Погода в Мурманске из Норвегии

мурманская область

 

Часть I. Метеорологический режим. 3. Ветер

 

 

3.1. Повторяемость направлений и средняя скорость ветра

 

Режим ветра над морем определяется в основном характером сезонного барического поля, складывающегося в результате атмосферной циркуляции. Зимой в соответствии с глубокой ложбиной, образованной преобладающими траекториями циклонов и простирающейся от исландского минимума на Баренцево море, в южной части его преобладают ветровые потоки, направленные с юго-запада и юга. Повторяемость юго-западных и южных ветров на побережье Скандинавии и Кольского полуострова составляет в сумме около 50 %. С удалением от побережья их доля несколько уменьшается, и на 71—72° с. ш. южные и юго-западные ветры составляют 30—40 %. В восточных районах моря, примыкающих к Новой Земле, преобладающими являются юго-восточные и восточные ветры, повторяемость их 60% и более. Северная половина моря зимой находится под действием северо-восточных и восточных потоков воздуха (рис. 3.1, табл. 3.1).

 Рис. 3.1. Повторяемость направлений и средняя скорость ветра по направлениям

 Таблица 3.1 Статистические характеристики повторяемости направлений ветра и штилей, %

Таблица 3.1 Статистические характеристики повторяемости направлений ветра и штилей, %

Картина распределения средней скорости ветра в зимние месяцы также соответствует барическому рельефу [19]. В юго-западной части моря в центре барической ложбины отмечаются наибольшие значения средней месячной скорости ветра, равные 10 м/с и больше (январь). К северу и востоку скорость ветра убывает и особенно сильно в районах, прилегающих к Восточному Шпицбергену (до 6 м/с и менее). У побережий и в самой береговой зоне создается своеобразный ветровой режим. У Северной Скандинавии наблюдается сгущение изолиний и уменьшение средней скорости, вызванное тормозящим влиянием суши. У побережья Кольского полуострова и арх. Новая Земля, наоборот, отмечаются зоны повышенных значений средней скорости. Первая из них связана с дополнительным усилением преобладающих зимой юго-западных ветров под влиянием термического контраста между холодной сушей и теплым морем [119]. Вторая — обусловлена частым возникновением новоземельской боры на западном побережье острова.


В течение почти всей зимы наблюдается ровный ход средней месячной скорости ветра (табл. 3.2). Средняя скорость ветров различных направлений неодинакова. Имеют место определенные закономерности
в ее пространственном изменении. В юго западной и центральной частях моря наибольшую среднюю скорость имеют западные и северо-западные ветры (9—10 м/с), преобладающие направления в среднем уступают им по силе (8—9 м/с) (см. рис. 3.1, табл. 3.3).


Севернее о. Медвежий указанные ветры также характеризуются наибольшей средней скоростью наравне с преобладающими здесь зимой северными и северо-восточными ветрами. В юго-восточной части моря, к востоку от 40° в. д., наиболее сильными являются преобладающие юго-западные ветры, такую же среднюю скорость имеют и более редко наблюдаемые зимой западные ветры.


В зоне влияния новоземельской боры [289] средняя скорость, наборот, существенно выше и достигает значений, характерных для некоторых направлений ветра с моря. Следует отметить, что в ряде мест южного побережья (Цып-Наволок, Колгуев Северный и др.) средняя скорость северных и северо-восточных ветров, сравнительно редко наблюдаемых зимой, оказалась самой высокой (10— 12 м/с), повторяемость каждого из направлений в отдельности менее 10%. Наименьшая средняя скорость во всей южной половине моря, кроме районов, примыкающих к Новой Земле, свойственна ветрам восточной четверти.

Таблица 3.2 Средняя месячная скорость ветра (первая строка) и среднее квадратическое отклонение (вторая строка), м/сТаблица 3.3 Средняя скорость ветра по направлениям V и межгодовая изменчивость скорости о, м/с

Таблица 3.3 Средняя скорость ветра по направлениям V и межгодовая изменчивость скорости о, м/с

Весной в связи с перестройкой поля давления изменяется и направление преобладающего ветрового потока, увеличивается повторяемость ветров с северной составляющей (см. рис. 3.1 б). На большей части моря в это время наблюдаются северозападные и северные ветры.


В северном и северо-западном районах моря повторяемость направлений ветра в мае еще в значительной степени сохраняет зимний характер — заметно высокой остается повторяемость восточных ветров. К этому времени сокращается число североатлантических циклонов, перемещающихся на Баренцево море. Средняя месячная скорость ветра уменьшается до 4—5 м/с на северо-западе и до 6—7 м/с — на остальной части моря. В районах открытого моря нет существенной разницы в средней скорости ветра отдельных направлений. Она равна 6—7 м/с. На побережье, вследствие влияния орографии, ориентации береговой линии и по другим причинам, наблюдается усиление ветров определенных направлений [399], что отражается на средней скорости.


Летом над исключительно однородной и холодной подстилающей поверхностью моря образуется малоградиентное поле высокого давления, в связи с чем почти над всем морем господствуют однородные ветровые условия с преобладанием воздушных потоков с северной половины горизонта и только в западной части моря (в июле) нередки также западные ветры (см. рис. 3.1 в). Средняя месячная скорость ветра около 6 м/с, на севере — около 5 м/с. При этом средняя скорость ветра западного направления несколько выше.


Осенью происходит активизация ветровой деятельности в связи с увеличением количества циклонов, перемещающихся в район Баренцева моря. Сокращается повторяемость ветров северных направлений, чаще отмечаются ветры, характерные для зимы, хотя повторяемость их меньше, чем зимой (см. рис. 3.1 г). К октябрю средняя скорость ветра возрастает до 7 м/с, а на западе моря до 8 м/с и более. Наибольшая средняя скорость свойственна преимущественно тем же направлениям ветра, что и в зимний период. Разность между наибольшей и наименьшей средней скоростью ветра по румбам в удаленных от побережий районах моря составляет обычно 2—3 м/с, а на побережье — возрастает до 4—5 м/с.


