Российский государственный гидрометеорологический университет

Кафедра физики вод суши

Курсовая работа

Тема:

«Ветровое волнение на Ладожском озере»

Выполнил: студент гр. Г-215

Калашников А. Е

Принял. Постников А.Н.

Санкт-Петербург

2014 Год Содержание

2.1 Общие сведения о ветровом волнении 8

2.2 Методы расчета элементов ветровых волн 14

2.2.1 Гидродинамические методы: 14

2.2.2 Энергетические методы: 16

2.2.3 Статистические методы: 19

2.2.4 Спектральные методы: 19

1.1 Общее физико-географическое описание Ладожского Озера.

Ладожское озеро - крупнейшее пресноводное озеро в Европе. Озеро является не только местом отдыха жителей нашего города, но и историческим прошлым нашей страны (Валаам, Дорога Жизни).

Высокий северный берег понижается к югу и постепенно переходит в более спокойные западный и восточный берега. Восточный берег не отличается изрезанностью, в него вдаются только два крупных залива -- Лункуланлахти и Уксунлахти, прикрытых со стороны озера одним из крупнейших островов Ладоги -- Мантсинсари. Здесь встречаются широкие песчаные пляжи. Западный берег изрезан еще меньше. Он порос густым смешанным лесом и кустарником, подступающим вплотную к урезу воды, вдоль которого господствуют россыпи различных по форме и величине валунов. Гряды камней нередко уходят от мысов далеко в озеро, образуя опасные подводные мели.

Низкое содержание растворенных и взвешенных веществ делает воды Ладоги сравнительно прозрачными. Самая большая прозрачность воды -- в центральной части озера. Здесь видны предметы, погруженные на глубину до 10 метров. У острова Коневец прозрачность воды достигает 3 и более метров и является более высокой, чем у о. Валаам. Самой высокой прозрачности ладожская вода достигает в июне -- июле, в августе вода Ладоги уже начинает цвести. Цвет воды в Ладоге -- желтоватый, принимающий иногда то зеленоватый, то голубоватый оттенки.

Запас воды в Ладоге 908 кубических километров, причем величина эта не остается постоянной -- в одни периоды она растет, в другие -- падает. Правда, такие колебания по отношению к общей массе воды в озере не превышали 6 процентов, по крайней мере, за последние 100 лет. Проявляются они в изменении уровня воды и иногда бывают настолько существенными, что вызывают маловодные и многоводные периоды в режиме Ладоги. Разница уровня воды в Ладоге в маловодный и многоводный периоды может достигать величины в 2,5 метра.

Погода на Ладоге отличается заметным непостоянством. Полный штиль может смениться ветреной штормовой погодой в течение буквально 20-40 минут. Высота волн достигает в это время 3-4 метров. Самая высокая волна, которую удалось измерить на Ладоге, была 5,8 метра. По теоретическим же расчетам, высота волны во время шторма здесь может быть и больше. Поэтому ещё издревле плавание по озеру было связано с большим риском. Тысячи судов погибли в его волнах. В XIX веке ни одно страховое общество России не страховало суда, идущие с грузом по Ладоге. Сказывались не только слабая оснащенность судов и отсутствие хороших навигационных карт, но и природные особенности Ладоги.

Общие морфологические характеристики

Наибольшая длина озера 219км, средняя ширина 83км, площадь 18135км2. (вместе с площадью островов, занимающих 456,6км2). Если вычесть острова, площадь зеркала озера составит 17678км2.

Длина береговой линии 1570 км, коэффициент изрезанности ее равен 2,1. Чаша озера вмещает 908км3 воды. Наибольшая глубина 230м, средняя глубина всего озера 51м. Средний уклон дна озера равен 0,0105, а угол наклона 0°35, причем в северной части озера этот угол равен 1°52, в южной - только 0°03. Площадь озера получилась на 131км2 меньше, чем по данным ГГИ 1939г., объем водной массы - на 6км 3 больше, а средняя глубина практически такая же.

Если считать только острова площадью больше 1га, то всего на Ладожском озере их около 660. Распределены острова крайне неравномерно. Больше всего их (около 500) у северо-западного берега. Они образуют здесь множество групп, разделенных лабиринтом узких проливов, это так называемые шхеры. В центре озера около 65 островов, принадлежащих Валаамскому и Западному архипелагам. Примерно столько же (около 80) вытянулось вдоль восточного побережья. Беднее всего островами западное побережье (только 5) и южная часть озера, где находится 16 небольших низменных песчаных островков, усеянных валунами.

К самым крупным островам Ладожского озера относятся (Попов, 1961) Риеккалансари (55,3км2), Мантинсари (39,4км2), Кильпола (32,1км2), Тулолансари (30,3км2) и Валаам (27,8км2).

