Динамика характеристик снежного покрова в различных климатических районах Приморского края

Размещено на http://www.allbest.ru/

Динамика характеристик снежного покрова в различных климатических районах Приморского края

Изучение снежного покрова в планетарном масштабе или в отдельных регионах имеет первостепенное значение для познания климата. Закономерности пространственного и временного распределения снежной поверхности являются индикаторами состояния климатической системы, что особенно проявляется в условиях глобального потепления [2, с. 96]. В то же время изменения объемов и степени покрытия снегом оказывают существенное воздействие на экосистемы и долговечность различных сооружений. Учет снеговых нагрузок позволяет уменьшить их неблагоприятное воздействие, минимизировать затраты на строительство сооружений, проводить более гибкую стратегию в строительстве.

Целью данной работы являются расчет и исследование динамики высоты снежного покрова и величины снеговой нагрузки в различных климатических районах Приморского края. Оценка производилась на основе числовых характеристик статистического распределения высоты снежного покрова по станциям: Тимирязевский (западный район), Рудная Пристань (восточный район), Мельничное и Дальнереченск (центральный район Приморского края).

Исходным материалом послужили данные снегомерных съемок за период с 1982 по 2013 годы, предоставленные Гидрометцентром Российской Федерации и Приморским УГМС [1].

На территории Приморского края снежный покров раньше всего появляется в центральном районе - в конце первой декады ноября, а в остальных - в первой декаде декабря и лишь на южном побережье края - после 10 декабря. Число дней со снежным покровом колеблется в среднем от 150-160 в центральном климатическом районе до 50-100 - в западном. Сроки образования устойчивого снежного покрова из года в год меняются в зависимости от характера погоды, определяемой особенностями циркуляции предзимнего периода [5], разница в датах образования может достигать более двух месяцев.

Наиболее интенсивный рост высоты снежного покрова происходит от января к марту. Максимальной величины он достигает в первой и второй декадах марта в центральном районе края. На остальной территории максимальная высота может наблюдаться в различные сроки: от второй-третьей декады декабря до третьей декады февраля. В центральном районе средние из наибольших декадных высот снежного покрова составляют 16-40 см, в восточном районе значительно меньше - 19-27 см. Небольшими высотами снежного покрова в течение всей зимы отличается западный район, где средняя из наибольших декадных высот - 6-9 см.

В работе расчет и интерпретация основных климатических показателей высоты снежного покрова осуществлялись с помощью средних метеорологического процесса и линейного тренда [3]. Подробно и объективно свойства дифференциальных распределений можно описать с помощью числовых характеристик, которые были рассчитаны по исходному ряду отдельно для каждой станции (Таблица 1).

Таблица 1. Параметры распределения и статистические ошибки (S) высоты снежного покрова (Н)

Примечание: у - среднее квадратическое отклонение; C_v, A, Е - коэффициенты вариации, асимметрии и эксцесса.

Средняя высота снежного покрова ( Н ) находится в пределах от 7,8 (Тимирязевский) до 40,4 см (Мельничное). Относительно высокая изменчивость высоты снежного покрова (C_v) отмечается в западном (Тимирязевский) и восточном (Рудная Пристань) районах - 39-49%.

Для большинства станций распределения характеризуются положительной асимметрией. Коэффициент асимметрии (A) изменяется от 0,26 до 1,49, что характеризует правостороннюю скошенность распределения. Исключение составляет станция Тимирязевский. Коэффициент эксцесса (Е), характеризующий меру крутости, находится в пределах от -0,36 (Мельничное) до 2,68 (Рудная Пристань) Для остальных станций коэффициент эксцесса незначительный.

При оценке точности климатических показателей определено, что для всех станций относительная ошибка среднего не превышает 10%, стандартного отклонения и коэффициента вариации - 15%, только на станции Рудная Пристань относительная ошибка коэффициента асимметрии и эксцесса не превышает 30%. Таким образом, выборку для станции Рудная Пристань можно считать репрезентативной относительно генеральной совокупности. Для станций Тимирязевский, Мельничное, Дальнереченск оценки симметричности и эксцесса распределения следует воспринимать как ориентировочные.

Статистический анализ временного ряда позволяет изучить его основные свойства - изменчивость и характеристики его периодических и непериодических колебаний. Знание этих свойств помогает разрешить основную задачу - предсказать поведение временного ряда в будущем. Скользящее осреднение, позволяющее сгладить колебания с периодом меньшим, чем период осреднения, и выделить более длительные колебания, выполнялось по 3-летним сечениям.

На Рис. 1 показаны линейные тренды, характеризующие долговременную тенденцию изменения ряда. За период наблюдений выявлены разнообразные циклы с фазами спада и подъема различной продолжительности. На станции Тимирязевский полный цикл составил 16 лет, на станции Рудная Пристань - 12 лет, на станциях Мельничное и Дальнереченск - 6-8 лет.

