Особенности режима климатических характеристик скорости ветра на территории Сюникскогомарза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности режима климатических характеристик скорости ветра на территории Сюникскогомарза

В.Г. Маргарин

Ереванский государственный университет

Аннотация

Цель: Изучение особенностей режима климатических характеристик скорости ветра на территории Сюникскогомарза Республики Армения является актуальной задачей, особенно в связи с тем обстоятельством, что экономика Армении значительно зависит от внешних поступлений энергоносителей. А силу ветра можно использовать как источник альтернативной энергии.

В статье анализированы и оценены закономерности режима скорости ветра, их территориального и временного распределения, дневного и внутригодового хода, тенденция межгодового изменения на изучаемой территории. Также дана характеристика сильных ветров и штилей. Для анализа использованы данные «Службы по гидрометеорологии и активному воздействию на атмосферные явления» МЧС Республики Армения за период 50 лет и более (1966-2018 гг.) на 7 метеорологических станциях.

Выявлены, что на территории Сюникскогомарза наблюдается хорошо выраженный суточный и разнообразный годовой ход. Разнообразие годового хода скорости ветра обусловлено пересеченностью местности. Средняя годовая скорость ветра составляет 1,1-7,7 м/сек, а годовая максимальная скорость ветра - 18-48 м/сек. Наибольшие скорости ветра наблюдаются на Сисианском и Воротанском перевалах. С высотой растет скорость ветра. Получена корреляционная связь между годовыми средними значениями скорости ветра исследуемой территории и высотой места, которые можно использовать для изучения режима скорости ветра неизученных и мало изученных территорий. В марзе за период 2011-2018 гг. в основном наблюдается тенденция уменьшения скорости ветра по сравнению с периодом за 1966-1985 годы.

Выполненный анализ пространственного изменения характеристик скорости ветрового режима показал разнообразие, обусловленное пересеченностью местности, где рельеф оказывает большое влияние на распределение характеристик скорости ветра.

Полученные результаты могут быть использованы при планировании развития ветроэнергетики на территории Сюникскогомарза, разработке ветроэнергетических кадастров территорий, климатическом обслуживании отраслей народного хозяйства, корректировке строительных нормативов.

Ключевые слова: Армения, Сюникскиймарз, скорость ветра, повторяемость, штиль, глобальное изменение климата, отклонения.

Abstract

FeaturesoftheRegimeofWindSpeedClimaticCharacteristicsintheSyunikMarzArea

V. G. Margaryan

YerevanStateUniversity, Агтепіа

The purpose is to study the feature sof there gime of climatic character is tic sof wind speed in the Syunikmarzarea of the Republic of Armenia is anur gent task, especially in connection with the fact that the Armenian economy significantly dependen to next ernalen ergyinputs. And wind power can beuse das a source of alternative energy.

The article analyze sand evaluates the pattern sof there gime of wind speed, the irterritorial and temporal distribution, daily and intra-year course, the trend of interannual change sinthe study area. Also the characteristic of strong winds and calm sisgiven. For analysis, weused the data of the Hydrometservice of the Republic of Armenia for a period of 50 years and more (1966-2018) at 7 weather stations.

It was revealed that a well-defined diurnal and varied annual courseis observed in the Syunikmarzarea. The diversity of the annual course of wind speed dueto the terrain. Average annual rate windis 1.1-7.7 m/s, and the annual maximum winds peedis 18-48 m/s. The highest wind speeds are observed at the Sisian and Vorotanpasses. With height, wind speed rises. The correlation between the annualaver age wind speed in the studied area and the heigh of the place has been revealed. The values canbe used to study the wind speed regime of unexplored dandlittle studiedareas. Inthemarz for the period 2011-2018 basically, there is a tenden cyfor a decrease in wind speed compared to the period from 1966-1985. The analysis of the spatial variation of the wind speed regime caracteristics showed a diversitydue to the ruggednes sterrain where the terrain has a large impact on the distribution wind speed characteristics.

