Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Прогноз поля осадков для территории Украины в теплый период года на основе применения терии распознавания и классификации образов

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Прогноз поля осадков для территории Украины в теплый период года на основе применения терии распознавания и классификации образов"

КИЇВСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ОД

на правах рукопису

КОВАЛЬЧУК ВІТАЛІНА ВОЛОДИМИРІВНА

ПРОГЮЗ ГЮЛЯ ОПАДІВ ДЛЯ ТЕРИТОРІЇ УКРАЇНИ В ТЕПЛІЙ ПЕРІОД РОКУ НА ОСНОВІ ЗАСТОСУВАННЯ ТЕОРІЇ РОЗПІЗНАВАННЯ 1 КЛАСИФІКАЦІЇ ОБРАЗІВ

11.00.09 - метеорологія,кліматологія, агрометеорологія

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук ■

Київ - 1996

Дисертація е рукописом

ГЬбота виконана на кафедрі метеорології та кліматології географічного факультету Київського університету імені Тараса Шевченка.

Науковий керівник - кандипаг географічних наук,доцент Кобзистий Павло Іванович.

Офіційні опоненти - доктор фізико-математичних наук,

професор Буйков Михайло Васильович,

- кандидат географічних наук,доцент . Паламарчук Людмила Василівна.

Провідна організація - Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут.

Захист відбудеться "2% " 1996 р. о "^¿"год.

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 01.01.02 го за-

• хисту дисертацій на здобуття наукового ступеня доктора (кандидата) географічних наук при географічному факультеті Київського університету імені Тараса Шевченка за адресою: 252 127,МСП,Київ-І27,вул.Васильківська, 90.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського університету імені Тараса Шевченка (вул.Володи-мирська,58) .

Автореферат розісланий "2-Ь " ovvc.rjn-1996 р.

В.о.вченого счкретара Линник П.ї

спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. Завдання якісного прогнозу гоголи було і залишається основною метои теоретичних і практичних досліджень у метеорології. Серед комплексу метеорологічних величин, що об'єднуються, як правило, поняттям "гогода", важлива роль належить атмосферним опалам.

Опади як складний продукт взаємодії багатьох факторів, викликають підвищений інтерес як у спеціалістів-метеорологів, внаслідок проблематичності завдання їх прогнозування, так і у споживачів прогностичної інформації, оскільки факт наявності чи відсутності опалів і їх кількісні характеристики є показниками, що мають першочергове значення для багатьох галу- . зей промисловості, транспорту і сільського господарства. Кожен з нас, слухаючи щоденний прогноз погоди, у першу чергу виділяє інформацію про те, чи буде дощ.

Для України, виходячи з специфіки розвитку її промисловості і сільського господарства, особливе значення має прогноз опадів теплого періоду року (квітень - вересень) . Саме у цей період активного функціонування усіх галузей агропромислового комплексу характер погодних умов відіграє першочергову роль. Відмітимо, що поняття "теплого періоду" у практиці синоптичного аналізу є дещо ширшим, ніж аналогічне поняття у кліматології. Мається на увазі період з квітня по вересень, тобто тепла півріччя. Напалі у поняття "теплий період року" ми вкладатимемо саме такий зміст. ,

Опади теплого періоду року, що мають переважно конвектив-ний характер - складний об’єкт для прогнозиста-синогтгют, і проблема їх якісного прогнозу не розв’язана повністю до цього часу. Проблема прогнозу атмосферних опалів знаходиться у

тісюму зв'язку із завданням передбачення цілого ряду інших метеорологічних величин.Комплекс питань щодо походження і фізичних умов формування опадів та типізації синоптичних процесів, сприятливих для опадоутворення, потребує для свого розв'язання підвищення якості метеорологічних прогнозів в цілому.

Тому, не зважаючи на те, що прогнозуванню атмосферних опадів завжди приділялась чимала увага, проблема їх якісного прогнозу не втрачає своєї актуальності ,тому що і в наш час не вирішена повністю. Складність зв’язку ^нутрі.ліьохмароьих фізичних процесів, що визначають опадоутворення, з макроцирку-ляційними умовами формування голів опадів Та станом і еволюцією таких метеорологічних величин, як температура, вологість, вітер, вертикальні рухи повітря, визначає багатопараметрич-ність завдання їх прогнозу. Ця складність поглиблюється внаслідок дискретності'«)ля атмосферних опалів - важливої відмінності у порівнянні з полями інших метеовеличин.

