Способ сверхдолгосрочного прогноза ледовитости охотского моря



Способ сверхдолгосрочного прогноза ледовитости охотского моря

 


Владельцы патента RU 2443002:

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 Охотского моря. Сущность: в северной части Тихого океана осуществляют мониторинг за действием двух типов атмосферной циркуляции: циклонами над океаном и северо-западным типами. Подсчитывают ежемесячно суммарную продолжительность действия каждого из указанных типов атмосферной циркуляции не менее чем за трехлетний период. Учитывая полученные данные, по прогностическому уравнению рассчитывают среднемесячную ледовитость Охотского моря на январь или февраль, или март, или май месяцы. 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 существует в арктических морях, где льды наблюдаются 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, Охотское и Японское. 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 больший или меньший срок покрывается плавучими и неподвижными льдами, создавая сложности для навигации. Не является исключением и Охотское 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 деловитости 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 деловитостью 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 В.В.Шулейкин относит тепловой баланс (Шулейкин В.В. Физика моря. - М.: Наука. - 1968. - С 1083); Кан С.И. - 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 А.Н.Крындин - действие атмосферной циркуляции, влияющей на сезонные изменения деловитости и положение кромки льда, а также 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 зависит 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. Основным недостатком данного метода является расчет прогностических величин на базе прогнозируемых характеристик.

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

Известно, например, что ледовитость (в %) Охотского моря в декабре зависит от поля температуры воды в августе, выраженной коэффициентами разложения по полиномам Чебышева. Общий коэффициент корреляции этой зависимости R=0,74, обеспеченность невыхода ошибок за пределы 0,67σ равна 88% (Кан С.И. Прогноз и расчет ледовых характеристик в Охотском море // Тр. Центр. Ин-та прогнозов - 1966. Вып.156. С.105-121).

В качестве предикторов при расчете прогноза средней месячной деловитости и ледовитости средней за зиму по всем неарктическим морям другой автор, Каракаш А.И. использует:

- 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).

Предложен также расчет кромок льда по радиальным лучам на навигационных трассах Охотского моря (Яковлев В.Н. К расчету кромки льда на навигационных трассах Охотского моря // Тр. Центр. Ин-та прогнозов. 1965. Вып.142. С.16-21).

Наиболее близким к заявляемому является способ составления ледовых прогнозов для Охотского 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 Охотское, 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, является:

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 (ΔТ) 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 деловитости, общего объема льда и т.д.) с заблаговременностью 1 год и более.

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

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

Задача изобретения - разработка сверхдолгосрочного способа прогноза среднемесячной ледовитости Охотского моря на период максимального развития ледяного покрова (январь-май).

Поставленная задача решается за счет использования в качестве предикторов фактических данных о суммарной продолжительности действия в сутках двух типов атмосферной циркуляции с учетом перемещения циклонов и положения антициклонов для северной половины Тихого океана, для этого осуществляют текущий мониторинг за действием следующих двух типов атмосферной циркуляции - циклоны над океаном (Цн) и северо-западный (СЗ), создают архив полученных данных, подсчитывают суммарную ежемесячную продолжительность их действия (д, сутки) не менее чем за трехлетний период и затем рассчитывают по полученным прогностическим уравнениям среднемесячную ледовитость (L) Охотского моря на январь или февраль или март или май месяцы с заблаговременностью прогноза от 4 до 7 лет по следующему уравнению:

где

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

- суммарная продолжительность действия Цн типа атмосферных процессов за промежуток времени «д1», заблаговременностью «з» лет;

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

- суммарная продолжительность действия СЗ типа атмосферных процессов за промежуток времени «д3», заблаговременностью «з3» лет;

- суммарная продолжительность действия СЗ типа атмосферных процессов за промежуток времени «д4», заблаговременностью «з4» лет;

K1, К2, К3, К4 - коэффициенты, тыс. км2/сутки;

С - свободный член, при этом

для января (м=1),

при з=7: з1=з2=7, д1=3 года, д2=1 год; K1=(-1.1); К2=0.8, а С=987;

а при з=4: з1=7, з2=4, д1=3, д1 - октябрь месяц (X) за предшествующие прогнозу 4 года (з=4), K1=(-0.99), К2=5,5 и С=1021;

для февраля (м=II),

при з=7 и з1=з2=7: д1=д2=3 года, K1=(-1.02); К2=0.55, а С=1184 или д1=3, д2=1, K1=(-1.2), К2=0,94 и С=1314,

