Под атмосферной циркуляцией понимается совокупность основных воздушных течений.
Ha северо - западе европейской части Советского Союза где расположен Ленинград , основной чертой циркуляционных процессов является возникновение , перемещение и эволюция крупномасштабных атмосферных вихрей — циклонов и антициклонов. В системе атмосферной циркуляции на район Ленинграда перемещаются воздушные массы , сформировавшиеся над различными районами и имеющие разные метеорологические характеристики . Именно в зонах сходимости воздушных масс которые называются атмосферными фронтами , возникают и развиваются циклоны . В области атмосферных фронтов наблюдаются сложные погодные условия : сильные ветры , обширные поля облаков и осадков , грозы , шквалы и т. д.
Антициклоны же в большинстве случаев характеризуются хорошей погодой . В центральной части их ветры слабые и только на периферии скорость ветра возрастает . Преобладает малооблачная сухая погода ; лишь в нижних слоях воздуха главным образом в холодное полугодие , отмечается образование слоистых облаков и выпадение моросящих осадков .
Условия погоды в циклонах и антициклонах могут отличаться от описанных выше , так как они зависят от характера воздушных масс , в которых с формировано барическое образование, от стадии его развития, от особенностей подстилающей поверхности , от сезона и т. д. Однако в целом в антициклонах погодные условия более благоприятны , чем в циклонах .
Для района Ленинграда характерна большая повторяемость воздушных масс атлантического происхождения , что определяет морские черты его климата . В холодное полугодие циклонические процессы усиливаются , а в теплое , как правило , несколько ослабевают . Активная циклоническая деятельность и частая смена воздушных масс определяют неустойчивый режим погоды во все сезоны .
Ленинградрад расположен в близи « дорог циклонов » , поэтому почти в течение всего года здесь наблюдается преобладание циклонической циркуляции . Лишь в мае и июле сумма антициклонических и малоградиентных барических полей имеет повторяемость , превышающую 50 % ( рис .18). Интересно отметить , что в Москве , расположенной всего в 600 км к юго - востоку от Ленинграда , в течение всего года преобладает антициклониче-ская циркуляция , характерная для континентального климата.
Циклоны на район Ленинграда перемещаются во все сезоны главным образом с запада, осенью и зимой велика также повторяемость перемещения циклонов с северо-запада, а весной и летом нередки выходы юго-западных циклонов (табл. 15)
Антициклоны приходят в район Ленинграда в большинстве случаев с запада и северо-запада, однако возможны вхождения их и с других направлений
Зимой циклоническая деятельность , как правило , усиливается , увеличивается повторяемость проходящих через Ленинград атмосферных фронтов ( табл. 16 , рис . 19). В летний сезон число основных фронтов уменьшается, но в тыловой части циклонов отмечается большое количество вторичных холодных фронтов.
Около 80 % осадков в районе Ленинграда имеет фронтальное происхождение и лишь небольшая их часть выпадает вне зоны фронтов в однородных воздушных массах. Зимой на фронтах выпадают обложные осадки, летом же фронтальные осадки нередко имеют ливневой характер.
Прохождение хорошо выраженных атмосферных фронтов сопровождается в ряде случаев сильным ветром (рис. 20), а в теплое полугодие, кроме того, и грозами (рис. 21 ).
Анализ повторяемости переносов воздушных масс на район Ленинграда (табл. 17) позволяет сделать вывод о том, что при преобладании переносов западных румбов нередко сюда поступает воздух с других направлений. Таким образом, в Ленинграде в течение всего года происходит смена воздушных масс морского, континентального и арктического происхождения.
В зимний сезон, когда преобладают воздушные течения западной и южной частей горизонта, наибольшую повторяемость (около 60 %) имеет умеренно теплая влажная погода с температурами от 0 до — 7°С.
Вторжения арктических воздушных масс приводят к установлению очень холодной сухой погоды с температурой воздуха — 17, — 25 °С, однако повторяемость такой погоды невелика (5 %). В теплых секторах атлантических и средиземноморских циклонов в Ленинград приходит очень теплый влажный воздух с температурой 3 ... 6°С; повторяемость таких условий составляет около 10% . Именно с ними связано выпадение наиболее значительных осадков.
