Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Межгодовая и сезонная изменчивость положения кромки льда Южного океана и возможности ее прогнозирования

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Межгодовая и сезонная изменчивость положения кромки льда Южного океана и возможности ее прогнозирования"

Р Г Б ОД

в / ноя ^

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА РОССИИ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

АРКТИЧЕСКИЙ И АНТАРКТИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ЧЕПУРИНА МАРГАРИТА АНАТОЛЬЕВНА

ИЕЖГОДОВАЯ И СЕЗОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОЛОЖЕНИЯ КРОМКИ ЛЬДА ЮЖНОГО ОКЕАНА И ВОЗМОЖНОСТИ ЕЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

11.00.03 - океанология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических иау|!

Санкт - Петербург - 1995

Работа выполнена в Арктическом и довательском институте.

антарктическом научно-иссле-

Наун,ные руководители: доктор географических наук,

Г.В. Алексеев,

доктор географических наук, A.A. Романов.

Официальные оппоненты: доктор географических наук, , Н.П. Смирнов,

кандидат географических наук, ' • В.А. Шматков.

Ведущая организация: Российский государственный гидронетеоро-

I

логический институт.

Защита состоится "30" НоясрЯ 1995 г. в " //5" часов "ОСУ* пин. на заседании диссертационного Совета Д.024.04.01 В Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте по адресу:

19939?, Санкт-Петербург, ул. Беринга, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ААНИИ.

Автореферат разослан "¿Z" ОМ^Гй 0Ü&1995 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета '1 В.П. Карклин

Общая характеристика работы

Диссертация посвящена исследованиям межгодовой и сезонной изменчивости положения кромки льда Южного океана и оценке возможности ее прогнозирования. Рассматривался Южный океан в целом, а такжэ иоря Уэдделла $ Дейвиса с точки зрения' изучения физической природы антарктических круговоротов и полыней. Выполнен анализ структуры временных рядов температуры и давления воздуха и рассмотрена иг. связь с изменениями положения кромки льда.

" Актуальность темы. Южный океан представляет собой самостоятельную физико-географическую область Мирового океана., объединяемую сходными природными процессами и явлениями. Природные и климатические условия Южной полярной области определяют своеобразно ле-доаук.процессов,придают им характерные черты, основная из которых '-значительная пространственно-временная _ изменчивость рг.зьмтим морских антарктических льдоз. На их долю приходится около полог-ипы общей площади', занимаемой морскими льдами в Мировом океане, понтону изучение .'«зменчивости ледяного покрова Южного океана, является весьма актуальны:!.

Развитие теории климата также невозможно без учета той роли, которую играет ледяной покров во взаимодействии атмосферы и океана. Изучение южной полярной области и освоение ее ресурсов требуют научно-обоснованного учета природных факторов и разработки методов их прогнопов. ,

Экспедиционные исследования 50-60 годов текущего столетия способствовали накоплению знаний о ледовом режиме Южного океана. Основные ого закономерности отражены в Атласе Антарктики и работах многих огзчествзнных и зарубежных исследователей. Однако, попытки оценить сезонную и межгодовую изменчивость ледовых условий не всегда были успешными, так как анализ крайне ограниченных, неоднородных и неравномерных по пространству данных не мог отразить их особенности.

Цель и задачи работы- Расширение возможностей для научных и прикладных исследований ледового режима, связанных с началом регулярных спутниковых наблюдений- с конца 60-х годов й создание информационной базы данных об элементах ледового режима позволили провести более полный анализ, на основе которых были сформулированы основные крупные /заканомерности развития ледовых процессв и их влияние на судоходстг» (Л.А.Романов,1,1984).

, Данная работа '/?1>/;!>ящена ; детальному исследованию структуры

иежгодовой и сезонной изменчивости положения хромки льда и оценке ее предсказуемости.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1.Исследование'спектральной структуры временных рядов положения кромки льда, температуры воздуха и атмосферного давления на акватории Южного океана и выявление районов, облагающих однородной структурой временной изменчивости. •

2.Количественное описание, особенностей изменчивости в рассматриваемых районах, определение взаимосвязей между ними.

3.Определение пределов предсказуемости кромки льда как для , сзэоиных, так и для'межгодовых изменений и оценок возможности прогнозирования долгопериодных иэцйненений положения кромри льда.