а при з=4: з1=7, з2=4, К1=(-1,2), К2=0,6, С=1304;

для марта месяца (м=III):

при з=5: з1=7 лет, з2=5 лет, д1=3 года, д2 = длительность СЗ циклона в августе (VIII) месяце за предшествующие прогнозу 5 лет (з2=5) год, K1=(-1.01), К2=5,9 и С=1395;

а при з=4: , з2=7, з3=6, з4=4, д2=1 год, д3 - длительность в июле месяце (VII) за предшествующие прогнозу 6 лет (з=6); д4 - длительность в октябре месяце (X) за предшествующие прогнозу 4 года (з4=4); К2=1.12; К3=5,7; К4=12,2, а С=936;

для мая месяца (m=V), при з=4,

з1=6, з3=з4=4, д3 = сентябрь (IX) месяц за предшествующие прогнозу 4 года; К3=(-3.78); К4=13.2 и С=350; или

з1=6, з2=4, д1=3, д2 = октябрь (X) месяц за предшествующие прогнозу 4 года; К1=(-0,28); К2=394 и С=350.

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 действии атмосферы: азорский и сибирский антициклоны, исландский минимум и алеутская депрессия и т.д. Так как Охотское 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 г. 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 (ОА); широтный алеутский (ША); южный широтный (ЮШ); охотско-гавайский (ОГ); циклоны над океаном (Цн) (Полякова A.M. Календарь и краткая характеристика типов атмосферной циркуляции с учетом нестационарности над северной частью Тихого океана. Владивосток: Издательство Дальневосточного университета, 1999, 116 с.).

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 ОА типы чаще всего встречается в теплое время года, а тип Цн - в холодное, ША - в конце лета - осенью, ЮШ - зимой, ОГ - весной.

Проведенные затем исследования показали, что действие каждого из 6 типов атмосферной циркуляции в северной части Тихого океана оказывает различное влияние на ледовые процессы в Охотском море. Многовариантный анализ связи месячной ледовитости Охотского моря и всех 6-и типов атмосферной циркуляции действующих над северной частью Тихого океана позволил сделать вывод, что ледовитость Охотского моря зависит, преимущественно, от времени действия типов Цн и СЗ, которые обладают значительной повторяемостью в течение года.

СЗ тип атмосферных процессов во все месяцы холодного сезона способствует увеличению ледовитости Охотского моря, что вполне закономерно, так как при действии данного типа, как было показано выше, на акваторию Охотского моря обрушиваются холодные сухие массы воздуха с азиатского континента. В этом случае процессы ледообразования усиливаются, с одной стороны, из-за морозного воздуха, с другой - сильного ветра, который относит плавучие льды, образуя обширную полынью вдоль северо-западного побережья Охотского моря. В результате действия низкой температуры на открытой поверхности полыньи интенсивно образуется новый лед, который вновь относится ветром, вызывая последующее интенсивное ледообразование. Таким образом, при действии СЗ типа в северо-западной части Охотского моря наблюдается своеобразная «фабрика льда», которая способствует интенсивному росту запасов льдов в целом для моря.

Тип атмосферной циркуляции Цн во всех случаях приводит к ослаблению процессов ледообразования на акватории Охотского моря, так как отдельные циклоны этого типа, проходящие вблизи Курильских островов, при действии ветров южных румбов в своей восточной части выносят на акваторию Охотского моря теплые и влажные океанические массы воздуха.

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

Проведенное исследование изменчивости месячной деловитости Охотского моря показало, 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 и СЗ и ледовитость Охотского моря) обладают сопоставимой временной изменчивостью асинхронного характера, что указывает на наличие прогностического фактора, позволяющего с большой заблаговременностью предсказать ледовитость Охотского моря. При этом существенным является то, что предикторами в данном случае оказываются фактические данные наблюдений о суммарной продолжительности действием типов атмосферных циркуляции Цн и СЗ, 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, выраженные в сутках, продолжительности действия типов атмосферных процессов Цн и СЗ за месяц, год, три года и пять лет, а предиктантами, соответственно, месячная ледовитость Охотского моря в соответствующие 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(x…)±σ; с указанием степени его точности, σ.

