем слое атмосферы в районе аэродрома / под ред. А. А. Васильева. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 22 с.

Калачикова В. С., Николаева Е. В. Основные типы синоптических процессов над Восточной Азией // Труды ДВНИГМИ. 1983. Вып. 102. С. 102-112.

Наставление по метеорологическому обеспечению гражданской авиации (НМО ГА-95). М.: Министерство транспорта Российской Федерации, 2000. 92 с.