Расчет поля ветра над океаном

2
МОИМ родителям и моим родственникам, являющимся основой моих настоящих и будущих дней, моей психологии и моего мировоззрения;
МОИМ близким друзьям, которые своей дружбой и поддержкой всегда были рядом в трудные моменты и умели своими добрыми действиями, теплом, пониманием и любовью показать, что в этом мире я не один, что в нем также можно встретить радость, счастье;
МОИМ преподавателям, источникам знаний, любви и понимания
И
РОССИИ - стране, в которой я прожил свои лучшие годы связанные с моей молодостью. Стране, в которой я узнал, что такое настоящая дружба. Стране, которая предоставила мне возможность получить высшее образование и помогла понимать больше окружающий мир и дала в моей жизни новое направление к пониманию и восприятью всего существующего на свете.
3
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение....................................................4
1. Наблюдения ветра над океаном...............................9
1.1. Судовые измерения..........................................9
1.2. Буйковые измерения........................................15
1.3 Спутниковые измерения.....................................18
1.4. Описание поля ветра по наблюдениям над океаном............26
2. Расчет геострофического и градиентного ветра..............28
2.1 Приближение геострофического и градиентного ветра.........28
2.2 Аппроксимация поля давления...............................34
2.3 Определение градиента давления............................38
3. Особенности расчета геострофического и приземного
ветра вблизи экватора...........................................53
3.1. Расчет геострофического ветра.............................53
3.2. Расчет приземного ветра...................................82
4. Методы расчета приводного ветра..........................90
4.1. Эмпирические соотношения..................................90
4.2. Методы, основанные на использовании теоретических
соотношений и моделях ППС.......................................95
5. Расчет и анализ приводного ветра над океаном.............105
5.1 Эмпирические соотношения.................................107
5.2 Расчет приводного ветра на основе нелинейной модели ППС..111
5.3 Аппроксимация функций и определение параметров
в нелинейной модели ППС........................................115
5.4 Общий алгоритм расчета...................................124
5.5 Сравнение расчета с наблюдениями.........................129
Заключение................................................136
Список использованных источников..........................139
Приложения 1..............................................150
15
0,5-1,0 м/с при сильных ветрах, а при слабых — 1,0-1,5 м/с. Новая шкала Бофорта, как и старая, в среднем диапазоне занижает величины и дает худшие результаты при скоростях ветра 12,5-15,0 м/с, хотя введение поправок по новой шкале дает лучшее совпадение скорости ветра в диапазоне малых скоростей.
В /5/ делается предположение о том, что наблюдатели, давая направление ветра в десятках градусов, все же ориентировались главным образом на традиционные румбы. Средняя погрешность определения направления ветра на судах составляет не менее 20° С учетом рассмотренных выше недостатков судовых измерений ветра над океанами, в настоящее время кроме их, для определения ветра используются наблюдения на буйковых станциях и с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ).
1.2. Буйковые измерения
Для уменьшения влияния погрешностей судовых измерений, характеристики поля ветра иногда измеряются с буев. Они представляют собой плавучее сооружение, размещаемое в определенном районе океана для регистрации параметров окружающей среды. Классификация буев достаточно полно рассмотрена в /16/. Использование буйковых измерительных комплексов позволяет, по сравнению с судовыми, повысить точность измерений ветра, снизить их стоимость, вести наблюдения при любых условиях погоды и практически в любых районах Мирового океана.
За последние десять лет во многих странах мира проводятся эксперименты по изучению Мирового океана с помощью буйковых станций. Например, в 1985 г. в Национальном Центре буйковых данных США имелось 59 буйковых станций, из которых 52 — заякоренных /17/. Этим же центром в 1990 г. было установлено
16
20 автономных буйковых станций (АБС) в Тихом океане, а в 1992 г. добавили еще 7 таких станций.
В последнее время широкое распространение нашли дрейфующие буи (дрифтеры), используемые для изучения процессов, происходящих в поверхностных слоях океана и атмосферы. Передача информации о местоположении и гидрометеорологических характеристиках с дрифтеров, также как и с заякоренных АБС, если там результаты наблюдений не фиксируются собственными регистраторами, осуществляется по радиоканалу на пункт приема или ИСЗ. В /18/ описаны некоторые технические характеристики и типы таких буйковых станций. Национальный Центр буйковых данных США, например, обеспечивает сеть приблизительно 35 буйковых дрейфующих станций в южном полушарии, которые за год дают примерно 90000 сообщений о некоторых характеристиках поверхностных слоев океана и атмосферы (температура воды и воздуха и атмосферное давление), однако, очень редко на них измеряются скорость и направление ветра /17/. Пока информация, получаемая с буйковых станций по объему и полноте заметно меньше судовой информации и освещает только отдельные районы Мирового океана, в основном вблизи берегов континентов и островов.
К преимуществам дрейфующих буев следует отнести отсутствие проблем заякоривания и, в связи с этим, сравнительно простые методы их постановки. Однако, при использовании дрифтеров возникают другие проблемы, связанные с поиском буев и Лагранжевым описанием полей гидрометеорологических характеристик /19/.
Большим недостатком всех буйковых станций является их малая живучесть, связанная с рядом причин /16,20/.
Серьезным недостатком буйковых измерений характеристик ветра являются погрешности в измерении, вносимые в них собственными движениями буя. Буи имеют разные формы, которые по