Рассмотренная выше средняя картина сезонной повторяемости направлений ветра над морем подвержена межгодовым изменениям в соответствии с колебаниями циркуляции атмосферы. Однако проанализировать эту изменчивость можно лишь по наблюдениям береговых станций.


Наибольшие средние квадратические отклонения повторяемости отмечаются у преобладающих направлений ветра в сезоне, а наименьшие — у тех, что имеют небольшую повторяемость (табл. 3.1). Относительные межгодовые изменения повторяемости ветра (коэффициент вариации — Cv) колеблется от 0,4 до 1,0.


Межгодовые изменения средней скорости по направлениям подвержены еще меньшим изменениям, чем повторяемости направлений. Коэффициенты вариации их редко достигают 0,4—0,5. При этом средняя скорость преобладающих направлений ветра изменяется от года к году в меньшей степени, чем средняя скорость наиболее сильных ветров, но имеющих относительно небольшую повторяемость. Так, например, средние квадратические отклонения средней скорости ветра юго-западного и западного направлений, которые в январе в Цып- Наволоке преобладают и отмечаются в 74 % случаев, составляют всего 1,6—1,8 м/с, в то время как у наиболее сильных ветров северо-западного и северного направлений они почти в 2 раза больше (3,1—3,3 м/с), хотя суммарная повторяемость этих направлений составляет всего 19% (табл. 3.3). Менее четко выраженные закономерности в многолетней изменчивости средней скорости наблюдаются у ветров тех направлений, у которых и средняя скорость, и повторяемость небольшая. В связи с этим различен также вклад ветров разных направлений в многолетнюю изменчивость средней месячной скорости ветра (рис. 3.2—3.6).


На севере моря (ст. Нагурское) высокая средняя месячная скорость ветра зимой наблюдается в годы, когда возрастает повторяемость ветров преобладающих направлений, южного и юго-восточного, которые характеризуются наибольшей средней скоростью (8—7 м/с). Вклад восточного румба с относительно слабыми скоростями отрицателен, т. е. в зимы с повышенной повторяемостью восточных ветров средняя месячная скорость падает, как это было в январе во второй половине 50-х и 70-х годов, и наоборот (см. рис. 3.3). Многолетние изменения скорости ветра, происходящие в зимние месяцы, определяют также ход средней годовой скорости, так как зимний режим более продолжителен, чем другие, и является преобладающим в году (см. рис. 3.2).

 Рис. 3.2. Многолетний ход средней скорости ветра. Год.

 Рис. 3.3. Многолетний ход средней скорости ветра. Январь.

 Рис. 3.4. Многолетний ход средней месячной скорости ветра. Май.

В южной части моря за последние 60 лет (1920—1980) наблюдалось несколько периодов роста и падения средней месячной и годовой скорости ветра, которые имели место или на всей акватории моря и во все сезоны года, как это было при повышении в 50-е годы (кроме ст. Канин Нос в январе и декабре), или они четко проявились только в некоторых районах и в определенные месяцы, как рост в начале 70-х годов (см. рис. 3.3— 3.6). Увеличение средней скорости ветра в многолетнем ходе в южной части моря было вызвано чаще ростом не только повторяемости, но и скорости ветров, причем не одного, а нескольких направлений. Периоды повышений и понижений средней скорости ветра хорошо согласуются по времени с периодами увеличения и уменьшения повторяемости штормовых ветров со скоростью свыше 15 м/с.

Рис. 3.5. Многолетний ход средней месячной скорости ветра. Июль.Рис. 3.6. Многолетний ход средней месячной скорости ветра. Октябрь

Согласованность многолетних изменений средней скорости ветра и повторяемости сильных ветров свыше 15 м/с лучше проявляется в зимние месяцы, так как доля сильных ветров в суммарной повторяемости скоростей различных градаций зимой больше, чем в другие сезоны. Об этом же свидетельствуют и значения коэффициентов корреляции (табл. 3.4) между указанными характеристиками ветра, отражающие тесноту связи между ними. Зимой эта связь оценивается коэффициентом корреляции выше 0,80, а летом (в августе) — в 4 раза меньше. Следует отметить также, что с середины 70-х годов средняя скорость ветра на большей части моря ниже средней многолетней (см. рис. 3.2). В некоторых районах процесс понижения скорости ветра отмечается в течение длительного периода, а именно, со времени повышения его в 50-х годах (Цып-Наволок, Колгуев Северный).

 

3.2. Повторяемость ветров различной силы

 

Наиболее частыми ветрами при всех направлениях зимой являются ветры со скоростью 6—10 м/с. Тихая погода со скоростями до 5 м/с на большей части моря наблюдается в 20—30 % случаев (рис. 3.7). Вдоль юго-восточных берегов моря повторяемость слабых ветров несколько увеличивается (до 30—40 %). Значительные пространственные изменения претерпевает она на западе моря. Южнее о. Медвежий слабые ветры отмечаются менее чем в 20 % времени, а к северу от него повторяемость их быстро возрастает и достигает 50 % и более в районах, прилегающих к о. Восточный Шпицберген.

Рис. 3.6. Многолетний ход средней месячной скорости ветра. Октябрь

Рис. 3.7. Повторяемость слабых ветров (^5 м/с), %.

Интересно отметить, что повторяемость слабых ветров у западного побережья арх. Новая Земля больше, чем у Мурманского побережья, несмотря на частое возникновение новоземельской боры. Маловетреная погода наблюдается здесь зимой в 30—33 % времени, перемежаясь периодами усиления ветра, причем в половине случаев (16 %) слабые скорости ветра отмечаются при тех же направлениях (восточном и юго-восточном), при которых возникает сильный порывистый ветер-бора. Реже всего здесь слабые ветры направлены со стороны моря, т. е. с западной четверти горизонта. У побережья Кольского полуострова маловетреная погода со скоростью до 5 м/с зимой возможна в среднем в 15—20 % случаев и наблюдается преимущественно при ветрах южных направлений (Ю, ЮВ, ЮЗ).

