4487

Довгострокові прогнози льодових явищ на основі характеристик атмосферних процесів

Лекция

География, геология и геодезия

Довгострокові прогнози льодових явищ на основі характеристик атмосферних процесів 1 Фізичні основи та принципи прогнозів дат льодових явищ Строки льодових явищ на водних об’єктах залежать від масштабних атмосферних процесів, які розвиваються на...

Украинкский

2012-11-21

60 KB

3 чел.

Довгострокові прогнози льодових явищ на основі характеристик атмосферних процесів

1 Фізичні основи та принципи прогнозів дат льодових явищ

Строки льодових явищ на водних об’єктах залежать від масштабних атмосферних процесів, які розвиваються на великих просторах і за тривалий час. Тому довгострокові прогнози льодових явищ на річках, озерах та водосховищах базуються, головним чином, на синоптичному прогнозуванні метеорологічних умов періоду замерзання або розкриття водних об’єктів, а також врахуванні механічних і теплофізичних факторів між атмосферою та підстильною поверхньою. Останнє особливо відчутне в процесах  танення та руйнування льоду.  

Метеорологічні умови періоду льодових явищ на водних об’єктах визначаються особливостями в закономірностях розвитку атмосферних процесів. Однорідність атмосферних процесів на значних просторах протягом довготривалого періоду (синоптичного сезону), а також закономірності розвитку (тенденції  зміни) цих процесів від сезону до сезону дають можливість з великою завчасністю визначити характер погоди на один-два місяці наперед і, як слідчий, складати довгострокові прогнози строків льодових явищ на річках, озерах та водосховищах.

Така ідеологія довгострокового прогнозування льодових явищ на річках широко розвинена та практично реалізована починаючи з 60-х років минулого сторіччя і являє собою першу групу методів таких прогнозів. В наукових працях авторів Б.М.Гінзбурга, А.А. Гірса,  Є.І. Савченкової, Н.Д.Єфремової, Є.С. Каракаш, Т.В. Подсечної, Ю.В. Ніколаєва, Г.Є.Усакіної, А.П. Бурдикіної та ін. було показано, що для довгострокових прогнозів дат льодових явищ на водоймах необхідною є кількісна оцінка атмосферних процесів та встановлення комплексних зв`язків строків льодових явищ (частіше їх  відхилень від норми) з характеристиками атмосферної циркуляції по всій Північній півкулі або над окремими, але достатньо великими його районами чи зонами.

Одночасно з цим розвивалася друга група методів довгострокових прогнозів льодових явищ, яка основана на фізико-статистичних методах у вигляді рівнянь множинної лінійної регресії з представленням гідрометеорологічних полів при розкладі їх по природних ортогональних складових або по поліномах Чебишева.

Для розробки методики довгострокового прогнозування строків льодових явищ на водних об’єктах виконуються такі етапи досліджень:

1) аналіз гідрометеорологічних умов утворення або руйнування льоду на річках в межах районів, для яких зберігаються схожі умови формування фаз льодового режиму та близькі за значенням і знаком відхилення від норми (аномалії) строків настання цих фаз льодових явищ;  

2) аналіз атмосферних процесів, в результаті яких відбувається приток теплих або холодних повітряних мас в той район, який визначає характер майбутніх льодових процесів окремого або групи водних об’єктів;

3) встановлення закономірностей зміни атмосферних процесів за період (сезон), що дає змогу з великою завчасністю характеризувати  інтенсивність розвитку теплообміну атмосфери і підстильною поверхнею та пов’язані з ним строки розкриття або замерзання річок;

4) вибір характерних районів, синоптичні процеси в яких у попередні місяці (за 1-2 місяці) показові для прогнозу, тобто суттєво відрізняються перед ранніми і пізніми строками льодових явищ;

5) отримання кількісних показників (індексів) атмосферних процесів в обраних районах, які обумовлюють розвиток льодових явищ;

6) розробка методики прогнозу на основі встановлення зв’язків дат льодових явищ (або їх відхилень від норми) з отриманими індексами атмосферної циркуляції;

7)оцінка якості та ефективності розробленої методики довгострокових прогнозів дат льодових явищ на водних об’єктах.

2 Методи прогнозів дат льодових явищ на основі закономірностей атмосферних процесів

Виходячи з положень синоптичної метеорології у розвитку атмосферних процесів виділяють різні стадії, в яких зберігається  однорідність цих процесів. Вважається, що у природному синоптичному сезоні (ПСС) на значній частині простору північної півкулі зберігається однотипність географічного розподілу знаку баричного поля в тропосфері  і направлення переносу основних повітряних мас. Це положення є основним в методах довгострокових прогнозів льодових явищ.