В летний сезон западные потоки приносят обычно в район Ленинграда влажные воздушные массы с температурой близкой к норме (12 ... 20 °С).
Жаркая сухая погода с температурой 2 6 ... 30°С связана с приходом с юго-востока воздушных масс, прогревшихся над континентом; повторяемость таких условий составляет 12% .
Холодная погода с температурой 5 ... 10 °С в летний сезон отмечается при перемещении с северо-запада через район Ленинграда циклонов, в тыловой части которых далеко на юг проникают воздушные массы арктического происхождения. Повторяемость таких процессов невелика.
Переходные сезоны характеризуются разнообразными погодными условиями.
В связи с частой сменой воздушных масс различного происхождения в районе Ленинграда во все сезоны могут наблюдаться большие отклонения температуры воздуха от средних многолетних значений (норм). Периоды с такими отклонениями, которые могут длиться по нескольку дней, а иногда и недель, получили название волн тепла и холода. Ленинградские метеорологи исследовали повторяемость так волн за 80-летний период (1881— 1960 гг.). При этом в январе волной холода или тепла считался период, когда средняя суточная температура отклонялась от нормы более чем на 8°С, в октябре и апреле — более чем на 4°С, а в июле — на 3°С и более. В холодных январях волны тепла небольшой длительности отмечались лишь в начале и в конце месяца. В теплых же январях волны тепла (оттепели) могут наблюдаться в течение всего месяца, но особенно часты они во вторую половину. В обычных, близких к норме, январях волны холода отмечаются в основном в первой половине месяца.
Зимние волны тепла, как правило, определяются западным переносом атлантического воздуха. Например, средняя температура воздуха в Ленинграде в теплом январе 1975 г. оказалась на 6°С выше нормы.
Исключительно мощная как по продолжительности, так и по величине отклонения температуры от нормы волна холода, вызванная интенсивным притоком арктических воздушных масс, обрушилась на Ленинград в последнюю неделю 1978 г. Температура ниже —20 °С удерживалась непрерывно в течение 141 ч, что в три с лишним раза перекрыло отмеченную ранее максимальную продолжительность для декабря периода с температурой ниже — 20 °С.
В холодных июлях отмечаются очень редкие волны тепла и имеет место значительная повторяемость волн холода в течение всего месяца. В теплых июлях волны холода изредка наблюдаются в первой декаде, в середине и в конце месяца, а волны тепла имеют большую повторяемость в течение всего месяца. В июлях с температурой воздуха около нормы обычно происходит частое чередование волн тепла и холода. Продолжительность их, как правило, два-три дня, а в третьей декаде— от четырех до семи дней.
Летом волны тепла наблюдаются в случаях, когда на Северо-Запад СССР поступают сухие и теплые воздушные массы из районов Нижнего Поволжья и Средней Азии. Именно такие процессы отмечались жарким летом 1972 г. На рис. 22 представлена схема процесса 8 июля 1972 г., когда была отмечена самая высокая температура воздуха в Ленинграде за весь многолетний период наблюдений (33,6 °С).
Таким образом - циркуляционные процессы являются определяющими при формировании климатического режима Ленинграда, под которым понимается вся совокупность разнообразных погодных условий. Преобладающий в течение всего года западный перенос воздушных масс и циклонических образований из районов Атлантического океана является причиной формирования в районе Ленинграда климата с хорошо выраженными морскими чертами: мягкой зимой, прохладным летом, достаточным увлажнением и сравнительно частым выпадением осадков.
3.1. Атмосферное давление
Давление воздуха является одной из основных и существенных характеристик физического состояния атмосферы.
В метеорологии за основную единицу давления воздуха в настоящее время принят гектопаскаль (гП а), численно равный применявшемуся ранее миллибару.
Атмосферное давление всегда уменьшается с высотой, поэтому для получения представления о пространственном распределении и для сравнимости результатов давление на высоте станции приводится к уровню моря. Для Ленинграда при высоте установки барометра 4,8 м разница в давлении на высоте станции и на уровне моря составляет примерно 0,6 гПа.
В каждой точке земной поверхности атмосферное давление не остается постоянным. Характер изменений определяется термическими и динамическими причинами.