The results can be used in planning the development of windenergyin the Syunikmarzarea, the development of windenergyca dastresofareas, climateservicesforsectorsoftheeconomy, adjustmentofbuildingstandards.

Keywords:Armenia, Syunikmarz, windspeed, repeatability, calm, globalclimatechange, deviations.

Введение

Ветер является одной из важнейших характеристик состояния атмосферы, ландшафтообразующих, геологических и рельефообразующих факторов на поверхности суши, оказывает механическое воздействие на почву и растительность, значительное влияние оказывает на распределение снежного покрова, загрязнение воздушного бас- человечества в энергетических ресурсах приводит к необходимости поиска и более широкого использования альтернативных источников энергообеспечения. К их числу относится ветроэнергетика. Ее развитие зависит от достоверной информации о режиме ветра на территории предполагаемого размещения ветроэнергетических установок. Это особенно актуально для Республики Армения,имеющей энергозатратную экономику и значительную зависимость от внешних поступлений энергоносителей.

Таблица 1Список метеостанций и метеорологических наблюдательных пунктов в Сюникскоммарзе (в скобках указана дата перевода, из-за которого была нарушена однородность ряда, * - с года работы метеорологических наблюдательных пунктов)

[Table 1.ListofmeteorologicalstationsandmeteorologicalobservationpostsintheSyunikmarzarea(thedateofthetransferisindicatedinbrackets, duetowhichtheuniformityoftheserieswasviolated, * - fromtheyearthemeteorologicalobservationpostswereopen)]

Режим скорости ветра над территорией Армении и изучаемого региона, очень мало изучен. Определенный вклад в изучение режима скорости ветра внесли А. Б. Багдасарян [1], А. Г. Нерсесян [3]. Однако, в Армении специальных научных работ по изучению режима скорости ветра до сих пор не было. Публикации А. Б. Багдасаряна и А. Г. Нерсесяна относятся к 60-м годам XX века. Данные о ветровом режиме юго-восточной части Армении, приведены в ряде климатических пособий [2, 4]. В справочнике [2] освещается ветровой режим территории Армении за период с 1936 по 1963 год. И только в работе [2] средние многолетние характеристики ветра были уточнены с использованием данных за период с 1936 по 2010 год. По объему материала и степени анализа гидрометеорологических условий все эти работы являются основными климатическими пособиями для Сю-никскогомарза.

Целью настоящего исследования является оценка особенностей основных характеристик приземного ветра, анализ территориального распределения скорости ветра, уточнение распределения внутригодового хода и тенденция межгодового изменения скорости ветра на территории Сюникскогомарза Республики Армения. Приведена характеристика сильных ветров и штилей на территории Сюникскогомарза.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве исходных данных в работе использованы материалы многолетних наблюдений за характеристикой скорости ветра со дня открытия станции до 2018 года (данные «Службы по гидрометеорологии и активному воздействию на атмосферные явления» МЧС Республики Армения). Отметим, что за время существования метеослужбы изменилось количество наблюдательных пунктов. Так, на изучаемой территории в разные годы действовали 32 пункта, из них 7 метеорологических станций, а в настоящее время действуют всего 5 метеорологических станций (таблица 1). Исход-ные метеоданные всех этих пунктов привлечены в изложенных в настоящей статье материалах. Дополнительно использованы данные горной труднодоступной метеорологической станции Воро-танский перевал, расположенной на высоте 2387 м в отрогах западной части Зангезурского хребта на границе двух марзов.

Таблица 2Месячные (январь, апрель, июль, октябрь) и годовые значения средней скорости ветра (м/сек) по срокам наблюдений

[Table 2.Monthly (January, April, July, October) andannualvaluesofaveragewindspeed (m/s)

byobservationtime]

Анализ качества исходных материалов и проверка однородности рядов осуществлены с помощью параметра Стьюдента. Неоднородность чаще всего возникает из-за переноса флюгера, смены датчиков измерений, застройки вблизи станции жилыми или промышленными объектами, вырубки деревьев, близости крупных насаждений деревьев , а также из-за смены наблюдателей. Важным также является географическое положение с амой станции.