Использованы осредненные за месяц декадные спутниковые данные

о координатах положения кромки льда, привязанные к 36 меридианам • • ' • " ' .. -десятиградусных секторов вокруг Антарктического континента по наблюдениям с 1973-по, 198'8г. Данные обработаны в лабораторий, ледового режима и прогнозов Южного океана отдела ледового режима и прогнозов А^НИИ. , ...

На защиту выносятся следующие положения:

1. В рамках- вероятностного описания положения кромки льда с-помощью апторегрессионных моделей.показано, что в исследуемой области существует 9 климатически однородных регионов, совпадающих с районами основных барических депрессий. Четыре из этих регионов-восточная часть Атлантического сектора (около нулевого меридиана), море Росса, море Космонавтов и море Дюмон-д'Юрвиля выделяются наибольшими временными масштабами изменчивости. Причиной устойчивых колебаний положения кромки в районе Индийского/сектора (море Космонавтов) являются, повидимому, автоколебания, связанные с сущест~ сованием устойчивых тепловых аномалий океана.

2. Спектральный анализ изменчивости положения кромки льда по-, каэал, что во временных рядах имеются колебания в'диапазонах

"10-11, 6-7, 4-5, 2-3, 0,5 лет. . V-

3. По результатам анализа пространственного распределения коэффициентов разложения естественных ортогональных составляющих межгодовых и сезонных положений кромки льда обнаружено совпадение пространственного распределения основных закономерностей полугодового ритма и колебаний с периодом;, 2 - '3 года.

4.. Анализ исследуемых среднегодовых полей положения кромки

льда, температуры и давления главных векторов разложения на ЕОФ для различных временных интервалов показал, что наиболее устойчивыми являются разложения для данных кромки, которые описывают около 70% дисперсии (температуры около 60%, давления около 30% изменчивости), что позволяет сделать вывод о преобладающем влиянии океана на положение кромки льда.

5. Факторный анализ совокупной дисперсии исследуемых рядов положения кромки, температуры и давления воздуха в районах 11 антарктических станций показал, что В среднем первый фактор вносит от 50 до совокупной дисперсии. На долю двух других факторов приходится от 20 до 50% изменчивости.

В Атлантическом и Индийском секторах от сг. Халли до ст. Дейвис превалирует влияние термического фактора по сравнению с- пкла-дом изменчивости давления. Таким образом, превалирующее влияние на ледовые процессы в этом регионе оказывают тепловые процессы, обусловленные главным образом влиянием океана.

6. В изменениях спектров межгодовых изменений положения крон ки для всех 12 месяцев в круговороте Уэдделла выделено два периода (март- июнь и сентябрь- ноябрь) с максимумами спектральной энергии около 5-7 лет, которые разделяются периодами(декабрь- февраль,' июль- август) с отсутствием значимых максимумов. Такое распределение-энергии колебаний позволяет предположить о существовании полугодовой ритмичности в движении круговорота и может быть связано с барическим воздействием на положение кромки льда.

.7. Подтверждена гипотеза о частоте появления полыньи моря Уэдделла раз в 2-3 года и схема ее развития на основе результатов спектрального анализа изменений положения кромки льда и последовательного анализа энергетических максимумов соектров в годовом цикле движения кромки. Максимальное развитие полыньи связано с наложением на тепловую волну 2-3-х лет квазипериодического колебания барического происхождения с периодом около 5-7 лет. Составленная схема раскрывает. термодинамическую природу развития полыньи и' подтверждает гипотезу ее термического происхождения.

8. Максимальная устойчивая теоретическая предсказуемость(па-' мять;; межгодовых.изменений временных рядов положения кромки льда ■отмечается в морях космонавтов , Росса и Уэдделла, в зонах повы-шейной.дивергеции результирующей скорости дрейфа льда. В море Кос-монавтой она максимальна:и равна 4 годам. В целом предсказуемость

- 6 -I

межгодовых изменений кромки /¡ьда в*отдельных точках не удовлетворяет практическим требованиям для разработки ледовых прогнозов.