У наш час переходу до ринкових відносин, коли метеорогіч-на інформація в цілому, у тому числі і прогностична, стає . товаром, посилилась актуальність завдання створення регіональної моделі прогнозу для території України. Прогноз поля атмосферних опалів, як важливий елемент такої моделі, теж потребує регіональної конкретизації на базі тієї метеоінформації, що забезпечується нашими оперативними підрозділами. ■

Саме ці аспости визначають актуальність проблеми прогнозу опгдів для території України в тепле півріччя.

СТУПІПЬ ГОЗГОБІЇИ даної проблеми характеризується великою кіл!-кіст;о нагромадженого емпірютого матеріалу та широтою підходів, що пропонуються у теоретичних дослідженнях. Завдан-

ня прогнозу опадів теплого періолу розглядалося у працях М.О.Шігакіна, Н.А.Лебедєвої, 0.М.Орлової, В.М.Черкасської, Д.А.Педя, А.Н.Багрова, Б.Д.Успенського, Г.Е.Естерле,К.Оліта, В.КлеПна і ін. Для території України окремі аспекти даної проблеми досліджували В.М.Седлецький, Д.А.Шшутін, А.Н.Расв-ський, Г.Г.&оскаріто, І. Н. ГЬномаренко, Л.Ф.Богатир, 0.1.РЬ— мов, Н.М.Гавриленко, П. І.Кобзистий.Л.Ю. Науменко і ін.

Особливу узагу ми звертали на розробку питань щодо проблеми аналогічності у метеорології та застосування елементів теорії розпізнавання і класифікації образів щодо прогнозів ме-тео величин.

МЕТА І ЗАВДАНШ ДОСЛІДЖЕННЯ. Метоп даного дослідження була розробка методики короткотермінового прогнозу опадів із залученням елементів теорії розпізнавання і класифікації образів на базі докладного вивчення сиюптико-циркуляційних умов формування та -статистичного характеру розподілу полів опадів теплого періолу року для території України.

Дана мета конкретизувалася рядом завдань: •

-розкрити основні синогтгико-циркуляційні механізми формування опалів лля території України в теплий період року,

-узагальнити нагромаджений досвід у галузі прогнозування опалів,

-розробити методику прогнозу опалів на основі використання елементів теорії розпізнавання образів,

-розробити пакет прикладних програм на основі алгоритмізації запропонованої методики прогнозу,

-провести апробацію розробленого негоду прогнозу опалів і оцінку можливості його пнкорисгання у оперативній синоптичній практиці.

МЕТОДОЛОГІЧЮЮ І ТЕОРЕТИЧНОЮ ОСЮВОЮ дослідження слугувало широке коло спеціальної літератури з даної проблеми, зокрема - узагальнюючі і настановчі праці Г.З.Грузи, Е.Я.Ранько-вої, Н.А.Багрова. .

НАУКОВА НОВИЗНА запропонованої роботи визначається тим, ■ що:

- запропоновано загальну методику прогнозу опалів теплого періоду для території України; .

- оригінальність методики полягає у застосуванні елементів теорії розпізнавання і класифікації образів;

- аналіз синоптико-циркуляційних умов формування полів опалів лав змогу використати при прогнозі збірні ти-пи-еталони опалоутворюючих ситуацій, характерних для території України, на основі яких проводилося розпізнавання нової синоптичної ситуації і склалався прогноз',

- запропонований метол прогнозу є цілком автоматизованим

і може бути застосований у оперативній практиці прогнозування поголи. ’

ІШШННЯ.ЩО ВИНОСЯТЬСЯ НА ЗАХИСТ: .

1. При розв’язанні проблеми прогнозу поголи в цілому і атмосферних опалів, зокрема, у метеорології на сучасному етапі потрібен комплексний підхід при застосуванні фізико-синоптичних, статистичних і чисельних

. гідродинамічних методик прогнозу.