Сравнение расчетных значений критерия Стьюдента (t) для 95% уровня значимости с критическим значением (t_крит=2,04) позволило сделать следующие выводы. На станциях Дальнереченск (t=3,25) и Рудная Пристань (t=2,18) выявляется значимый положительный тренд. На станциях Тимирязевский (t=0,83) и Мельничное (t=1,67) тренды не значимы, однако на этих станциях наблюдаются положительные тенденции к увеличению высоты снежного покрова.

Для выявления характера колебаний максимальной высоты снежного покрова был использован метод интегральных разностей (Рис. 2). Уменьшение высоты снежного покрова в различных климатических районах началось в 1984-1985 гг. и продолжалось до 1999-2000 гг. (Тимирязевский, Мельничное). Наиболее длительная тенденция уменьшения максимальной высоты снежного покрова (до 2003 г.) отмечена на станциях Дальнереченск и Рудная Пристань. В последнее десятилетие на всех станциях прослеживается рост высоты снежного покрова.

Как известно, снежный покров создает дополнительные климатические нагрузки. Согласно СНиП [6, л. 7], 2 горизонтальной поверхности земли Р₀ определяется нормативное значение веса снежного покрова на 1 м как функция двух метеорологических переменных - высоты снежного покрова (Н) и его плотности (с), то есть рассчитывается по формуле: Р₀ = сН, где H - высота снежного покрова (средняя из ежегодных максимальных высот), с - плотность снега. Наиболее показательной характеристикой плотности может служить ее средняя величина при наибольшей высоте снежного покрова. Невысокая плотность снежного покрова, благодаря устойчивым зимним морозам и отсутствию оттепелей в Приморском крае, сохраняется весь сезон и достигает в западном районе 242, в центральных и северных районах - 260, на востоке края - 240 кг/м³ [4, с. 282].

Расчет снеговых нагрузок состоит в формировании непрерывных рядов максимальной за сезон высоты снежного покрова с использованием всей совокупности данных конкретной метеостанции. В Табл. 2 представлены расчеты нормативных значений снеговой нагрузки ( ^Р 0) по данным наблюдений на отдельных 2 отмечаются в центральном районе станциях Приморского края. Наибольшие значения 102,3 и 99,5 кг/м края (станции Дальнереченск и Мельничное). В восточном и западном районах нормативные значения снеговой нагрузки составляют 61,7 и 52,0 кг/м (станции Рудная Пристань и Тимирязевский).

Таблица 2. Параметры распределения снеговых нагрузок

Снеговые нагрузки в отдельные годы могут существенно отличаться от средних значений. Наибольший 2 разброс отмечается в центральном и восточном районах (до 29,9 кг/м). Распределения снеговых нагрузок в центральных, восточных районах характеризуются положительной умеренной асимметрией (0,26-0,49), в западном районе асимметрия - малая отрицательная (-0,12). Коэффициент эксцесса (E) незначителен на всех станциях, кроме Рудной Пристани (2,68).

В зависимости от класса сооружения и срока его эксплуатации, снеговые нагрузки могут рассчитываться с разной обеспеченностью. В работе определены значения снеговой нагрузки, возможные раз в 15, 25, 50 лет, что соответствует вероятности непревышения 0,94; 0,96; 0,98. Переход от обеспеченности к периоду повторения (T) производился по формуле: T=1/P, где P - заданный уровень обеспеченности, T - период повторения, лет.

Максимальные нагрузки снежного покрова, с периодом повторения один раз в 25 лет, колеблются от 123,4 на станции Тимирязевский до 174,2 кг/м² на станции Дальнереченск (Табл. 3).

Таблица 3. Значение снеговой нагрузки для различных периодов повторяемости, кг/м

Реализация крупных проектов в Приморском крае предполагает динамичное развитие базового сектора экономики, в первую очередь, строительства, транспорта, сельскохозяйственного производства, водных ресурсов. Информация, представленная в работе, может быть полезной и позволит ориентироваться в вопросах использования климатических данных при планировании и принятии решений относительно социально-экономического развития.

Список литературы

климатический приморский край снежный

1. Всероссийский НИИ гидрометеорологической информации - Мировой центр данных [Электронный ресурс]. URL: http://www.meteo.ru (дата обращения: 13.01.2017).

2. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории РФ. М.: Изд-во Росгидромета, 2014. 1008 с.

3. Малинин В.Н. Статистические методы анализа гидрометеорологической информации. СПб.: РГГМУ, 2008. 408 с.

4. Научно-прикладной климатический справочник по климату СССР. Многолетние данные. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. Части 1-6. 416 с.

5. Попова В. Структура многолетних колебаний высоты снежного покрова в северной Евразии // Метеорология и гидрология. 2004. № 8. С. 78-88.

6. Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия [Электронный ресурс]: СНиП 2.01.07-85. URL: http://www.kpchel.ru/snip_2_01_07_85.pdf (дата обращения: 17.01.2017).

Размещен на Allbest.ru