Устойчивая теоретическая ■ предсказуемость сезонных изменений .. кромки составляет 6 месяцев. В .соответствии с принятыми критериями, прогноз б отдельной точке может быть успешным в пределах 2-х месяцев1. '

« -

Научная иопизна:

- впервые применен метод оценки параметрических спектров для . разных уровней надежности моделей авторегрессий. Выполнена классификация исследуемых временных рядов, климатическое районирование и оценена сопряженность изменчивости положения кромки; •

. - на основе классификации по структуре связности АР- моделей впервые выявлены 4 района, расположенные в зонах основных поднятий морского дна, обладающие наибольшими временными масштабами изменчивости;

- впервые обнаружено существование устойчивых колебаний с пас (

мя^ью до 4 .лет в районе моря Космонавтов, которая с позиций крупномасштабного взаимодействия характеризуется как наиболее активная структура переходного периода приспособления атмосферы к термическому полкЗ океана, имеющая характерный масштаб полгода..Подтверждается возможность развития автоколебательной структуры с памятью до 2-4 лет; •

- выявлены районы устойчивых аномалий положения кромки льда от полугода до 2-3 лет по данным разложения на естественные ортот тональные составляющие; - "

- впервые примененный автором метод разложения общей(совокупной) д^персии положения кромки льда, температуры воздуха и* давления в районах 11 станций позволил выявить районы с преобладанием теплового влияния океана по сравнению с вкладом атмосферного давления ; • 4

- с помощью пространственно - временного анализа . сезонного хода спектров межгодовых изменений положения кромки льда в круговороте Уэддедла впервые выявлены два периода в сезонном ходе с максимумами спектральной энергии, свидетельствующие .о полугодовой ритмичности в движении круговорота;

- составлена Схема перемещения "термического" максимума спектров межгодовых изменений положения кромки льда в среднегодовом цикле для района полыньи Уэддёлла. Впервые обоснована спонтан-

I

ность появления полыньи, связанная с наложение« на тепловую волну квазипериодического колебания барического происхождения;

- впервые оценена устойчивость.исследуемых среднегодовых полей положения хромки главных векторов разложения, на • ЕОР, которая может быть использована в прогностических целях. По оценкам авторегрессионных моделей показано, что среднегодовые положения практически не предсказуемы, предсказуемость же среднемесячных изменений составляет 2 месяца.

•

Практическая ценность работы связана с. возможностью использования полученных а работе результатов для составления справочных пособий, при составлении прогностических схем, а также при планировании экспериментов в регионах круговорота и полыньи Уэдделла.

Апробация работы. Основные результаты, полученные по теме диссертации, были доложены на 3-ем Всесоюзном симпозиуме "Метеорологические исследования в Антарктике ( Леннинград, 193йг) и обсуждали с:» на секции океанологии и ладоаедения ДАНИИ (1992г), на научных семинарах Русского географического общества, на семинарах отдела ледозого режима и прогнозов ААНИИ.

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 8 статей, 1 п печати, из них 4 в соавторстве. Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве , заключается в постановке задачи, в обосновании применяемых методов обработки и анализа данных, выполнении расчетов и интерпретации результатов.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий обьем работы равен 103 страницам(без списка литературы). Текст иллюстрирован 18 таблицами и .18 рисунками. Список использованной литературы включает, 77 наименований, в том числе 16 на иностранных языках.

.Содержание работы

Первая глава посвящена вероятностному описанию структуры изменчивости исследуемых полей с помощью спектрального и факторного анализа и раиложении'полей по ЕОФ; ,.Один из возможных методов •спектрального анализа/ основанный на оценке! спектров с помощью вероятностного авторегрессионного моделирования, реализованный в работе, рассматривается в первом параграфе. • -

.'-.объективность 'метода .. АР-моделирования и параметрического

- а -

спектрального анализа связана с выбором порядка модели авторегрессии. Существует ряд критериев выбора порядков моделей такие как критерий Лкаике, Парзена .. В предложенном.алгоритме выбран наиболее сложный подход, основанный на анализе совокупности функций корреляции и частных корреляций, с использованием системы правил идентификации моделей. Изменяя уровни значимости параметров, в зависимости ' от целей анализа мы получаем набор спектров для различных уровней надежности. При этон зная, что ложных максимумов энергии не существует, интерпретируем последние для коротких климатических рядов, как цветные шумы в определенных диапазонах частот спектров.

Программа параметрического спектрального анализа составлена авто*

ром диссертации и принята в объединенный фонд алгоритмов и программ (ОФАП).

