Способ сверхдолгосрочного прогноза ледовитости берингова моря



Способ сверхдолгосрочного прогноза ледовитости берингова моря

 


Владельцы патента RU 2442194:

Учреждение Российской академии наук Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН (ТОИ ДВО РАН) (RU)

Изобретение относится к области гидрометеорологии и может быть использовано для составления сверхдолгосрочного прогноза ледовитости Берингова моря. Сущность изобретения: в северной части Тихого океана осуществляют мониторинг за действием четырех типов атмосферной циркуляции: циклонами над океаном, северозападным, охотско-алеутским, охотско-гавайским типами. Подсчитывают ежемесячную суммарную продолжительность действия указанных типов атмосферной циркуляции не менее чем за трехлетний период. Учитывая полученные данные, по прогностическому уравнению рассчитывают среднемесячную ледовитость Берингова моря на март или апрель месяцы с заблаговременностью прогноза 8, или 7, или 4 года. Технический результат: повышение эффективности прогнозирования. 1 табл.

 

Изобретение относится к гидрометеорологии, а именно к методам сверхдолгосрочного прогноза ледовых условий дальневосточных морей России, конкретно к прогнозу ледовитости Охотского моря.

Ледовые процессы на акваториях морей происходят различно, поэтому при разработке методов ледовых прогнозов, в том числе и ледовитости, для каждого моря необходим свой подход. Самый суровый ледовый режим наблюдается в арктических морях, где льды фиксируют круглый год. Менее сложная ледовая обстановка наблюдается на неарктических морях, где лед летом полностью исчезает. Однако и эти моря делятся на более и менее суровые, как, например, Японское и Берингово. Обычно на неарктических морях ледообразование наступает с того момента, когда температура воды на поверхности моря становится близкой к температуре замерзания. В холодный сезон большая часть морей, омывающих берега России, на большей или меньший срок покрывается плавучими и неподвижными льдами, создавая сложности для навигации. Не является исключением и Берингово море, где льды, препятствующие судовождению и рыболовству, обычно наблюдаются с ноября по июль, включительно. Знания фактических ледовых условий и прогнозов различной заблаговременности на его акватории всегда актуальны, поскольку дальневосточные моря имеют большое хозяйственное значение, потому что здесь осуществляется круглогодичная навигация морского флота и рыбный промысел, который дает 50% всей добываемой в России рыбы.

Ледовитость моря (процент покрытия льдом акватории моря) зависит от множества гидрометеорологических факторов: температуры воды и воздуха, направления и силы ветра, дрейфовых течений, облачности, осадков и так далее. В настоящее время Гидрометцентром России составляются оперативные прогнозы ледовых условий на Белом, Балтийском, Черном, Азовском, Каспийском, Охотском, Японском и Беринговом морях. Они основываются на использовании физико-статистических методов. Однако рассматривать одновременно влияние большого числа отдельных перечисленных выше метеорологических элементов на ледовитость морей затруднительно, поэтому прогнозы основываются, как правило, на выборе предикторов, дающих более качественный физико-статистический прогноз, на котором в подавляющем большинстве случаев основывается разработка долгосрочных и сверхдолгосрочных методов прогноза ледовитости морей. Именно удачно выбранные и физически обоснованные факторы (предикторы), как правило, определяют эффективность прогностических связей. В подавляющем большинстве случаев разработка долгосрочных и сверхдолгосрочных методов прогноза ледовитости морей основывается на статистических приемах. При этом наиболее трудным вопросом является выбор факторов, определяющих прогнозируемое явление.

Прежде всего стоит вопрос о необходимости установления связи между ледовитостью открытого моря и атмосферными условиями. Наиболее эффективными считают методики, основанные на фактических данных действия атмосферной циркуляции, в которую входит весь комплекс гидрометеорологических условий:

- барическое поле - освещает наличие циклонов и антициклонов, их интенсивность, скорость перемещения, периодичность и т.д.;

- циклоны несут с собой неблагоприятные погодные условия: сильный ветер, осадки, значительную облачность, резкие изменения температуры воздуха и т.д.;

- антициклоны, наоборот, являются зонами хорошей погоды со слабыми ветрами, ясным небом.

Учет воздействия атмосферной циркуляции может быть выражен в виде различных индексов, типовых барических полей, барических градиентов в больших или меньших географических регионах.

