Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Макросиноптическая структура полей приземного давления в Арктике в осенний период

ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Устинова, Наталия Сергеевна

1. Исследование и классификация полей приземного давления в Арктике.

1.1. Приземное поле давления как основа прогнозирования гидрометеорологических условий на трассе северного морского пути.

1.2. Основы теории классификации макросиноптических процессов. 1 ?

1.3.Определение типов среднемесячных полей приземного давления. 1 ?

1.4.Метеорологические и ледовые условия в Карском море в осенний период при формировании различных типовых полей приземного давления.

2. Пространственно-временные связи типовых макропроцессов над Арктикой.

2.1. Изменчивость макросиноптических процессов.

2.2. Межгодовая преемственность полей приземного давления в Арктике. S

2.3. Исследование пространственно-временных связей полей приземного давления с учетом степени развития циклонической деятельности в Арктике.

2.4. Пространственный анализ завихренности типовых средних полей приземного давления.

3. Учет влияния солнечной активности на формирование макросиноптических процессов в Арктике.

3.1. Влияние солнечной активности на процессы в атмосфере Земли. dS>z

3.2. Методика исследования зависимости средних месячных полей приземного давления от солнечной активности в Арктике в осенний период. i о

3.3. Средние поля приземного давления и формирующие их типовые ситуации на различных стадиях развития четных и нечетных циклов солнечной активности.

4. Модель комплексного диагноза полей приземного давления в Арктике в осенний период.

4.1. Метод групповых оценок объектов.

4.2. Модель комплексной оценки прогностических полей приземного давления. i£r

4.3. Пример определения прогностического поля давления с помощью модели комплексной оценки приземного поля давления в Арктике в осенний период. 15? 4.4.0цензса влияния приземного давления и свойственных ему метеорологических комплексов на ледообразование в арктических морях.

4.5. Общая оценка влияния гидрометеорологических факторов на производственную деятельность морского транспорта в осенний период. U

4.6. Оценка экономической полезности диагноза и прогноза макросиноптических условий в осенний период в Арктике.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Макросиноптическая структура полей приземного давления в Арктике в осенний период"

Хозяйственная деятельность в районах Крайнего Севера, связанная с транспортировкой грузов по Северному морскому пути (СМИ), добычей полезных ископаемых на побережье и в шельфовой зоне морей сибирской Арктики и т.д., требует постоянного совершенствования системы гидрометеорологического обеспечения в полярных районах России.

Важная роль в этой системе принадлежит прогнозу полей приземного давления. Надежность прогнозирования полей приземного давления определяет надежность прогнозирования распределения метеорологических элементов и элементов ледового и гидрологического режимов на акваториях арктических морей и в устьевых участках сибирских рек.

До настоящего времени краткосрочные прогнозы полей приземного давления для Арктики составляются в региональных Бюро Погоды, в отделе долгосрочных метеорологических прогнозов ААНИИ на период 9-12 суток и прогнозы по однородным циркуляционным периодам (7-12 суток) (ОЦП) для каждого сезона.

Практика хозяйственной деятельности в Арктике показывает, что для принятия решений, имеющих существенный экономический эффект необходим гидрометеорологический прогноз на месяц. В основе такого прогноза должен лежать прогноз на месяц приземного поля давления в Арктике.

Особенно важны месячные прогнозы в осенний период. Хозяйственная деятельность в этом сезоне существенно зависит от состояния природной среды. Во-первых, происходит быстрое понижение температуры воздуха от положительных значений в сентябре до минус 20 °С - 25 °С в ноябре. Процесс понижения температуры воздуха сопровождается сменой летнего типа циркуляции атмосферы на зимний. Следствием этого является увеличение скорости ветра и частое выпадение осадков. Во-вторых, на акваториях морей и в устьевых участках рек начинается ледообразование, интенсивность которого зависит от характера складывающихся атмосферных процессов.

Учитывая выше изложенное, нами была поставлена задача исследовать мак-росинопгическую структуру средних месячных полей приземного давления в Арктике с целью нахождения способа их прогнозирования для месяцев осеннего периода (сентябрь-ноябрь).

В связи с поставленной задачей данная работа сводилась непосредственно к рассмотрению трех основных вопросов:

1. Изучить особенности распределения средних месячных полей приземного давления в Арктике в осенний период и создать их классификацию.

2. Выявить характер внутригодовой и межгодовой преемственности средних месячных полей приземного давления в Арктике, установить их связь с солнечной активностью.

3. Разработать способ диагноза полей приземного давления, позволяющий прогнозировать наиболее вероятный характер развития макросиноигических процессов в Арктике в осенний период.

Решение этих задач велось на основе использования основных принципов макрометеорологии, согласно которому будущее развитие процессов определяется предшествующим их развитием, а малые по масштабу процессы связаны с крупномасштабными процессами. Это позволило провести классификацию полей приземного давления на пространстве северной полярной области, выявить преемственность типовых полей приземного давления от одного месяца осеннего периода к другому, а также межгодовые связи, изучить повторяемость типовых полей в зависимости от состояния солнечной активности.

Положения и результаты работы, выносимые на защиту:

1. Анализ особенностей, позволивший выделить 22 типа средних месячных полей приземного давления.

2. Установленные типовые поля с характерными внутригодовыми и межгодовыми закономерностями.

3. Установленные закономерности, определяющие зависимость повторяемости типовых полей от солнечной активности.

4. Модель комплексного диагноза прогностических полей приземного давления в Арктике в осенний период, основанная на применении элементов метода экспертных оценок.

Содержание работы изложено в четырех главах.

В первой главе дается анализ проблемы исследования приземного поля давления в Арктике, приводятся данные о существенной зависимости благоприятных и неблагоприятных метеорологических комплексов на трассе СМП от характера формирующегося поля приземного давления. Излагается методология уже проведенных классификаций макропроцессов в северном полушарии и дается обоснование принципам, положенным в основу классификации средних месячных полей приземного давления в Арктике в осенний период, проведенной в работе.

Дается описание типовых полей среднего месячного давления и приводится каталог их повторяемости за период с 1930 по 1997 г. г.