Отличительной особенностью режима давления в Ленинграде, как и на всем Северо-Западе Европейской территории СССР, является большая изменчивость во времени, особенно в холодный период, что обусловлено интенсивной циклонической деятельностью. Причем диапазон изменения атмосферного давления очень широкий — от 953,8 гПа (декабрь 1902 г.) до 1064,3 гПа (январь 1907 г.)
Годовой ход атмосферного давления описывается средними месячными многолетними его значениями.
В Ленинграде изменение значений атмосферного давления от месяца к месяцу невелики. Максимум давления воздуха 1014,6 гПа отмечается в мае, минимум, равный 1010,1 гПа, приходится на июль. Годовая амплитуда атмосферного давления близка к значениям над океаном — всего 4,5 гПа.
С октября по апрель среднее месячное давление воздуха почти не меняется и колеблется от 1013,3 до 1013,7 гПа (см. табл. 7 приложения). В это время года над Ленинградом располагается северо-западная окраина области повышенного давления в азиатском антициклоне, охватывающая почти всю территорию СССР.
В мае происходит перестройка барического поля атмосферы с зимнего режима на летний. Начинается прогревание континента, азиатский антициклон исчезает. Океан и морские побережья, в том числе и район Ленинграда, оказываются холоднее внутренних районов.
Среднее месячное давление воздуха в отдельные годы значительно отличается от многолетнего. Для холодного времени года эти отклонения в два раза больше, чем для теплого и составляют 15 ... 20 гПа. При этом наибольшие изменения атмосферного давления характерны для февраля.
О диапазоне изменений средних месячных значений давления воздуха в отдельные годы можно судить по разности между наибольшими и наименьшими их значениями за период с 1881 по 1975 г.:
За тот же период изменения среднего суточного давления воздуха внутри каждого месяца имеют еще большие пределы. Например, с декабря по февраль в 2 5 ... 30 % лет разность между наибольшим и наименьшим значениями среднего суточного давления в каждом из этих месяцев превышает 60 гПа.
В то же время изменения атмосферного давления в течение суток для умеренных широт, в том числе и для Ленинграда, выражены слабо. Для большинства месяцев суточная амплитуда составляет всего 0 ,4 ... 0,5 гПа. Наибольшее ее значение (0,7 гПа) приходится на май, октябрь и декабрь. Практического значения периодические суточные колебания не имеют, так как они в значительной степени перекрываются непериодическими колебаниями.
При быстром прохождении барических систем давление воздуха даже за несколько часов может резко упасть или повыситься и вызвать в отдельные дни большие суточные амплитуды. Максимальные суточные непериодические амплитуды атмосферного давления при этом зимой наибольшие и нередко составляют 30 ... 40 гПа, а летом не превышают 15 ... 20 гПа. Так, 21— 22 декабря 1971 г. в районе Ленинграда произошла быстрая смена барических образований: вместо хорошо развитого гребня пришел глубокий циклон и давление за сутки понизилось на 42 гПа. При обратном процессе атмосферное давление может также резко повыситься: так, 26.—27 ноября 1958 г. на место быстро смещающегося глубокого циклона переместился антициклон и давление воздуха в Ленинграде за сутки повысилось на 33,5 гПа. Были отмечены случаи, когда только за три часа давление изменялось на 1 0 ... 12 гПа (22 декабря 1971 г., 18 октября 1967 г.) Как правило, такими-резкими изменениями атмосферного давления осенью сопровождаются наводнения в Ленинграде.
Замечено, что резкое изменение давления воздуха ото дня ко дню вызывает у больных с заболеваниями сердечно-сосудистой системы ухудшение состояния. В климатических условиях Ленинграда зимой понижение атмосферного давления за сутки на 8 гПа и более приводит к увеличению показателя заболеваемости [11].
Определение междусуточной изменчивости (разности давления между двумя смежными сутками за один и тот ж е срок) и ее повторяемости имеет важное практическое значение. Она же служит дополнительной и существенной характеристикой циклонической деятельности.
Средняя месячная междусуточная изменчивость давления воздуха по абсолютному значению (знак изменения давления во внимание не принимался) обычно невелика и возрастает от 3,4 гПа в июле до 7,3 гПа в январе, но в некоторые годы увеличивается соответственно до 4,3 и 10,5 гПа (см. табл. 8 приложения).