Спектральный анализ временных' рядов положения кромки льда*, температуры и давления позволил установить, что наиболее гладкий спектр имеют ряды среднегодовых и среднемесячных значений давления, а идентифицируемые модели этих рядов приближаются к типу белого шума. Во всех временных рядах квазипериодические колебания заметны в диапазонах 10-11, 6-7, 4-5, 2-3, 0,5 лет. Анализ связности межгодовых изменений положения кромки льда показал, что в исследуемой области существует 9 однородных районов, совпадающих с положениями основных барических депрессий. В районах Атлантического и Тихоокеанского секторов межгодовке изменения ледовитости описываются простыми инерционными моделями первого порядка. В районах климатических центров Индийского сектора модели устойчиво имеют четвертый порядок, характеризующий влияние термического фактора. Более половины исследуемых процессов характеризуются моделями типа белого шума, вследствие многофакторности воздействия на них.

Установлено, что существует устойчивая структура среднегодовых изменений положения кромки льда в«четырех регионах Южного океана. В районах морей Росса, Уэдделла и д'Юрвиля структура процессов типа красного шума свидетельствует о значительном вкладе долгопериодной составляющей, что может быть связано с длинноволновыми атмосферными возмущениями. В районах морей Росса и д' Юрвиля наблюдается наиболее значительная долгопериодная тенденция к понижению давления за исследуемый период наблюдений. В колебаниях положения кромки льда в районе моря Космонавтов характерны энергетические максимумы спектров в диапазонах полгода, 2-3 и около 10

лет.

С помощью разложения на ЕОФ сезонных изменений положения кромки льда выявлены основные центры сосредоточения энергии полугодового ритма.С помощью разложения на ЕОС межгодопых изменений положения кромки льда определены четыре основные формы полей. пространственные колебания которых сопряжены в выявленных временных масштабах около 10, 6, 4 и 2 лет. Из пространственного распределения максимумов сопряженности следует, что волна с периодом около 10 ле-т можат быть связана с солнечной активностью, кэааипе-риодическое колебание около б лет с явлением Эль-Ниньо, а периодичности около 4 и 2 лет связаны с тепловыми эффектами окоема. Последнее предположение подтверждается так«е данными 'факторного анализа и оценками вкладов сезонов в межгодовую изменчивость положения кромки льда," выполненных с помощью идентификации моделей среднепиоголетних изменений положения кромки для одноиг.енных месяцев. Анализ пространственных картин распределения полуголоного и квазидоухлетнего ритма показал их идентичность, что свидетельствует о длительном существовании аномалий положения кромки льда. Основной максимум продолжительных аномалий (до 2-4) лет наблюдается в районе' моря Космонавтов.

Выполненный в работе сравнительный анализ разложений на ЕО'Р положения кромки льда для разных периодов лет показал устойчивую сохранность четырех основных форм полей, которые могут быть использованы для прогноза.

Анализ разложения обцей(совокупной) дисперсии в регионах 11 антарктических береговых станций от ст. Беллинсгаузен до ст. Мак -Мердо межгодовых изменений положения кромки льда, температуры воздуха и давления показал, что на изменчивость кромки приходится от 50 - 80% совокупной дисперсии. В Атлантическом*и Индийском секторах от ст. Халли до ст. Дейвис на изменчивость положения кромки приходится около 70% изменчивости, на изменчивость температуры около 20%, а на изменчивость давления около 10% совокупной дисперсии, что свидетельствует, о превалирующем влиянии океана в этом районе .

С помощью идентификации авторегрессионных моделей межгодовых изменений положения кромки льда для одноименных месяцев выполнена обьективная классификация сезонов и оценены вклады сезонов в среднегодовые изменения по однотипности идентифицированных моделей".

Показано, что наиболее четко прослеживаются оценки вкладов межгодовых изменений в среднегодовые изменения в двух регионах. В регионе моря Космонавтов среднегодовые изменения определяются зимними процессами, а б регионе моря Росса летними процессами.