Во второй главе проведен пространственно-временной анализ типовых средних месячных полей приземного давления. Анализ показал, что имеются вполне определенные закономерности смены полей от месяца к месяцу в осенний период, которые выражаются наиболее вероятными вариантами преобразования не только внутри года, но и между двумя соседними годами.

Кроме того, в главе полученные и проанализированные величины лапласианов давления в характерных точках, свидетельствуют о существенных различиях в атмосферной циркуляции, свойственных тому или иному типу среднего месячного поля приземного давления в Арктике. Аналогичные результаты были получены при анализе показателя, характеризующего степень развития циклонической деятельности, свойственной тому или иному типовому процессу.

Представленные материалы о пространственных связях макропроцессов в Арктике в осенний период позволяют определять вариант развития приземного поля давления в октябре и ноябре.

В третьей главе приводится анализ зависимости повторяемости типовых полей приземного давления в Арктике от состояния солнечной активности. Для каждой стадии 22-летнего цикла СА рассмотрена повторяемость типовых полей и вычислены средние многолетние поля приземного давления.

Проведенный анализ показал, что примерно в 70% рассмотренных средних полей приземного давления для всех стадий развития четных и нечетных 11-летних циклов солнечной активности в месяцах осеннего периода имеются различия, обусловленные преобладающей повторяемостью тех или иных типовых процессов. Наиболее существенные отличия полей наблюдаются в сентябре и октябре на всех стадиях солнечных циклов, а в ноябре на стадии минимумов. По всей видимости, в ноябре изменения в барическом поле, обусловленные состоянием межпланетного магнитного поля и магнитного поля Земли, затушевываются чисто земным фактором - мощными контрастами температуры на поверхности, которые определяют «зимнюю» циркуляцию во внетропических широтах.

В четвертой главе излагаются данные исследования по созданию модели комплексной оценки прогностических полей приземного давления. В основу модели положены: 1) методика групповой оценки объектов, которая, в свою очередь, является составляющей теории экспертных оценок, 2) оценка влияния приземного давления и свойственных ему метеорологических комплексов на ледообразование в арктических морях, 3) общая оценка влияния гидрометеорологических факторов на производственную деятельность потребителя в осенний период, 4) оценка экономической полезности диагноза и прогноза макросиноптиче-ских условий в осенний период в Арктике. Модель осуществляет выбор наиболее вероятного типового поля приземного давления на основе анализа матриц парных сравнений для шести показателей, разработанных в предыдущих трех главах работы:

1. Повторяемость типовых полей в каждом из трех осенних месяцев.

2. Варианты преобразования типовых полей от месяца к месяцу внутри года.

3. Межгодовые варианты преобразования типовых полей для каждого месяца осеннего периода.

4. Повторяемость типовых полей в зависимости от стадии 22-летнего цикла солнечной активности.

5. Сопряженность типовых полей в зависимости от степени развития циклогенеза в Арктике внутри года.

6. Межгодовая сопряженность типовых полей в зависимости от степени развития циклогенеза в Арктике.

Оценка 20 полей приземного давления по предлагаемой модели за 1989 -1997 г. г. показала, что в октябре вероятность правильной оценки прогностического поля приземного давления в Арктике составила 85%, а в ноябре - 82%.

В конце работы дается заключение, в котором излагаются основные выводы, полученные в результате всего приведенного исследования. 8

Полученные в работе результаты являются новыми, поскольку до настоящего времени не существовало классификации средних месячных полей приземного давления в Арктике, исследование пространственно-временной изменчивости которых, легло бы в основу модели диагноза прогностических полей.

В процессе работы основные ее результаты излагались в Гидрометеорологическом университете на научно-технических семинарах кафедры прикладной метеорологии и итоговой сессии Ученого совета.

Основное содержание диссертации опубликовано в трех статьях.

В целом работа доложена на заседании Ученого совета Гидрометеорологического университета и рекомендована к защите на соискание ученой степени кандидата географических наук.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Устинова, Наталия Сергеевна

Результаты исследования макроструктуры среднего месячного поля приземного давления, межгодовых и внутригодовых пространственно-временных связей типовых полей, а также связей с солнечной активностью, а также разработанная на их основе модель комплексного диагноза прогностических средних месячных полей приземного давления могут использоваться в оперативной практике гидрометеорологического обеспечения хозяйственной деятельности в Арктике в осенний период.

1. Багров Н.А. К вопросу об оценке гидрометеорологических прогнозов К Метеорология и гидрология. - 1953. -№6, с.13-16.

2. Багров Н.А. Об экономической полезности прогнозов 7/ Метеорология и гидрология. - 1966. -№2, с.3-12.

3. Baur F. Einfuhrang in die Grosswetterkunde. Wiesbaden, Dieterrich, 1948.

4. Baur F. Die Erscheinungen des Grosswetters, Lernbuch der Metejrologie. J.V. Hann und R. Suring, Hsgbr., Bd. 2,5. Aufl. Leipzig. W. Keller, 1951.

5. Баур Ф. Об основной возможности долгосрочного предсказания погоды. В кн. Вопросы предсказания погоды. Л., Еидрометеоро логическое издательство, 1958. - 440 с.

6. Блютген И. География климатов, том 1. М.: Изд. «Прогресс», 1972. - 428 с.

7. Блютген И. География климатов, том 2. М.: Изд. «Прогресс», 1973. - 402 с.

8. Бородачев В.Е. Льды Карского моря. - СПб., Гидрометеоиздат, 1998. - 182 с.

9. Бугаев В.А. Новое в прогнозировании погоды. - JL, Гидрометеоиздат, 1972. Ю.Бугаев В.А. Всемирная служба погоды: ее влияние на экономическое и социальное развитие /У Метеорология и гидрология. - 1974. - №1. П.Бузуев А.Я., Дубовцев В. Ф., Захаров В.Ф., Смирнов В.И. Условия плавания судов во льдах морей северного полушария. Издательство Главного управления навигации и океанографии Министерства обороны Союза ССР, 1980, 280 с.