В таблице представлены полученные результаты, где приведены прогностические уравнения для сверхдолгосрочного прогноза ледовитости Охотского моря и характеристики их надежности, где:

римскими цифрами обозначен месяц;

- ледовитость, тыс. км2, в январе заблаговременностью 7 лет, - то же, но заблаговременностью 4 года;

- ледовитость, тыс. км2, в феврале заблаговременностью 7 лет;

- ледовитость, тыс. км2, в марте заблаговременностью 5 лет, - то же, но заблаговременностью 4 года;

- ледовитость, тыс. км2, в мае заблаговременностью 4 года;

Цн, СЗ, - тип атмосферных процессов.

и - суммарная продолжительность действия соответствующего типа атмосферных процессов за 3 и 1 год, заблаговременностью 7 лет;

- суммарная продолжительность действия соответствующего типа атмосферных процессов за 3 года, заблаговременностью 6 лет;

- суммарная продолжительность действия соответствующего типа атмосферных процессов за июль, заблаговременностью 6 лет;

- суммарная продолжительность действия соответствующего типа атмосферных процессов за август, заблаговременностью 5 лет;

- суммарная продолжительность действия соответствующего типа атмосферных процессов за октябрь, заблаговременностью 4 года, - то же за сентябрь месяц.

Таким образом, для прогноза месячной ледовитости Охотского моря были получены прогностические уравнения на январь, февраль, март и май. Именно в эти периоды, когда ледовитость Охотского моря наибольшая, она с большей степенью вероятности и с большой заблаговременностью может быть предсказана.

Как видим из таблицы, для прогноза среднемесячной ледовитости Охотского моря на январь получено два прогностических уравнения (1,2) заблаговременностью 7 лет и 4 года; на февраль - три прогностических уравнения (3-5), два из которых имеют заблаговременность 7 лет, а третье - 4 года; на март - два прогностических уравнения (6,7) заблаговременностью 5 и 4 года; на май - два прогностических уравнения (8,9) оба заблаговременностью 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 0,67 до 0,81 (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 заявляемом 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 квадратической погрешности к среднему квадратическому отклонению должно соответствовать следующему условию: S/σ≤0,80. Это критерий применимости метода прогноза. В заявляемом 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 ни менее для заявляемого способа такая оценка была выполнена и оказалось, что эффективность прогностических уравнений составила 27-37%, 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 Охотском море средняя оправдываемость прогнозов составила 81,5%. В феврале, марте и мае все опытные прогнозы оправдались. В январе не оправдался один прогноз. Общая оправдываемость проверочных прогнозов весьма высока - 81,5%, 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 Охотского моря на период максимального развития ледяного покрова (январь-май), (заблаговременностью 4, 5 и 7 лет), оправдываемостью 78%-90% и эффективностью метода 28%-37% (таблица).

Заявляемый способ прогноза ледовитости Охотского моря осуществляется следующим образом.

Проводится текущий мониторинг за действием двух типов атмосферной циркуляции в северной части Тихого океана: циклоны над океаном (Цн) и северо-западный (СЗ), составляют архив данных, подсчитывают суммарную продолжительность их действия, выраженную в сутках, не менее чем за трехлетний период и затем по представленным прогностическим уравнениям подсчитывают ледовитость Охотского моря за январь, февраль, март или май 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, Метеорологичесими агентствами Токио и Гонолулу в эфир по факсимильным каналам связи или в Интернет, классифицировать по ним наличие действия типов Цн и СЗ и создавать архив, который потом использовать при расчетах прогнозов месячной ледовитости Охотского моря.

Можно по истечении каждого года выходить на сайт Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН (ТОИ ДВО РАН) http://pacificinfo.ru/resources, на котором в течение января-февраля текущего года помещается ежегодный каталог продолжительности действия типов атмосферных процессов с учетом перемещения циклонов и положения антициклонов над акваторией северной части Тихого океана с ежедневной информацией о времени действия всех 6 типов атмосферных процессов по классификации Поляковой A.M. за прошедший год и осуществлять выборку времени действия типов Цн и Сз за истекший год, так же создавая архив, который затем использовать при составлении прогноза месячной ледовитости Охотского моря.

Например, необходимо составить прогноз месячной ледовитости Охотского моря на январь месяц 2000 года (уравнение 1 из таблицы), в котором з=з1=з2=7; К1=(-1.1), К2=(0,8), а С=987:

Для расчетов необходимо подсчитать:

- трехлетнюю суммарную продолжительность действия в сутках типа Цн, с семилетней заблаговременностью, т.е. за 1991-1993 гг.

- годовую суммарную продолжительность действия в сутках северо-западного типа атмосферной циркуляции, заблаговременностью 7 лет, т.е. за 1993 г.