Так, якщо льодове явище спостерігається в середині синоптичного сезону, то для передбачення строків його настання необхідним є аналіз атмосферної циркуляції на початку цього синоптичного сезону. У випадку коли прогнозне явище може зявитися на початку нового синоптичного періоду  враховують закономірності розвитку атмосферної циркуляції при переході від одного сезону до другого.

За типізацією Г.Я Вангенгейма (40-ві роки минулого сторіччя) по переважаючому переносу повітряних мас в атлантико-євразійському секторі північної півкулі  було встановлено три основних типа циркуляції: західний (W), меридіональний (C) та східний (E), які характеризуються різкими відхиленнями відносно середньобагаторічних форм атмосферної циркуляції. Якщо кількість днів у місяці з тим чи іншим типом циркуляції атмосфери більша за норму, той тип (типи) циркуляції вважається переважаючим.     

Г.Я Вангенгейм вважав, що між переважаючими аномаліями типів циркуляції суміжних місяців існує зв’язок: по аномалії попереднього  місяця можна судити про метеоумови наступного періоду, наприклад, того, коли з’являться на річках льодові явища.

В подальшому така ідея о закономірностях макропроцесів в атмосфері знайшла розвиток в довгострокових прогнозах льодових явищ в роботах А.А. Гірса, Г.Р.Брегмана та ін.

В якості кількісних показників атмосферних процесів використовувалися різні індекси атмосферної циркуляції -  мерідіональності, контрастності, індекс потепління або похолодання та ін.

Розрахунок таких кількісних показників атмосферних процесів ведеться в межах характерних районів, де синоптичні процеси в попередні місяці обумовлюють ранні чи пізні дати наступу льодових явищ на річках [4,8].

 3 Синоптико-статистичні методи в прогнозах льодових явищ

Розвиток досліджень по загальній циркуляції атмосфери показав необхідність врахування цих процесів (при прогнозуванні льодових явищ) над обширними просторами північної півкулі.

Так, в 70-х роках Є.І Савченковою [29] встановлено необхідність аналізу атмосферної циркуляції по всієї північній півкулі в тропосфері (тиск приземного шару повітря, поле геопотенціалу Н500 ) та нижній стратосфері (геопотенціал Н100 ) з розподілом інформаційних областей  [30,31,32,33] або груп інформаційних станцій [34].

 Для виявлення інформаційних (значущих) областей чи районів, які визначають тенденцію та напрямок розвитку майбутніх синоптичних процесів в регіоні і, як слідчий, аномалії строків прогнозних дат льодових явищ, існують різні методи.

Значущими районами є райони, в межах яких атмосферні процеси мають протилежний характер в роки з ранніми та пізніми строками з’явлення льодових явищ, які прогнозуються. Шляхом аналізу та співставлення карт аномалій, відносно середніх, строків появи льодового явища виявляються райони с протилежним знаком аномалії тиску або температури повітря.

Іншим способом виділення значущого району є встановлення для груп років графіків коливання різності геопотенціалу ΔН500 і  ΔН1000 в функції від географічної довготи для попередніх льодовому явищу місяців. Співставлення таких графіків для протилежних груп дає можливість виділити найбільш інформативні райони.

При виборі інформаційних районів, тобто при вирішені задач класифікації, також широко використовується метод дискримінантного аналізу [35 та ін.]. В цьому методі виявлення значущих районів виконується по полях-предикторах (метеорологічних факторах) на основі встановлення величини d2,  яка описує відстань між класами явищ.

Для виділення таких класів всі випадки (наприклад, весни) розбиваються на групи наступу явища: дві або три – біля норми, раніше та пізніше норми (наприклад, для дат розкриття льоду). Далі визначається відстань між класами d2, як різниця між середніми значеннями в групах. Для виключення дисперсії використовується співвідношення .

По максимальних значеннях при >0.6 були виділені значущі райони при прогнозі дат льодових явищ, тобто ті, над якими циркуляція визначає формування раннього, середнього або пізнього явища.

В межах отриманих значущих районів для зжимання  інформації та відбору  найбільш інформативних, з точки зору їх впливу на прогнозне явище, предикторів (у вигляді багаторічного ряду цих значень) в практиці прогнозів використовується метод компонентного аналізу – розклад полів (баричних або термічних) по природних ортогональних складових, по ортогональних поліномах Чебишева, по рядах Фур`є та інші.