Выбрали в качестве региона Сюникскиймарз потому, что анализ ряда источников позволяет сделать вывод о том, что этот марз имеет достаточный для использования потенциал ресурсов ветровой энергии.Так, среднегодовая скорость ветра в марзеСюник составляет от 1,1 до 7,7 м/с.

В работе применялись методы математической статистики, GLIWARE. Статистическая обработка данных проводилась с помощью пакетов Statistica и Excel.

Сюникскиймарзрасположен в юго-восточной части Армении. По размеру территории (4506 км²) марз занимает второе место в Армении, на его долю приходится 15 % всей территории республики. Это самая гористая часть Армении. На западе от Амулсара до ущелья реки Аракс тянется Занге-зурский хребет.

Результаты и обсуждение

Ветровой режим на изучаемой территории формируется под влиянием циркуляционных факторов климата. Так, с октября по апрель на Армянском нагорье образуется поле высокого давления, которое является одним из основных факторов зимнего режима ветра . В теплое время года на юге Закавказья формируется поле низкого давления, которое является одним из основных факторов летнего режима ветра [3]. Горные массивы - барьеры на пути продвижения воздушных масс и значительно изменяют характер циркуляции нижних слоев тропосферы, что влияет на гидротермические свойства воздушных масс. Ввиду большой пересеченности рельефа Армении, общее направление воздушных потоков заметно изменяется. Особенно ярко это проявляется в пестроте направления ветра в различных частях республики [1].

Основная характеристика ветра для его использования в получении ветровой энергии является его средняя скорость за определенный период времени . Проведенные исследования свидетельствуют, что на территории Сюника хорошо выраженсуточный ход скорости ветра (таблица 2). Причем, на протяжении всего года наибольшая скорость ветра отмечалась в полуденные часы (15⁰⁰ UTC), что видно на примере (рис. 1) распределения скорости ветра по срокам за год по станции Горис, Капан и Мегри. Минимальные среднесрочные значения скорости ветра наблюдаются с 00⁰⁰ по 09⁰⁰ UTC. Для января в районе станции Горис и Мегри характерен небольшой суточный ход: скорости ветра изменяются соответственно в пределах от 1,7 до 2,0 м/с и от 1,1-1,2 до 1,6 м/с в 00⁰⁰ и 15⁰⁰ UTC. Это можно объяснить доминированием циклонической циркуляции зимой над изучаемой территории. Таким образом, в Сюникскоммарзе скорость ветра в течение суток растет в дневное время и максимум в теплое, послеобеденное время, а начиная с полуночи до раннего утра, скорость ветра снижается и достигает минимума.

Таблица 3Среднемесячная и годовая скорость (м/сек) ветра в марзеСюник за период 1966-2018 гг (** - 1975-2018, * - 1966-1988)

[Table 3.Averagemonthlyandannualwindspeed (m/s) intheSyunikmarzareafortheperiod 1966-2018 (** - 1975-2018, * - 1966-1988)]

Рис. 1.Среднесрочные значения скорости ветра на метеостанциях Горис, Капан и Мегри [Fig. 1.Medium-termwindspeedsattheGoris, KapanandMeghristations]

В таблице 3 представлены многолетние среднемесячные и годовые значения скорости ветра за период 1966-2018 годов, согласно фактическим наблюдениям действующих в настоящее время метеорологических станций. В виде исключения приводятся также фактические данные Сисианс- кого перевала, несмотря на то, что последний закрыт с ноября 1988 года. Причина в том, что на этой метеорологической станции зарегистрировано максимальное значение среднемесячного и среднегодового ветра не только на изучаемой территории, но и на всей территории республики.