Вторая глава посвящена исследованию изменчивости положения кромки льда в море Дейвиса. В' первом параграфе исследованы статистические закономерности климатического режима. Показано, что в основной навигационный период(Летние месяцы) изменчивость положения кромки минимальна. Результаты исследования изменчивости годового цикла по. данным спектрального и факторного анализа показали, что процессы западного и восточного секторов сопряжены и сопряженность процессов наиболее четко проявляется с сентября по ноябрь и с апреля по июнь. Для среднегодовых изменений также оценена сопряженность ледовых процессов для обоих секторов по- полному набору параметров моделей авторегрессий для десятилетнего ряда наблюдений. Показано, что временные ряды идентифицированные по типу однородного белого цума отражают многофакторность воэдейстЕИЯ на ледовые процессы. ' • .

" В третьей главе работы^ представлены результаты исследования изменчивости положения кромки льда в Атлантическом регионе. В;пер-вам параграфе исследована статистическая структура колебаний кромки б районе круговорота Уэдделла. Для района круговорота Уэдделла проанализирована спектральная структура межгодовых изменений положения кромки льда 36 временных рядов для данных на трех меридианах. Анализ пространственно - временной структуры сезонного цикла спектров для одноименных месяцев показал, что для межгодовых изменений существует один максимум спектральной энергии в диапазоне 5-7 лет. Прослеживается он в межгодовых изменениях 2 раза в году с марта по июнь (4 месяца) и с сентября по ноябрь (3 месяца). Интервал появления максимума во временных рядах межгодовых изменений равен б месяцам. Для остальных месяцев характерна структура типа белого шума,.

Последовательный анализ пространственной структуры сезонного-цикла спектров показал, что первые энергетические максимумы начинают появляться со стороны пролива Дрейка, а затем последовательно появляются согласно^ движению круговорота в спектрах положения •кромки на остальных меридианах.- Спектральный анализ среднемесячных изменений положения кромки льда показал, что во временных рядах

кромки отмечаются энергетические максимумы в диапазонах 3-4 месяцев и шести месяцев. По данным факторного анализа положения кромки льда, температуры воздуха и давления в районе ст. Беллинсгаузен превалирует влияние барического фактора, что согласуется с данными исследований о природе 5-7- л'етнего цикла, связанного с барической активностью. .

С помощью последовательного» анализа параметрических спектров для определенного уровня надежности по изменчивости положения кромки раскрыта тонкая структура во вращение кру'гйворота, связанная с его полугодовой ритмичностью и двумя вращательными иояентами около 3 и 4 месяцев. В исследованиях различных авторов ритмы окбло 3 и 4 месяцев з сезонных изменениях отмечались в различных гидрометеорологических явлениях, но их Вклад в изменчивость составлял доли процента,, и интерпретировался обычно как шум. Наша интерпретация показывает, что это закономерные явления, связанные с периодом вращения'в круговороте. .

В третьем параграфе исследуется пространственно - временная структура положения кромки льда в районе полыньи Уэдделла. Наиболее интересной особенностью ледяного покрова в. районе нулевого меридиана является полынья открытого моря, известная 'как полынья дивергенции, образование которой связано с расхождением течений, неравномерностью поля ветра и дрейфа льдов и подьемом теплых глубинных вод. По данным спутниковых наблюдений полынья обычно формируется з конце зимы.- Цжтр ее ориентировочно располагается.в районе нулевого меридиана около 65 градуса южной широты а регионе поднятия Мод* Наблюдается она не только в виде чистой воды, но и в форме тонкого разреженного льда. Для оценки вероятностей 'появления полыньи дивергеции, связанной с разрежением льда, рассмотрена реакция кромки на появление полыньи, 'связанная с закономерностями сезонной и межгодовой изменчивости. • '

По оценкам спектральных плотностей межгодовых изменений положения кромки льда в районе трех меридианов(0 -20 з.д.), где.зарегистрировано появление полыньи для зимних месяцев с июля по октябрь, выделяются двухгорбые кривые с максимумами энергии в Диапазонах около 5-7 и 2-3 лет. Интерпретируя 5-7 летнюю волну, как барическую, 2-3 летнюю, как тепловую можно проследить, как изменяется вклад этих двух факторов во времени и пространстве исследуемьго региона. Согласно гипотезе автора на барииескую волну,' максимум ко-