Синоптико-статистичний метод довгострокових прогнозів дат льодових явищ включає такі етапи [10]:

- аналіз атмосферних процесів для виділення в межах північної півкулі значущих областей чи районів, які визначають розвиток майбутніх синоптичних процесів і аномалій строків замерзання чи розкриття річок;

- встановлення кількісних показників атмосферних процесів в значущих районах при використанні того чи іншого способу математичної статистики;

- використання множинного регресивного аналізу при встановленні прогностичних комплексних залежностей дат льодових явищ від отриманих показників атмосферної циркуляції.

Запитання для самоперевірки

1. Фізичні основи прогнозів дат льодових явищ.

2. Розвиток методів довгострокових прогнозів льодових явищ.

3. Етапи розробки методик довгострокового прогнозування строків льодових явищ на водних об’єктах. 

4. Методи прогнозів дат льодових явищ на основі закономірностей атмосферних процесів.

5. Індекси, які використовуються при довгострокових прогнозах льодових явищ.

6. Поняття природного синоптичного сезону у розвитку атмосферних процесів та його значення при довгострокових льодових прогнозах.

7. Методи визначення значущих районів в синоптико-статистичних методах прогнозів льодових явищ.

Принципи розробки синоптико-статистичних методів довго-строкових прогнозів дат льодових явищ.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8954. Техноэволюция и окружающий мир. Закон прогрессивной эволюции, скачкообразного развития техники, соответствия между функцией и структурой 26.5 KB
  Техноэволюция и окружающий мир. Закон прогрессивной эволюции, скачкообразного развития техники, соответствия между функцией и структурой. Развитие техники не останавливалось и не шло вспять. Это развитие могло идти незаметно, когда люди постепенно н...
8955. Связь законов диалектики с законами развития техники 26.5 KB
  Связь законов диалектики с законами развития техники. Существует три основных закона развития техники: 1. Закон прогрессивной эволюции техники: действие этого закона аналогично действию закона естественного отбора в живой природе. 2. Закон скачкообр...
8956. Эрнст Капп и концепция техники как проекции органов человека 28 KB
  Эрнст Капп и концепция техники как проекции органов человека В середине XIX в. обществе вырастает потребность философского осознания феномена техники. Часто попытки такого рода осмысления сводились к исключительно оптимистической оценке достижений и...
8957. Фридрих Дессауер. (1881-1963). Концепция техники как сопричастности божественному творению 28 KB
  Фридрих Дессауер. (1881-1963). Концепция техники как сопричастности божественному творению. Наиболее выдающейся фигурой по проблемам философии техники, как до второй мировой войны, так и непосредственно после нее, был Фридрих Дессауер. В своих работ...
8958. Льюис Мэмфорд: миф машины 28.5 KB
  Льюис Мэмфорд: миф машины. Мэмфорд в молодости увлекался электроникой. Несмотря на то, что он прошел четыре курса колледжа, диплома на степень бакалавра он не защитил, стал заниматься философией как неспециалист, Мэмфорд избрал гуманитарные науки и ...
8959. Сущность творчества. Творчество и свобода. Свобода политическая, физическая, духовная, экономическая 34 KB
  Сущность творчества. Творчество и свобода. Свобода политическая, физическая, духовная, экономическая. Существует два основных понимания творчества: Творчество - социально обусловленная духовно-практическая деятельность, целью которой является...
8960. Творческие задачи и проблемные ситуации (Ф. Бэкон, Р. Декарт) 26 KB
  Творческие задачи и проблемные ситуации (Ф. Бэкон, Р. Декарт). Можно выделить два больших класса исходных ситуаций - это Задачи и проблемные ситуации. Задачи характеризуются наличием у субъекта преобразованной исходной ситуации, необходимого и доста...
8961. Философско-психологические аспекты творчества 25.5 KB
  Философско-психологические аспекты творчества. Общие положения: Исследователь психологии творчества Крушинский, указывая на связь творческой продуктивности с наличием в наследственном механизме человека гена повышенной возбудимости, пришел к выводам...
8962. Красота в инженерном творчестве. Философское и эстетическое значение красоты 26 KB
  Красота в инженерном творчестве. Философское и эстетическое значение красоты. Существует три типа красоты: красота окружающей живой и неживой природы, красота изделий и других объектов, созданных человеком и красота, создаваемая искусством. В станов...