Из таблицы видно, что средняя годовая скорость ветра на исследуемой территории колеблется от 1,1 до 7,7 м/сек. Из 7-и метеорологических станций наибольшие средние скорости ветра наблюдаются на Сисианском и Воротанском перевалах, особенно летом. Это объясняется факторами, влияющими на скорость ветра . Так, большим скоростям ветра на Сисианском перевале способствует положение перевала: он открыт с востока и запада, а с севера и юга закрыт горами. С восточнойстороны перевал направлен к Воротанскому бассейну, где зимы холодные, лето умеренно жаркое, с западной стороны перевал направлен в сторону Нахичеванского бассейна, где лето жаркое, зима теплая. В западной и восточной частях заметно различие температур воздуха, а значит и давления воздуха, что способствует усилению ветра. Наименьшие средние скорости ветра наблюдаются в Мегри, особенно осенью и зимой. Это обусловлено тем, что он расположен между южными склонами горных хребтов Мегри и Зангезур, в глубоком ущелье реки Мегри на высоте 627 метров.

Рис. 2.Гододвой ход скорости (м/сек) ветра в марзеСюник[Fig. 2.Annualcourseofwindspeed (m/s) intheSyunikmarzarea]

Согласно многолетним средним данным о скорости ветра на исследуемой территории его годовой ход выражается не совсем ясно. Средние месячные скорости ветра по рассматриваемым станциям Сюник представлены на рисунке 2. Рисунок позволяет оценить амплитуды пространственных и сезонных изменений средней скорости ветра в марзеСюник.

Годовой ход распределения средней скорости ветра отличается неоднозначными закономерностями. Он четко выражается только на метеорологической станции Воротанский перевал, где в течение года наблюдается одно максимальное (июль) и одно минимальное (ноябрь) значение. На некоторых метеорологических станциях (Сисианский перевал, Сисиан, Каджаран и Мегри) наблюдаются два максимальных и минимальных значения скорости ветра. Так, в Сисиане и Мегри первый минимум отмечается в мае, второй минимум (который является главным) - в октябре-ноябре, а максимум приходится, соответственно, на март и август. Период регистрации минимума на Сисианс- ком перевале совпадает, а максимум наблюдается в декабре-январе и августе. В Каджаране минимум регистрируется в феврале и ноябре, а максимум - декабре-январе и июле. Годовой ход скорости ветра в Горисе и Капане не ясен. В Горисе происходит рост средней скорости ветра с октября по январь, а потом уменьшается. В Капане наблюдается рост средней скорости ветра с января по апрель, а затем происходит понижение.

Таким образом, в Сюникскоммарзе наблюдаются два типа годового распределения скорости ветра: простой (один максимальный и один минимальный) и сложный (два максимальных и два минимальных). При этом, главная максимальная скорость ветра наблюдается летом, главный минимум - осенью. Летом диапазон значений средней скорости ветра изменяется от 1,13 м/с до 9,05 м/с, осенью скорость ветра уменьшается до 6,58 м/с и 0,81 м/с соответственно. Исключение составляют станции Горис и Капан. Максимальная скорость ветра в Горисе наблюдается в декабре-январе, в Капане - в апреле, а минимальная скорость, соответственно, в мае-октябре и ноябре-январе.

Как правило, с высотой растет скорость ветра. Получена корреляционная связь между годовыми средними значениями скорости ветра исследуемой территории и высотой места (рис. 3) согласно фактическим данным 5 метеорологических станций (1966-2018 гг.). Данные метеорологических станций Каджаран и Сисиан не использовались для сохранения ряда наблюдений из-за однородности. Этой связи можно использовать для изучения режима скорости ветра неизученных и мало изученных территорий Сюникскогомарзы.