2. Використання практичних наслідків, що випливають з теорії класифікації і розпізнавання образів, дозволяє поєднати ці метоли і використати багатий нагромадже-

ний досвід роботи синоптиків-практиків при складанні автоматизованих методик прогнозу.

3. ГЬзитивні результати а"рсб:.гії запропонованої методики прогнозу опалів теплого півріччя для території України на основі розпізнавання типових опадоутворюючкх процесів доводять існування так званої локальної аналогічності метеорологічних процесів і дають змогу продовжувати роботи в напрямку створення банку аналогів синоптичних процесів і ситуацій, характерних для окремо взятої тери-

■ торії - території України, зокрема.

ТЕОРЕТШНЕ ЗНАЧЕННЯ даного дослідження полягає у тому, що:

1. Зроблено узагальнений аналіз сучасного стану дослідження проблеми макрофізігчних умов формування та прогнозу опадів.

2. На основі цього обгрунтовано актуальність і можливість комплексного використання при вирішенні проблеми прогнозу фізико-синоптичних, статистичних і чисельних гід' родинямічних методів прогнозу погоди без домінуючого

виділяння деяких одних.

3. Показано перспективність прикладного застосування теорії розпізнавання і класифікгції образів у прогностичній метеорології як методу конструювання людського мислення при програмуванні ЕОМ.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ роботи визначається тим, ідо запропонована шва узагальнена методика короткотермінового прогнозу опадів для території України, що може бути впроваджена у оперативну

синоптичну практику.

АПРОБАЦІЯ дослідження проводилася на базі Гілрометеоцентру України. На протязі 1993 р. у рамках розробки господарсько-договірної науково-дослідної теми "Прогноз опадів для території України в теплий період року із завчасністю 2-3 дні" були створені основи методики і пакет прикладних програм. Результати досліджень були представлені у заключному звіті по темі.

У відділі чисельних методів прогнозу погоди Гілрометео центру України при використанні банку даних метеорологічної інформації автором було проведено апробацію створеної методики прогнозу. Результати апробації і оцінка якості прогнозу опалів теплого півріччя за даною методикою стали основою наукової доповіді,що була заслухана на науково-практичному семінарі у Гідрометеоцентрі України 23 листопада 1995 р. РЬбота отримала позитивні відгуки і була рекомендована для оперативних випробувань.

Крім того, основні теоретичні положення дисертаційної роботи викладені у ряді праць, список яких наводиться далі.

Мета і завдання дослідження обумовили СТРУКТУРУ РОБОТИ. Дисертаційне дослідження складається зі вступу, трьох розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків.

• ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ .

У "Вступі" обгрунтовується актуальність обраної теми, характеризується ступінь її наукоєої розробки, визначаються мета і завдання дослідження, окреслюються методологічні та теоретичні засади їх вирішення, виділяються основні положен-

ня, які ьиносяться на захист, розкривається науково-теоретичне

і практичне значення проблеми прогнозу опалів теплого періоду

року для території України та її вирішення на базі використанн-ня елементів теорії розпізнавання і класифікації образів.

ГЕННИЙ РОЗДІЛ роботи має назву "Прогноз поля опадів на основі залучення елементів теорії класифікації та розпізнавання образів: теоретичний аспект проблеми”. У розділі розглядаються питання сучасного стану проблеми прогнозу опадів та можливості використання щодо розв’язання цієї проблеми деяких прак-тг':н.х гє^.ідків, ідо випливають із теорії класифікації і розпізнавання образів - розділу кібернетики, ідо мас широке прикладне застосування.

