CC BY
5Пространственное распределение характеристик энергетического спектра повторяемости гроз на Украине
'Одесский государственный экологический университет, г. Одесса 2 Севастопольский национальный технический университет, г. Севастополь e-mail: danova8@mail.ru
Анотац/'я. Анал/'зуються характеристики енергетичного спектру повторюваност1 гроз на територП' Украни, отриманi за допомогою Фур'е-анал/'зу. Вибранi niKoei значення спектрально¡' щтьност1 двор1чн1, чотирир/'чнi i квазюдинадцятир/'чнi коливання, як обумовлен сонячни активност1. Спектральна иульнсть випадково/ функцп розглядаеться як енергетичний спектр функцй. Показана наявнсть зон активност1.
Ключовi слова: повторювансть гроз, спектральна пульнуть, енергетичний спектр, зони активност1.
Вступ
Найбтьш достовiрним матерiалом для мошторингу грозовоТ активност е число дшв з грозою на дослщженш територп. По всш земнш ^i грозовi хмари розподтеш нерiвномiрно. Основна Тх частина (~ 75%) спостер^аеться в дiапазонi широт мiж 30° S i 30° N, де вони утворюються протягом усього року. На бтьш високих широтах таю хмари спостер^аються, в основному, у лп"нш час. Найчастiше грозовi хмари з'являються в районах гiр [1, 2].
Вивчення сучасних регюнальних статистичних особливостей е основною метою мошторингу грозових явищ. Дослщження останшх десятилiть показали, що грозова активнють чуйно реагуе на змiни температури, вологосп, радiацiйного режиму та складу атмосфери [3, 4]. Сучасш ^матичш змiни, що характеризуються пiдвищенням температури пов^ря, мають вирiшальний вплив на умови формування небезпечних явищ погоди, тому мошторинг умов утворення грозових явищ на територп УкраТни е актуальним питанням. Достовiрнiсть отриманих результат забезпечують фактичнi данi про повторюванють гроз [3-5] i застосування методiв статистичного аналiзу [6]. Метою ^еТ' роботи е оцiнка просторового розподту характеристик енергетичного спектру повторюваностi гроз за перюд 19702012 рр. на територп УкраТни.
Матерiали i методи
Використовувались середньорiчнi значення числа дшв з грозою, отриманi з юпанського клiматичного сайту по 28 стан^ям УкраТни за перiод 1970-2012 рр. [7].
Для визначення характеристик енергетичного спектру повторюваност гроз на територп УкраТни використовувався алгоритм Фур'е-аналiзу [6]. Це дозволило одержати статистичш оцшки спектральнш щiльностi середньорiчнi значення числа дшв з грозою с дискретнютю 1 рiк. Для аналiзу були вибранi пiковi значення спектральнш щтьносп середньорiчних значень числа дшв з грозою, якi iнтерпретованi як дворiчнi, чотирирiчнi та квазiодинадцятирiчнi коливання. Спектральну щтьносп випадковоТ функцiТ можна розглядати як "енергетичний спектр" ^еТ функцп (1).
1 г max
S(ffl) = — J e ~шЦт)К (r)dr (1)
rmin
де т max - максимальний зсув аргументу, i - мнима одиниця, Цт) - згладжу вальна функцiя («кореляцшне вкно»), К(т) - коварiацiйна функ^я.
Це пояснюеться тим, що як випадкова функ^я часто розглядаються таю величини як: швидкють вiтру, швидкють течп в океанi. Тодi розподт дисперсiй, якi мають квадрат розмiрностi амплiтуди, пропорцiйний щiльностi розподiлу енергп сигналу по частотам.
Результати i обговорення
Розрахунки виявили три основних гармошки, яюм необхiдно придiлити увагу: дворiчнi, чотирирiчнi та квазiодинадцятирiчнi коливання. Аналiз розрахованих значень спектральнiй щшьносп показав, що максимальнi значення енергетичного спектру числа дшв з грозою, притаманш дворiчним коливанням, якi спостер^аються на ст. 1зюм, при чотирирiчних коливаннях максимум спостерiгаеться на ст. Житомир та у випадку квазiодинадцятирiчних коливань, пов'язаних з впливом сонячноТ активност
УДК:551.524
Данова Т. Е. , Мацук Ю. М.2
на повторюванють гроз на територп Укра'ши, максимум енергетичного спектру фiксуeться на ст. Фмферополь (табл. 1). Максимуми в таблиц позначенi жирним шрифтом.