12.Бузуев А.Я. Влияние природных условий на судоходство в замерзающих морях. Л., Гидрометеоиздат, 1981, 200 с.

13.Бузуев А.Я., Горбунов Ю.А., Гудкович З.М., Лосев С.М., Миронов Е.У. Исследование динамики и морфометрии ледяного покрова Арктического бассейна. Проблемы Арктики и Антарктики, 1998, вып. 71, с. 106-128.

14.Вангенгейм Г.Я. Материалы для построения синоптических методов характеристики климата. - «Известия Глав. геоф. обсерв.», 1933, №2-3, с. 316.

15.Вангенгейм Г.Я. К вопросу типизации и схематизации синоптических процессов - «Метеорология и гидрология», 1938, №3, с. 38-58.

16.Вангенгейм Г.Я. Основы макроциркуляционного метода долгосрочных метеорологических прогнозов для Арктики - Транспортер. ААНИИ, 1952, т. 34.-314 с.

17.Визе В.Ю. Климат морей Советской Арктики. М., изд. Глав сев морпути, 1940. - 124 с.

18.Визе В.Ю. Основы долгосрочных ледовых прогнозов для арктических морей. - М., Издательство Главсевморпзти, 1944. - 274 с.

19.Виноградов Н.Д., Иванов В.В. Макроциркуляционный метод долгосрочных метеорологических прогнозов для полярных областей Земли.// Проблемы Арктики и Антарктики. Сборник статей - СПб, Гидрометеоиздат, 1995г., с.246-255.

20.Витинский Ю.И. Цикличность и прогнозы солнечной активности. - JL: Наука, 1973.-257 с.

21.Витинский Ю.И., Оль А.И., Сазонов Б.И. Солнце и атмосфера Земли/под редакцией Э.Р. Мустеля. - JL: Гидрометеоиздат, 1976. - 351 с.

22.Воробьев В.И. Струйные течения в высоких и умеренных широтах. Л., Гидрометеоиздат, 1960.-234 с.

23.Воробьев В.И. Планетарные высотные фронтальные зоны и струйные течения в северном полушарии. Л., Гидрометеоиздат, 1967. -370 с.

24.Воробьев В.И. Высотные фронтальные зоны северного полушария. Л., Гидрометеоиздат, 1968.-231 с.

2 5. Герман Д. Р., Гольдберг Р. А. Солнце, погода и климат. - Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - 319 с.

26.Гире А.А. Основы долгосрочных прогнозов погоды. - JL, Гидрометеорологическое издательство, 1960.-560 с.

27.Гире А.А. Многолетние колебания атмосферной циркуляции и долгосрочные гидрометеорологические прогнозы. - Л., Гидрометеорологическое издательство, 1971. - 280 с.

28.Гире А.А., Кондратович К.В. Методы долгосрочных прогнозов погоды. - Л., Гидрометеоиздат, 1978. - 343 с.

29.Груза Т.В. Статистические и вероятностные методы прогноза погоды // Труды САНИГМИ. - 1967. -вып.29.

30.Груза Т.В., РаньковаЭ.Я. Вероятностные метеорологические прогнозы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983.

31.Гудкович З.М., Кирилов А.А., Ковалев Е.Г., Сметанникова А.В., Спичкин В.А. Основы методики долгосрочных ледовых прогнозов для арктических морей. Л., Гидрометеоиздат, 1972, 348 с.

32.Де Гроот М. Оптимальные статистические решения. - М.: Мир, 1974

33.Дзердзеевский Б.Л. Циркуляционные механизмы в атмосфере северного полушария в XX столетии. - Издательство института географии АН СССР, М.,1968. -240 с.

34.Дзердзеевский Б.Л. Общая циркуляция атмосферы и климат. - Издательство «Наука»,. 1975. - 287 с.

35.Долгосрочные метеорологические прогнозы. Под ред. Н.А. Багрова, К.В. Кондратовича, ДА. Педя, А.И. Угрюмова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. -248 с.

36.Дмитриев А. А., Сельцер П. А. и др. Макромасштабные атмосферные процессы и среднесрочные прогнозы погоды в Арктике. - Л., Гидрометеоиздат, 1989. - 253 с.

37.Дыдина Л. А. Макроциркуляционный метод прогноза погоды на 3 - 10 дней для Арктики. - Л.: Гидрометеоиздат, 1964. - 391 с.

38.Дыдина J1. А. Особенности развития синоптических процессов в Арктике и их использование в прогнозах на средние сроки. - Л., Гидрометеоиздат, 1982.

- 224 с.

39.Евланов Л.Г. Теория и практика принятия решений. - М., «Экономика», 1984.-176 с.

40.Жуковский Е.Е. К сравнению различных вариантов использования метеорологической информации при принятии хозяйственных решений // Метеорология и гидрология. - 1974. -№2, с.38-48.

41.Жуковский Е.Е., Чудновский А.Ф. Методы оптимального использования метеорологической информации при принятии решений. - Л.: Гидрометеоиздат, 1978.

42.Жуковский Е.Е. Метеорологическая информация и экономические решения.

- Л.: Гидрометеоиздат, 1981.

43.Захаров В.Ф. Морские льды в климатической системе. СПб, Гидрометеоиздат, 1996,213 с.

44.Иванов В.В., Виноградов Н.Д. Характеристики естественных стадий развития атмосферных процессов в Арктике и их учет в долгосрочных прогнозах. - Тезисы докл. Международный симпозиум. «Гидрометеорология: наука и практика, современность и перспективы». -СПб.: Гидрометеоиздат, 1997. - с. 26-27.

45.История открытия и освоения Северного морского пути. Том 3. -Издательство Морской транспорт, 1959.- 510с.

46.История открытия и освоения Северного морского пути. Том 4. -Гидрометеоиздат, 1969. - 616 с.

47.Климат полярных районов/Под ред. Е.П. Борисенкова - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 443 с.

48.Климатический режим Арктики на рубеже XX - XXI вв./Под ред. Б.А. Крутских. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. -200 с.