В некоторых случаях физически обоснованные факторы трудно выразить простой численной характеристикой, поскольку на ледообразование в открытом море влияет целый комплекс гидрометеоэлементов: температура воды (особенно на начальных периодах ледообразования до ее стабилизации), температура воздуха, сила и направление ветра, осадки и т.д. В результате возникает задача отыскания характеристик, которые наилучшим образом отображали бы учитываемые в прогнозах факторы. В частности, удобной формой аппроксимации полей метеорологических элементов является разложение их в ряд по известным функциям, например по полиномам Чебышева или по естественным составляющим. Коэффициент такого разложения используют в качестве характеристик при отыскании расчетных прогностических зависимостей. Здесь важным вопросом является подбор таких метеорологических полей, которые достаточно ярко характеризуют термобарические процессы в исследуемых морях.

Установлены эмпирические зависимости между ледовыми явлениями и факторами, их обуславливающими. К факторам, определяющим характер ледовых условий, относят тепловой баланс (Шулейкин В.В. Физика моря. - М.: Наука. - 1968. - С 1083); предшествующие метеорологические и гидрологические ледовые условия (Кан С.И. Современное состояние методов ледовых прогнозов на морях СССР. - "Океанология". - 1967. - Т.7. - Вып.5. - С.786-792), а также действие атмосферной циркуляции, влияющей на сезонные изменения ледовитости и положение кромки льда, температурное поле океана, формирующее аномалии атмосферной циркуляции и аномалии суровости зим на морях (Крындин А.Н. Сезонные и межгодовые изменения ледовитости и положения кромки льда на Черном и Азовском морях в связи с особенностями атмосферной циркуляции // Тр. ГОИН. - 1964. - Вып.76. - С.7-79).

В «Методике долгосрочного гидрометеорологического прогноза для Арктики» представлен способ, в котором в качестве исходного материала используют данные по атмосферной циркуляции над Арктикой, где учитывается типовое положение циклонов и антициклонов в Арктике, за период с марта и до конца действия прогноза. Характер и количество этих данных зависят от режима каждого района (Труды ААНИИ. Том 292 под редакцией Б.А.Крутских, З.М.Гудковича, А.Л.Соколова Л.: Гидрометеоиздат. 1970. 217 с.).

Многоступенчатый долгосрочный прогноз осенних ледовых условий такого типа состоит из трех взаимосвязанных частей: анализа исходного состояния природных условий в конце лета, ожидаемых метеорологических условий в сентябре-ноябре, долгосрочного прогноза замерзания акватории в течение осеннего периода и постоянного анализа текущей ледовой обстановки в течение всего года. Таким образом, сам процесс прогнозирования представляет целую систему, включающую в себя получение прогностической и фактической информации и анализа текущих ледовых условий. Однако создание ледовых прогнозов на основе прогностических данных (прогноз на прогнозе) приводит к большим ошибкам, поскольку макроциркуляционный метод не дает возможности предсказывать аномалии воздушных потоков в том или ином районе Арктики не только по величине, но даже по знаку.

Методика долгосрочных и сверхдолгосрочных прогнозов для любого гидрометеорологического явления или процесса должна строиться на знании его природы и, прежде всего, физических факторов, непосредственно определяющих его межгодовую изменчивость, а не на прогнозируемых характеристиках. Поэтому основным недостатком данного метода является расчет прогностических величин на базе прогнозируемых характеристик.

Отметим, что для акватории Берингова моря данные способы прогнозов не могут быть использованы.

В качестве предикторов при расчете прогноза средней месячной ледовитости и ледовитости средней за зиму по всем неарктическим морям используют:

- среднюю месячную ледовитость моря;

- коэффициенты разложения приземного барического поля за январь-март;

- среднюю месячную температуру воздуха над морем в январе-феврале;

- температуру 200-метрового слоя воды на меридиане Кольского полуострова в феврале (как показатель теплового состояния атлантических вод) (Каракаш А.И. Ледовые прогнозы на неарктических морях СССР // Тр. Центр. Ин-та прогнозов. - 1969. - Вып.51. - С.101-119).

Обнаружено наличие связи между средней месячной ледовитостью и средним месячным положением кромки льда, что позволяет давать прогнозы положения и границ льда: чем больше ледовитость, тем мористее располагается кромка льда. Будущее положение средней месячной кромки льда определяется по ледовитости и положению кромки льда в предыдущую зимнюю навигацию с учетом многолетнего положения кромки и предстоящей ледовитости моря (Красюк B.C., Андреев М.Д., Пономарев В.Н., Прохорова Т.М. Прогнозы ледовых условий на неарктических морях СНГ // Тр. Центр. Ин-та прогнозов. - 1992. - Вып.324. - С.119-123).