Таблиця 1.
Характеристики енергетичного спектру повторювашсть гроз на територп Укра'ши для трьох _перiодiв коливань_
Станц1я Широта Довгота Перюд коливань
2 роки 4 роки 10,7 рогав
Донецьк 48,06 37,76 36,70 50,59 34,38
Житомир 50,23 28,63 31,96 67,98 8,8
1вано-Франк1вськ 48,96 24,70 42,46 17,87 11,82
Ки'в 50,40 30,45 14,76 22,08 47,27
Юровоград 48,51 32,25 38,65 11,57 29,99
Луганськ 48,56 39,26 28,26 49,09 52,76
Одеса 46,43 30,76 17,17 37,46 71,2
Полтава 49,60 34,55 16,47 20,32 14,29
Р1вне 50,58 26,13 7,50 21,15 26,1
Тернопть 49,53 25,60 15,56 11,45 22,34
Ужгород 48,63 22,26 12,28 30,46 47,89
Харк1в 49,96 36,13 27,56 49,67 20,25
Черн1г1в 51,46 31,28 31,72 14,88 16,05
Льв1в 49,81 23,95 27,80 17,55 37,71
Днтропетровськ 48,60 35,08 15,63 65,86 37,59
1зюм 49,18 37,30 52,27 17,54 35,7
Керч 45,40 36,41 18,03 60,59 31,64
Конотоп 51,23 33,20 7,36 23,33 11,71
Кривий Р1г 48,03 33,21 29,86 26,44 60,5
Лубни 50,00 33,00 23,33 30,25 45,62
Могил1в-Под1льський 48,45 27,78 5,97 37,24 35,31
С1мферополь 44,68 34,13 18,81 35,53 154,9
Херсон 46,63 32,61 42,44 27,33 35,01
Хмельницький 49,43 26,98 10,28 11,40 55,57
Шепет1вка 50,16 27,05 9,74 29,34 6,53
Володимир-Волинський 50,83 24,31 35,21 29,51 109,66
Чорноморське 45,51 32,7 5,32 20,78 30,03
Мар1уполь 47,3 37,5 23,56 13,14 88,66
Проведемо вiзуалiзацiю просторового розподту одержаних в результатi Фур'e-аналiзу характеристик енергетичного спектру повторюванють гроз на територп Укра'ши (рис. 1). На картах нанесет iзолiнп рiвних значень величин енергетичного спектру повторюванють гроз, характеры для трьох пер^в коливань.
Просторовий розподт характеристик енергетичного спектру дворiчних коливань представлено полем зi значними горизонтальними градieнтами та трьома зонами максимальних значень: перша зона знаходиться в район Донецького кряжу з максимумом (52,27) на ст. 1зюм, друга зона розташована в Карпатах з максимумом (42,46) ст. 1вано-Франшськ, третя зона - мае витягнуту форм, бтьша частина яко''' розташована в райош ПриднтровськоТ височини, з зсувом центра (42,44) на ст. Херсон (рис. 1, а). Як бачимо вс визначен зони максимумiв енергетичного спектру знаходяться на нерiвнiй пщстильнш поверхнк Таким чином, для дворiчних коливань, зонами активност е орографiчнi нерiвностi.
Просторовий розподт характеристик енергетичного спектру, розрахованих для чотирирiчних коливань представлений ще бтьшими горизонтальними градiентами та двома зонами максимумiв, якi сформованi двома рiзноспрямованими потоками - пiвнiчним та твденним (рис. 1, б).
Перша зона максимумiв представлена пiвнiчним потоком, якш формуе витягнуту область з центром (67,98) на ст. Житомир, розташовану мiж 28° та 30° схщно''' довготи. Друга зона представлена швденним потоком, теж мае витягнуту форму з твдня на твыч, з двома центрами (65,86) на ст. Днтропетровськ та (60,59) на ст. Керч (рис. 1, б).
Полям значень енергетичного спектру, розрахованих для квазiодинадцятирiчних коливань притаманний широтний розподт, картина якого порушуеться в двох зонах максимумiв: перша зона розташована на швдн Криму (154,9) ст. ^мферополь, яка мае найшвденшшу широту, друга зона фксуеться в Карпатах (109,66) на ст. Володимир-Волинський, висота яко''' над рiвнем моря 194 м. Вщомо, що сонячна активнють, це один з глобальних факторiв, якш впливае на повторюванють гроз [8, 9].