49.Кокс Д., Хинкли Д. Теоретическая статистика. - М.: Мир, 1978.

50.Кондратюк С.И. Особенности развития атмосферных процессов при перестройках барических полей в западном районе Арктики// Тр. ААНИИ. -1981. -т.373, с.84-94.

51.Коржиков А.Я., Кузнецов А.В., Шаршун Н.Л. Экстремальные скорости ветра в Арктике и их связь с характером барических полей. - Тр. ААНИИ, 1993, т. 431, с. 27-31.

52.Коржиков А.Я., Устинова Н.С. Резкие изменения полей приземного давления в Арктике и возможности их прогнозирования в навигационный период /7 Тр. ААНИИ. - 1999.- t.441, с.127-131.

53.Коржиков А.Я., Булохов Е.Н. Некоторые характеристики циркуляции атмосферы при возникновении сильных устойчивых ветров в проливе Вилькицкого. - Проблемы Арктики и Антарктики, вып. 67-68, 1999, с. 16-19.

54.Крутских Б. А., Горбунов Ю. А. О связи элементарных гидрологических и синоптических процессов. - «Проблемы Арктики и Антарктики», 1973, вып. 41.-с. 13-16.

55.Крутских Б. А. Основные закономерности изменчивости режима арктических морей в естественных гидрологических периодах. - Л., Гидрометеоиздат, 1978. - 91 с.

56.Крутских Б.А., Ванда Ю.А., Мустафин Н.В. Метод комплексного прогноза малой заблаговременности ледово-гидрологических условий в арктических морях// Метеорология и гидрология. - 1985. - 3, с. 90-96.

57.Купецкий В. Н. Льды чукотских морей. - Магадан, ОАО "МАОБТИ", 1997. -58 с.

58.Леонтьева Е. А. Климат Советского сектора Арктики. - Издательство Главсевморпути, Л., М., 1947. - 500 с.

59.Лоренц Э. Н. Некоторые аспекты предсказуемости поведения атмосферы// Долгосрочное и среднесрочное прогнозирование погоды. -М.: Мир, 1987.

60.Луценко Э.И. Мезомасштабный циклогенез над арктическими морями по спутниковым данным. // Тр. ААНИИ. - 1999. -Т.441, с.202-213.

61.Маркин Б.Г. Проблема группового выбора. - М., Наука, 1974.

62.Метеорологический режим зарубежной Арктики. - Л.: Гидрометеоиздат, 1971,- 227 с.

63.Миронов Е.У. Методы ледовых и гидрологических прогнозов для обеспечения морских операций в арктических морях. - Тезисы докл. Международный симпозиум. «Гидрометеорология: наука и практика, современность и перспективы». - СПб: Гидрометеоиздат, 1997, с. 21-22.

64.Мультановский Б. П. Основные положения синоптического метода долгосрочных прогнозов погоды. - М., Изд. ЦУГМС, 1933. - 140 с.

6 5. Мусте ль Э.Р. Солнечные корпускулярные потоки и их воздействие на атмосферу Земли. Научные информации. - Астрономический совет АН СССР, 1968, вып. 10, с. 98-175.

66.Научно-прикладной справочник по климату СССР // Многолетние данные. Сер.З, вып. 1,2,21,24,33. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988 - 1990.

67.Northern Sea Route; Future and Perspective. The Proceedings ob INSROP Symposium Tokyo1 95 (1-6 October 1995). Copyright 1996 SHIP and OCEAN Foundation, p. 687.

68.0мшанский M.A. Об учете точности прогнозов и их применении // Журнал геофизики. - 1933. -т.З. -вып.4.

69.Паркер Е.Н. Солнечный ветер. - В кн.: Космическая астрофизика. - М.: 1962, с.198-215.

70.ПогосянХ. П. Циклоны. - Л., Гидрометеоиздат, 1976. - 148 с.

71.Прик З.М. Климат Советской Арктики (метеорологический режим). - Л., гидрометеоиздат, 1965. -279 с.

72.Прошутинский А.Ю. Колебания уровня Северного Ледовитого океана. СПб: Гидрометеоиздат, 1993.-216 с.

73.Рубашев Б.М. Проблемы солнечной активности. - М. - Л.: Наука, 1964. -362 с.

74.Саати Т. Керне К. Аналитическое планирование. Организация систем. - М.: Радио и связь, 1991. - 105 с.

75.Слепцов - Шевлевич Б.А. Геофизические основы морских гидрологических прогнозов. - М.: В/О «Мортехинформреклама», 1991. - 103 с.

76.Solar-Terrestrial Physics and Meteorology a working Document Compiled by A.N. Shapley, H.W. Croehl, J.H. Allen. Issued by SCSTER Secretariat, Washington, USA July, 1975. - 141 p.

77.А.Д. Сытинский. Связь сейсмичности Земли с солнечной активностью и атмосферными процессами. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 99 с.

78.Teisserence de Bort L. Etude sur L'hiver de 1879 - 1880 et recherches sur la position des centres de Taction de Г atmosphere dans les hivers anormaux. Annales, Bureau Central Meteorologique de France, 4, 1881, p. 17-62.

79.Thompson J.C. Potentional economic benefits from improvements in weather information. WMO, World weather Watch. Planning Rep.№27 / The economic benefits of national meteorological services. - Geneva, 1968, p.41-50.

80.Filho G.M., Fortes T.G. The protentional economic value of a forecasting center as a function of the quality of its service /'/' Techn. Conference, Geneva, 26-30 March, 1990, - WMO. - 1990. -№733.

81.Фон Нейман Дж., Моргенштерн О. Теория игр и экономическое поведение. -М., Наука, 1970.

82.Hale G.E. On the probable existence of magnetic fields in sunspots. Astrophys. J. 28, 1908, p. 315-343.

83.Хандожко Л.А. Пространственная корреляция повторяемости циклонов над Атлантико - Европейским сектором полушария. - Труды ЛГМИ, вып. 53, 1975, с. 17-20.

84.Хандожко Л.А. Метеорологическое обеспечение народного хозяйства. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - 231 с.

