Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Многоаспектная идентификация характера муссонных периодов в Судано-Сакельской зоне и прогноз главных компонентов среднемесячных полей осадков

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Многоаспектная идентификация характера муссонных периодов в Судано-Сакельской зоне и прогноз главных компонентов среднемесячных полей осадков"

ГБ С^

\ О I м1-1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

Российский государственный гидрометеорологический институт

На правах рукописи

Вампа Коку Мефо

УДК5В1.577.38+651.553.21

Многоаспектная идентификация характера муссонных периодов в Судано-Сахедьской зоне и прогноз главных компонентов среднемесячных полей осадков

(11.00.09 - Метеорология, климатология, агрометеорология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург

1996

РаОота Еыполнена гп кафедре метеорологических прогнозов Российского государственного гидрометеорологического института

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук . Репинская Р.П..

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Кондратович К.В.

доктор географических каук Угрюмов А.И. .

Ведущая организация: Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова

Залита диссертации состоится "13" июня 1696 г. в 15 ч. 30 мин. на заседании Специиализированного Совета К.063.19.01 Российского государственного гидрометеорологического институт«

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического институт;

Автореферат разослан "О?" 1095 г:

Ученый секретарь диссертационного Совета РГГМИ кандидат физико-математических

г

Общая характеристика работы

Актуальность теш. Из всех характеристик погоди и климата в Северной Африке (СА) и особенно в С>дано-Сахельской зоне (ССЗ), важнейшее значение имеют атмосферные осадки и другие составляющие водного баланса, так как pemiM увлажнения здесь отличается крайней неустойчивостью, резкими колебаниями и изменчивостью. Экстремально высокая изменчивость годовых, сезонных и месячных осадков и продолжительные, не периодические засухи, нередко приобретающие характер экологических катастроф, - характерные черты климата в ССЗ.

В 50-х годах был обнаружен устойчивый тренд уменьшения осадкое в Сахели. Поэтому уже более 40 лет к ССЗ приковано внимание ученых всего мира, и любое серьезное исследование, направленное на поиск физико-метеорологических факторов, генерирующих засухи, и их предсказание, а тагае на тщательное изучение пространственно-временной структуры полей осадков, является актуальным.

Цель и задачи диссертационной работы заключаются в следующем: идентификация характера предстоящего муссонного периода по местоположению внугри'тропической зоны конвергенции (ВЗК) в предмус-сонный период (апрель) над Северной Африкой; идентификация характера предстоящего муссонного периода по среднемесячным оцен-1сам главных компонент (ГК) среднемесячного приземного давления в предмуссонный период над Атлантика-Африканским сектором тропиков (ААС), охватывающим Северную Африку (СА) и всю тропическую Атлантику; идентификация характера предстоящего муссонного периода по ГК полей среднемесячной температуры воздуха над тропическими широтами Северного полушария (0-30°с.ш.) в предмуссонный период (апрель); диагностическая идентификация характера муссонного периода (с детализацией по месяцам) на основе параметров разложения среднемесячных полей осадков над ССЗ; разработка и реализация авторегрессионных моделей прогноза (ГК) среднемесячных осадков на муссонные месяцы для ССЗ.

Научнач новизна связана: с описанием хода осадкообразующих процессов в течение муссонного периода ГК; с идентификацией ха-

рактера муссонного периода по местоположению ВЗК, по ГК среднемесячных полей температуры и приземного давление в апреле; с построением адаптивного алгоритма и его реализацией с целью прогноза ГК осадков.

Практнчесглл значимость работы. Разложение полей метеовеличин по ЭОС позволяет решить широкий спектр задач, стоящих перед тропической метеорологией. Реализован прогноз главных компонентов полей среднемесячных осадков для ССЗ на основе аБторегрессионю-го подхода и нелинейного метода наименьших квадратов по Боксу и Дд^нкнксу. Он может быть применен к любой метеовеличине.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы догладывались на Итоговой сессии Ученного Совета PTT/.SI в январе 1S95 г. н на расширенном научном семинаре кафедры метеорологических прогнозов (07 марта 1996 г.) РГГШ. По результатам выполненной диссертационной работы имеются две публикации, одна из них в журнале " Метеорология и гидрология ".

