XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Исследование климата Арктики является актуальной задачей метеорологов. Это обусловлено как экономическими причинами, так и природными изменениями, происходящими в приполярных районах, на фоне глобального потепления климата Особенный интерес представляет современное состояние ветрового режима Арктики и его изменчивость. Оценка скоростей ветрового потока важна в ветроэнергетике, при расчете ветровых нагрузок, при исследовании развития береговой эрозии и трансформации берегового рельефа и других сферах.

Исследователи отмечают неравномерность распределения силы ветра, ее понижение от периферии к центральной части Арктического региона [1]. Частая повторяемость штиля – другое характерное отличие ветрового режима окраинных районов Северного Ледовитого океана. Незначительной средней скоростью ветра объясняется несколько пониженная суровость погоды в Арктическом бассейне. Отмечается и сезонность ветрового режима: наибольшие скорости ветра (16-20 м/с) наблюдаются осенью и весной, наименьшие - в конце зимы и летом.

В последние десятилетия некоторые авторы отмечают изменение режима ветрового воздействия на морскую поверхность вследствие увеличения площади моря, свободного ото льда [2], что приводит к повышению вероятности развития штормового волнения.

В работе исследованы статистические характеристики средней скорости ветра на метеостанции Тикси в различные сезоны года. Координаты станции Тикси составляют 71° 38' с. ш., 128°52' в.д. На основе 3174 измерения скорости ветра [3] были построены сезонные гистограммы распределения значений скорости ветра, представленные на рис.1, и вычислены следующие статистические параметры: средние выборочные , оценки среднеквадратического отклонения , коэффициент асимметрии As, эксцесс E, мода и медиана. Вычисленные характеристики за четыре сезона представлены в табл. 1.

а) б)

в) г)

Рис. 1 Распределение скорости ветра 2018-2019 гг. в Тикси: эмпирическое (синие столбцы) и аппроксимация моделью Вейбулла (красные кривые) с параметрами =0,4; =1 (а); =2; =3 (б); =4; =4 (в); =2; =3,5 (г).

Таблица 1. Статистические характеристики скорости ветра на станции Тикси

Полученные данные несколько отличаются от опубликованных в [1]. Максимальная скорость ветра (до 28 м/с) на станции Тикси наблюдалась зимой. Средние значения также несколько выше в этот период. Интересно, что и штилей наибольшее количество отмечено зимой. Летом штили наблюдаются в 4 раза реже, максимальная скорость ветра – в 2 раза меньше зимней. Судя по гистограмме, распределение значений скорости ветра в летний период близко к нормальному. Об этом свидетельствуют близкие к нулю коэффициенты асимметрии и эксцесса, а также равенство медианы и моды.

Основой аппроксимации повторяемостей ветра по скоростям в настоящее время являются двухпараметрическая функция распределения Вейбулла [5], интегральная форма которой имеет вид:

Формула плотности вероятности для данного распределения:

где α - характеристика формы распределения, β - масштаба распределения.

Исследуемые ряды скоростей ветра были аппроксимированы распределением Вейбулла, эмпирически подобранные параметры для каждого сезона представлены в табл. 2.

Таблица 2. Параметры распределения Вейбулла в зависимости от сезона на станции Тикси

В зимний период скорости ветра аппроксимированы моделью с параметрами =0,4 и =1 - функция распределения близка к экспоненциальной, в летний период параметры формы и масштаба значительно выше  =  = 4. Модель хорошо предсказывает моду и слабо максимальный ветер, в основном модель сильно занижает его значения.

Список литературы

Карлин Л.Н., Акселевич В.И Влияние ветра на боевое применение авиации // Авиационная метеорология. 2006. С.5-10.

Суркова Г.В., Крылов А.А. Изменения средних и экстремальных скоростей ветра в Арктике в конце XXI века // Арктика и Антарктика. – 2018. – № 3. – С. 26 - 36.

Погода в 243 странах мира: официальный сайт. –URL: https://rp5.ru/(дата обращения: 11.11.2020)

Кривошеин В.Н. Законы распределения значений метеорологической дальности видимости // Перспективы развития информационных технологий – 2013. - №16. – С. 60-66.

Игнатьев С.Г., Киселева С.В. Разработка обобщенных методов расчета эффективности использования ветровых ресурсов. // Прикладные аспекты геологии, геофизики и геоэкологии с использованием современных информационных технологий. – 2011. – С. 91 - 100.