200

85.Хандожко JI.А. Экономические аспекты метеорологического обеспечения народного хозяйства. - Сборник научных трудов «Вопросы эффективности гидрометеорологических исследований», вып. 96, 1987, с. 35 -39.

86.Хандожко Л. А. Практикум по экономике гидрометеорологического обеспечения народного хозяйства. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. - 311 с.

87.Хандожко Л.А. Оптимальные погодо-хозяйственные решения. - СПб.: изд. РГГМУ, 1999,- 162с.

88.Хей Дж. Введение в методы байесовского статистического вывода. - М.: Финансы и статистика, 1987

89.Hobbs W. П. The climate of the Arctic as viewed by the explorer and the meteorologist. Science, August 27, 1948, vol. 108, №2800, pp. 193 - 201.

90.Эзау И.Н. Применение методов кластерного анализа для исследования неоднородностей геофизических полей. Изв. АН. Физика атмосферы и океана, 1998, Том 34, №2, с. 222 - 233.

91.Эйгенсон М.С., Гневышев М.Н., Оль А.И., Рубашев Б.М. Солнечная активность и ее земные проявления. ОГИЗ, Государственное издательство технико-теоретической литературы, М., Л., 1948, 324 с.

Заключение

Основной целью настоящего исследования являлось изучение особенностей распределения средних месячных полей приземного давления в Арктике в осенний период с целью разработки способа их диагностики, позволяющей прогнозировать наиболее вероятный характер развития макросиноптических процессов в Арктике в октябре - ноябре.

Исследование проводилось на основе принципов макрометеорологии, согласно которым, будущее развитие процессов определяется предшествующим их развитием, а малые по масштабу процессы связаны с крупномасштабными процессами. Это позволило провести классификацию полей приземного давления на пространстве северной полярной области, выявить преемственность типовых полей приземного давления от одного месяца осеннего периода к другому, а также межгодовые связи, изучить повторяемость типовых полей в зависимости от состояния солнечной активности. На основе выявленных закономерностей удалось создать модель диагноза прогностических полей приземного давления, позволяющей с достаточной надежностью определять ожидаемое среднее месячное поле приземного давления в Арктике в осенний период и наиболее вероятные метеорологические комплексы на отдельных участках трассы СМП.

Для анализа был привлечен архив средних месячных карт приземного давления по северному полушарию, средние месячные данные температуры воздуха в Арктике и чисел Вольфа с 1930 по 1997 г.г. Кроме того, привлекался каталог ледовых условий по участкам трассы СМП с 1940 по 1997 г.г.

В результате обработки и анализа всех указанных материалов было установлено:

1. По архивным данным за период с 1930 по 1997 г.г. определены 22 типа средних месячных полей приземного давления в Арктике в осенний период (7 типов в сентябре, 7 типов в октябре и 8 типов в ноябре). Классификация проводилась по основному признаку: положению средних месячных барических образований относительно района максимальной изменчивости приземного давления (полуостров Таймыр и прилегающие к нему районы западной и центральной Арктики). Полученные и проанализированные величины лапласианов в характерных точках свидетельствуют о существенных различиях в атмосферной циркуляции, свойственных тому или иному типу среднего месячного поля приземного давления в Арктике. Составлен каталог типовых процессов.

2. Исследована межгодовая преемственность типовых полей, получены матрицы сопряженности типов по каждому из месяцев осеннего периода и наиболее вероятные варианты их преобразований. Установлено, что в сентябре повторяемость формирования полей - антиподов (противоположных исходному по знаку поля и направлению основных воздушных потоков) составляет 10% - 15%, в октябре 25% - 30%. В ноябре развитие полей - антиподов не наблюдается.

3. Исследована внутригодовая преемственность типовых полей, получены матрицы сопряженности типов в сентябре и октябре, а также в октябре и ноябре. На основе анализа этих матриц получены наиболее вероятные варианты преобразования типовых полей. Установлено, что от сентября к октябрю в некоторых случаях повторяемость формирования поля - антипода может достигать 70% - 83%, от октября к ноябрю повторяемость формирования поля - антипода существенно снижается и в среднем составляет 10% - 20%. Однако тип 7окт, характеризующийся развитием циклонической деятельности над всеми морями Российской Арктики, причем центр основного циклона располагается к востоку от Таймыра, в 100% случаев преобразуется в поле - антипод.

4. Исследованы межгодовые и внутригодовые пространственно-временные связи типовых полей с учетом степени развития циклонической деятельности в Арктике.

Установлено, что циклогенез, развивающийся в Арктике в сентябре, в большинстве случаев (68%) сохраняется и в октябре.

Ослабленный циклогенез в большинстве случаев или сохраняется, или преобразуется в антициклоническое поле (82%).

Антициклоническое поле преобразуется в активный или ослабленный циклогенез (64%). В остальных случаях (36%) сохраняется антициклоническое поле и в октябре.

От октября к ноябрю проявляется такая же тенденция, как и от сентября к октябрю: сохранение циклогенеза в Арктике (73%).

Ослабленный циклогенез в октябре имеет свойство усиливаться в ноябре (87%). А вот антициклоническое поле в октябре в ноябре почти с одинаковой вероятностью может сохраняться (43%) или преобразовываться (57%) в циклоническое поле.

Проявляются и межгодовые связи типовых полей. Например, если в сентябре предшествующего года развивался циклогенез в Арктике, то в 65% случаев в следующем году он сохраняется.

Ослабленный циклогенез имеет тенденцию или усиливаться, или сохраняться (69%). А вот антициклоническое поле, как правило, (73%) преобразуется в циклоническое поле. Причем повторяемость активного циклогенеза составляет 55%. В октябре межгодовые закономерности преобразования полей приземного давления несколько отличаются от таковых в сентябре. Если в случае развития активного циклогенеза или антициклогенеза они схожи, то для случая ослабленного циклогенеза существенно различаются: в последующем году сохраняется тенденция формирования поля или с ослабленным циклогенезом или антициклонического (78%).