Предполагается, что исходными материалами, т.е. предикторами, для составления прогноза ледовитости Охотского и Берингова морей могут быть аномалии температуры воды в субтропической части западной периферии Тихого океана, с одной стороны, и аномалии температуры воды Охотского моря в предзимний период, с другой (Бирюлин Г.М. К вопросу о прогнозировании ледовитости Охотского и Берингова морей // Тр. ДНИГМИ. 1970. Вып.30. С.89-93).

Наиболее близким к заявленному является способ составления ледовых прогнозов для Берингова моря, предложенный В.В.Плотниковым в книге «Изменчивость ледовых условий дальневосточных морей России и их прогноз». Владивосток: Дальнаука, 2002, с.112-128. Для диагноза и прогноза состояния ледяного покрова создана единая иерархическая информационно-аналитическая система, включающая следующие блоки:

- формирование полных архивов ледовой информации;

- расчет и последовательное уточнение оценок состояния ледовых условий и их пространственно-временной изменчивости на основании архивов;

- формирование пакетов моделей для многоступенчатого прогноза ледовых условий одновременно для всех акваторий.

Многоступенчатый прогноз подразумевает последовательное генерирование разномасштабной прогностической информации. Данная модель алгоритма фонового прогноза ледовитости дальневосточных морей, включая Берингово, базируется на:

- оценке состояния ледовых условий (значений декадной ледовитости, положения кромок льда, полей сплоченности, возраста, форм льда и т.д.), их пространственно-временной изменчивости, выявленных скрытых периодичностей в самом прогнозируемом процессе;

- значениях месячной аномалии температуры (ΔT) в центрах действия атмосферы Северного полушария: алеутской депрессии, летней дальневосточной, североамериканской летней, среднеазиатской депрессиях и азиатском зимнем, канадском и охотском арктическом антициклонами;

- действия атмосферной циркуляции, выраженной в виде индексов атмосферной циркуляции А.А.Гирса, O.K.Ильинского, А.Л.Каца, Е.Н.Блиновой и др.

На первом этапе получают качественный прогноз интегральных показателей ледовых условий (сезонная, максимальная или средняя месячная ледовитость, общий объем льда, полей сплоченности, возраста, форм льда и т.д.) с заблаговременностью 1 год и более.

На втором этапе производится уточнение прогноза (количественный прогноз) с заблаговременностью от 3 месяцев до 1 года, включающий декадную ледовитость, сроки наступления различных ледовых фаз, генеральное направление дрейфа льдов и т.д.

На третьем этапе производят дальнейшее уточнение прогноза с заблаговременностью от 1 декады до 3 месяцев (декадные оценки) и расширение списка прогнозируемых параметров, характеризующих состояние ледяного покрова морей, а именно прогноз декадных значений ледовитости, положения кромки льда, полей сплоченности, возраста, форм льда и т.д.

На четвертом этапе производится интерполирование и экстраполирование прогностических результатов на каждые сутки.

Недостатками данного метода, на наш взгляд, являются:

1. Очень большое число предикторов:

- декадная ледовитость, положение кромок льда, полей сплоченности, возраста, форм льда и т.д., их пространственно-временная изменчивость и выявленные скрытые периодичности;

- месячные аномалии температуры (ΔT) в центрах действия атмосферы Северного полушария: алеутской депрессии, летней дальневосточной, североамериканской летней, среднеазиатской депрессиях и азиатском зимнем, канадском и охотском арктическом антициклонами;

- учет атмосферной циркуляции по целому набору индексов атмосферной циркуляции: А.А.Гирса, O.K.Ильинского, А.Л.Каца, Е.Н.Блиновой и т.д.

2. Качественный, а не количественный характер прогноза интегральных показателей ледовых условий (сезонной, максимальной и средней месячной ледовитости, общего объема льда и т.д.) с заблаговременностью 1 год и более.

3. Прогнозы ледовитости заблаговременностью 1 год и более основываются только на выявленной скрытой периодичности ледовитости посредством экстраполяции этого процесса.

4. Заблаговременность (до 1 года) количественного прогноза ледовых условий.

Задача изобретения - создание сверхдолгосрочного способа прогноза среднемесячной ледовитости Берингова моря на март и апрель месяцы максимального развития ледяного покрова.