торой наблюдается в июне, накладывается термическое возмущение, связанное с подьемок теплых глубинных вод у_ возвышенности Мод. Цикл распространения тепловой-волны возмущения по максимумам оценок спектров начинается е июне в районе поднятия Мод у . нулевого меридиан;.. В августе возмущение кромки распространяется к 10 меридиану западней долготы, в сентябре достигает 20 меридиана. В октябре тепловое воздействие усиливается и, согласно оценкам спектральной плотности н районе 10 меридиана западной долготы, происходит уравнивание ' барического и теплового факторов. Таким' образом, весь цикл прохождения термического возмущения также как и в регионе круговорота, составляет 4 месяца, согласуется с существующей в этом районе круговой системой дрейфа льда и достигает своего максимума б октябре - моменте вероятного появления полыньи или тонкого льда. Следует етметить, что согласно исследованиям теплообмен с атмосферой в зимний период через тонкий лед также сильно увеличен и поэтому, несмотря на то, что пространства чистой, воды появляются редко, повышенная интенсивность взаимодействия, отмеченная по оценкам АР-моделей в первой главе может быть обьяснена с позиций представленного исследования.

Поскольку максимумы спектральной энергии наблюдаются в диапазонах 2-3 и 5-7 лет, то отсюда следует вывод, что возникновение полыньи Уэдделла западнее нулевого меридиана связано с суперпозицией термической и барической волн выявленных периодов, создающих движение кромки. По данным спутниковых наблюдений выявлены периоды спонтанного появления полыньи, связанные с возможным наложением термической и барической волн.

Для временных рядов положения кромки исследуемого района и для данных температуры воздуха и давления у берегов в районе ст.' Санаэ проведен факторноый анализ. Результаты факторного анализа по данным вкладов в процентном отношении в совокупную изменчивость взаимодействующих процессов подтверждают выводы спектрального исследования термической природы зарождения полыньи Уэдделла и термо-баричесой природы ее образования. Данные анализа изменчивости исследуемых. элементов показали, что в основе среднегодовых изменений в районе полыньи лежат изменения положения кромки льда, температуры и давления в октябре - сезоне максимальной г-гоятности появления полыньи.

В четвертом параграфе исследована b.o3;io,i<!.iictl, применения per-

рессионного подхода к прогнозу положения кромки льда для сезонных изменений. Проанализированы возможности применения критерия Фишера для исследования связности рядов. Как показали исследования информационный критерий Фишера оказался наиболее чувствительным для оценки, структуры изменчивости и связности в рядах положения кромки для всех шести секторов(меридианов). В энергоактивных зонах значения этого критерия значительно обличаются от средней величины для .всех исследуемых моделей и свидетельствуют о резко!М скачке преемственности процессов в сезоны, когда происходит перестройка процессов. Наиболее значимое отЛичие критерия зарегистрировано для июльских значений изменений положения кромки в регионе полыньи Уэдделла, что подтверждает результаты спектрального анализа о выходе глубинного тепла в районе поднятия Мод.- Такой же резкий скачок критерия зарегистрирован для марта- и' менее значительный с сентября по ноябрь в регионе круговорота Уэдделла,- подтверждающий существование смены двух циклов в среднегодовом- ходе изменчивости положения кромки по максимумам спектральной' энергии.

Таким образом результаты спектрального, факторного и регрессионного анализа положейия кромки льда согласуются между собой, раскрывают структуру вращения круговорота,- термодинамическую при-, раду полыньи Уэдделла, природу полугодового ритма в районе круговорота и 3-4-х месячной составляющей сезонного цикла, как в регионе круговорота так и в регионе полыньи.

Четвертая глава работы посвящена исследованию предсказуемости временных р'ядов положе,шя кромки льда и возможности ее прогнозирования. В первом параграфе представлен обзор работ, связанных с вероятностным оцениванием предсказуемости. Для межгодовых изменений положения кромки в рамках авторегрессионного описания исследована как долговременная память, так и возможность предсказания, отвечающая практическим' критериям. По результатам последнего во втором параграфе сделан вывод о преобдадании процессов малоинерционных с памятью в пределах года. Показано, что основу межгодовых изменений составляют процессы типа белого шума, свидетельствующие о многообразии взаимодействующих факторов. Наиболее устойчивая и длительная память во временных рядах положения кромки наблюдается в районах эсновных поднятий морского дна, где периодически появляются зимние полыньи, что повидимому связано с усиленном теплообменом в зимний период . Таких основных районов четыре. В трех регионах, .к которым