Теорія класифікації і розпізнавання образів була започаткована в результаті досліджень, направлених на спроби матема- • тичної формалізації людського мислення за допомогою електронних обчислювальних малин. При цьому ставилося завдання створити пакет прикладних програм, ідо давали б змогу комп’ютеру класифікувати деякі об’єкти чи явища з наступним розпізнаванням і віднесенням до одного з виділених класів нового об’єкту, заданого певшю сукупністю параметрів. Говорячи про деякий об’єкт чи процес, що підлягатиме розпізнаванню, мають на , увазі створення формалізованої моделі, найчастіше - математичного характеру , в основу побудови якої покладено деякі ха-ракгерні ознаки даного об’єкту чи процесу. Тобто при машинному розпізнаванні мова йде про створення образів реальних об’єктів, які цікавлять дослідника. Створення образу, який найбільш адекватно відображає особливості об’єкту розпізнавання, і знаходження критеріїв відповідності між реальним об’єктом та його образом - першочергове завдання у теорії : ¿*

розпізнавання і класифікації.

Класифікації деякого об’єкту можна розбиги на ряд етапів:

1. Вибір способу задания вхідних даних.

2. Виділення характерних ознак. . '

3. ІЬшук оптимальних процедур прийняття рішень, необхідних при.класифікації.

. 4. Класифікація вхідних даних за обраними ознаками.

5. Нозпізнавання нового образу і віднесення його до одного з виділених класів. .

Серед методів теорії розпізнавання та класифікації образів виділяють слідуючі:

І. Метол потенціальних функцій.

2* Статистичний метод.

3. Метод побудови параметричних моделей. •

4. Метод експертних оцінок.

5. Лінгвістичний (структурний) метол.

На практиці, як правило, використовуються деяка комбінація даних методів.

Основні поняття теорії розпізнавання та класифікації образів набувають конкретного змісту в залежності від ■ характеру прикладних завдань, щодо яких вони розглядають- -ся. Під "образом" у метеорології розуміють, як правило, деякий об’єкт прогнозу, описаний певним чином, а саме кількісні та якісні характеристики метеорологічних .величин або ж комплекс таких характеристик, чи поля метеовеличин або їх складові. Той чи інший спосіб задания об’єкту прогнозу визначає вибір метолів побудови образу. Найбільш загальна постановка завдання - це розпізнавання і класифікація синоптичної ситуації в цілому. Характер завдання при цьому наб-

лижається до проблеми пошуку аналогів. РЬзпізнавання у метеорології - це формалізований і перекладений на плечі ЕОМ процес ви- . бору аналога і прийняття відповідного рішення.

У прогностичній метеорології елементи застосування теорії розпізнавання і класифікації образів присутні саме у працях щодо автоматизації пошуку аналогів, проблеми вибору корисних ознак і їх вагових характеристик при прогнозі окремих метеовеличин, виділення деяких узагальненій показників аналогічності . Методи побудови функцій, ідо розділяються, застосовувались щодо прогнозу небезпечних явищ (гроз, шквалів, ожеледі .заморозків) . Найбільш характерним с застосування теорії розпізнавання образів прк класифікації і типізації тих чи інших полів метеорологічних величин і їх похідних. Типізувалися поля тиску, геопотенціалу, температури, опадів, їх аномалій, місце-розташування висотної фронтальної зони та ряду іклих характеристик. Прл цьому, як правило, сама по собі така типізація ще не дао виходу на прогноз. Але методики, повністю побудованої на основі методів теорії класифікації і розпізнавання образів, поки що не існує, хоча у багатьох працях вона використовувалась неявним чином. Щодо прогнозу опадів теплого періоду року-методи теорії розпізнавання теж не використовувались до цих • пір. У практиці прогнозу опадів на наш час виділяються три великі групи методів, що активно розвивались:

- фізико-синоптичні; . '

- статистичні;

- чисельні гідродинамічні.

Багаточисленні методики побудовані також на їх комбінації.

ф стосується фізяко-синоптичних методів, то вони охоплсють широкий загал емпіричних способів прогнозу ополіб теплого періоду, виділених внаслідок нягроычяяечня ^а-сі'ичноіо матеріалу , <

у оперативній практиці прогнозування, а також метоли, засновані на врахуванні фізичних закономірностей внутрішньо-хмарових процесів, розвитку конвекції і т.і. Серед методів виділяються і чисто якісні, і розрахункові.

Методи даної групи дотепер широко використовуються на практиці синоггт икаь.и. Але ведуться активні пошуки у рамках статистичних і чисельних груп метолів та деякого комбінування їх.