Повторяемость междусуточной изменчивости давления воздуха с учетом знака (положительная при повышении давления от предыдущего дня к последующему и отрицательная при понижении) помещена для всех месяцев в табл. 9 приложения. Поскольку какой-либо существенной разницы в полученных результатах за 8 и 14 ч нет, в таблице приводятся данные только за 8 ч. Давление воздуха в Ленинграде чаще всего остается постоянным или меняется незначительно. Иногда перепады его доходят до ± 20 ... 30 гПа, хотя повторяемость таких случаев даже зимой невелика и не превышает 5 %
Самые большие в году экстремальные значения междусуточной изменчивости 3 5 ... 42 гПа отмечаются в период декабрь— март (см. табл. 8 приложения), а в летние месяцы они уменьшаются до 1 8 ... 22 гПа. Причем во все месяцы, кроме ноября, экстремальные значения междусуточной изменчивости при понижении давления (отрицательные) больше, чем при его повышении (положительные). В отдельные месяцы эти превышения составляют 8 ... 10 гПа.
3.2. Ветер
Ветер — это горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Скорость ветра является векторной величиной, она характеризуется модулем и направлением. В метеорологии модуль скорости принято измерять в метрах в секунду, направление (азимут точки, откуда дует ветер )— в градусах или румбах. На метеостанциях приборы для измерения ветра устанавливают на мачтах высотой 1 0 ... 12 м.
В сроки наблюдений определяют среднее за 2 мин направление и осредненное за 10 мин значение модуля скорости ветра. Кроме того, в последние годы регистрируется также максимальная мгновенная (осредненная за 2 ... 3 с — время инерции прибора) скорость ветра (порыв) между сроками и в сроки наблюдений; эта характеристика учитывается при расчете динамических нагрузок на различные объекты.
Все конструкции, возвышающиеся над поверхностью земли, в той или иной мере подвергаются ветровому воздействию. Для таких сооружений, как телевизионные и радиомачты, башни, опоры линий электропередачи, дымовые трубы, ветровая нагрузка является основной. Ее также необходимо учитывать при проектировании зданий высотой более 40 м. Скорость и направление ветра принимаются во внимание при выборе режима отопления зданий, при производстве строительных и погрузо- разгрузочных работ, при разводке мостов и т. д. Информация о ветре используется также при оценке условий труда и отдыха людей на открытом воздухе (комфортные, дискомфортные условия) .
Ветер связан со всем комплексом гидрометеорологических характеристик. От структуры воздушных течений, направления и скорости воздушных потоков зависит температурно-влажностный режим района. Опасные подъемы уровня Невы и наводнения также связаны с особенностями поля ветра, определяемыми общей синоптической ситуацией.
Ветер возникает вследствие неравномерного распределения атмосферного давления. Чем больше горизонтальный барический градиент (перепад давления на единицу расстояния), тем сильнее ветер и устойчивее его направление. Однако при одинаковых перепадах давления характер ветра зависит от термодинамических характеристик воздушных масс и от местных условий. Особенно велико влияние земной поверхности на ветер в нижних слоях воздуха. Чем больше шероховатость поверхности, тем сильнее сказывается ее тормозящее действие на воздушные потоки в нижних десятках и сотнях метров и тем интенсивнее турбулентность.
Как и любой холм или лес, массив городских домов, заводских труб и башен представляет собой существенное препятствие для воздушных потоков. Ленинград, расположенный на равнине, можно в этом плане сравнить с залесенной холмистой местностью.
Результаты исследований, полученные за последние годы, свидетельствуют о том, что динамическое влияние большого города на воздушный поток может сказываться в значительном по толщине слое воздуха, иногда до высоты более километра.
Ветер у земли. Обычно осенью и зимой в Ленинграде барические градиенты и соответственно скорости ветра в среднем несколько больше, чем летом. На направление и скорость ветра здесь заметно влияют местные условия, такие, как близость Финского залива, различный характер застройки районов и др. При встрече с массивом городских построек воздушный поток существенно деформируется. Его направление в большей или меньшей степени изменяется в зависимости от расположения улиц и плотности застройки кварталов, а скорость в основном уменьшается.