Климат

Климат формируется в результате сложного взаимодействия многих природных факторов, но главную роль играют приходо-расход лучистой энергии и циркуляция атмосферы, осуществляющая перенос тепла и влаги. Так как климат есть многолетний режим погоды, то нельзя говорить о климате объектов, существующих кратковременно и, стало быть, не имеющих многолетнего режима, подчиненного годовому ходу.

Оттого для получения надежных характеристик таких слагаемых климата, как давление и температура воздуха, количество атмосферных осадков и т.п., стараются использовать возможно длинные ряды наблюдений. Считается, что по наблюдениям за 25-30 лет уже можно судить о «норме» климата; разработаны специальные приемы для приведения более коротких рядов к длинным. Столетний или более длительный период - идеал всякого климатолога.

Однако при географическом подходе к явлениям, происходящим в географическом ландшафте, подобные идеалы подлежат уточнению. К одной из очень важных общих географических закономерностей Земли относятся различные ритмические изменения в ландшафтах, в том числе и ритмические колебания климата - чередование более теплых и сухих периодов с более прохладными и влажными. В частности, хорошо выражены циклические изменения климата со средней продолжительностью цикла 20-50 лет (так называемые внутривековые, по А. В. Шнитникову).

Очевидно, что средние показатели климата, полученные из очень длинного ряда наблюдений (например, за 100 лет), не могут отразить реальную ритмику, так как внутренние различия за выбранный большой промежуток времени будут статистически сглажены. Чтобы эти различия выявить, надо понимать под «нормой» не среднее значение за возможно большее число лет, а среднее значение из анализа двух смежных циклов изменчивости климата с учетом направленности развития изучаемого явления в пределах этих двух циклов.

Географическая лимнология опирается на всесторонний учет именно географических закономерностей. Это ее главный принцип. Поэтому и в основу описания климата Ладожского озера положены климатические особенности последнего завершенного цикла внутривековой изменчивости в бассейне озера (1932-1958). Они и рассматривались как норма (Веселова и Кириллова, 1966).

Для характеристики климата Ладожского озера использованы данные 8 береговых станций (Сортавала, Приозерск, Осиновец, Петрокрепость, Новая Ладога, Свирица, Олонец и Видлица) и 3 станций в открытой части озера (Валаам, Кареджи, Сухо).

Помимо солнечной радиации, климат Ладоги и Приладожья формируют морские атлантические воздушные массы, континентальные воздушные массы средних (умеренных) широт, частые вторжения арктического воздуха. Имеет, конечно, значение и влияние огромной водной массы самого Ладожского озера.

В периоде 1932-1958гг. можно выделить такие подпериоды:

1) 1932-1939гг.: преобладание восточного переноса во все месяцы года, особенно летом; зимой проявлялся и западный перенос. Это наиболее теплый и влажный промежуток за все 27 лет; средняя температура воздуха была на 0,8° выше нормы.

2) 1940-1948гг.: аномальное развитие процессов центрального переноса воздушных масс в сочетании с восточным переносом в зимние и летние месяцы; температура и влажность воздуха летом близки к норме, но зимы необычно холодные; январская температура на 2,4° ниже многолетнего значения, а средняя годовая за весь срок была на 0,7° ниже средней многолетней.

3) 1949-1958гг.: сочетание восточного и центрального переноса (с элементами западного переноса в осенне-зимние месяцы); температура и влажность воздуха близки к норме. Ниже даются нормальные средние величины для периода 1932-1958 гг.

По средним годовым температурам воздуха самым холодным оказалось восточное побережье (2,6° - Видлица, 2,9° - Олонец), самым теплым - южное (3,8° - Новая Ладога). Холоднее всего бывает в феврале, когда средняя температура на разных станциях колеблется от -8,4° (Валаам) до -10,1° (Олонец); это связано, конечно, с влиянием Ладожского озера. Лишь в некоторые годы самым холодным месяцем бывает январь. Летние же температуры распределяются во времени по континентальному типу; теплее всего в июле (от 16,4° на Валааме до 17,4° в Новой Ладоге), и лишь в отдельные годы - в августе. Амплитуда температуры между самым теплым и самым холодным месяцем в году на озерных станциях 24,8-25,9, на континентальных 25,5-27,0° (амплитуда 27° характерна для Олонца - наиболее континентального пункта на Ладоге).

Самые высокие максимумы температуры достигают 32,4° (Свирица, август 1932 г.), при самых больших морозах термометр показывает -54,1° (Олонец, январь 1940). Число дней с морозом в году на всех станциях более или менее одинаковое: от 153 до 171. Первые морозы на южном побережье бывают в начале октября, а на станции Сухо еще позже - в начале ноября. На западном и восточном побережьях они начинаются уже в конце сентября. Что касается последних морозов, то уже в первой или второй декаде мая они прекращаются повсеместно.