- 1.4 -

относится район нулевого Меридиана(полынья Уэдделла), район моря Росса и район ст. Дюмон- д,Юрвиль, временные ряды идентифицируются по типу красного шума. В районе моря Космонавтов устойчивая память по данным за 10- летний и 16 - летний.периоды наблюдений для моделей для разных уровней надежностей состйвляат 4 года. По критериям, применяемым на- практике идентифицируемые временные ряды поло- . жения кромки льда непрогнозируемы. "Максимальные'устойчивые пределы теоретческой предсказуемости(памяти) составляют 4 года../-- '

В третьем параграфе представлены результаты по идентификации авторегрессионных моделей для сезонных изменений и оценка их прогностических возможностей по независимым данным для всех 36 секторов. Теоретичас-кая предсказуемость по максимальному порядку идеи-тифицируемых моделей среднемесячных изменений достигает б месйцев за счет энергии полугодовой волны, однако, согласно требованиям, отвечающим* практическим^критериям, прогноз в конкретной точке может быть успешным только в пределах 2• месяцев. Согласно опытным прогнозам,. Проведенным по независимым данным за период с 1989 по 1992г. • средняя оценка оправдываемости сезонных прогнозов с забла-говременнсстыо в 1 месяц для 2-6, 8-12, 15-19 секторов превышает обеспеченность нормы более чем на 10%. •

В заключении обсуждаются основные результаты работы и возможности их применения;

Основные результаты выполненных в диссертации исследований состоят в следующем:

1. По параметрическому описанию структуры изменчивости положения кромки льда с помощью'вероятностных моделей выделены девять однородных регионов. Между регионами имеются различия, обусловленные сложным взаимодействием физико-географических и гидрометеорологических факторов, формирующих Особенности ледового режима в каждом регионе. Оценены границы климатических сезонов и выявлены сезоны, определяющие среднегодовые изменения кромки льда для конкретных регионов. • ■.•'.;, V . '.

2. Спектральный анализ изменчивости положения кромки льда, температуры и давления позволил установить, что наиболее гладкий спектр имеют ряды среднегодовых и среднемесячных значений Давления, а идентифицируемые модели этих рядов приближаются к типу-белого шума!. - Во всех временных рядах заметны ква'^Шериодические колебания в диапазонах 10-11, ь-7, 4-5,. 2-3, О.Ъ лет. Б трех регио-

нах Южного океана в анализируемых данных прослеживаются долгопериодные колебания с периодами около 10 лет и выше.

3. В районах Атлантического и Тихоокеанского секторов межгодовые изменения ледовитости описываются простыми инерционными моделями первого порядка. В районах климатических центров Индийского сектора модели устойчиво имеют четвертый порядок.Более половины исследуемых процессов характеризуются моделями типа белого шума, вследствие многофакторности воздействие на них.

4. Установлено, что существует устойчивая структура среднегодовых изменений положения кромки льда в четырех регионах Южного океана . В районах морей Росса, Уэдделла и д'Юрвиля она может бь;ть связана с длинноволновыми атмосферными возмущениями . Причиной устойчивого состояния в регионе Индийского сектора- (моря Космонавтов и Содружества) повидимому являются автоколебания, связанные с существованием устойчивых аномалий положения кролки льда в течение от полугода до 2-3-х лет.

5. Показано наличи'е сопряженности процессов в западной и восточной частях меря Дейвиса, которая наилучшим образом проявляемся весной и осенью! .Последовательный аналйз межгодовых изменений в годовом цикле с помощью расчетов спектральных плотностей подтвердил схему выносной адвекции льда в этом районе, а факторный анализ данных показал. Что изменчивость полей кромки, температуры и давления в августе (середине зимы) является определяющей для среднегодовых значений исследуемых полей.

6. В сезонной структуре межгодовой изменчивости'положения кромки в круговороте Уэдделла.выделяются . двЗ периода максимумов спектральной энергии, которые отражают смену 2 раза в году интенсивности вращения круговорота. Предполагается, что источником возмущения является атмосферное давление. Обоснована Гипотеза возникновения полыньи Уэдделла с интервалом 2-3 года, причиной образования которой служат тепловые эффекты в районе поднятия Мод в июле. Результаты спектрального анализа, позволили сделать вывод, что максимальное ее.развитие возможно в результате взаимодействия тепловой и барической волн с периодами 2-3 и 5-7 лет. Данные анализа изменчивости исследуемых элементов показали, что в ойнове среднегодовых изменений ледовых условий в районе полыньи лежат изменения кромки льда, температуры и давления в октябре- сезоне максимальной вероятности появления полыньи.

