Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ПРОБЛЕМЕ
НАЗЕМНОГО ОБЛЕДЕНЕНИЯ 10
1.1. Обзор исследований и методов прогноза обледенения наземных
объектов 10
Виды наземного обледенения 23
Особенности гололёдного режима на исследуемой территории 30
Постановка задачи исследования 43
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВТОРЯЕМОСТИ ГОЛОЛЕДОВ С ЕЖЕГОДНЫМИ
МАКСИМАЛЬНЫМИ ЗНАЧЕНИЯМИ ОТЛОЖЕНИЙ ЛЬДА НА
ТЕРРИТОРИИ ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОГО РЕГИОНА ПРИ
РАЗНЫХ ТИПАХ КРУПНОМАСШТАБНЫХ АТМОСФЕРНЫХ
ПРОЦЕССОВ 47
Характеристика исходного материала 47
Климатические особенности повторяемости гололедов с
максимальными значениями параметров отложений льда на
территории Центрально-Черноземного региона 51
2.3. Пространственное распределение гололёдов по территории региона в
зависимости от типа атмосферного процесса 59
3. АНАЛИЗ МАКСИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ
ОТЛОЖЕНИЙ ЛЬДА ПРИ ГОЛОЛЕДЕ НА ТЕРРИТОРИИ
ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОГО РЕГИОНА ." 62
ЗЛ. Закономерности распределения максимальных значений параметров
отложений льда при разных типах атмосферных процессов 62
3.2. Пространственное распределение статистических характеристик
максимальных значений параметров отложений льда при гололеде по
территории региона 69
3.3. Зависимость температурно-ветрового режима при
гололёдообразовании и параметров отложений льда от высоты
рельефа местности 82
4. ПРОГНОЗ ГОЛОЛЕДА И ПАРАМЕТРОВ ОТЛОЖЕНИЙ ЛЬДА 89
4.1. Оценка исходных рядов наблюдений на соответствие нормальному
закону распределения 89
4.2. Использование регрессионного анализа для прогноза толщины
отложений льда при гололёде 93
,4.3. Методические рекомендации по прогнозу гололеда и его параметров
на рассматриваемой территории в пределах текущего естественного
синоптического периода 105
4.4. Физическая модель льдообразования на поверхности аэродромных и
дорожных покрытий 109
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 123
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Справочные материалы 136
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Пространственное распределение случаев с
ежегодным максимальным отложением льда при гололёде по территории Центрально-Чернозёмного региона при разных типах
атмосферных процессов 146
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Прогностические уравнения для определения
толщины отложений льда при гололёде 156
Введение к работе
Обледенение наземных объектов, и в частности, наземных инженерных сооружений аэродрома, создаёт определённые трудности в обеспечении безаварийной эксплуатации авиационной техники и других транспортных средств, способствует увеличению затрат материальных и людских ресурсов на поддержание в эксплуатационном состоянии аэродромных и дорожных покрытий, оказывает воздействие на регулярность и безопасность полётов авиации и др. Степень ущерба может быть снижена, если подразделения гидрометеорологической службы с максимально возможной заблаговременностью доведут до потребителей информацию об ожидаемых пространственно-временных масштабах и параметрах наземного обледенения для рассматриваемой территории или в конкретном районе.
Проблеме наземного обледенения (гололедообразования) посвящен большой цикл работ отечественных и зарубежных авторов, особенно в 70-80-х годах XX века. Однако, несмотря на определенные научные и технические достижения в ее решении, имеются задачи, которые требуют: совершенствование наших знаний о физических процессах обледенения наземных объектов; выявление и учет факторов, способствующих возникновению этого явления; поиск новых подходов к прогнозу данного явления и его параметров, к которым, в частности, относятся продолжительность нарастания и толщина отложений льда. Известны лишь единичные попытки определения этих параметров, которые не нашли широкого применения в прогностической практике. При этом исследованиям пространственно-временных закономерностей распределения максимальных значений параметров отложений льда при гололёде и их расчету достаточного внимания не уделялось. Вместе с тем они могут быть важны для планирования мероприятий и расчета предполагаемых затрат на поддержание инженерных сооружений в рабочем состоянии в зимний период эксплуатации.
5 В связи с этим изучение и решение указанных вопросов является
актуальной научной задачей в современных условиях, имеет определенное
методологическое и практическое значение для повышения качества
гидрометеорологического обеспечения авиации и других потребителей.
Объект исследования — условия и процессы образования наземного обледенения.
Предмет исследования — параметры отложений льда при гололеде.
Целью работы является выявление пространственно-временных закономерностей распределения гололёда с максимальными значениями параметров отложений льда на территории Центрально-Черноземного региона и определение подходов к их прогнозу.
В соответствие с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:
- оценка повторяемости гололёдов с максимальными значениями
параметров отложений льда при разных типах крупномасштабных
атмосферных процессов за рассматриваемый период времени и
закономерностей их проявления на территории Центрально-Черноземного
региона;
- определение пространственно-временных масштабов зон гололедов с
максимальными значениями параметров отложений льда для разных типов
атмосферных процессов, метеорологических условий и значений параметров
гололедообразования на исследуемой территории;
- анализ статистических характеристик максимальных значений
параметров отложений льда при гололеде и особенностей их
пространственного распределения по территории региона;
установление прогностических зависимостей максимальных значений параметров отложений льда при гололеде от влияющих на них факторов;
разработка методических рекомендаций по прогнозированию данного явления и его параметров применительно к исследуемой территории в интересах обеспечения безопасности полетов авиации;
- совершенствование физической модели процесса льдообразования на поверхности наземных инженерных сооружений аэродрома и подходов к её применению для определения параметров отложений льда с использованием методов математического и численного моделирования.