Технический результат достигается за счет использования в качестве предикторов фактических данных о суммарной продолжительности действия в северной части Тихого океана четырех типов атмосферной циркуляции - циклоны над океаном (Цн), северо-западный (СЗ), охотско-алеутский (ОА) и охотско-гавайский (ОГ); подсчитывают ежемесячную суммарную продолжительность их действия (д, сутки) не менее чем за трехлетний период и затем рассчитывают по прогностическим уравнениям среднемесячную ледовитость (L) Берингова моря на март или апрель месяц (м) с заблаговременностью (з) прогноза 4, 7 или 8 лет по следующему уравнению:

Lмзд1з1Цн К1+Σд2з2СЗ К2+Σд3з3ОА К3+Σд4з4ОГ К4+С,

где

Lмз - ледовитость, тыс.км2, в «м»-месяце заблаговременностью «з» лет,

Σд1з1Цн - суммарная продолжительность действия, сутки, Цн типа атмосферных процессов за промежуток времени «д1», равный 3 годам с заблаговременностью «з1», равной 8 годам;

Σд2з2СЗ - суммарная продолжительность действия в сутках СЗ типа атмосферных процессов за промежуток времени «д2», заблаговременностью «з2» лет;

Σд3з3ОА - суммарная продолжительность действия в сутках ОА типа атмосферных процессов за промежуток времени «д3», заблаговременностью «з3» лет;

Σд4з4ОГ - суммарная продолжительность действия в сутках ОГ типа атмосферных процессов за промежуток времени «д4», заблаговременностью «з4» лет

К1, К2, К3, К4 - коэффициенты, тыс.км2/сутки;

С - свободный член, при этом

для марта месяца (м=III):

при з=7 (заблаговременность прогноза 7 лет):

Σд3з3ОА К3=0, Σд4з4ОГ К4=0, з1=8, д1=3 года, К1=0,64; з2=7, д2=1 год; К2=(-0,75) и С=907,36;

для апреля (м=IV) при з=8 (заблаговременность прогноза 8 лет):

Σд2з2СЗ=0 и Σд4з4СЗ=0, з1=8, д1=3 года, К1=1,36, з3=8, д3=3, К3=0,63 и С=223,63 или

при Σд2з2СЗ=0 и Σд3з3СЗ=0, з1=8, д1=3 года, К1=1,15; з4=8, д4=3, К4=(-1,25) и С=493,12;

а при з=4 (заблаговременность прогноза 4 года):

Σд2з2СЗ=0 и Σд4з4СЗ=0, з1=8, д1=3 года, К1=1,21; з3=4, д3=1 год, К3=0,89 и С=368,55.

Из вышеизложенного обзора исследований в области ледовых прогнозов видно, что ледовые условия на морях тесно связаны с особенностью действия атмосферной циркуляции, выраженной либо в виде различных индексов или типов; либо интенсивности действия мировых барических центров (алеутской депрессии, летней дальневосточной, североамериканской летней, среднеазиатской депрессиях и азиатском зимнем, канадском и охотском, арктическом антициклонами и пр.); либо значений аномалий температуры воздуха в мировых барических центрах и т.д.

Гидрометеоцентр России (ГМЦ) все моря умеренных широт разбил на две группы: западные и восточные, первые относятся к зоне влияния Атлантического океана, вторые - Тихого. Конкретно были предложены следующие границы районов: 35°-80° с.ш. и 0°-70° в.д. для западных морей и 40°-80° с.ш. и 120°-180° в.д. для восточных. Эти районы выбирались с таким расчетом, чтобы в них входили постоянные мировые центры действий атмосферы: азорский и сибирский антициклоны, исландский минимум и алеутская депрессия и т.д. Так как Берингово море относится к группе восточных морей, атмосферную циркуляцию необходимо было рассматривать к востоку от 120° в. д.

Ранее для северной половины Тихого океана была осуществлена типизация атмосферной циркуляции в приземном слое (Полякова А.М Календарь и краткая характеристика типов атмосферной циркуляции с учетом нестационарности над северной частью Тихого океана. Владивосток: Издательство Дальневосточного университета, 1999, 116 с.). Материалом для такой типизации атмосферных процессов послужили ежедневные приземные синоптические карты бюро погоды Приморского управления гидрометеослужбы для северной части Тихого океана за четыре основных синоптических срока: 00, 06, 12, 18 час Гринвича, за период с 01.01.1949 по 31.12.1998 гг. В результате все многообразие атмосферных ситуаций над северной частью Тихого океана было классифицировано в шесть типовых барических полей, которые были поименованы по географическому положению основных траекторий циклонов и получили следующие названия: северо-западный тип атмосферной циркуляции (СЗ); охотско-алеутский (OA); широтный алеутский (ША); южный широтный (ЮШ); охотско-гавайский (ОГ); циклоны над океаном (Цн).