Таблица 4 Повторяемость скорости ветра (дни) для станции Каджаран по градациям за январь и июль, период 2000-2018 годы

[Table 4.Windspeedrepeatability (days) fortheKajaranstationaccordingtogradationsforJanuaryandJulyfortheperiod 2000-2018]

Более подробную характеристику ветрового режима можно получить по данным о вероятности различных скоростей ветра. В таблице 4 представлены данные повторяемости скоростей ветра для станции Каджаран за январь и июль. В зависимости от сезона эти величины значительно изменяются. Так, в среднем за январь по территории в 88 % случаев наблюдается слабый ветер (до 2 м/с). Большой процент составляют ветры со скоростью 01 м/с (68 %). А за июль в среднем в 90 % случаев наблюдается слабый ветер (до 2 м/с). Причем, со скоростью 0-1 м/с ветры составляют 54 %, a со скоростью 1-2 м/с ветры - 36%. За январь и июль в среднем 8-9 % случаев приходится на скорость ветра от 2 до 4 м/с. Ветер со скоростью 4-9 м/с повторяется соответственно в 2,6 и 0,3% случаев. Скорости ветра >10 м/с составляют 0 случаев. Как правило, с увеличением скорости ветра снижает-ся его частота .

Рис. 3.Среднегодовые значения скорости ветра и корреляционная связь между высотой места [Fig. 3.Annualaveragewindspeedandcorrelationbetweenplaceheight]

На рисунке 4 показаны гистограммы повторяемости штилей и максимальные скорости ветра по месяцам и за год. Гистограммы позволяют представить распределение скоростей ветра по сезонам года. Видно, что наибольшее значение повторяемости штилей (53-55 %) за год отмечается в Сисиане, Каджаране и Мегри, наименьшее значение повторяемости (5-12 %) - на Сисианском перевале и Воротанском перевале. Это объясняется особенно географическим положением метеорологической станции, степенью закрытости горизонта.

В марзеСюник максимальная годовая скорость ветра колеблется в пределах от 18 м/с (Сисиан, Капан) до 48 м/с (Сисианский перевал).

В условиях глобального изменения климата актуальность проблемы изменений ветрового режима значительно возросла . По этой причине в настоящей статье нами были также рассмотрены вопросы динамики изменения скорости ветра на изучаемой территории . Несмотря на то, что длина некоторых рядов достигает 100-106 лет, с целью унификации статистического анализа и сравнимости трендов, при расчетах использовали ряды продолжительностью 53 года (1966-2018 гг.). Аналогичные расчеты были проведены и для полных рядов. В результате исследований выяснилось, что динамику изменения скорости ветра для Сюникс- кого марзы нельзя представлять одной линией тренда. Поэтому для оценки динамики изменения скорости ветра были выделены три периода: 1) 1966-1985; 2) 1986-2000; 3) 2001-2018 годы.

Анализ показывает, что, как по месяцам, так и за год наблюдается неоднородная динамика изменения средних значений скорости ветра. Так, на Воротанском перевале и в Капане за все месяцы и за год (период 1986-2010) наблюдается рост средней скорости ветра по сравнению с периодом за 1966-1985 годы, а в Сисиане и Мегри - наоборот, понижение. В Горисе с декабря по апрель происходит понижение, а далее - рост, в том числе и среднегодовых значений. Что касается тенденции изменения средних значений ветра за период с 2011 -2018 годы по сравнению с периодом за 19862010 годы, то она имеет следующий вид: в Капанеоднозначно тенденция понижения, а в Мегри - тенденция роста. На других метеорологических станциях (Воротанский перевал, Сисиан, Горис) сохраняется тенденция и роста, и понижения. То есть, динамика изменения скорости ветра в условиях гор имеет сложный и разнообразный вид, поскольку там кроме воздействия изменения климата на режим ветра, большое влияние имеет также орография. Однако, в общем, как закономерность, за исключением периодов с января по апрель и с июля по сентябрь, в марзе с 1986-2010 годы наблюдается тенденция уменьшения скорости ветра по сравнению с периодом за 1966-1985 годы, а в 20112018 годы, по сравнению с периодом за 1986- 2010 годы, за исключением марта месяца, - тенденция уменьшения.