Використання елемент і в статистики, як правило, у неявній формі містять усі запропоновані методики прогнозу. Встановлювались статистичні зв’язки між фактом випадання та кількістю опалів і іншими метеорологічними величинами. Статист ико-ймовірнісні методи містять спроби прогнозу опадів по градаціях з певного ймовірнісною забезпеченістю. Це актуально для деяких споживачів метеорологічної інформації, але в цілому проблема чіткого детерміністичного прогнозу не знімається.

"Чисто" чисельні методи прогнозу опалів, що засновані, на використанні гідродинамічних моделей прогнозу бгричних і ге-опотенціальних полів, голів температури, а, як наслідок, і опалів, лають досить низькі результати справджувано сі'і. Похибки, що нагромаджуються при реалізації самих гідротермоди-намічних моделей, впливають і на якість прогнозу опаліь.

Більш якісними є чисельно-статистичні методики, зокрема, методика, що розроблена під кзрівницгвом В.Клейна і впроваджена у оперативну практику прогнозування опалів у США. Відносна . справджуваність прогнозів ш даній схемі становить 70 %.

Аналіз сучасного стану проблеми прогнозу опадів показує, що вона далека від повнота вирішення на даному егапі внпслі-

док багато параметрично ст і і принципової складності на фоні неви-рішеності проблеми прогнозу в ціло :у.

Достатньо успішна загальна модель прогнозу опадів відсутня. Але це не є перешкодою для спроб часткового вирішення завдання при створенні регіональних методик прогнозу. Підвищення якості сучасних методів прогнозування можливе при комплексному підході до завдання. Теорія розпізнавання і класифікації образів відкриває можливості такої комплексності з наступною формалізацією методики. '

Саме відсутність загальної методики короткотермінового прогнозу опадів теплого періоду для території України була однією із спонукальних причин даною дослідження.

ДРУГИЙ РОЗДІЛ дисертаційного дослідження носить назву "Методика короткотермінового прогнозу поля опадів для території України в теплий період року.Побудова еталонних образів

і алгоритм'розпізнавання". У розділі викладено основні принципи побудови запропонованої методики. Ми базувались на використанні статистичного підходу у теорії розпізнавання і класифікації образів у поєднанні з методами побудови параметричних моделнй.

Наше завдання полягало в аналізі кількісних і якісних ’ характеристик для реалізації можливості прогнозу опалів в Україні у теплий період при використанні ряду параметрів, що характеризують зміну стану елементів баричного поля у макро-циркуляційному масштабі ,у тому числі - і місце розташування висотної фронтальної зони та ряду показників, що відображають основні риси вологообігу атмосфери. Крім того, виходячи із загальної гіпотези теорії прогнозу погоди, ми намагалися встановиш зв’язок між розвитком окремих станів поюди з попередніми і відповідність між ними у часі та просторі. При

цьому ї.:и використовували гіпотезу локальної аналогічності

мегеопроцесів, тобто припущення про існування аналогічності у межах невеликих у синоптичному масштабі територій.

Дослідження П.І.Кобзистого і Д.Ю.Науменко дали змогу ви-' ділити 10 основних типових макро циркуляційних опало утворюючих процесів, характерних для території України, на основі аналізу розвитку синоптичних процесів у межах п.с.періодів. Ці 10 типів були покладені в основу навчаючої вибгрки образів, на базі якої створений механізм розпізнавання і класифікації нової синоптичної ситуації. Не -слідуючі опадоутворюючі процеси: .

1.Тип західного циклону.

2.Тип західного антициклону.

3.Мало градієнтне розмите баричне поле зниженого тиску.

4.Мало градієнтне розмите баричне поле підвищеного тиску.

5.Тип південного циклону.

6.Тип південно-західного циклону.

7.Тип циклону, що стаціонуз. .

О.Тип висотного гребеня.

9.Тип висотної улоговини.

10.Тип північно-західного циклону.

Нами були скомпоновані 10 образів-етанонів типових опадоут-ворюючих процесів.В основу розпізнавання нової синоптичної ситуації і віднесення її до одного з типів покладено:

1.Характер висотного баричного поля (карта АТ

2.Місцерозташування ЗФЗ (по покасорій ізогіпсі).