Методы исследования — аналитический, физико-статистический, синоптико-климатологический.
Достоверность полученных результатов обеспечивается применением апробированных методик обработки исходного материала и оценки успешности прогнозов, корректным использованием методов синоптико-климатологического и физико-статистического анализа при проведении исследований, удовлетворительным согласованием полученных результатов с данными расчётов по известным методикам.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Выявлены особенности повторяемости гололедов с максимальными
значениями параметров отложений льда на территории Центрально-
Черноземного региона при разных типах крупномасштабных атмосферных
процессов холодного полугодия по классификации Л.В. Клименко.
2. Установлены закономерности пространственного распределения
средних максимальных значений параметров отложений льда при гололеде и
диапазон их изменчивости на территории Центрально-Черноземного региона.
3. Предложены прогностические уравнения регрессии для определения
толщины отложений льда как для отдельных пунктов Центрально-
Черноземного региона, так и территории региона в целом с учетом высоты
рельефа местности и групп атмосферных процессов.
4. Определены направления совершенствования физической модели
процесса льдообразования на поверхности аэродромного и дорожного
покрытий применительно к естественным условиям состояния атмосферы и
показан подход к её реализации для решения задач диагноза и прогноза
параметров отложений льда с использованием методов математического и
численного моделирования.
7 5. Разработаны методические рекомендации по прогнозу гололеда и его
параметров в пределах естественного синоптического периода для
рассматриваемой территории.
Теоретическая значимость работы состоит в установлении закономерностей пространственного распределения средних максимальных значений параметров отложений льда при гололеде и диапазона их изменчивости на территории Центрально-Черноземного региона, получении прогностических уравнений для определения толщины отложений льда при гололеде применительно к исследуемой территории и совершенствовании физической модели процесса льдообразования на поверхности наземных инженерных сооружений.
Практическая ценность работы заключается в использовании подразделениями гидрометеорологической службы предлагаемых подходов для прогноза гололеда и определения толщины отложений льда на поверхности наземных инженерных сооружений в пределах исследуемой территории.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения работы докладывались и обсуждались: на всероссийской научной конференции (Казань, 2000 г.), на международной научно-практической конференции (Пермь, 2002 г.), на межвузовских научных конференциях в Воронежском ВАРШ (2001-2003 гг.), на научно-методических семинарах гидрометеорологического факультета Воронежского ВАИИ (2002-2003 гг.). Они опубликованы в [16-19, 96, 97].
На защиту выносятся следующие основные положения:
Особенности повторяемости гололедов с максимальными значениями параметров отложений льда на территории Центрально-Черноземного региона при разных типах крупномасштабных атмосферных процессов холодного полугодия по классификации Л.В. Клименко.
Закономерности пространственного распределения средних максимальных значений параметров отложеннИ' льда при гололеде и
8 диапазон их изменчивости на территории Центрально-Черноземного региона.
Методические рекомендации по прогнозу гололеда и толщины отложения льда в пределах естественного синоптического периода на исследуемой территории.
Физическая модель процесса льдообразования на поверхности аэродромного и дорожного покрытий и подходы к ее реализации для определения параметров отложений льда.
Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников и приложений.
В первом разделе дается обзор результатов теоретических и экспериментальных исследований обледенения наземных объектов и методов прогноза данного явления применительно к аэродромным и дорожным покрытиям. Приводятся сведения о видах наземного обледенения, методах наблюдения за ними и измерении их параметров в подразделениях гидрометеорологической службы и других организациях, методах борьбы с отложениями льда на поверхности аэродромных и дорожных покрытий. Рассматриваются условия и режим гололедообразования на исследуемой территории. Обосновывается задача данного исследования.
Во втором разделе дается характеристика исходного материала. Рассматриваются климатические особенности повторяемости гололедов с максимальными значениями параметров отложений льда на территории Центрально-Черноземного региона в зависимости от характера циркуляционных процессов. Приводятся результаты исследования пространственного распределения по территории исследуемого региона гололедов с максимальными значениями параметров отложений льда при разных типах крупномасштабных атмосферных процессов.
В третьем разделе рассматриваются закономерности распределения максимальных значений параметров отложений льда при разных типах атмосферных процессов. Дается анализ пространственного распределения статистических характеристик максимальных значений параметров
9 отложений льда при гололеде по территории региона за холодное полугодие
рассматриваемого периода времени. Показывается зависимость
температурно-ветрового режима при гололёдообразовании и параметров
отложений льда от высоты рельефа местности применительно к территории
Центрально-Черноземного региона.
В четвертом разделе на основе оценки соответствия нормальному закону распределения исходных рядов наблюдений обосновывается возможность применения физико-статистического подхода к установлению прогностических зависимостей максимальных значений параметров отложений льда при гололеде от влияющих на них факторов. Приводится перечень значимых регрессионных соотношений для определения толщины отложений льда при гололеде в пункте (районе) и территории в целом и результаты оценки их успешности. Даются методические рекомендации по прогнозу гололеда и его параметров на рассматриваемой территории в пределах текущего естественного синоптического периода. Рассматривается физическая модель льдообразования на поверхности аэродромных и дорожных покрытий применительно к естественным условиям состояния атмосферы и подход к ее реализации с использованием методов математического и численного моделирования для решения задач диагноза и прогноза параметров отложений льда.
В заключении сформулированы основные выводы по результатам исследования.
В приложении приведен иллюстративный материал по результатам синоптико-климатологического и физико-статистического исследований рассматриваемого явления и его параметров применительно к территории Центрально-Черноземного региона.
Работа включает 158 страниц машинописного текста, 23 таблицы, 41 рисунок. Список использованных источников составляет 117 наименований.