Повторяемость ветров различных направлений и штилей на станции Ленинград, ИЦП представлена в табл. 10 приложения и на рис. 23. При этом указаны повторяемости в процентах каждого направления от общего числа наблюдений без штилей и повторяемость штилей в процентах от общего числа наблюдений.
B Ленинграде преобладают ветры западного, юго-западного и Южного направлений. Повторяемость их в среднем за год превышает 50% . Ветры преобладающих направлений, как это обычно бывает, являются и наиболее сильными: 3,3 ... 3,7 м/с (см. табл. 11 приложения). Реж е наблюдаются восточные и северные ветры (рис. 23), средняя скорость их не превышает 3 м/с.
При современном загрязнении воздушного бассейна города ветер играет немаловажную роль — освобождает воздушный бассейн от загрязнения естественным путем.
Сведения о скорости ветра при различных направлениях в сочетании с повторяемостью направлений особенно необходимы при проектировании строительства в Ленинграде, размещении в нем зон отдыха и предприятий, особенно таких, которые связаны с вредными выбросами в атмосферу.
Изменение направления ветра по сезонам невелико.. Осенью и зимой, когда сильно развита циклоническая деятельность, чаще всего отмечаются ветры западной, южной и юго-западной четверти горизонта (рис. 23) со средними месячными скоростями более 4 м/с. Менее характерны в это время ветры северного, северо-восточного и восточного направлений, средняя месячная скорость которых не превышает 3 м/с.
Самые существенные изменения в ветровом режиме обнаруживаются при переходе от зимы к лету. Циклоническая деятельность в теплый период заметно ослабевает, и скорости ветра в Ленинграде в целом уменьшаются. Однако сохраняется преобладание западного ветра, а его скорость даже летом составляет 3 ,3 ... 3,5 м/с. Зато повторяемость северо-восточного ветра > от зимы к лету возрастает в два раза (рис. 23). В мае, июле ' и августе северо-восточный ветер бывает так же часто, как и западный (см. табл. 10 приложения). Летом повторяемость штилей в полтора раза.выше, чем. зимой.
В течение года роль ветра в формировании термического режима заметно меняется. О влиянии различных воздушных масс на термический режим города дают представление табл. 12 приложения, а также так называемые термические розы ветра (рис. 24). Зимой, например, при преобладающих ветрах западного, юго-западного и южного направлений нередко отмечаются оттепели, при которых температура воздуха в отдельные дни повышается до 6°С. Хотя из всех ветров восточные, северо-восточные и северные наиболее редки в холодный период, но с ними, как правило, связано резкое понижение температуры воздуха в Ленинграде, а с восточными и северо-восточными зимой — экстремально низкие ее значения.
Самый теплый воздух с апреля по июль приходит с юго- восточным и южным потоками, а похолодание вызывает северный ветер. Однако значительное понижение температуры воздуха в Ленинграде летом до 5 ... 10 °С возможно также в ночные часы при ясной, тихой погоде в результате радиационного выхолаживания.
Осенью с западными потоками в Ленинград поступает теплый воздух с Атлантики, и температура воздуха в октябре при этом бывает около 7°С.
В теплый период имеет место суточная периодичность изменения направления ветра, связанная с бризовым эффектом. В районах Ленинграда, находящихся вблизи Финского залива, в малооблачную погоду на фоне слабых барических градиентов формируется дневной бриз — ветер со скоростью 2 ... 3 м/с, направленный с прохладной водной поверхности на прогретое солнцем побережье. В пасмурную ветреную погоду разность температур вода — суша бывает незначительной и бризовая циркуляция отсутствует. Однако суточная смена направлений прослеживается даже по средним данным в мае — июле на ст. Невская, расположенной в Ленинграде на территории морского торгового порта в устье реки Невы. Здесь днем в июле, например, за счет ветра с Финского залива и реки Невы повторяемость западного и северо-западного направлений на 15 ... 20% больше, чем в ранние утренние часы (рис. 25).