Исходным материалом для составления прогноза месячной ледовитости Охотского моря в данном случае стали ежедневные приземные карты погоды для акватории северной половины Тихого океана за синоптический срок 00 час Гринвича, Приморского ГМЦ, 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 Приморского ГМЦ за синоптический срок 00 Гринвича, подсчитывают суммарную продолжительность действия Цн типа атмосферной циркуляции за три года (1991-1993) с семилетней заблаговременностью , которая составила 433 суток и СЗ типов атмосферных процессов за год , которая составила 136 суток.

Аналогичная информация была взята с сайта ТОИ ДВО РАН.

Полученные величины суммарной продолжительности действия типа атмосферных процессов Цн за 3 года и СЗ типа за год подставляем в уравнение (1) таблицы и получаем искомую величину ледовитости Охотского моря в январе 2000 г. в тыс. км2, которая составила 619,5 тыс. км2, а реальные цифры за 2000 год составляли 643.0 тыс. км2.

Заявляемый способ позволяет обеспечить составление сверхдолгосрочного прогноза месячной ледовитости Охотского моря с последующим ее уточнением с меньшей заблаговременностью на весь 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 Охотского моря. Не требует дорогостоящего оборудования и может быть рассчитан на персональном компьютере.

Способ прогнозирования среднемесячной ледовитости Охотского моря на январь, или февраль, или март месяц (м), включающий проведение текущего мониторинга атмосферной циркуляции и составление архива данных полученной информации, отличающийся тем, что текущий мониторинг осуществляют в северной половине Тихого океана за действием двух типов атмосферной циркуляции: циклонами над океаном (Цн) и северо-западным (СЗ), подсчитывают ежемесячно суммарную продолжительность действия (д, сутки) каждого из них не менее чем за трехлетний период и затем рассчитывают по прогностическим уравнениям среднемесячную ледовитость (L) Охотского моря с заблаговременностью (з) прогноза 4, 5 или 7 лет по следующему уравнению
,
где - ледовитость, тыс. км2, в «м» месяце, заблаговременностью «з» лет;
- суммарная продолжительность действия Цн типа атмосферных процессов за промежуток времени «д1», заблаговременностью «з» лет;
- суммарная продолжительность действия СЗ типа атмосферных процессов за промежуток времени «д2», заблаговременностью «з2» лет;
- суммарная продолжительность действия СЗ типа атмосферных процессов за промежуток времени «д3», заблаговременностью «з3» лет;
- суммарная продолжительность действия СЗ типа атмосферных процессов за промежуток времени «д4», заблаговременностью «з4» лет;
К1, К2, К3, К4 - коэффициенты, тыс. км2/сутки;
С - свободный член, при этом
для января (м=I) :
при з=7: з1=з2=7, д1=3 года, д2=1 год; К1=(-1,1); К2=0,8 и С=987;
а при з=4: з1=7, з2=4, д1=октябрь (X) месяц за предшествующие прогнозу 4 года (з=4), К1=(-0,99), К2=5,5 и С=1021;
для февраля (м=II)
при з=7 и з1=з2=7: д1=д2=3 года, К1=(-1,02); К2=0,55 и С=1184 или д1=3, д2=1 год, К1=(-1,2), К2=0,94 и С=1314;
а при з=4: , з1=7, з2=4, К1=(-1,2), К2=0,6 и С=1304;
для марта месяца (м=III):
при з=5: , з1=7 лет, з2=5 лет, д1=3 года, д2=август (VIII) месяц за предшествующие прогнозу 5 лет (з2=5) год, К1=(-1,01), К2=5,9 и С=1395;
а при з=4: , з2=7, з3=6, з4=4, д2=1 год, д3=июль (VII) месяц за предшествующие прогнозу 6 лет (з=6); д4=октябрь (X) месяц за предшествующие прогнозу 4 года (з4=4); К2=1,12; К3=5,7; К4=12,2 и С=936; для мая месяца (м=V), при з=4:
з1=6, з3=з4=4, д3=сентябрь (IX) месяц за предшествующие прогнозу 4 года; К3=(-3,78); К4=13,2 и С=350; или
; з1=6, з2=4, д1=3, д2=октябрь (X) месяц за предшествующие прогнозу 4 года; К1=(-0,28); К2=394 и С=350.



 

Похожие патенты:

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 Берингова моря. .

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 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

Изобретение относится к экологическим системам сбора и обработки информации и может быть использовано для проведения прогнозирования загрязнения атмосферного воздуха промышленного региона

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения состояния погоды
Наверх