На долю скоростей ≥11 м/с в районах открытого моря зимой приходится около 30—40 % (рис. 3.8). Это значит, что около 17—20 дней в месяце ветер с указанной скоростью дует в течение части или целых суток. В северо-западной и юговосточной частях моря их повторяемость уменьшается до 20 % и менее. Однако выделяются районы с повышенной повторяемостью указанных^ скоростей. На юго-западе моря вдоль оси зимней барической ложбины, а также около о. Южный арх. Новая Земля повторяемость скорости ≥11 м/с превышает 40 %, а у побережья Мурмана такие скорости наблюдаются зимой почти в половине всех случаев (45—55 %), вследствие чего средняя месячная скорость ветра в декабре—феврале достигает здесь самых высоких значений (около 11 м/с), а число дней с указанной скоростью составляет 21—30 в месяц.


Исследованием [14] установлено, что при скорости ветра до 5 баллов (8—11 м/с) показания береговых станций южной части Баренцева моря, как правило, хорошо согласуются с наблюдениями за ветром в море на расстоянии около 300 км от берега. Орографическое искажение (возмущение) воздушного потока особенно резко проявляется при большой скорости ветра (рис. 3.9). Известно усиление ветра при движении воздуха по касательной к выпуклой береговой линии при расположении суши справа от потока [47, 313], которое проявляется у Канина Носа при ветрах южного и юго-восточного направлений, у Святого Носа — при западном и северо-западном ветрах. Кроме того, на ст. Канин Нос происходит дополнительное ускорение юго-восточного ветра за счет гравитационного стока воздуха по склону хребта к морю [51]. В губах и заливах Кольского полуострова с ориентацией близкой к меридиональной наблюдается усиление преобладающих зимой ветров с  континента — южного и юго-западного направлений. 


Немаловажную роль играет термический контраст между сушей и теплым морем. Зимой, при прочих равных условиях, штормы юго-западного направления у побережья достигают особенно большой силы в том числе, когда над сушей температура воздуха ниже, чем над морем [119]. В результате влияния всех указанных причин повторяемость сильных ветров ≥15 м/с у побережья Мурмана превышает 15 % (см. рис. 3.9). Так же часто сильные ветры наблюдаются в районе моря между северной оконечностью Скандинавии и о. Медвежий, где они связаны преимущественно с западным и северо-западным направлениями. В центральной части южной половины моря (квадраты XIII—XV) скорость ветра ≥15 м/с отмечается в 10—15 % случаев, чаще при южном и юго-западном направлениях (табл. 3.5).
В северо-западной части моря такая скорость сравнительно редка (5 %) и наиболее вероятна при преобладающих зимой северных и северо-восточных ветрах. 

Рис. 3.8. Повторяемость скорости ветра ^ 11 м/с, %.
В соответствии с годовыми изменениями в барическом поле и в циркуляции атмосферы весной повторяемость слабых ветров возрастает на большей части моря до 40—50 %, а в северных районах даже до 50—60% (см. рис. 3.7). Уменьшается повторяемость сильных ветров (см. рис. 3.8, 3.9). В южной половине моря последние возникают чаще при северном и северо-западном направлениях. В мае повторяемость скорости ветра 15 м/с и более на акватории моря составляет 1—4 % (см. рис. 3.9). На побережье Новой Земли она остается еще высокой (более 10 %) и связана в основном с возникновением новоземельской боры, так как в 88 % случаев усиление ветра происходит при восточном и юго-восточном направлениях. В прилегающем к острову квадрате XVII сильные ветры ≥ 15 м/с возможны чаще при северном и северозападном направлениях и реже при юго-восточном (табл. 3.5). По данным работы [399], радиус действия новоземельской боры в сторону моря в среднем не превышает 25 км. Для сравнения отметим, что на Черном море во время действия новороссийской боры (со скоростью 30 м/с) происходит усиление ветра до 15 м/с в открытом море на расстоянии 150 км от берега [241].


Летом над морем преобладают слабые ветры до 5 м/с, повторяемость их на большей части моря в июле равна 50—60 %. Скорости ≥11 м/с наблюдаются в 5—10 % случаев, из них на долю сильных ветров ^ 15 м/с приходится всего лишь около 1—2%. Сильные ветры почти на всем море летом наблюдаются при северных румбах и только в районе Нордкап—Медвежий еще и при западном направлении. Уменьшается повторяемость сильных ветров у побережья Новой Земли (до 2—5%), но, как и в другие сезоны, они наблюдаются главным образом при возникновении боры — в 88—89 % случаев сильные ветры имеют восточные и юго-восточное направления.

 Осенью в свяи с увеличением горизонтального барического градиента, началом сезонной активности атмосферной циркуляции уменьшается повторяемость слабых ветров. В октябре они наблюдаются в 30—40 % случаев, т. е. реже, чем в мае. Почти в 3—4 раза по сравнению с летом возрастает повторяемость скорости ≥ 11 м/с (до 20—30 %). Из них на долю сильных ветров ≥15 м/с приходится 5—10%. Наиболее вероятны сильные ветры при западном направлении в районе Нордкап— Медвежий, при северо-западном — в районе Центральной возвышенности и Мурманской банки и при ветрах восточной четверти — в Печорском море. В районах моря, прилегающих к Шпицбергену, сильные ветры, как и зимой, наиболее вероятны при преобладающих ветрах северного и северо-восточного румбов (квадраты I, II). Многолетняя повторяемость скорости ветра ≥11, 15 м/с в среднем за год близка по своим значениям и по закономерностям пространственного распределения к данным в осенний период (рис. 3.10, 3.11).