3.Показники вологообігу.

В основу розпізнавання поля АТі^ і віднесення його до одного з еталонних типів було поглавено принцип аналогічності.

Д/'іЯ визначення ступеню аналогічності деяких метнополів у метеорології розроблено ряд показників або критеріїв аналогічності. Ми використовували слідуючі:

1.Матриця близькості чи віддаленості метеополів С . .

2.ГЬказники р ’/Цл’ Указник р характеризує подіб-

ність полів аномалій окремих метеовеличин, зокрема, геопотенціалу, по знаку, а показники , рл , застосовуються для,оцінки геометричної подібності полів, що порівнюються. .

.3.Параметр В , ідо дозволяє оцінити площинне співпадіння полів геопотенціалу по знаку.

4.Коефіцієнт кореляції Я. , що. а найбільш загальним із показників аналогічності. '

Сцінка місцерозгашування висотної фронтальної зони робилась по положенню показової ізогіпси.

Для характеристики вологообігу розраховувавсь середній' вологовміст і показник воло говикористання.Прогноз опалів давався із використанням кореляційних’рівнянь, що відображають зв*язок між сумами опадів і характеристиками вологообігу.

На мал. І наводиться схема алгоритму формалізації процедури розпізнавання типових о пало утворюючих процесів для території України з виходом на прогноз опадів. Це - схема створе- ■ ної автором основної розрахункової програми, яка дає змогу виконувати розпізнавання у автоматичному режимі, на ПЕОМ.

У гроцесі оперативних випробувань даної методики було проведено оцінку отриманих результатів, яка наводиться у ТРЕТЬОМУ РОЗДІЛІ дослідження. ГЬзділ мк назву "Апробація ' методики, прогнозу полів огіадіа теплого періоду для території

Мал.І. Алгорш'м прогнозу опалів на основі виділення і розпізнавання типових о пало утворюючих процесів,

' . структура програми.

України і оцінка результатів".

Апробація запропонованої методики прогнозу була проведена на базі даних, що архівуються у відділі чисельних методів прогнозу погоди Гідрометеоцентру України. Відмітимо, що архів метеорологічної інформації на гнучких дисках почав створюватись лише декілька років тому назад.. Для апробації методики були вибрані дані за І9У4 р.(квітень-вересень) . На вибір даних вплинули два фактори: по-перше, повнота архівної інформації за вказаний рік, по-друге, її показовість.

Всього прогноз давався для 147 випадків. Для розрахунків бралися нічні дані об'єктивного аналізу (за СО гол) . Прогноз полів опадів давався на наступну добу. Прогнозувалися середні суми опадів лля зон їх однорідюго розподілу гіо території України. Кількість таких зон коливається віл 4 до 7 для кожного з 10 типів опадоутворюючих процесів. Крім того, давався прогноз середньої добової суми опалів лля всієї те-, рітгорії України. Як вхідна інформація використовувались приземні і висотні поля тиску, геопотенціалу, температури, вологості. Дня оцінки результативності прогнозу було зроблено вибірку даних щодо фактичних денних і нічних сум опалів лля території України по 7'6 станціях за квітень-вересень 1994 р.

Для оцінки якості прогнозу типу опадоутворюючого процесу робилася вибірка даних по картах-схемах п.с.періодів за вказаний термін, за якими проводилася ідентифікація синоптичного процесу з одним із Ю типів-еталонів. '

Для оцінки результатів прогнозу при апробації запропонованої методики нами використовувався ряд критеріїв, за- ;

гальноприйнятих у синоптичній практиці, а саме:

1. Оцінка справджувано ст і прогнозу типу синоптичної ситуації і факту наявності або відсутності опадів:

- загальна справджуваність прогнозу:

р ^!±*і00% Ш

■ Туті\Г- загальне число прогнозів,

' п. - число прогнозів, що справдилися. _

2. Оцінка справджуваност і прогнозу кількості опадів:

- середня систематична похибка:

ї-ЛІ{Ягс9*) 12.1.

. і\Г і

Тут <?* - відповідно прогностичні і фактичні суми опадів в районі прогнозу, яґ - кількість протозів.