Была исследована непрерывная продолжительность, повторяемость, преемственность, ход сезонной интенсивности действия атмосферных процессов, внутригодовой и межгодовой ход суммарной продолжительности действия в сутках. Составлен ежедневный календарь действия типовых атмосферных процессов за период с 1949 по 1998 гг. Все 6 типов атмосферных процессов имеют ярко выраженный сезонный ход интенсивности развития. Наибольшей интенсивности они достигают зимой, когда глубина циклонов может быть 960 гПа и менее, осенью глубина циклонов уменьшается незначительно по сравнению с зимой - до 970 гПа и менее. Весной интенсивность действия типовых ситуаций резко падает, циклоны редко достигают 990-985 гПа, а летом наблюдаются слабовыраженные циклоны, часто оконтуренные только одной замкнутой изобарой. Таким образом было выявлено, что повторяемость действия типовых ситуаций обладает сезонным ходом. СЗ и OA типы чаще всего встречаются в теплое время года, а тип Цн - в холодное, ША - в конце лета - осенью, ЮШ - зимой, ОГ - весной.

Оказалось, что действие каждого из 6 типов атмосферной циркуляции в северной части Тихого океана оказывает различное влияние на ледовые процессы в Беринговом море.

Проведенный автором многовариантный анализ связи месячной ледовитости Берингова моря и всех 6-ти типов атмосферной циркуляции, действующих над северной частью Тихого океана, показал, что ледовитость Берингова моря зависит преимущественно от времени действия типов Цн и, в меньшей степени, от действия типов атмосферной циркуляции OA и СЗ, которые обладают значительной повторяемостью в течение года, и ОГ типа атмосферных процессов, который наблюдается значительно реже, чем три предыдущие.

Тип атмосферных процессов Цн во все месяцы холодного сезона способствует увеличению ледовитости Берингова моря, что вполне закономерно, так как при действии данного типа, как было показано выше, на акваторию Берингова моря обрушиваются холодные сухие массы воздуха с американского континента. В этом случае процессы ледообразования усиливаются, с одной стороны, из-за морозного воздуха, с другой - сильного северо-восточного ветра, который относит плавучие льды от американского побережья. В результате действия низкой температуры на открытой поверхности полыньи интенсивно образуется новый лед, который вновь относится ветром, вызывая последующее интенсивное ледообразование. Подобным образом на ледообразование в Беринговом море действует OA тип атмосферной циркуляции, так как при его действии в тылу алеутской депрессии на акваторию Берингова моря с американского континента в холодное время года обрушиваются холодные северовосточные ветры. Они способствуют усилению ледообразования на акватории Берингова моря. Обратным образом на процессы ледообразования в Беринговом море действуют типы атмосферных процессов СЗ и ОГ. При действии СЗ типа циклоны, следующие в залив Бристоль, выносят на акваторию Берингова моря теплые океанические воздушные массы с южными и юго-восточными ветрами, которые одновременно создают перенос теплых океанических вод на акваторию Берингова моря. Все это способствует замедлению ледообразования на акватории Берингова моря. Подобным образом на ледообразование в Беринговом море действует ОГ тип атмосферной циркуляции, вынося теплые морские воздушные массы и теплые океанические воды с океана на акваторию Берингова моря.

Для количественной оценки действия атмосферной циркуляции было введено понятие суммарной продолжительности, выраженной в сутках, действия типов атмосферной циркуляции за различные отрезки времени: месяц, сезон, год, три и пять лет. Был выявлен внутригодовой и межгодовой характер хода суммарной продолжительности действия типов Цн, СЗ, OA и ОГ их цикличность, которая составила 2-3, 5-7, 10-11 лет.

Исследование изменчивости месячной ледовитости Берингова моря позволило сделать вывод, что она имеет похожую цикличность, то есть обладает периодичностью 3-5, 5-7, 10-11 лет.

Таким образом, обе величины (суммарная продолжительность действия типов атмосферной циркуляции Цн, СЗ, OA и ОГ и ледовитость Берингова моря) обладают сопоставимой временной изменчивостью асинхронного характера, что указывает на наличие прогностического фактора, позволяющего с большой заблаговременностью предсказать ледовитость Берингова моря. При этом существенным является то, что предикторами в данном случае оказываются фактические данные наблюдений о суммарной продолжительности действием типов атмосферных циркуляций Цн, СЗ, OA и ОГ, т.е. заявляемый способ прогноза базируется не на прогностических, а на фактических данных.