Рис. 3.9. Повторяемость скорости ветра ^15 м/с, %.
Годовой ход повторяемости сильных ветров по береговым станциям (табл. 3.6) соответствует ходу средней месячной скорости ветра, рассмотренной в предыдущем разделе. Средние квадратические отклонения повторяемости сильных ветров, характеризующие ее межгодовую изменчивость, свидетельствуют, что в зимние месяцы повторяемость скорости ≥ 15м/с претерпевает особенно значительные  изменения от года к году. Среднее квадратическое изменение составляет около 50—85 % от многолетнего среднего значения повторяемости. В теплое время года межгодовые изменения невелики, но по абсолютному значению они приблизительно в 1,5 раза превышают среднюю повторяемость сильных ветров.

Рис. 3.9. Повторяемость скорости ветра ^15 м/с, %.

 Рис. 3.10. Повторяемость скорости ветра ^11 м/с. Год, %.

Рис. 3.11. Повторяемость сильных ветров (^15 м/с).

 

Таблица 3.5 Условная повторяемость скорости ветра ^ 15 м/с по направлениям. Открытые районы моря, % числа наблюдений в румбе за сезон

 

Таблица 3.6 Повторяемость скорости ветра выше 15 м/с (первая строка) и среднее квадратическое отклонение повторяемости (вторая строка), %

В многолетних колебаниях характеристик ветрового режима проявляются естественные изменения в циркуляции атмосферы, которая является основным и наиболее динамичным фактором, играющим главную роль в формировании режима ветра. На основе анализа многолетнего хода повторяемости и продолжительности действия всех типовых элементарных циркуляционных механизмов северного полушария [109, 110] сделан вывод о наличии в природе циркуляционных эпох, характеризующихся сравнительно однородным циркуляционным режимом, вследствие преобладания определенных форм циркуляции, которым соответствуют также периоды повышенной или пониженной ветровой активности. Так, в первые десятилетия 20-го века преобладали меридионально направленные процессы, а затем они значительно ослабли, и заметно возросли продолжительность действия и повторяемость зональных процессов. Смена циркуляционного режима произошла в 20—30-е годы, а затем наметился перелом в 50-е годы, о чем свидетельствовали резкие колебания погоды. Высказано предположение, что возможен ход колебаний с зональной и меридиональной циркуляцией с 20—25 летним периодом.

 Нет необходимости делать непосредственное сопоставление многолетнего хода характеристик ветрового режима с ходом циркуляции, так как один и тот же тип (или разновидность типа) циркуляции в разных районах обусловливает различную погоду. Неодинаковым может быть также эффект действия одной и той же формы циркуляции в разных сезонах.

Рис. 3.12. Многолетний ход повторяемости ветра ^ 15 м/с. Год.

Рис. 3.13. Многолетний ход повторяемости ветра ^ 15 м/с. Январь

 

Рис. 3.14. Многолетний ход повторяемости ветра ^ 15 м/с. Май

Рис. 3.15. Многолетний ход повторяемости ветра ^ 15 м/с. Июль.

 

Рис. 3.16. Многолетний ход повторяемости ветра ^ 15 м/с. Октябрь

 

На кривых многолетнего хода повторяемости скоростей ветра более 15 м/с на побережье и островах Баренцева моря с 1920 по 1983 г. (рис. 3.12— 3.16) выделяются три периода с повышенной повторяемостью сильных и штормовых ветров на рубежах: 20—30, 40—50 и 60—70-х годов. В такие периоды имеет место резко выраженная тенденция к преобладанию штормовых лет, но не исключена возможность и отдельных лет с относительно слабыми ветрами. Точно так же в периоды преобладания слабой скорости ветра могут наблюдаться годы с большой повторяемостью сильных и штормовых ветров. Из указанных трех периодов наиболее высокая повторяемость сильных и штормовых ветров в западной части моря наблюдалась на границе 40—50-х годов, а в восточной — в середине 50-х. Последнее повышение было менее значительным повсеместно, и поэтому за последние 30— 35 лет, т. е. со времени второго повышения, а на некоторых станциях и с 20—30-х годов, наблюдается общая тенденция к понижению повторяемости сильных ветров. Таким образом в многолетнем ходе повторяемости сильных и штормовых ветров за период с 1920 по 1980 г. имеет место отрицательный линейный тренд, в среднем равный 0,8—1,0 % за 10 лет.

В первый и в последний периоды повышений рост повторяемости скорости более 15 м/с отмечен в основном в холодное время года, причем в отдельные месяцы он был незначительным или вовсе не наблюдался. В 40—50-е годы количество штормов увеличилось почти повсеместно в холодное время года, а в восточной половине моря и в теплое. На юго-западе моря на рубеже 40—50-х годов доля сильных ветров в среднем за год достигала 14,1 %, а в период наметившегося последнего понижения упала до 1,8 % (1980). Аналогичное изменение повторяемости сильных ветров наблюдалось и на севере моря, хотя размах колебаний ее был меньше: максимум на ст. Нагурское составил 6,7 % в 1956 г., а минимум 0,6—0,8 % в 1978—1979 гг. Еще более значительные изменения в повторяемости скоростей более 15 м/с отмечены в юго-восточной части моря. На о. Колгуев скорость ветра выше указанного предела в 1955 г. наблюдалась в 23,2 %, а в 1979 г. — лишь в 1,4 % случаев.


Все эти изменения в режиме скорости ветра являются отражением реального хода колебаний зональной и меридиональной циркуляции. Однако вопрос о том, действительно ли они происходят с периодом в 20—25 лет, требует дополнительного исследования.