- процент прогнозів, що справдилися, по заданих градаціях гохибок:

р д = із/

Тут ^ - кількість прогнозів, що потрапили у задану градацію, ॠ- загальна кількість прогнозів.

У оперативній практиці широко використовується і рекомендована Настановою по службі прогнозів оцінка попадання в ■слідуючі градації:

0.-0.3 0.3-3 3-8 • 0-15 15-49 ^ 50 мм

Попадання в градацію зараховується як 100 %, попадання у сусідню - 50 %, попадання у будь-яку іншу - 0 %.

ГЬ ряду прогнозів був порахований також кротерій Брайера за формулою:

Тут J\f - число прогнозів, L-iX ^ - класи, '

f¿j - спрогнозована ймовірність, 6ц- функція виду:

í _ / І - якщо клас здійснився

Г 1 п .

LÜ - якщо, клас не здійснився.

Оцінка справджузаності прогнозу факту наявності чи відсутності опадів давалась, виходячи з градацій: '

- повна справлжуваність (опали були і прогнозувались або опадів не було, , і вони не прогнозувались) - 100 %,

- часткова спраалжуваність (кількість опалів не перевицу-

вала 0.0 мм у випадку, коли вони не прогнозувались) -7Ь %, ' . .

- прогноз нз справдився - 0 . . •

ГЬ формулі /З/ отримано слідуючі результати: .

Лісостеп - 90 ' '

■ Степ . ■

1 зона - 53 % ■ Середня для

2 зона - 64 % і середня - 66 % ' України - 7В % ' '■

" 3, зо:-:а - 82 % ) ' .

Оцінка прогнозу кількості опадів здійснювалась, вихо- • лячи з факту по палання прогнозу у одну із градацій,, рекомендованих Настаново» :ю службі прогнозів. ■

Справджуєаність прогнозу кількості опадів:

Лісостеп - 77 % . .

Огеп .

1 зона - 77 %) Середня для .

2 зона - 80 % І середня - 83 % . України - 80 % ■

3 зона - 92 % ) •

Оскільки в переважній більшості випадків реальні і прогностичні суми опалів не виходили за межі перших 2-х градацій (о - 3 мм) , то ми оцінили також прогнози в межах цих градацій, застосувавши більш дрібний поділ їх (0—І, 1-2,

2-3 мм) . Середня дня території України справджуваність прогнозу при цьому становила: 84 %. ■

Таким чином, результати оцінки прогнозів не є завищеними внаслідок широти границь окремих градацій.

Середня систематична тохибка прогнозу кількості опалів, порахована за формулою /2./ , становить:

Лісостеп - І ММ' ,

Огеп

1 зона - 0.0 мм ) Середня для

2 зона - 0.6 м,/і Г середня - 0.6 мм України - 0.0 мм

3 зона - 0.3 мм ) -

Кількість прогнозів, в яких відхилення прогностичної величини від фактичної не перевищуе $ , щл України дорівнює 73 %.

У таблиці І наводяться результати оцінки прогнозу опалів для кожного з 10 о пало утворюючих типів.

Справджуваність прогнозу середньої добової суни опадів для території України двома запропонованими способами (як середньостатист.ична і з використанням показників вологов-місту та коефіціснгу воло гов икор метання) становила 74-7о$.

Загальна справджуваність прогнозу типу опадоутворюючіго процесу розраховувалася за форьіулою/і/. Найкраща справлжуваність відмічалася для 1>,7,І0-ого типів ТОО % , дещо

гірша - для 1,2,6-ого типіь 70 % , найі’ірме лідлавплиеь

Таблиця І. Справджуваність прогнозу факту наявності чи відсутності і кількостіопадів для окремих макроцирку-ляційних опалоутворюючих процесів.