Для всех месяцев со льдом был проведен многовариантный анализ взаимосвязей предикторов и предиктантов. Предикторами явились суммарные значения продолжительности действия типов атмосферных процессов Цн, СЗ, OA и ОГ в сутках, за месяц, год, три года и пять лет, а предиктантами, соответственно, месячная ледовитость Берингова моря за все месяцы со льдом. Были рассчитаны вначале частные - r, а затем общие - R-коэффициенты корреляции. Затем были выполнены расчеты уравнений регрессии с использованием одного, двух и трех предикторов. Уравнения регрессии рассчитывались в виде

Y=f(х…)±σ; с указанием степени его точности, σ.

Полученные результаты представлены в Таблице, где приведены полученные прогностические уравнения для сверхдолгосрочного прогноза ледовитости Берингова моря и характеристики их надежности, где:

римскими цифрами обозначен месяц (м);

LIII - ледовитость, тыс.км2, в марте; LIV - деловитость, тыс.км2, в апреле;

Цн, СЗ, ОА и ОГ - тип атмосферных процессов.

Σ38, Σ37, Σ14 - суммарная продолжительность (д, сутки) действия соответствующего типа атмосферных процессов за 3 и 1 год, заблаговременностью (з), равной 8, 7 и 4 года.

Для прогноза месячной ледовитости Берингова моря были получены прогностические уравнения на март и апрель. Именно в эти периоды, когда ледовитость Берингова моря наибольшая, она с большей степенью вероятности и с большой заблаговременностью может быть предсказана.

Таким образом, как видим из таблицы, для прогноза среднемесячной ледовитости Берингова моря на март получено одно прогностическое уравнение (1) заблаговременностью 7 лет; на апрель - три прогностических уравнения (2-4), два из которых имеют заблаговременность 8 лет, а третье - 4 года.

В соответствии с имеющимися нормативными документами (Наставление по службе прогнозов. Раздел 3, часть. III. Служба морских гидрологических прогнозов. Л.: Гидрометеоиздат, 1982, 143 с.) прогностические уравнения должны удовлетворять целому ряду определенных требований.

В заявляемом случае все множественные коэффициенты корреляции для полученных прогностических уравнений имеют значения от 0,68 до 0,74 (Таблица). Показателями надежности связи является вероятное отклонение коэффициента корреляции - Е, высокое значение которого иногда, при коротких рядах наблюдений, является случайным совпадением. Связь считается надежной, если коэффициент корреляции достаточно велик, в 6-10 раз превышает Е. В нашем случае для всех принятых уравнений коэффициент корреляции R превышает Е больше чем в 10 раз.

Существует еще один критерий, характеризующий точность зависимостей, а именно соотношение S/σ, среднеквадратической ошибки связи к среднеквадратическому отклонению. Чем меньше это отношение - тем надежнее зависимость. При величине ряда наблюдений более 25 и заблаговременности метода более 6 месяцев, что соответствует нашим условиям, отношение средней квадратичной погрешности к среднему квадратичному отклонению должно соответствовать следующему условию: S/σ≤0,80. Это критерий применимости метода прогноза. В нашем случае для всех полученных уравнений отношение S/σ соответствует принятым требованиям.

Практическое использование способов прогнозов заблаговременностью 2-6 месяцев является целесообразным, если их обеспеченность (под обеспеченностью понимается средняя оправдываемость прогнозов, по данному уравнению, составленная на весь период наблюдений) на 10% выше природной обеспеченности (Наставление по службе прогнозов. Раздел 3, часть. III. Служба морских гидрологических прогнозов. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 143 с.). Превышение обеспеченности метода над природной обеспеченностью называется эффективностью метода. Для сверхдолгосрочных прогнозов (заблаговременностью более 6 месяцев) эффективность метода не устанавливается. Тем не менее для заявляемого способа такая оценка была выполнена и оказалось, что эффективность прогностических уравнений составила 31-37%, что выше требований даже для краткосрочных прогнозов, для которых эффективность должна быть не менее 18%.

Заявляемый способ был проверен на независимом материале, не вошедшем в ряды наблюдений, использованных для расчетов прогностических уравнений. Была проведена проверка на базе двух сезонов со льдом: 1987-1988 гг. и 1988-1989 гг., в соответствии с предъявляемыми нормативными требованиями (Наставление по службе прогнозов. Раздел 3, часть. III. Служба морских гидрологических прогнозов. Л.: Гидрометеоиздат, 1982, 143 с.), где для сверхдолгосрочных прогнозов необходима проверка на материалах двух независимых лет наблюдений.