 

3.3. Непрерывная продолжительность.ветров различной силы и направления

 

Непрерывная продолжительность ветров различной силы на побережье определялась по 4-срочным наблюдениям. При этом условно считалось, что скорость ветра, отмеченная в срок наблюдений, является характерной и для 6-часового интервала времени между сроками. Так, если скорость ветра более определенного предела отмечалась в два последовательных срока наблюдения, то непрерывная продолжительность ее принималась равной 12 ч. Считалось, что период прерывался, если скорость ветра уменьшалась и переходила через заданный предел хотя бы в один из сроков наблюдений. Оценка возможных погрешностей при таком методе расчета непрерывной продолжительности ветров определенной силы дана в работе [148]. По многолетним наблюдениям береговых станций было установлено, что имеется достаточно тесная корреляционная связь (рис. 3.17) между средней продолжительностью периода со скоростью ветра выше определенного предела т и интегральной повторяемостью скоростей ветра выше этого же уровня F(x), которая выражается уравнением

 

Теснота корреляционной связи оценивается коэффициентом, равным 0,92. Средняя квадратическая погрешность расчета продолжительности по уравнению (3.1) составляет 1,8 ч.

Для отдельных направлений ветра указанная корреляционная связь имеет меньшую тесноту, выражающуюся коэффициентом корреляции 0,76. Для районов открытого моря непрерывная продолжительность сильных и штормовых ветров рассчитана по данным о повторяемости ветров со скоростью выше определенного предела с использованием уравнения связи (3.1).


Наибольшая продолжительность сильных и штормовых ветров наблюдается в тех районах моря, где располагаются основные пути активных циклонов и в тех районах побережья и островов, где есть местные условия, способствующие увеличению скорости ветрового потока при определенных его направлениях. Эти два фактора обусловливают различия в распределении на акватории моря среднего годового числа штормов, различных по силе, направлению и продолжительности.

Рис. 3.17. Связь между средней продолжительностью т скорости ветра более определенного предела и интегральной повторяемостью скорости более того же предела.

Средняя продолжительность ветров со скоростью ≥10 м/с (с учетом всех направлений) зимой на большей части моря составляет 15—20 ч и лишь в отдельных районах превышает 20 ч: между м. Нордкап и о. Медвежий, у побережья Мурмана и Новой Земли. В первом из этих районов сравнительно большая длительность сильных и штормовых ветров обусловлена частыми перемещениями активных циклонов, в двух других — влиянием физико-географических особенностей при определенных синоптических ситуациях, о чем уже было сказано в предыдущем разделе. Продолжительность ветров разных направлений с указанной скоростью на море различается в это время года в среднем на 5—7 ч (рис. 3.18),на побережье эти различия больше. В условиях равнинного или слабо пересеченного рельефа южного побережья средняя продолжительность сильных ветров разных направлений различается в 1,5—2 раза, а в условиях горно-берегового рельефа Новой Земли — в 2—3 раза. Среднее число периодов со скоростью ≥ 10 м/с в среднем за год составляет 100—160, из них на зимний сезон приходится от 50 до 95 периодов, т. е. около 50—60 % (табл. 3.7).

 Таблица 3.7 Непрерывная продолжительность ветров со скоростью ^15 м/с. Год, ч

 

 Средняя продолжительность штормов силой 15 м/с и более зимой составляет 8—10 ч (см. рис. 3.18 6). В южной и юго-восточной частях моря штормовые ветры наиболее продолжительны при юго-западных и южных направлениях и в среднем длятся 10—15 ч. В районе Нордкап-Медвежий такая скорость ветра дольше сохраняется при западных и северо-западных направлениях (в среднем 13—15 ч). Один раз в 10 лет непрерывная продолжительность штормов со скоростью 15 м/с и более может составить 40—60 ч. Еще более продолжительны ветры восточных направлений у побережья о. Южный арх. Новая Земля. В среднем, они наблюдаются около 20—22 ч непрерывно, а 1 раз в 10 лет их продолжительность достигает 100 ч (табл. 3.7).

 

Рис. 3.18. Непрерывная продолжительность ветра зимой.

 

Таблица 3.8 Среднее число периодов со скоростью ветраТаблица 3.8 Среднее число периодов со скоростью ветра

С увеличением интенсивности штормов число и продолжительность их уменьшается. Степень этого уменьшения неодинакова в различных районах моря. Число штормов со скоростью ветра ≥15 м/с на юго-западе в 2—3 раза, а на юго-востоке — в 3—4 раза меньше, чем со скоростью ≥10 м/с. Количество штормов, при которых скорость ветра достигает 20 м/с и более, соответственно уменьшается в 5—9 раз в юго-западной части и еще более значительно — в юго-восточной. В юго-западной части моря в среднем насчитывается 36—39 штормовых периодов различной длительности со скоростью 15 м/с и более, суммарная их продолжительность за зиму превышает 500 ч. Это составляет 70—80 % от их продолжительности за год. В юговосточной части моря число периодов уменьшается более чем вдвое по сравнению с районом Нордкап—Медвежий и составляет 16—18 (табл. 3.8), при этом их суммарная продолжительность равна 150—180 ч.


Количество штормов, во время действия которых сила ветра достигает 9 баллов (≥20 м/с), в южной половине моря также уменьшается с запада на восток от 15 до 4 за зиму. Доля продолжительных штормов падает, а кратковременных увеличивается с ростом их интенсивности. Кратковременные периоды продолжительностью ≤ 6 ч составляют зимой 30—40 % при скорости ветра ≥10 м/с, 40—50% при сильных ветрах (≥15 м/с) и до 50—65 % при штормах (≥20 м/с). Поэтому средняя продолжительность периодов со скоростью ≥20 м/с невелика, от нескольких до 10 ч. Более продолжительные периоды наблюдаются не ежегодно. Например, 1 раз в 10 лет возможна продолжительность, равная 20—35 ч.


На западном побережье Новой Земли ветры штормовой силы (2^9 баллов) возникают в среднем 25—35 раз за зиму, что составляет 70—75 % их числа за год. Средняя продолжительность их зависит от направления ветра. При возникновении боры штормовые ветры восточного и юго-восточного направлений наблюдаются в среднем по 11 — 17 ч подряд. При других направлениях ветры указанной силы менее продолжительные и длятся в среднем 5—10 ч.