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из,введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, излагаются цели и задачи диссертационной работы.

В первой главе рассматриваются определения тропической боны и особенности циркуляционного режима атмосферы в. ней. Атмосферные процессы в тропиках с присущими им особенностями развития влияют на всю атмосферу Земли, так как эта вона является основным источником влаги, тепла и количества движения.

Рассмотрены физико-географическое положение, рельеф и климат Судано-Сахельской зоны. Она лежит к югу от Сахары приблизительно мевду 7-23° с.и. и простирается от берегов Атлантики (19° з.д.) до реки Нил (34° в.д.). Северные и южные границы региона подвижны и очерчиваются изогиетами соответственно от 100 до 200 мм и от 400 до 750 мм осадков в год.

Климат ССЗ субэкваториальный, муссошшй. Зимой действует сеЕе-ро-восточный пассат, летом юго-западный муссон, с которым поступает влажный экваториальный воздух и выпадачт осадки.

На территории ССЗ выделяются три крупных климатических зоны: Сахарская ( в северных районах), Сахельская ( 16-17° с.ш.) и Суданская (в южных районах).

Для Сахарской зоны характерны: малое количество осадков, сухость воздуха, ясное небо и высокие температуры днем. Для Суданской области характерна облачная погода, высокая влажность, выпадение большого количества осадков. В Сахельской зоне наблюдаются значительные колебания осадков (их Еыпадает около 1:50 мм/год), большая сухость воздуха, незначительная облачность.

В главе Й дано краткое определение муссонов и представлены сведения о региональных муссонных циркуляциях над Северной Африкой, излагаются особенности.западно-африканского муссона и его отличия от индоокеанского муссона.

Муссонная циркуляция обусловлена в основном тепловыми различиями между материками и океанами. Она имеет место в любой части 8емного шара, где создаются разности температуры между сушей и морем. Западно-африканский летний муссон вызван по существу переходом на юго-Бападное направление юго-восточного пассатного ветра, который, пройдя над океаном 3000-4000 км, пересекает экватор и широким потоком достигает Западной Африки. Этот муссон приносит большую часть годовых осадков.

К физико-метеорологическим факторам, ответственным за интенсивность западно-африканского муссона, относятся: мощность и пространственная миграция азорского и южно-атлантического антициклонов и интенсивность сахарской депрессии; температура поверхности океана в тропической Атлантике, особенно к югу от экватора, к вариациям которой муссон чрезвычайно чувствителен; слабое восточное струйное течение в верхней тропосфере и африканское восточное струйное течение вблизи поверхности 700 гПа, способствующие низким осадкам в Северной Африке; интенсивность западного переноса в средних широтах Северного полушария.

Летом Северного полушария над Северной и Центральной Африкой в нижней и средней тропосфере развивается многоцентроьая депрессия. В этот период над большей частью Восточной Африки развивается летняя муссонная циркуляция, являвшаяся региональным следствием глобальной сезонной перестройки термобарических полей над всем земным шаром. Над Гвинейским заливом и Западной Африкой на

поверхности 850 Ша в капе интенсивность муссонного переноса существенно уступает муссону Индийского океана, средняя скорость западных ветров здесь не превышает 4 м/с.

Исследования показывают, что муссоны в равной степени определяют как атмосферные, так и гидрологические условия и являются основными фактором, формирующим характерную систему течений северо-западной части Индийского океана и восточной части Тропической Атлантики.

Климатические осадки в Африке и Индийском океане для июня, июля и августа показывают , что основные особенности наблюдаемого распределения осадков тэкоеы: наличие обильных осадков в Африке, связанное с положением ВЗК; с другой стороны, область с минимальными осадками наблюдается вдоль восточного побережья Африканского континента.