Средняя абсолютная влажность воздуха в году 7,3-7,9мб. Наименьшая она в феврале (на разных станциях от 2,8 до 3,1мб), наибольшая - в июле (14,2-15,9мб). Относительная влажность в течение года высокая (80-84%). Так как озеро весной холоднее суши, и воздух, идущий с озера на сушу, удаляется от состояния насыщения, то средний минимум относительной влажности приходится на май (68-82%), а не на самый теплый месяц - июль. Максимум же (87-88%) проявляется нормально, т. е. в декабре. Наибольшая относительная влажность - в южной части Ладожского озера.

Среднее годовое значение общей облачности в районе озера около 7 баллов. Наиболее хмурое время года - зима, особенно ноябрь (8,4-8,6 баллов); менее всего облака затягивают небо (6 баллов) в июле, хотя с марта по сентябрь облачность тоже сравнительно невелика. Вероятность числа дней с ясным небом (0-2 балла) в году, реализующаяся с мая по август, составляет 24%, с полуясным (3-5 баллов) - 13% с пасмурным (6-10 баллов) - 63%. Пасмурным небо бывает обычно с октября по февраль.

Атмосферное давление над озером меняется незначительно. Зимой разность давления над северной и южной частями озера около 1-1,5мб, летом - менее 1мб. Но в отдельные моменты эта разность на линии Валаам-Сухо может превышать 9мб.

В течение года над Ладогой чаще всего дуют юго-западные, южные и юго-восточные ветры. Но в сезонном распределении ветров по станциям есть свои особенности. Так, на станциях в открытом озере весь год господствуют юго-западные и южные ветры, но весной наряду с ними нередки северные и северо-западные. На северных побережьях (от Приозерска до Видлицы) осенью и зимой власть принадлежит юго-западным, южным и юго-восточным воздушным течениям; весной же и летом повторяемость северных и южных ветров почти одинаковая. На южном побережье осенью и зимой преобладают ветры тех же направлений, что и на северном; с мая по август велика роль ветров северных румбов.

Средняя месячная скорость ветра преобладающего направления 6-9 м/сек. на озерных станциях и 4-8 м/сек. на береговых. В центральных частях озера ветер, как правило, сильнее, чем в северных и южных. Наиболее тихо над озером в июле-августе, наиболее беспокойно в ноябре.

В южных и центральных районах Ладоги бывает до 30-60 дней в году с ветрами, скорость которых превышает 15 м/сек.; эти сильные ветры возникают чаще всего зимой. Самые большие скорости ветра за период 1947-1958гг. достигали 34 м/сек. в районе Валаама и 24-28 м/сек. в районе южных озерных станций. Это случалось как в осенне-зимнее, так и в летнее время.

Как известно, над большими водоемами атмосферных осадков выпадает меньше, чем на их берегах. Причина в том, что над водой ослаблена интенсивность восходящих токов воздуха, так как воздух над водой меньше прогревается; кроме того, над водоемами возникают иногда температурные инверсии.

Определение количества атмосферных осадков над большими озерами (как и над океанами) затруднено тем, что посреди озера метеорологических станций немного, а береговые в этом отношении не очень показательны. Поэтому определению количества атмосферных осадков над Ладожским озером было посвящено специальное и весьма тщательное исследование, выполненное Е. А. Поповым (1966). Он впервые подсчитал отдельно жидкие и отдельно твердые осадки.

На Ладожском озере и его берегах осадки выпадают часто: число дней с осадками в году достигает 200. Осенью и зимой (ноябрь-февраль) осадки бывают чаще, весной и летом (апрель-июнь) реже.

В конце ноября или в первой половине декабря образуется устойчивый снежный покров. Он лежит до первой-второй декады апреля, т.е., 133-157 дней в году. Наибольшей высоты (толщины) покров достигает в феврале-марте. За зиму на озере насчитывается до 60-70 дней с метелями. Весной и осенью нередки туманы.

Средняя многолетняя сумма жидких осадков на Ладожском озере оказалась 380 мм в год, твердых - 226 мм, а всего 606мм, что на 20% превышает подсчеты прежних авторов.

В центральной части Ладожского озера выпадает при этом 500 мм, на южном и юго-восточном берегах 632-637мм, на северном и восточном 540-565мм и на западном 572мм.

Степень увлажнения территории определяется не только количеством атмосферных осадков, ибо они составляют лишь приходную статью увлажнения. Расходной статьей удобно считать (особенно в отношении озерного водоема) испаряемость, т. е. потенциальное испарение, или практически испарение с водной поверхности.

Н. Н. Иванов (1948) по предложенной им формуле подсчитал, что в пунктах, ближайших к Ладожскому озеру, испаряемость составляет от 400 до 425мм в год. Это во всех случаях меньше количества атмосферных осадков (500-637мм), и, стало быть, степень увлажнения района озера достаточно высокая: он получает больше атмосферной влаги, чем может испариться в типичной для него климатической обстановке.