Весной уменьшается не только повторяемость сильных и штормовых ветров, но и их непрерывная продолжительность. Число периодов с ветрами ≥10, 15 м/с в южной части моря сокращается в 3—6 раз по сравнению с зимой, но не только в связи с уменьшением активности циклонической деятельности, но и потому, что весенний сезон значительно короче зимнего. На три сезона (весна, лето, осень), длительность которых в сумме равна длительности зимы, приходится около 40—50 % годового числа периодов со скоростью ≥10 м/с, 20—35 % периодов с сильным ветром ^15 м/с и только 10—20 % с ветрами штормовой силы (≥ 20 м/с).


Средняя продолжительность скорости ветра ≥10 м/с с учетом всех направлений весной равна 10—14 ч (рис. 3.19). Продолжительность при отдельных направлениях может отличаться на 2—3 ч. Усиление ветра до 15 м/с и более на море происходит 2—6 раз за сезон со средней непрерывной продолжительностью 5—8 ч. В южной и юго-западной частях моря сильные ветры бывают наиболее продолжительными чаще при северных и северовосточных направлениях ветра. На побережье местами средняя продолжительность сохранения скорости ≥15 м/с при некоторых направлениях ветра достигает 10—15 часов, а 1 раз в 10 лет возможна от 20 до 48 ч. Случаи возникновения штормового ветра со скоростью ≥20 м/с весной редки и наблюдаются не каждый год.

Рис. 3.19. Непрерывная продолжительность ветра весной.

Рис. 3.20. Непрерывная продолжительность ветра летом.

Летом средняя картина распределения продолжительности ветров со скоростью ≥ 10 м/с и ≥15 м/с на море (рис. 3.20) мало отличается от весенней, хотя число случаев усиления ветра до указанных пределов несколько уменьшается (табл. 3.8).


Штормовые ситуации, когда ветер на короткое время достигает скорости 20 м/с и более, на море возникают в это время года не чаще 1—2 раз за 10 лет, за исключением побережья Новой Земли, где такое усиление ветра при боре может быть в среднем 3 раза за лето. В районе Русской Гавани штормовые ветры продолжительны при южном направлении (в среднем около 8 ч), хотя преобладающими в это время года являются западные ветры, а в районе Малых Кармакул, как и зимой, при восточном (10—11 ч) и юго-восточном направлениях (7—9 ч).


Осенью в связи с увеличением циклонов, перемещающихся в район Баренцева моря, число периодов с сильными ветрами ≥15 м/с возрастает до 5—10, а их непрерывная продолжительность — в среднем до 8—10 ч. При этом ветры, дующие с запада и северо-запада,' как и зимой, более продолжительны (10—15 ч), чем ветры других направлений (рис. 3.21). В отдельных случаях осенью наблюдается усиление ветра до штормовых скоростей ≥20 м/с (6 среднем 1 раз за сезон).


В табл. 3.9 дана непрерывная продолжительность скорости ≥20 м/с на побережье в среднем за год и возможная 1 раз в определенное число лет при тех направлениях ветра, при которых штормовые скорости наиболее часты и продолжительны.

Продолжительность штормойОго йетрй, возможная 1 раз в 10 лет, при некоторых направлениях может достигать 1 —1,5 сут, а при новоземельской боре 2 — 4 сут. Наблюдавшаяся максимальная продолжительность штормовых ветров чаще соответствует возможной 1 раз в 50 лет или превышает ее.

Рис. 3.21. Непрерывная продолжительность ветра осенью

 

3.4. Наибольшая скорость и порывы ветра


На большей части моря нет или очень мало надежных судовых наблюдений при экстремальных погодных условиях. Поэтому наибольшая скорость ветра различной вероятностиvможет быть получена лишь расчетным методом. Для этого использованы измерения скорости ветра на су^ах за весь период наблюдений по 1971 г. Интегральные кривые распределения всей совокупности ^меренных скоростей аппроксимированы двухпараметрической функцией вида

 

На рис. 3.22 дана наибольшая скорость ветра различной вероятности, полученная по совокупности измерений скорости ветра за год. Она характерна и для зимнего сезона, так как самая большая скорость ветра наблюдается именно в это время года. Следует отметить, что скорость ветра, рассчитанная по совокупности наблюдений за год, иногда оказывается выше на 1 м/с, чем за зиму, вследствие сложения малых значений сезонных вероятностей. Наибольшая скорость ветра редкой повторяемости (с учетом всех направлений), возможная в другие сезоны, не приводится, но она меньше, чем зимой: на 5—7 м/с весной и летом, на 3—5 м/с осенью. Румбовые значения их соответственно ниже зимних на 7—10 м/с весной и летом, на 4—7 м/с осенью [66]. Значения параметров у и 0 аппроксимирующей функции (3.2) в открытых районах моря изменяются в зимнее время в пределах у=2,2... 2,4, Р=9... 12 м/с; в теплый период 1>9.. - 2,1, Р=3... 6 м/с.

Таблица 3.9 Непрерывная продолжительность ветров т со скоростью

Таблица 3.9 Непрерывная продолжительность ветров т со скоростьюРис. 3.22. Наибольшая скорость ветра, возможная 1 раз в 1 год (а), в 5 лет (б), в 20 лет (в), в 50 лет (г), м/с.

Приведенная на рис. 3.22 скорость ветра малой вероятности возможна не в любой момент времени, а в один из четырех сроков наблюдений. При увеличении числа сроков наблюдений значения скорости ветра несколько возрастают но сравнению с 4-срочными. Так, при 8-срочных наблюдениях они будут выше на 1—2 м/с, а при ежечасных на 2—3 м/с. Наибольшая скорость ветра малой вероятности для различных направлений рассчитана по условным вероятностям скорости ветра, полученным для каждого направления, и представлена в виде розы преимущественно для южной половины моря.