Влагооборот в атмосфере в области муссонной циркуляции определяется тремя факторами: интенсивностью испарения с подстилающей поверхности, осадками и крупномасштабным переносом с океана на материк. Основным источником влаги над Восточной Африкой в период летнего муссона служит Индийский океан. Сравнительно .неглубокое проникновение индоокеанской влаги в глубь Африки определяется циркуляционными и орографическими факторами.

В главе 3 рассматриваются аналитические методы описания полей метеовеличин на больших территориях. Одна из вадач аналитического представления метеополей заключается в сокращении объема обрабатываемых числовых рядов без существенной йотери информации. Эта цель может быть достигнута путем разложения данного поля ' в ряды по классическим ортогональным полиномам и рассмотрением коэффициентов разложения. При разложении поля на ограниченной территории применяются полиномы Чебышева, тригонометрические ряды Фурье и сферические функции. Недостатком разложений по классическим многочленам является их искусственность, необходимость учета большого числа слагаемых. В качестве базисных функций в данной работе используется эмпирические ортогональные составляющие (ЭОС), поэтому рассматривается теория метода ЭОС и его• использование для решения метеорологических задач.

При разложении случайных полей по ЭОС атмосферные процессы, представляющие собой суперпозицию возмущений различных прост-

б

ранственно-временных масштабов, аппроксимируются рядом п

ИхьУ1Лк) - Е Т1(Ьк) ЕНхьУ1).

1-1

Здесь j- порядковый номер члена ряда; 1к - момент времени, к которому относится рассматриваемое случайное поле; х^ У1 - координаты расчетных узлов на двумерном множестве точен; 1=1,2,..п (п - размерность базиса); Е^Схь У|) - базисные функции; ТПи.) - коэффициенты разложения (главные компоненты), описывающие эео-люцию (размах) естественных колебаний Е(хь У1) при переходе от одной синоптической ситуации, включенной в выборку, к другой;

к=1,2,•.....п - номер синоптической ситуации в исходной выборке

случайных полей.

Преимущества метода ЭОС состоят в том, что он позволяет построить статистически'оптимальный базис, а описание сложных атмосферных процессов представить в виде совокупности естественных колебаний (ЕЮ и описать основную долю дисперсии случайного поля небольшим числом членов ряда. Аппроксимация полей в рядами по ЭОС позволяет выделить наиболее интенсивные и крупномасштабные элементарные колебания типа стоячих волн. Эти колебания оказываются, как праьило, наиболее устойчивыми во времени.

Среди прикладных задач, для решения которых целесообразно использовать метод ЭОС, особое место занимает задача физико-статистического прогноза. Использование метода ЭОС дает возможность значительно пополнить систему консервативных предикторов.

В главе 4 приведены^ общие сведения о распределении осадков по территории ССЗ; фнзико-нетесрологнческне факторы, формирующие засушливые периоды в ССЗ; исследование ВЗК над ССЗ в течение года и ее местоположение в сухие и влажные муссонные периоды.

Известно, что отличительной чертой режима осадков в ССЗ является его крайная неустойчивость, резкие колебания и изменчивость. Наблюдается большая неравномерность пространственного распределения^осадков. Интенсивность легальной конвергенции влаги для муссонных осадков, столь же важна, как и перенос водяного пара с океана в Западную Африку.

В зоне встречи муссона с харматаном осадки сопровождаются бурными ливнями, а южнее в воне муссона они носят характер теплых

гроа. На Гвинейском побережье наиболее интенсивные осадки выпадают .в местах с повышенным рельефом и у западных склонов гор. В подавляющем большинстве случаев для интенсивных sacyx характерно уменьшение повторяемости зональной циркуляции и увеличение повторяемости меридиональной циркуляции внетропических широт. Трансформация воздушных масс в определенных циркуляционных условиях при наличии нисходящих движении объясняет природу зас"х. Нарушение связи между изменениями меридиональных составляющих скорости ветра юго-восточных пассатов и муссонов Гвинейского залива, в результате которого наблюдается одновременное ослабление пассатов и муссонов, возможно, является причиной 8асух в ССЗ.