2+Ё Щ Щ 30? 32Е Ж Ж
Рис. 1. Поля значень енергетичного спектру (а - двор1чн1 коливання, б - чотирир1чн1 коливання, в -квазюдинадцятир1чн1 коливання)
Висновки
Проведет дослщження просторового розподту характеристик енергетичного спектру середньорiчних значень числа дыв з грозою показали наявнють зон активностi.
З'ясовано, що для середньорiчних значень числа дшв з грозою, якi iнтерпретованi як дворiчнi, чотирирiчнi та квазiодинадцятирiчнi коливання притаманн максимальнi значення енергп. Для
дворiчних коливань, як спостерiгаються в динамки багатьох метеоролопчних характеристиках, зонами активност е орографiчнi HepiBHOCTi.
Просторовий розподт характеристик енергетичного спектру, розрахованих для чотиpиpiчних коливань представлений двома зонами максимумiв, якi сфоpмованi двома piзноспpямованими потоками - пiвнiчним та швденним. Такий, спeцифiчний pозподiл зон максимумiв, мабуть свiдчить про вплив на Т'х утворення циpкуляцiйних пpоцeсiв, але цей висновок потребуе додаткових дослщжень.
Полю енергетичного спектру квазiодинадцятиpiчних коливань, як iнтepпpeтованi як зв'язок зi змiнами сонячноТ активностi, притаманний широтний pозподiл, картина якого порушуеться в двох зонах максимумiв: на швды Криму та в Карпатах. Ц два фактори: широтний pозподiл та розташування зон максимальних значень в прських районах е показниками впливу сонячноТ активностi на формування грозових явищ.
Лтература
1. Шметер С. М. Термодинамика и физика конвективных облаков / С. М. Шметер. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. -289 с.
2. Ермаков В. И. Физика грозовых облаков / В. И. Ермаков, Ю. И. Стожков. - М.: ФИАН, 2004. - 39 C.
3. Будыко М. И. Глобальное потепление и его последствия / М. И.Будыко, Ю. А. Израэль, А. Л. Яншин // Метеорология и гидрология. - 1991. - № 12. - С. 5-10.
4. Волощук В.М. Глобальне потеплшня i кглмат УкраТни: репональы еколопчн та соц1ально-економ1чн1 аспекти / В.М. Волощук. - К.: Видавничо-полiгpафiчний центр „Кивський ушверситет", 2002.- 17 с.
5. Лонський В.М 1^мат УкраТни / В.М. Лонський, В.А. Дячук, В.М. Бабiчeнко. - К.: Вид. Раевського, 2003. -343 с.
6. Гончарова Л. Д. Методи обробки та аналiзу пдрометеоролопчноТ шформацп / Л. Д. Гончарова, G. П. Школьний // Одеса: Еколопя. - 2007. - 454 с.
7. База данных испанского климатического сайта [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.tutiempo. net/clima. htm
8. Марксон Р. Атмосферное электричество и проблемы связи между солнечной активностью и погодой / Р. Марксон // Солнечно-земные связи, погода и климат. - М.: Мир, 1982. - С. 242-264.
9. Солнечно-земные связи, погода и климат/ Под ред. Б. Мак Кромака и Т. Селиги. - М.: Мир, 1982. - 382 с.
Аннотация. Т. С. Данова, Ю. М. Мацук Просторовий розподт характеристик енергетичного спектру повторюваностi гроз на УкраТш. Анализируются характеристики энергетического спектра повторяемости гроз на территории Украины, полученные с помощью Фурье-анализа. Выбраны пиковые значения спектральной плотности двухлетние, четырехлетние и квазиодиннадцатилетние колебания, которые обусловлены солнечной активности. Спектральная плотность случайной функции рассматривается как энергетический спектр функций. Показано наличие зон активности. Ключевые слова: повторяемость гроз, спектральная плотность, энергетический спектр, зоны активности.
Abstract. T. Danova, J. Matsuk Characteristics of the energy spectrum of the thunder-storms in Ukraine. The
characteristics of the energy spectrum of the mixture ratio and temperature in the troposphere Antarctic obtained by Fourier analysis. Selected peaks of the spectral density of monthly averages of the mixing ratio and temperature, which are interpreted as annual and semi-annual fluctuations. The spectral density of the random function is considered as the energy spectrum of functions. In the troposphere, the Antarctic shows the presence of zones of activity.
Keywords: thunder-storms, spectral density, the energy spectrum, zones of activity.
Поступила в редакцию 31.01.2014 г