Плавание судов в северных районах моря возможно лишь в теплое время года, а поэтому ограниченный объем судовой информации не позволяет получить данные о наибольшей скорости ветра редкой повторяемости рассмотренным методом. Они рассчитаны одним из известных косвенных методов [149]. Однако в этом случае с достаточной степенью точности можно получить лишь скорость малой вероятности без учета направления ветра.


На большей части акватории моря скорость ветра, возможная 1 раз в 1 год (независимо от его направления), равна 21—26 м/с (см. рис. 3.22). Скорость ветра, возможная 1 раз в 5, 10, 20 и 50 лет, выше указанных соответственно на 10, 14, 19 и 23%. У побережий с особым режимом большой скорости ветра, о чем было сказано в предыдущих разделах этой главы, скорость ветра редкой повторяемости увеличивается по сравнению с районами открытого моря, особенно значительно для некоторых направлений.

Таблица 3.10 Характеристики порывистости при различной средней скорости ветра на побережье


Исследования порывистости ветра и уточнение режимных характеристик порывистости над акваторией моря производятся, главным образом, в целях определения нагрузок и воздействий на строительные сооружения и суда. Известно, что порывистость ветра зависит от температурной стратификации атмосферы, шероховатости подстилающей поверхности, интервала осреднения порывов, высоты уровня измерения. По измерениям, выполненным на береговых станциях северных морей, получены характеристики порывистости ветра, которые оказались очень близкими между собой, несмотря на некоторые возможные различия в шероховатости подстилающей поверхности [150]. В береговой зоне измерялись порывы ветра Vмакс2 длительностью 2—3 с за интервал времени 2 мин. Средняя скорость ветра V10 при этом определялась за интервал 10 мин (табл. 3.10). Абсолютная порывистость ветра линейно возрастает с увеличением его средней скорости в соответствии с уравнением

 

Вариации индивидуальных значений максимальных порывов увеличиваются с ростом средней скорости ветра, вследствие изменения физических характеристик воздушных масс и условий их стратификации. Средние квадратические отклонении порывов за 2 мин составляют 1,1—1,2 м/с при слабых ветрах и 2,0—2,4 м/с при скорости более 20 м/с:

  

Общепринятой характеристикой относительной порывистости ветра является коэффициент порывистости, представляющий собой отношение максимального порыва, осредненного за промежуток времени Δт, к средней скорости ветра за интервал т (в нашем случае Δт=2... 3 с, т= 10 мин)

 

Однако интервал времени, за который определяется максимальный порыв ветра на побережье (2 мин), не совпадает с интервалом средней скорости (10 мин). Коэффициент порывистости быстро уменьшается с ростом скорости при слабых и умеренных ветрах и медленно — при сильных и штормовых. В последнем случае коэффициент порывистости равен 1,15—1,16.

Максимальные порывы ветра над акваторией моря, в отличие от береговых станций, измерены за тот же 10-минутный интервал времени, за который определена средняя скорость ветра. И следовательно, они должны быть больше по значению, чем порывы за 2 мин [151]. В районах моря, свободных ото льдов, эти различия составляют в среднем 1 м/с. Рост порывистости ветра происходит здесь в соответствии с уравнением

 

При одинаковой средней скорости ветра максимальные порывы у поверхности моря, покрытой 5—7-балльными льдами, в среднем несколько меньше, чем над водной поверхностью, что видно из табл. 3.11 и уравнения

 

Кроме того, они характеризуются также меньшей изменчивостью, которая возрастает с увеличением средней скорости ветра, но медленнее, чем над водной поверхностью.
Основной причиной различий в характеристиках порывистости ветра, вероятно, является неодинаковое состояние поверхности моря и связанная с этим стратификация атмосферы. Над теплыми водами моря зимой при прохождении холодных арктических масс воздуха часто создаются условия, благоприятные для развития турбулентности в неустойчиво стратифицированном нижнем слое атмосферы. Известно, что в конвективных условиях структура порывов характеризуется значительной неоднородностью, большими амплитудами и периодами пульсаций [221].


В области кромки льда, в 5—7-балльных льдах молодого возраста, условия температурной стратификации нижнего слоя атмосферы отличаются от тех, что наблюдаются над водной поверхностью.

При устойчивой стратификации, часто наблюдаемой над снежной поверхностью и льдами, структура порывов более однородна и, следовательно, изменчивость их меньше, чем над водной поверхностью.


Максимальные порывы, рассчитываемые по уравнениям (3.3), (3.6), (3.7), представляют собой средние значения, обеспеченность которых составляет 53—57 % на побережье, 67 % над водой и 75 % над льдами. Максимальные порывы различной вероятности, в том числе и редко наблюдаемые, могут быть рассчитаны, если известно статистическое распределение всей совокупности значений порывов (или закон их распределения) при заданной средней скорости ветра.

 

 Эмпирические распределения максимальных порывов, измеренных на море, или их отклонений от средней скорости, достаточно хорошо аппроксимируются, как и средние скорости ветра, уравнением
(3.2) по методу работы [13] (рис. 3.23). Значения параметров р и у этой функции не остаются постоянными при различных средних скоростях, а возрастают с увеличением силы ветра. При этом параметр р увеличивается прямолинейно:

 

 

При расчетах динамической составляющей ветровой нагрузки на сооружения, осуществляемых с определенной степенью риска, необходимо такое значение максимального порыва, вероятность которого была бы достаточно мала. На рис. 3.25 даны максимальные порывы ветра, которые не будут превышены с вероятностью 99 % при максимальных скоростях ветра, возможных 1 раз в определенное число лет, рассмотренных выше. Максимальные порывы, возможные 1 раз в год, достигают на акватории открытого моря 32—38 м/с, а в районах, прилегающих к побережью Новой Земли, увеличиваются до 42—44 м/с. Порывы, возможные 1 раз в 5, 20, 50 лет, больше порывов, возможных 1 раз в 1 год, соответственно на 9, 16, 20 %.

 

Поскольку порывистость ветра возрастает с увеличением его средней скорости, наибольшие значения порывов следует ожидать при направлениях ветра, с которыми связана наиболее высокая средняя скорость.