Рассматривается идентификация характера муссонных периодов по местоположению БЗК в предмуссонный период. Исходной информацией для исследования послужили ежедневные положения ВЗК в апреле, снятые с карт sa 1070-1990 гг. на восьми меридианах от 50° з.д. до £0°б.д. и от 30°з.д. до 40° в.д. с шагом 10° по долготе за все месяцы года за 6 лет (1986-1991 гг.).

В течение апреля ВЗК претерпевает большие изменения. Наибольшая амплитуда наблюдается в среднем над Африканским материком (особенно на меридианах 10оз.д.-10ов.д.), наименьшая - над Атлантикой. Весьма распространённым является мнение о том, что в засушливые годи БЗК задерживается южнее обычного, однако это мнение разделяют не все исследователи.

Чтобы сделать вывод о том, связаны ли смещения ВЗК в весенне -летний период к северу или к югу с засухой либо с избыточным увлажнением, нами проведено сравнении положений ВЗК в эти периоды. С этой целью из ряда наблюдений были составлены два каталога: первый включает годы катастрофических засух (1972-1973, 1942-1985 гг.), второй относительно благоприятные по условям увлажнения годы (1974-1975 гг., когда в среднем осадков было лишь на 10-15% ниже нормы, и 1986-1988 гг.). Обнаружено, что среднее многолетнее положение ВЗК в апреле для сухих лет оказывается 'более северным, чем для влажных лет; во влажные годы ВЗК формируется заметно южнее, чем в сухие годы. Проведены исследования миграции БЗК в остальные месяцы года. Результаты исследования дают основание утверждать, что важна не столько северная граница проникновения ЕЗК летом на континент, но, в первую очередь, ин-

а

тексивность БЗК, а также ее положение в предмуссонный период, определяемое эволюцией субтропических антициклонов в переходный период от сухого севона к дождливому.

Выбор апреля, как основного "носитечя предыстории", учет которой Еажен для идентификации характера муссонных периодов, обусловлен следующими соображениями: , над Северной Африкой отрог азорского антициклона, разрушается и отступает в районы Средиземноморья, что приводит к миграции ВЗК к 6-7° с.ш. на востоке Атлантики и к 10-12° с.ш.' над Западной Африкой. Однако на востоке материка БЗК проходит по 5-7° с.ш., поскольку пассат проникает до верховьев реки Нил и оттесняет Аравийское течение от Абиссинского нагорья; анализ положения ВЗК ва каждый день апреля 1970-1983 гг. показа1: , что на материке (15° з.д.-'10° в.д.) б некоторые годы в отдельные дни наблюдается необычайно глубокое проникновение ВЗК (севернее 16° с.ш.). Над центральной частью Сахели (10° з.д.-10° в.д.) ВЗК нередко проникает до 18-20° с.ш.; в поясе 10-20° с.ш. апрель и май самые жаркие месяцы года: средняя максимальная температура воздуха может превышать 40-50°. В результате сильного нагревания материка уже в апреле поле высокого давления в Субсахарской зоне С/дана сменяется обширной приземной термической депрессией (на высоте 2 км она уже не прослеживается), втягивающей в себя воздух из более прохладных районов. Большая полуось Сахарской депрессии уже весной может располагаться между 18-20° с.ш. и является боной конвергенции экваториального западного течения и северо-восточного пассата; в нижней тропосфере в апреле южная полоса субтропических антициклонов несколько усиливается и распространяется к северу, а северная полоса высокого давления становится размытой, В Северном полушарии в апреле начинается медленная перестройся и высотного термобарического поля, а к исходу мая его структура приобретает летний характер. Однако лишь в июле в результате сильного прогрева континентального воздуха в нижней тропосфере пояс висо-. кого давления над Африкой раорывается и гребень азорского антициклона отступает еще севернее. Вслед га ним смещается и ВЭК\ (иногда до 25° с.ш.). В это время происходит существенное усиле* ' ние южно-атлантического антициклона и его миграция к северу (иногда до 26° ю.ш.) и в сторону Гвинейского залива.