Независимо от степени развития циклонической деятельности в Западной Арктике в предшествующем году, в последующем происходит усиление циклонической деятельности. Особенно ярко эта тенденция проявляется для случая развития антициклогенеза в предшествующем году. В последующем году вероятность формирования циклонического поля составляет 79%.

5. Для каждой стадии развития 22-летних циклов солнечной активности рассчитаны повторяемость типовых полей и средние поля приземного давления для каждого месяца осеннего периода. Проведенный анализ полученного материала показал, что примерно в 70% рассмотренных средних полей приземного давления для всех стадий развития четных и нечетных 11-летних циклов солнечной активности в месяцах осеннего периода имеются различия, обусловленные преобладающей повторяемостью тех или иных типовых процессов.

Наиболее существенные отличия полей наблюдаются в сентябре и октябре на всех стадиях солнечных циклов, а в ноябре на стадии минимумов. По всей видимости, в ноябре изменения в барическом поле, обусловленные состоянием межпланетного магнитного поля и магнитного поля Земли, затушевываются чисто земным фактором - мощными контрастами температуры на поверхности, которые определяют «зимнюю» циркуляцию во внетропических широтах.

6. Создана модель комплексной оценки прогностических полей приземного давления. В основу модели положены:

1. Методика групповой оценки объектов, которая, в свою очередь, является составляющей теории экспертных оценок. Модель осуществляет выбор наиболее вероятного типового поля приземного давления на основе анализа матриц парных сравнений для шести показателей:

1) Повторяемость типовых полей в каждом из трех осенних месяцев.

2) Варианты преобразования типовых полей от месяца к месяцу внутри года.

3) Межгодовые варианты преобразования типовых полей для каждого месяца осеннего периода.

4) Повторяемость типовых полей в зависимости от стадии 22-летнего цикла солнечной активности.

5) Сопряженность типовых полей в зависимости от степени развития циклогенеза в Арктике внутри года.

6) Межгодовая сопряженность типовых полей в зависимости от степени развития циклогенеза в Арктике.

Оценка полей приземного давления по предлагаемой модели на зависимом материале за 1989 - 1997 г.г. показана, что в октябре вероятность правильной оценки прогностического поля приземного давления в Арктике составила 85%, а в ноябре-82%.

2. Оценка влияния приземного давления и свойственных ему метеороло-ГйЧССКйХ комплексов на ледообразование в арктических морях

Метод позволяет выбрать предпочтительный вариант из определенного числа альтернативных решений.

Имеется п типовых полей приземного давления, как участников игры в предпочтения [88]. Каждое из типовых полей должно установить предпочтительность перед другим. В итоге предпочтительность ранжируется. Эта задача известна как "задача о лидере".

Мы рассмотрели ранжировку по гидрометеорологическим факторам, а, значит, решается задача о лидерстве в степени влияния метеорологических факторов на ледообразование в арктических морях в осенний период.

Имеется п типовых полей приземного давления, например, л = 7 (ХЬХ2,.,Х7).

Вероятность формирования каждого из типов, может быть оценена по отношения к вероятности формирования каждого из возможных типовых полей.

Эту задачу расстановки приоритетов решает эксперт (или группа экспертов). Процедура проведения экспертизы основана на использовании метода парных сравнений.

3. Общая оценка влияния гидрометеорологических факторов на производственную деятельность морского транспорта в осенний период

Для оценки чувствительности потребителя к факторам окружающей среды необходимо:

1) определить вклад результата решения каждой задачи в интегрированный результат деятельности потребителя;

2) оценить чувствительность каждой задачи к совокупности факторов окружающей среды.

Решить эти задачи можно, используя метод анализа иерархии (МАИ), разработанный Т. Саати и К. Кернсом.

Алгоритм МАИ включает следующие операции:

1. Строится иерархия, начиная с вершины, через промежуточные уровни к самому нижнему уровню.

Для задачи оценки чувствительности вершина иерархии соответствует эффекту деятельности потребителя. Следующий нижележащий уровень - эффектам решения задач, самый нижний = последующий уровень - факторам, влияющим на эффекты решения задач вышележащего уровня.

2. Строится матрица (таблица) соответствия, элементы которой равны единице, если фактор Ф, влияет на эффект решения i - й задачи, нулю в противном случае.

В качестве дополнительных условий выбора необходимо учитывать ожидаемый тип среднемесячного поля давления.

Предпочтительность первой задачи относительно другой объясняется тем, что она может обеспечить проводку по мере усложнения.

3. Экспертами составляются m матриц парных сравнений влияющих факторов - по одной для каждой задачи.

Элементы матриц представляют собой суждения экспертов о силе влияния одного фактора по отношению к другому фактору, влияющему на решение данной задачи.

4. Оценка экономической полезности диагноза и прогноза макросиноптических условий в Арктике в осенний период.

192

На примере западной части моря Лаптевых показано, что экономический эффект от использования методических ледовых прогнозов неоспорим, особенно в случае тенденции роста опасности ледовых условий. Повышение успешности ледовых прогнозов, обусловленной, в частности, повышением успешности прогнозов приземного поля давления, может повысить эффективность первых почти в два раза. Кроме того, в этом случае произойдет и повышение адаптационной способности потребителя к ожидаемым гидрометеорологическим условиям.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Устинова, Наталия Сергеевна, Санкт-Петербург

1. Багров H.A. К вопросу об оценке гидрометеорологических прогнозов //Метеорология и гидрология. - 1953. - №6, с.13-16.

2. Багров H.A. Об экономической полезности прогнозов // Метеорология игидрология. - 1966. -№2, с.3-12.

3. Baur F. Einführung in die Gross Wetterkunde. Wiesbaden, Dieterrich, 1948.

4. Baur F. Die Erscheinungen des Grosswetters, Lernbuch der Metejrologie. J.V.Hann und R. Suring, Hsgbr., Bd. 2,5. Aufl. Leipzig. W. Keller, 1951.

5. Баур Ф. Об основной возможности долгосрочного предсказания погоды. Вкн. Вопросы предсказания погоды. Л., Гидрометеорологическое издательство, 1958. -440 с.