В Беринговом море средняя оправдываемость прогнозов составила 75%. Общая оправдываемость проверочных прогнозов весьма высока, что на 8-14% превышает принятую по нормативным требованиям для долгосрочных и тем более сверхдолгосрочных прогнозов, а сами уравнения соответствуют всем принятым к ним требованиям.

Заявляемый способ позволяет составить сверхдолгосрочный прогноз среднемесячной ледовитости Берингова моря на период максимального развития ледяного покрова (март-апрель), (заблаговременностью 4, 7 и 8 лет), оправдываемостью 75% при эффективности метода 31%-37% (Таблица).

Заявляемый способ прогноза ледовитости Берингова моря осуществляется следующим образом.

Проводится текущий мониторинг за действием четырех типов атмосферной циркуляции в северной части Тихого океана: циклоны над океаном (Цн), северозападный (СЗ), охотско-алеутский (OA) и охотско-гавайский (ОГ). Составляют архив данных, подсчитывают суммарную продолжительность, выраженную в сутках, их действия не менее чем за трехлетний период и затем по представленным прогностическим уравнениям подсчитывают ледовитость Берингова моря за март или апрель месяц.

Практически выборку времени действия соответствующих типов атмосферной циркуляции можно осущестлять оперативно, то есть ежедневно просматривать приземные карты погоды, получаемые и свободно выставляемые Хабаровским, Приморским ГМЦ, Метеорологическими агентствами Токио и Гонолулу в эфир по факсимильным каналам связи или в Интернет, классифицировать по ним наличие действия требуемых типов и создавать архив, который потом использовать при расчетах прогнозов месячной ледовитости Берингова моря.

Например, необходимо составить прогноз месячной ледовитости Берингова моря на март месяц 2000 года (1 - уравнение из таблицы)

Для расчетов необходимо подсчитать:

- трехлетнюю суммарную продолжительность действия в сутках типа Цн, с 8-летней заблаговременностью, т.е. за 1990-1992 гг.

- трехлетнюю суммарную продолжительность действия в сутках СЗ типа атмосферной циркуляции, заблаговременностью 7 лет, т.е. за 1991-1993 гг.

Исходным материалом для составления прогноза месячной ледовитости Берингова моря в данном случае стали ежедневные приземные карты погоды для акватории северной части Тихого океана за синоптический срок 00 час Гринвича, составленные Приморским ГМЦ и полученные по факсимильным каналам.

Кроме этого, аналогичные сведения были взяты с сайта ТОИ ДВО РАН http://pacificinfo.ru/resources.

Из архивов данных, составленных на основе приземных карт погоды за синоптический срок 00 Гринвича, подсчитывают суммарную продолжительность действия Цн типа атмосферной циркуляции за три года (1990-1992) с восьмилетней заблаговременностью (Σ83Цн), которая составила 453 суток, и СЗ типов атмосферных процессов за год (Σ71СЗ), которая составила 214 суток.

Полученные величины суммарной продолжительности действия типа атмосферных процессов Цн за 3 года и СЗ типа за 3 года подставляем в уравнение (1) Таблицы и получаем искомую величину ледовитости Берингова моря в марте 2000 г. в тыс. км.кв, которая составила 874 тыс. км.кв, а реальная цифра за 2000 год составила 782 тыс. км.кв.

Заявляемый способ позволяет обеспечить составление сверхдолгосрочного прогноза месячной ледовитости Берингова моря на март или апрель в период максимального развития ледяного покрова на акватории этого моря, повышает обеспеченность выявления особо суровых ледовых зим с большой заблаговременностью, обеспечивая тем самым лучшую подготовку флота к экстремальным ледовым условиям промысла и навигации.

Кроме того, способ обеспечивает значительное увеличение срока заблаговременности прогнозов с обеспеченностью и оправдываемостью, соответствующей нормативным требованиям наиболее важной в навигационном отношения ледовой характеристики - ледовитости Берингова моря. Не требует дорогостоящего оборудования, может быть рассчитан на персональном компьютере.