7. Установлено, что сходимость разложений на ЕОФ для всех трех исследуемых полей кротки, температуры и давления практически одинакова. На этой основе определены 4 основные ус*ойчивые формы векторов ЕОФ полей положения кромки и' поля температуры и одна устойчивая форма для поля давления, которые могут быть использованы для долгосрочных фоновых прогнозов. ''

8. Исследования предсказуемости и возможности прогнозирования временных рядов кромки с помощью вероятностных моделей выявили, что, максимальные устойчивые пределы теоретической предскаэуецрс-ти( памяти) межгодовых колебаний кромки составляют 4 года. По критериям, применяемым на практике в конкретных точках эти колебания кромки льда непрогнозируемы. Теоретическая предсказуемость сезонных изменений достигает б месяцев за.счет энергии полугодовой волны, однако, согласно требования*!, отвечающим практическим критериям, прогноз в конкретной точке может быть успешным только в пределах 2 месяцев. .Согласно опытным прогнозам, проведенным по независимым данным за период с 3 989 по 1992г. средняя оценка оправдывае- • мости сезонных прогнозов с заблаговременносью в 1 месяц для 2-6, 8-12, 15-19 секторов превышает обеспеченность нормы более чем на ю%. ■ .■ ' • .

9. По данным факторного анализа получены уравнения связи исследуемых элементов в районах 11 береговых станций, которые также могут быть использованы при прогнозе. Таблица вкладов долей дисперсий векторов в совокупную изменчивость позволяет проанализировать причинно- следственные связи в системе атмосфера - океан -' лед и может быть использована также как дополнительная информация для прогностических схем.

Результаты ', . полученные в работе могут быть использованы При составлении прогностических схем, справочных пособий, а также при планировании экспериментов.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Любарский А.Н., Романов A.A., Чепурина М.А* О взаимосвязи ледовых и гидрометеорологических процессов в Южном океане.- В кн.: Метеорологические исследования в Антарктике," ч.1.- Л.: Гидромете-оиздат, 1990, с. 26-29.

2. Аппель И.Л., Чепурина М.А. Оценка возможности прогнозирования положения кромки льда в некоторых региона Южного океана.^ J Тр. ААНИИ , 1994, т. 432. С.132- 145. ':'"V''"^-'-Ч '¿У ^'.

• ■ - 17 -

t . i

3. Романов A.A., Чепурина М.А. К вопросу о предсказуемости сезонных изменений' ледовитости■ Южного океана.- Тр. САЭ, 1991, т. 114, с.32-37.

4. Трапезников Ю.А., Чепурина М.А.' Вероятностная модель ледовитости арктических морей / В сб. Вероятностный анализ и моделирование оке-анолргических процессов.- Л.: Гидрометеояздат, 1SS4, с. 31-38.

'5.. Чепурина М.А. Вычисление оценок спектра методом максимальной энтропии ?ОМЭ). Гидрометеорология / Аннотированный перечень новых поступлений в ОФАП Госкомгидромета. ВНИГМИ - МЦД, Вып.з, 1985, 15с.

6. Чепурина М.А. К вопросу об использовании авторегрессионных моделей для обьективного определения границ кливатических сезонбв. - В кн.: Метеорологические исследования в Антарктике, ч.1- Л.: Гидрометеоиздат, 1990, с. 26-29.

7. Чепурина М.А. Об одном из методов оценки сопряженности коротких временных рядов.- Тр. ААНИИ, 1990, т.423,-с.77. -83.

8. Чепурина М.А. Некоторые закономерности сезонной изменчивости положения кромки льда в районе моря Дейвис?, по оценкам параметрического спектрального анализа. - Инф. бюл.. РАЭ, N 118, 1995, с. 32-87. , •

9. Чепурина М.А. Оценка статистических закономерностей .сезонных и межгодовых ксаебаний кромки дрейфующего льда в районе моря Дейзиса,- Инф. бюл. РАЭ, N 119 (в печати).

РояьААНИЛЗах.ее-1С» Уч.пзплО.7 20.10.SS