Скорость ветра в центральной застроенной части города небольшая, в среднем за год 3 м/с. В то же время на открытых участках — в прибрежной полосе и на окраине города — она увеличивается до 4,3 м/с. Ветер в городе по сравнению с окраинами и пригородами ослаблен на 40.. 50 %.
Многолетняя средняя месячная скорость ветра в Ленинграде не остается постоянной в течение года, но изменения эти незначительны. Годовая амплитуда составляет всего 1 м/c. Самые большие средние месячные скорости отмечаются в осенне-зимний период (максимум 3,4 м/с в декабре, январе) (табл. 18). В теплый период ветер слабее, минимальные значения скорости приходятся на самые теплые месяцы — июль и август.
Средняя месячная скорость ветра — устойчивая'"во~ времени величина. Ее отклонение от многолетней в отдельные годы редко превышает 1 м/с (табл. 18). Самым ветреным был октябрь 1949 г. — 4,8 м/с ( на 1,6 м/с выше многолетней средней месячной скорости ветра в октябре). Осенью и зимой значения средней за месяц скорости лежат в диапазоне 4 ,8 ... 1,8 м/с, весной и летом — в диапазоне 4 ,1 ... 1,6 м/с.
Суточный ход скорости ветра определяется изменением интенсивности турбулентного обмена в течение суток. Днем, когда турбулентный обмен между нижними и верхними слоями усиливается, скорость ветра в Ленинграде увеличивается, достигая наибольших значений в послеполуденные часы (табл. 19).
Ночью ветер обычно ослабевает и его скорость в это время наименьшая. Наиболее отчетливо суточный ход выражен в теплый период, но и тогда амплитуда его невелика — не более 2 м/с/ Довольно часто в летние ночи устанавливается безветренная погода. Зимой периодические суточные колебания скорости ветра почти полностью отсутствуют. В связи с этим скорость ветра в дневные часы в течение всего года примерно одинакова,, но летом в ночные часы она на 1,0 ... 1,3 м/с меньше, чем зимой, и близка к 2 м/с.
Климатические данные получены путем осреднения за весь период наблюдений независимо от погоды. Необходимо учитывать, что в ясную погоду на фоне небольших барических градиентов суточный ход ветра может значительно превышать указанные в табл. 19 величины.
Средняя скорость ветра в Ленинграде, как отмечалось ранее небольшая. Однако в отдельные дни, когда барические градиенты при прохождении циклонических образований в районе Ленинграда бывают значительными, ветер резко усиливается. В любой из месяцев его максимальная скорость может быть 12 м/с, а в некоторые — даже более 12 м/с (табл. 18). Самая большая скорость за период 1936— 1976 гг., отмеченная в один из сроков наблюдений в застроенной части города (Ленинград, ИЦП ), составила 17 м/с, но на открытых участках и побережье Финского залива она может быть и больше (табл. 20). Распре деление по румбам максимальных скоростей ветра (из срочных наблюдений) представлено в табл. 13 приложения. Наибольшие скорости наблюдаются главным образом при ветрах южной и западной четверти горизонта, которые являются преобладающими. При восточном ветре максимальные скорости не превышают 7 ... 9 м/с и только в декабре отмечена скорость 11 м/с.
Практический интерес к сведениям о ветре возрастает и одних общих представлений о нем бывает недостаточно. Диапазон скоростей ветра, повторяемость которых учитывается различными народно-хозяйственными организациями Ленинграда, довольно широк: от 0 ... 1 м/с, при которых ослаблен обмен воздуха в городе и концентрация в нем загрязняющих веществ может сильно увеличиваться, до 15 м/с и более, когда городское хозяйство терпит определенные убытки. Однако в Ленинграде преобладают ветры, не превышающие 5 м/с (88,5% ). С увеличением скоростей повторяемость быстро уменьшается, так что на ветры скоростью 8 м/с и более приходится всего от 1,6 % в июле до 3,6% в январе (см. табл. 14 приложения)
Сильный ветер (15 м/с и более) в центральной застроенной части города — явление редкое. В году бывает в среднем два дня с таким ветром (табл. 21). В спокойные годы и даже за целые периоды (1960— 1965 гг.) ветер ни разу не достигал больших скоростей, а в 1949 г. отмечено 8 дней с сильным ветром и половина из них пришлась на октябрь. Чаще ветер такой силы имеет место на окраине города с менее плотной застройкой, а также в прибрежных городских районах и пригородной зоне вдоль Финского залива. Среднее число дней за ' год с сильным ветром здесь увеличивается до 14 ... 22. На ст. Невская, например, только за один 1949 г. отмечено 49 таких дней.