Тип Прогноз факту % Прогноз кількості попадання у градації , %

Лісостеп Огеп Лісостеп Огеп

І О О 86 " 82 • 77

2 94 • 80 70 83

3 100 62 80 78

4 ' 94 60 90 71

5 100 Ü0 . 70 76 ■

б . 100 90 82 100

7 91 56 82 70

в 90 75 72 81

9 не спостеріг ався

10 83 81 80 ' . 95

розпізнаванню процеси 3,4,8-ого типів. Відмітимо, що на • якість розпізнавання суттєво вплинув той факт, що прогноз складався по даних, зібраних з території розміром 10x10 вузлів стандартної регулярної мережі, що охоплює Україну і прилеглі райони. Саме у такому об’ємі архівується метеоінформація у Гідрометеоцентрі. Цей район набагато менший віл атлантико-європейського сектору, у межах якого,, як правило, відбуваються основні синоптичні процеси. Зокрема, не завжди

вдавалося ідентііфікувати місцерозташування В£3 (вона розтала вувалася виде зони прогнозу) . Саме у цих: випадках синошична ситуація розпізнавалася неправильно, або ж проигазуваг-ся тип близький до фактичного ( наприклад, західний циклон замість північно-захілнош) . При умові розширення бгнку даних якість прогнозів, безумовно, підвищиться.

В цілому аналіз результантів апробації запропонованої методики прогнозу опадів теплого півріччя показав, що результативність прогнозів вища, ніж для методів, що застосовуються зараз у оперативних підрозділах, і тому даний ме-• . і/ . тод доцільно запровадити у синоптичну практику.

Узагальнення результатів дослідження робигься у ВИСНОВКАХ. Окреслюються можливі перспективи розробки даної проблеми, містяться теоретичні узагальнення і рекомендації щодо практичного використання результатів роботи. Підкреслено, що застосування теорії розпізнавання і класифікації образів дасть змогу поєднати фізико-синоптичні, статистичні і чисельні методи прогнозу погоди та створити автоматизовані комплексні методики прогнозу, що використовують увесь нагромаджений матеріал емпіричного і теоретичного плану та дають якість прогнозу, найвиїїу з можливих на даному етапі розвитку наших знань про метеорологічні процеси.

Основні положення дисертаційного дослідження відображено в наступних публікаціях автора:

І.Кобзистий П. І. .Ковальчук В.В.Методика короткотермінового прогнозу опадів у теплиЛ період року для т<зригорії

України.-К. .Зил.дер.-ккомгідромет України, 1596.-35 с.

2.Кобзистий П.І..Ковальчук.В.3. Про модель метеорологічного прогнозу опадів на основі теорії розпізнавання образів.-К.,1994.-10 с.-Деп.в ДЬТВ України 03.06.94, № 1043.

3.Ковальчук В.З. Основи методики ймовірнісного прогнозу опалів, для території України в літній період.-К., 1994.-Деп.в ДНГБ України СЗ.06.94, № 1042. '

4.Методичні вказівки до вивчення курсу "Синоптична метео-

рологія" для студентів географічного факультету.тК.,ВПЦ"Ки-ївський університет", 1993.-18 с ‘

раины в теплый период гопа на основе использования теории распознавания и классификации образов. Диссертация является рукописью. Диссертация ка соискание ученой степени кандидата географических наук го специальности П.00.09 - метеорология,климатология,агрометеорология. Киевский университет имени Тараса Шевченко,Киев, 1996. ' '

' В диссертации рассматривается проблема прогноза осадков теплого полугодия на основе использования элементов теории распознавания и классификации образов. Предлагается автомятизировлннал методика прогноза осадков для территории Украины. .

АННОТАЦИЯ .

Ковальчук В.В. Прогноз поля осадков для территории Ук-

Л II Н О I A T I О N

Kovalchuk V.V. The prediction of the field of warm seasons precipitation on the basis of use the theori of pattern recognition and classification for the territory of Ukraine. The dissertation is a manuscript. The dissertation for a candidate’s degree (Geography) on the speciality code 11.00.09 - meteorology, climatology, agricultural meteorology. Kiev University by name of Taras Schevchenko, Kiev, 1996.

This thesis examine the problem of warm half year’s precipitation forecast on the basis of use the elements of theory of pattern recognition and classification. The automatizer methods of prognosis of precipitation for the territory of Ukraine is proposed in giver dissertation.

Ключові слова: опали,прогноз,теорія розпізнавання і класифікації образів,типовий опадоутворюючий процес.