6. Блютген И. География климатов, том 1. М.: Изд. «Прогресс», 1972. - 428 с.

7. Блютген И. География климатов, том 2. М.: Изд. «Прогресс», 1973. - 402 с.

8. Бородачев В.Е. Льды Карского моря. - СПб., Гидрометеоиздат, 1998. - 182 с.

9. Бузуев А.Я. Влияние природных условий на судоходство в замерзающихморях. Л., Гидрометеоиздат, 1981, 200 с.

10. Бузуев А.Я., Горбунов Ю.А., Гудкович З.М., Лосев СМ., Миронов Е.У.Исследование динамики и морфометрии ледяного покрова Арктического бассейна. Проблемы Арктики и Антарктики, 1998, вып. 71, с. 106-128.

11. Вангенгейм Г.Я. Материалы для построения синоптических методовхарактеристики климата. - «Известия Глав. геоф. обсерв.», 1933, №2-3, с. 316.

12. Вангенгейм Г.Я. К вопросу типизации и схематизации синоптическихпроцессов - «Метеорология и гидрология», 1938, №3, с. 38-58.

13. Вангенгейм Г.Я. Основы макроциркуляционного метода долгосрочныхметеорологических прогнозов для Арктики - Транспортер. ААНИИ, 1952, т. 34.-314 с.

14. Визе В.Ю. Климат морей Советской Арктики. М., изд. Глав сев морпути,1940. - 124 с.

15. Визе В.Ю. Основы долгосрочных ледовых прогнозов для арктическихморей. - М., Издательство Главсевморпути, 1944. - 274 с.

16. Виноградов Н.Д., Иванов В.В. Макроциркуляционный метод долгосрочныхметеорологических прогнозов для полярных областей Земли.// Проблемы Арктики и Антарктики. Сборник статей - СПб, Гидрометеоиздат, 1995г., с.246-255.

17. Витинский Ю.И. Цикличность и прогнозы солнечной активности. - Л.:Наука, 1973. 257 с.

18. Витинский Ю.И., Оль А.И., Сазонов Б.И. Солнце и атмосфера Земли/подредакцией Э.Р. Мустеля. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 351 с.

19. Воробьев В.И. Струйные течения в высоких и умеренных широтах. Л.,Гидрометеоиздат, 1960.-234 с.

20. Воробьев В.И. Планетарные высотные фронтальные зоны и струйныетечения в северном полушарии. Л., Гидрометеоиздат, 1967.-370 с.

21. Воробьев В.И. Высотные фронтальные зоны северного полушария. Л.,Гидрометеоиздат, 1968.-231 с.

22. Герман Д.Р., Гольдберг P.A. Солнце, погода и климат. - Л.:Гидрометеоиздат, 1981. - 319 с.

23. Гире A .A. Основы долгосрочных прогнозов погоды. - Л.,Гидрометеорологическое издательство, 1960.-560 с.

24. Гире A.A. Многолетние колебания атмосферной циркуляции идолгосрочные гидрометеорологические прогнозы. - Л., Гидрометеорологическое издательство, 1971. - 280 с.

25. Гире A.A. , Кондратович К.В. Методы долгосрочных прогнозов погоды. - Л.,Гидрометеоиздат, 1978. - 343 с.

26. Груза Т.Е. Статистические и вероятностные методы прогноза погоды //Труды САНИГМИ. - 1967. -БЫП . 2 9 .

27. Де Гроот М. Оптимальные статистические решения. - М.: Мир, 1974

28. Дзердзеевский Б.Л. Циркуляционные механизмы в атмосфере северногополушария в X X столетии. - Издательство института географии АН СССР, М.,1968.-240 с.

29. Дзердзеевский Б.Л. Общая циркуляция атмосферы и климат. - Издательство«Наука»,.1975.-287с.

30. Долгосрочные метеорологические прогнозы. Под ред. H.A. Багрова, К.В.Кондратовича, Д.А. Педя, А.И. Угрюмова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 248 с.

31. Дмитриев А. А., Сельцер П. А. и др. Макромасштабные атмосферныепроцессы и среднесрочные прогнозы погоды в Арктике. - Л., Гидрометеоиздат, 1989. - 253 с.

32. Дыдина Л. А. Макроциркуляционный метод прогноза погоды на 3 - 10 днейдля Арктики. - Л.: Гидрометеоиздат, 1964. - 391 с.

33. Дыдина Л. А. Особенности развития синоптических процессов в Арктике иих использование в прогнозах на средние сроки. - Л., Гидрометеоиздат, 1982. - 224 с.

34. Евланов Л.Г. Теория и практика принятия решений. - М., «Экономика»,1984.-176 с.

35. ЖукоБский Е.Е. К сравнению различных вариантов использованияметеорологической информации при принятии хозяйственных решений // Метеорология и гидрология. - 1974. - №2, с.38-48.

36. Жуковский Е.Е., Чудновский А.Ф. Методы оптимального использованияметеорологической информации при принятии решений. - Л.: Гидрометеоиздат, 1978.

37. Жуковский Е.Е. Метеорологическая информация и экономические решения.- Л.: Гидрометеоиздат, 1981.

38. Захаров В.Ф. Морские льды в климатической системе. СПб,Гидрометеоиздат, 1996, 213 с.

39. История открытия и освоения Северного морского пути. Том 3.Издательство Морской транспорт, 1959. - 510 с.

40. История открытия и освоения Северного морского пути. Том 4.Гидрометеоиздат, 1969. - 616 с.

41. Климат полярных районов/Под ред. Е.П. Борисенкова - Л.:Гидрометеоиздат, 1973. - 443 с.

42. Климатический режим Арктики на рубеже X X - X X I вв./Под ред. Б.А.Крутских. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. -200 с.

43. Кокс Д., Хинкли Д. Теоретическая статистика. - М.: Мир, 1978.

44. Кондратюк С И . Особенности развития атмосферных процессов приперестройках барических полей в западном районе Арктики// Тр. ААНИИ. 1981.-Т.373, с.84-94.