Способ прогнозирования среднемесячной ледовитости Берингова моря на март и апрель месяцы, включающий проведение текущего мониторинга за атмосферной циркуляцией, отличающийся тем, что текущий мониторинг осуществляют в северной части Тихого океана за действием четырех типов атмосферной циркуляции - циклонами над океаном (Цн), северо-западным (СЗ), охотско-алеутским (ОА) и охотско-гавайским (ОГ), подсчитывают ежемесячную суммарную продолжительность (д, сутки) их действия не менее чем за трехлетний период и затем рассчитывают по прогностическому уравнению среднемесячную ледовитость (L) Берингова моря на март или апрель с заблаговременностью прогноза 8, или 7, или 4 года по следующему уравнению: Lмзд1з1ЦнК1+Σд2з2СЗК2+Σд3з3ОАК3+Σд4з4ОГК4+C, где Lмз - ледовитость, тыс.км2, в «м»-месяце заблаговременностью «з» лет,
Σд1з1Цн - суммарная продолжительность действия, сутки, Цн типа атмосферных процессов за промежуток времени «д1», равный 3 годам, с заблаговременностью «з1», равной 8 годам;
Σд2з2СЗ - суммарная продолжительность, сутки, действия СЗ типа атмосферных процессов за промежуток времени «д2» заблаговременностью «з2» лет;
Σд3з3ОА - суммарная продолжительность, сутки, действия ОА типа
атмосферных процессов за промежуток времени «д3» заблаговременностью «з3» лет;
Σд4з4ОГ - суммарная продолжительность, сутки, действия ОГ типа атмосферных процессов за промежуток времени «д4» заблаговременностью «з4» лет;
К1, К2, К3, К4 - коэффициенты, тыс.км2/сутки;
С - свободный член, при этом
для марта месяца (м=III) при з=8:
Σд3з3ОАК3=0, Σд4з4ОГК4=0, з1=8, д1=3 года, К1=0,64; з2=7, д2=1 год, К2=(-0,75) и С=907,36;
для апреля (м=IV) при з=8: Σд2з2СЗ=0 и Σд4з4СЗ=0, з1-8, д1=3 года, К1=1,36, з3=8, д3=3, К3=0,63 и С=223,63 или Σд2з2СЗ=0 и Σд3з3СЗ=0, з1=8, д1=3 года, К1=1,15; з4=8, д4=3, K4=(-1,25) и С=493,12;
а при з=4Σд2з2СЗ=0 и Σд4з4СЗ=0, з1=8, д1=3 года, К1=1,21; з3=4, д3=1 год, К3=0,89 и С=368,55.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области метеорологии, а именно к способам определения характеристик загрязнения. .
Изобретение относится к области метеорологии, а именно к получению водорода, предназначенного для наполнения оболочек для проведения радиозондовых измерений различных параметров атмосферы.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано при определении характеристик атмосферы. .

Изобретение относится к областям энергетики и охраны окружающей среды и может быть использовано при комплексном обследовании энергоэффективности и изменения экологической обстановки на промышленных предприятиях топливно-энергетического комплекса РФ.
Изобретение относится к области экологических исследований и может быть использовано при мониторинге окружающей среды. .
Изобретение относится к области экологических исследований и может быть использовано при мониторинге окружающей среды. .

Изобретение относится к метеорологическим приборам и может быть использовано для обеспечения работы наземных оптических средств и астрономических установок в автоматическом режиме.

Изобретение относится к области гидрометеорологии и может быть использовано для определения характеристик морских ветровых волн. .
Изобретение относится к области экологии и может быть использовано при проведении мониторинга окружающей среды. .
Изобретение относится к области экологии и может быть использовано при проведении мониторинга окружающей среды. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительных экологических систем и может быть использовано при конструировании систем аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона

Изобретение относится к области гидрометеорологии и может быть использовано для составления сверхдолгосрочного прогноза ледовитости Охотского моря

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения параметров, характеризующих состояние ледяного покрова

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении параметров физического состояния атмосферы и других газообразных или жидких сред, при точных угловых и линейных измерениях

Изобретение относится к области морской гидрологии и может быть использовано для определения приливных колебаний уровня моря

Изобретение относится к контрольно-измерительным системам и может быть использовано при проведении аварийного и экологического мониторинга региона

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для прогнозирования температуры воздуха

Изобретение относится к области газоаналитических исследований и может быть использовано для градуировки и поверки сигнализаторов довзрывоопасных концентраций паров многокомпонентных жидкостей

Изобретение относится к устройствам мониторинга и очистки акваторий от различных загрязнений
Изобретение относится к промышленной экологии и может быть использовано для обнаружения источника несанкционированного выброса вредных веществ в атмосферу, в том числе при аварии или криминальной врезке в трубопроводы
Наверх