Рис. 4.Гистограммы повторяемости штилей (а) и максимальные скорости ветра (б) в марзеСюник[Fig. 4.Histogramsofrepeatabilityofcalms (a) andmaximumwindspeeds (b) intheSyunikmarzarea]

Выводы и рекомендации

В результате исследований сделаны следующие выводы.

1. На территории Сюникскогомарза хорошо выражен суточный ход скорости ветра: скорость ветра в течение дня растет в дневное время и максимум в теплое, послеобеденное время, а, начиная с полуночи до раннего утра, скорость ветра снижается и достигает минимума.

2. Средняя годовая скорость ветра на исследуемой территории колеблется от 1,1 до 7,7 м/сек. Причем, наибольшие средние скорости ветра наблюдаются на Сисианском и Воротанском перевалах (от 4,8 м/с до 7,7 м/с), особенно летом. В других местах изучаемой территории скорости ветра невелики. Они изменяются от 1,1 м/с до 1,7 м/с.

3. В Сюнике в условиях пересеченной местности на распределение годового хода скорости ветра большое влияние оказывает рельеф. Поэтому здесь наблюдается разнообразие годового хода скорости ветра.

4. Годовой ход скорости ветра отличается неоднозначными закономерностями: наблюдается два типа годового распределения скорости ветра: простой (один максимальный и один минимальный) и сложный (два максимальных и два минимальных).

5. Получена корреляционная связь между годовыми средними значениями скорости ветра исследуемой территории и высотой места. С высотой растет скорость ветра.

6. Повторяемость штилей в среднем по территории составляет приблизительно от 5-12 до 53-55 %.

7. Максимальная годовая скорость ветра колеблется в пределах от 18 м/сек (Сисиан, Капан) до 48 м/сек (Сисианскый перевал). Максимальные значения ветра также наблюдаются на Сисианс- ком перевале.

8. Как закономерность, за исключением периодов с января по апрель и с июля по сентябрь, в марзе с 1986-2010 годы наблюдается тенденция уменьшения скорости ветра по сравнению с периодом за 1966-1985 годы, а в 2011-2018 годы, по сравнению с периодом за 1986-2010 годы, за исключением марта месяца, - тенденция уменьшения.

9. Изменения скорости ветра являются местным проявлением изменения процессов глобальной циркуляции, поэтому необходимо использовать его как индикатор изменения климата.

10. Полученные результаты могут быть использованы при планировании развития ветроэнергетики на территории Сюникскогомарза с учетом тенденции вековых изменений скорости ветра.

Список литературы

климатический ветер скорость сюникскогомарза армения

1. Багдасарян А. Б. Климат Армянской ССР. Ереван, Изд-во АН АрмССР, 1958. 146 с.

2. Климатический справочник. Часть III. Атмосферное давление и Ветер. Ереван, 2013. 160 с. (на армянском языке).

3. Нерсесян А. Г. Климат Армении. Ереван, 1964. 304 с.

4. Справочник по климату СССР. Ч. III. Ветер, вып. 16. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1967. 168 с.

REFERENCES

1. Baghdasaryan A.B. KlimatArmyanskoj SSR [TheclimateofArmenian SSR]. Yerevan, Publ. HouseoftheArmenian SSR AcademyofSciences, 1958. 151 p. (InRuss.)

2. Klimaticheskiyspravochnik [Climateguide]. Part 3. Atmosphericpressureandwind. Yerevan, 2013. 160 p. (inArmenian)

3. Nersesyan A. G. KlimatArmenii [ClimateofArmenia]. Yerevan, 1964. 304 p. (inArmenian)

4. Spravochnikpoklimatu SSSR [USSR climateguide], issue 16, part 3. Wind. Leningrad, Hydrometpubl., 1967. 168 p. (inRuss.)

Сведения об авторе

Маргарян Вардуи Гургеновна

кандидат географических наук, доцент кафедры физической географии и гидрометеорологии географического и геологического факультета Ереванского государственного университета, г. Ереван, Республика Армения, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3498-0564, e-mail:vmargaryan@ysu.am

Размещено на Allbest.ru