45. Коржиков А-.Я., Кузнецов A.B. , Шаршун Н.Л. Экстремальные скорости ветрав Арктике и их связь с характером барических полей. - Тр. ААНИИ, 1993, т. 431, с. 2 7 - 3 1 .

46. Коржиков А.Я., Устинова Н.С. Резкие изменения полей приземногодавления в Арктике и возможности их прогнозирования в навигационный период II Тр. ААНИИ. - 1999. - т.441, с.127-131.

47. Коржиков А.Я., Булохов E.H. Некоторые характеристики циркуляцииатмосферы при возникновении сильных устойчивых ветров в проливе Вилькицкого. - Проблемы Арктики и Антарктики, вып. 67-68, 1999, с. 16-19.

48. Крутских Б. А., Горбунов Ю. А. О связи элементарных гидрологических исиноптических процессов. - «Проблемы Арктики и Антарктики», 1973, вып. 4 1 . - с . 13-16.

49. Крутских Б. А. Основные закономерности изменчивости режимаарктических морей в естественных гидрологических периодах. - Л., Гидрометеоиздат, 1978. - 91 с.

50. Крутских Б.А., Ванда Ю.А., Мустафин Н.В. Метод комплексного прогнозамалой заблаговременности ледово-гидрологических условий в арктических морях// Метеорология и гидрология. - 1985. - 3, с. 90-96.

51. Купецкий В. Н. Льды чукотских морей. - Магадан, ОАО "МАОБТИ", 1997.58 с.

52. Леонтьева Е. А. Климат Советского сектора Арктики. - ИздательствоГлавсевморпути, Л., М., 1947. - 500 с.

53. Лоренц Э. Н. Некоторые аспекты предсказуемости поведения атмосферы//Долгосрочное и среднесрочное прогнозирование погоды. - М . : Мир, 1987.

54. Луценко Э.И. Мезомасштабный циклогенез над арктическими морями поспутниковым данным. // Тр. ААНИИ. - 1999. - Т.441, с.202-213.

55. Маркин Б.Г. Проблема группового выбора. - М., Наука, 1974.

56. Метеорологический режим зарубежной Арктики. - Л.: Гидрометеоиздат,1971.- 227 с.

57. Научно-прикладной справочник по климату СССР // Многолетние данные.Сер.З, вып. 1,2,21,24,33. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988-1990.

58. Паркер E.H. Солнечный ветер. - В кн.: Космическая астрофизика. - М.:1962, с.198-215.

59. Погосян X . П. Циклоны. - Л., Гидрометеоиздат, 1976. - 148 с.

60. Прик З.М. Климат Советской Арктики (метеорологический режим). Л.,гидрометеоиздат, 1965. -279 с.

61. Прошутинский А.Ю. Колебания уровня Северного Ледовитого океана. СПб:Гидрометеоиздат, 1993.-216 с.

62. Рубашев Б.М. Проблемы солнечной активности. - М. - Л.: Наука, 1964.362 с.

63. Саати T. Керне К. Аналитическое планирование. Организация систем. - М.:Радио и связь, 1991. - 105 с.

64. Слепцов - Шевлевич Б.А. Геофизические основы морских гидрологическихпрогнозов. - М.: В/О «Мортехинформреклама», 1991. - 103 с.

65. Solar-Terrestrial Physics and Meteorology a working Document Compiled byA .N . Shapley, H.W. Croehl, J.H. Allen. Issued by SCSTER Secretariat, Washington, USA, July, 1975. - 141 p.

66. А.Д. Сытинский. Связь сейсмичности Земли с солнечной активностью иатмосферными процессами. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 99 с.

67. Teisserence de Bort L. Etude sur L'hiver de 1879 - 1880 et recherches sur laposition des centres de Taction de Г atmosphere dans les hivers anormaux. Annales, Bureau Central Météorologique de France, 4, 1881, p.17-62.

68. Thompson J.C. Potentional economic benefits from improvements in weatherinformation. WMO, World weather Watch. Planning Rep.№27 / The economic benefits of national meteorological services. - Geneva, 1968, p.41-50.

69. Filho G.M., Fortes T.G. The protentional economic value of a forecasting centeras a function of the quality of its service /7 Techn. Conference, Geneva, 26-30 March, 1990, - WMO. - 1990. - №733.

70. Фон Нейман Дж., Моргенштерн О. Теория игр и экономическое поведение.М., Наука, 1970.

71. На1е G.E. On the probable existence of magnetic fields in sunspots. Astrophys. J.28, 1908, p. 315-343.

72. Хандожко Л.A. Пространственная корреляция повторяемости циклонов надАтлантико - Европейским сектором полушария. - Труды ЛГМИ, вьш. 53, 1975, с. 17-20.

73. Хандожко Л.А. Метеорологическое обеспечение народного хозяйства. Л.:Гидрометеоиздат, 1981. - 231 с.

74. Хандожко Л.А. Экономические аспекты метеорологического обеспечениянародного хозяйства. - Сборник научных трудов «Вопросы эффективности гидрометеорологических исследований», вып. 96, 1987, с. 35 -39 .

75. Хандожко Л. А. Практикум по экономике гидрометеорологическогообеспечения народного хозяйства. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. - 311 с.

76. Хандожко Л.А. Оптимальные погодо-хозяйственные решения. - СПб.: изд.РГГМУ, 1999. - 162 с.

77. Хей Дж. Введение в методы байесовского статистического вывода. - М.:Финансы и статистика, 1987

78. Hobbs W. Н. The climate of the Arctic as viewed by the explorer and themeteorologist. Science, August 27, 1948, vol. 108, №2800, pp. 193 - 201.

79. Эзау И.Н. Применение методов кластерного анализа для исследованиянеоднородностей геофизических полей. Р1зв. АП. Физика атмосферы и океана, 1998, Том 34, №2, с. 222 - 233.

80. Эйгенсон М.С., Гневышев М.Н., Оль А.И., Рубашев Б.М. Солнечнаяактивность и ее земные проявления. ОГИЗ, Государственное издательство технико-теоретической литературы, М., Л., 1948, 324 с.