I Большое значение в городских условиях приобретает ориентировка улиц по отношению к воздушному потоку. Ветер на улицах, расположенных параллельно преобладающему направлению (скорости его обычно самые большие), еще больше усиливается за счет так называемого эффекта трубы.
Представляют практический интерес сведения о длительности различных скоростей ветра. В Ленинграде самыми продолжительными являются ветры, имеющие небольшую скорость. Так, суммарная за месяц продолжительность ветров скоростью 4 м/с и менее в среднем оказывается более 500 ч, в летние месяцы превышает 600 ч. Суммарная же продолжительность за месяц ветров скоростью 8 м/с, и более мала, она составляет 21 ч в январе и всего 9 ч в июле (табл. 22).
Непрерывная продолжительность различных скоростей ветра характеризует устойчивость их во времени. В Ленинграде скорость ветра 4 м/с и менее наиболее устойчива в течение всего года. Длительность воздействия таких скоростей изменяется от 20 ч в ноябре и январе до 33 ч в августе.
Непрерывная длительность ветра скоростью 8 м/с и более в Ленинграде почти не меняется в течение всего года и составляет ежемесячно в среднем 4 ... 5 ч, а в октябре — 6 ч. Однако в отдельные годы продолжительность его может увеличиваться в три-четыре раза. Так, в декабре 1954 г. ветер 8 м/с и более отмечался в течение 34 ч, а в январе 1957 г .— в течение 32 ч. Большие скорости (12 м/с и более) в отдельных случаях могут сохраняться непрерывно более 12 ч осенью и зимой и 2 ... 3 ч летом.
Ветер на высотах. Для более полной оценки ветрового режима необходимы сведения о ветре па различных высотах. В этой связи на разных уровнях ленинградской телевизионной башни (на высотах 25, 68, 104, 164, 232 м над поверхностью земли) были установлены датчики ветра. Сама телевизионная башня находится в двух километрах к востоку от ст. Ленинград, ИЦП па левом берегу Большой Невки, примерно в 70 м к западу от уреза воды; с трех сторон она окружена зданиями высотой 12.. 20 м и деревьями примерно такой же высоты.
Систематические наблюдения за ветром на телебашне были начаты в 1968 г. Все последующие годы на высоте 25 м они проводились непрерывно, а на больших высотах — с некоторыми перерывами. Поэтому полученные выводы о ветровом режиме на высотах по этим данным носят предварительный характер и требуют дополнительного уточнения по мере накопления материалов наблюдений.
Наиболее полные данные имеются по ветровому режиму на уровне 25 м Распределение направлений ветра па этой высоте (см. табл. 15 приложения, рис. 26) аналогично наблюдаемому у земли (на ст. Ленинград, ИЦП на высоте 10 м ). Однако скорость ветра на высоте 25 м во все сезоны примерно на 20 % больше, чем у земли (табл. 23). Соответственно меньше здесь, чем у земли, количество штилей — 1 ... 4 % (см. табл. 15 приложения, рис. 26)
В ряде случаев при сильных ветрах порывы по величине могут достигать больших значений. Возможность фиксировать порывистость ветра появилась с оснащением метеостанций дистанционными электрическими анеморумбометрами. Максимальная скорость ветра при порывах у земли (ст. Ленинград, ИЦП) приведена в табл. 18 Uпорыв. Зимой эта скорость достигала 1 9 ... 22 м/с, а в остальные сезоны — 1 8 ... 20 м/с. Скорость ветра при порывах на высоте 25 м соответственно больше и по данным И-летних наблюдений доходила до 29 м/с (табл. 24).
Сопоставление максимальных скоростей ветра при порывах на высотах 25 и 68 м телебашни показало, что на этих высотах они имеют примерно одинаковые значения, т. е. с высотой в этом слое не увеличиваются.