 

3.5. Типовые атмосферные процессы, обусловливающие сильные и штормовые ветры

 

Атмосферные процессы, вызывающие ветры со скоростью 15 м/с и более на акватории моря, отличаются большим разнообразием. Поэтому выявление характерных генетических и морфологических признаков этих процессов и типизация их по выявленным признакам является сложной задачей. Кроме того, она дополнительно усугубляется недостаточной метеорологической освещенностью акватории моря и отсутствием приемлемого метода типизации. В основу данной типизации положена генетическая пространственно-временная аналогия синоптических ситуаций, представленных барическим рельефом, фронтами, траекториями движения барических образований у поверхности земли, а также высотной фронтальной зоной (ВФЗ) на АТ500 [274].


В качестве исходного материала для типизации атмосферных процессов использованы карты погоды у поверхности земли и карты абсолютной топографии АТ500 за 1966—1975 гг. Всего за указанный период рассмотрено 813 случаев усиления ветра до 15 м/с и более. Под случаем подразумевается период непрерывного шторма на акватории.


В результате получено восемь типов атмосферных процессов, обусловливающих сильные и штормовые ветры на акватории моря в холодный (октябрь—март) и семь типов в теплый (апрель— сентябрь) периоды года. Типы процессов теплого полугодия по морфологии сходны с соответствующими типами холодного полугодия. Однако они отличаются меньшей повторяемостью (табл. 3.12) и интенсивностью развития. Атмосферные процессы холодного времени года приведены на рис. 3.26— 3.29. Характерные особенности их сводятся к следующему.


Тип 1. Штормовые ветры возникают в связи с выходом циклонов из районов Северной Атлантики на акваторию Баренцева моря (рис. 3.26 а, б).

Высотная фронтальная зона на AT500 в этом случае имеет северо-западную ориентацию, в связи с чем циклонические образования «ныряют» по ведущему потоку с акватории моря на европейскую часть СССР и Западную Сибирь. Штормовая зона приурочена к тыловой и южной перифериям циклонов.

 Рис. 3.25. Максимальные порывы ветра, возможные 1 раз в 1 год (а), в 5 лет (б), в 20 лет (в), в 50 лет (г), м/с.

Таблица 3.12 Повторяемость типе атмосферных процессов, среднее число случаев

Тип 2. Штормовые и сильные ветры с одинаковой частотой как в холодное, так и в теплое время года возникают на южной периферии быстро перемещающихся циклонов с районов Северной Атлантики в направлении арх. Земля Франца-Иосифа (рис. 3.26 в, г).


Тип 3. Является одним из наиболее часто наблюдаемых в течение всего года (рис. 3.27 а, б). При прохождении циклонов из районов Исландии на Скандинавию на Баренцевом море возникают сильные ветры восточного и юго-восточного направлений. Высотное барическое поле представлено хорошо выраженной ультраполярной ложбиной.


Тип 4. При смещении заполняющихся циклонов с Северной Атлантики в направлении на северовосток как в холодный, так и в теплый периоды года на море наблюдаются юго-западные штормовые ветры (рис. 3.27 в, г).


Тип 5. С обширным циклоном, хорошо выраженным на уровне АТ500, является результатом эволюции атмосферных процессов предыдущего типа, с ним связаны южные штормовые ветры (рис. 3.28 а, б).


Тип 6. В случае выхода циклонов с Северной Атлантики на Баренцево море и при дальнейшем смещении их на восток происходит усиление ветров северо-восточного и восточного направлений до штормовых скоростей. Штормовая зона приурочена к северной и северо-западной периферии циклонов. На карте высотного поля обширный циклон располагается в северной части Баренцева моря (рис. 3.28 в, г).


Тип 7. Характеризуется циклонами, смещающимися на восток от Исландии на Скандинавию. На северной периферии этих барических образований наблюдаются восточные и северо-восточные штормовые ветры. Высотное поле представлено циклоном с хорошо выраженной на его южной периферии высотной фронтальной зоной широтной ориентации (рис. 3.29 а, б).


Тип 8. Наблюдается в основном в холодный период года. Циклонические образования смещаются из района исландской депрессии через Норвежское и Баренцево моря на северо-восток. Штормовая зона находится в западной части Баренцева моря в тылу циклона, расположенного в районе арх. Новая Земля. Барическое поле на уровне АТ500 представлено хорошо оформившимся циклоном в районе северной части Баренцева моря с ярко выраженной ВФЗ на его южной периферии. Высотная фронтальная зона имеет широтную ориентацию над Норвежским и меридиональную — над Баренцевым морями (рис. 3.29 в, г).

Рис. 3.26. Тип 1 (а, б) и тип 2 (в, г) атмосферных процессов
Атмосферные процессы всех типов, вызывающие сильные и штормовые ветры в холодное полугодие, наблюдаются в 3 раза чаще, чем в теплое, что обусловлено сезонной активизацией циклонической деятельности на арктическом фронте. В это же время отмечаются и наиболее затяжные штормовые ветры на Баренцевом море. Частота возникновения тех или иных из рассмотренных типов атмосферных процессов в другие десятилетия может несколько отличаться от полученной за 1966— 1975 гг., даже в пределах одной циркуляционной эпохи.


В заключение следует отметить, что одни из представленных в этой главе характеристик режима ветра даны с большей полнотой, чем в ранее изданных аналогичных работах по Баренцеву морю (средние и наибольшие скорости ветра редкой повторяемости), другие являются совершенно новыми (непрерывная продолжительность ветров различной силы и направления, порывистость ветра на побережье и акватории моря, оценки изменчивости скорости и направлений, максимальные порывы ветра заданной вероятности).

 Рис. 3.27. Тип 3 (а, б) и тип 4 (в, г) атмосферных процессов

 Рис. 3.28.

 Рис. 3.29. Тип 7 (а, б) и тип 8 (в, г) атмосферных процессов