Повторяемость сильных порывов (15 м/с и более) на -высоте 25 м при различных направлениях ветра представлена в табл. 25. Розы ветра при наличии сильных порывов, характеризующие повторяемость сильных ветров, более асимметричны, чем обычные розы ветров. Четко прослеживается зимой и осенью повышенная повторяемость порывов при южных, юго- западных и западных ветрах, к лету увеличивается процент повторяемости сильных порывов при северном и северо-восточном направлениях, а при южных — уменьшается. В целом же за год наибольшую повторяемость (29% ) имеют сильные порывы при ветре западной четверти. Данные о порывах ветра, вследствие небольшой продолжительности рядов наблюдений, носят предварительный характер.
Для оценки ветрового режима в нижнем двухсотметровом слое были использованы данные наблюдений на телебашне за шестилетиий период (1968— 1973 гг.), обработка которых проводилась отдельно для холодного (ноябрь—март) и теплого (апрель— октябрь) периодов.
Как и следовало ожидать, с высотой ветер значительно усиливается и на уровне 232 м достигает в. среднем 7 м/с в холодный период и 6,6 м/с в теплый.
В холодный период суточный ход ветра на всех высотах выражен слабо (рис. 27 а ). В теплый период года он проявляется более отчетливо (рис. 27 б), что обусловлено существенной суточной изменчивостью температурной стратификации в этот период.
В нижнем стометровом слое максимум скорости ветра приходится на дневные часы, а минимум — на ночные, амплитуда суточного хода превышает 1 м/с. На высоте 100... 150 м располагается уровень обращения ветра, выше которого характер изменения его скорости в суточном ходе меняется на противоположный по сравнению с нижними слоями. На высоте 232 м уже прослеживается максимум скорости ветра ночью и минимум утром.
На рис. 27 суточный ход ветра представлен независимо от погодных условий. Однако известно, что в ясную погоду суточный ход всех метеорологических элементов выражен гораздо более четко, чем в пасмурную. Например, в Ленинграде летом в ясную погоду, по данным [78], суточный ход ветра в нижнем стометровом слое превышает 2 м/с.
Ветровые коэффициенты. Выше приведены данные о ветровом режиме при использовании принятого в климатологических разработках статистического подхода. Современные представления о строении пограничного слоя атмосферы позволяют выделить основные факторы, определяющие распределение метеорологических элементов в пограничном слое, и учесть их при анализе ветра на разных высотах. Методика обобщения материалов высотных наблюдений при достаточно строгом учете определяющих факторов изложена в [68, 78].
Для практики представляет существенный интерес возможность оценивать скорость ветра на различных высотах по скорости ветра измеренной на каком-либо одном уровне, например на высоте 10 м. Для этого необходимо иметь переходный ветровой коэффициент Rz.
Известно, что величина ветрового коэффициента существенно зависит от высоты 2 , величины барического градиента, вертикального распределения температуры, шероховатости подстилающей поверхности zо, а также от характера адвекции температуры.
Выявленные в [68] особенности вертикального распределения ветра по высотам в нижнем двухсотметровом слое в условиях города показали, что ветровые коэффициенты мало зависят от горизонтального барического градиента, а при отсутствии фронтальных разделов — и от температурной адвекции. Указанное обстоятельство позволяет с достаточной для практики точностью считать коэффициенты нарастания ветра с высотой (при фиксированном параметре шероховатости z0) только функцией высоты z и упрощенного параметра стратификации
На широте Ленинграда g/l — 7 ,8 -104 м/с.
Для определения kz в условиях Ленинграда в [68] предложена номограмма, разработанная по материалам наблюдении в теплый период (рис. 28). Поскольку шероховатость в условиях города в основном определяется характером застройки, эта номограмма может быть использована и в холодный сезон.
При отсутствии данных, необходимых для расчета параметра стратификации ... по формуле (2), можно ориентировочно полагать, что ночью в ясную погоду ... составляет — 100... — 150, в облачные ночи близок к нулю; днем, как правило, ... положителен и колеблется от 30 до 100, а в ясные летние дни может доходить до 200 и более. Указанные значения параметра стратификации можно использовать для примерной оценки величины ветрового коэффициента в зависимости от времени суток и типа погоды.