Таким образом, именно к исходу апреля формируются фундаментальные особенности "стартового положения" западного-африканского муссона, что дает основание считать термобарический режим в этом месяце одним из ванных идентификаторов засух в ССЗ.

Лля идентификации "влашостного характера" муссонных периодов в ССЗ по ГК приземного давления над Атлантико-Африканским сектором (ААС) были подготовлены поля ежедневного давления над ААС для апреля, заданные в 61 точке, достаточна равномерно заполняющих область исследования, за период с 1959 по 1985 гг.; выполнено разложение полей давления в ряды по 'ЭОС. При этом генеральная выборка была разделена на три подмножества так, чтобы две соседние даты в каждой из них отстояли одна от другой на трое суток с целью исключения влияния инерционности,атмосферных процессов на спектр пространственной корреляционной матрицы; получены средние за месяц оценки ГК, первые две из которых использовались для решения задачи идентификации характера (луссонных периодов.

Еторое естественное колебание (ЕК или главная мода) в полях давления над ААС только в апреле представляет собой четко выраженный диполь. Положительная пучность его локализуется над Сача-рой и отражает эволюцию сахарской депрессии, а отрицательная двухцентровал пучность- над Атлантикой, один из центров которой располагается над Гвинейским заливом, более холодным, чем материк. а другой, более мокший,- южнее экватора, над западной частью Тропической Атлантики и востоком Бразилии. Следовательно, доминирующая причина существования второго Ек над ААС наиболее выпукло проявляется б апреле и заключается в чередовании материков и океанов с их специфической конфигурацией и большими температурными контрастами на подстилающей поверхности. Именно второе ЕК является колебательной системой западно-африканского муссона.

Первое ЕК, отражающее корреляционные особенности среднего поля давления,- это положительная пучность, охватывающая весь ААС, с максимальными сеточными оценками ЭОС в центре Атлантики. Оно -характеризует интенсивность процессов, перемещающихся с океана на материк. Такие процессы способствуют проникновению влажного прохладного морского воздуха в глубь Африки и формированию осадков. Из анализа среднемесячных оценок первых двух ГК давления (РьР?,) апреля за период 1969- 1985 гг. следует: большие от-

JO

рицателъные значения Pj в апреле ¡шею? место в годы катастрофических засух в CCD. Такой вывод вполне реалистичен, 'поскольку анализ Фактической погоды, формирующейся на различных ф^зах первого ЕК, показал, что при Рр>0 над Северной Африкой, Как правило, резко активизируются процессы различных пространственно-временных масштабов. Так, при Pi>>0 и Рг << О ВОК мощная, исключительно динамичная волнистая полоса глубокой конвекции, которую заполняют тропические возмущения. При Pi<<0 и Рг>> 0 степень активности атмосферных процессов мала; ВЗК - сильно размытая полоса затишья, конвекция практически исчезает полностью.

В задаче идентификации характера муссонных периодов по ГК приземных полей среднемесячной температуры воздуха исходными дааны-' ми послужили значения температуры, заданные на пространстве тропиков Северного полушария (от 0 до 30° с.ш.) в узлач широт-HQ- долготной 'сетки 5 х 10°. Выборки включали данные за 102 гоДа (1890-1992 гг.). Из результатов аппроксимации полей рядами hi) ЭОС использовались ГК за 1969-1992 гг. ' для апреля. Наиболее влажным в ССЗ в указанный период был 1988 г. Для этого года средние значения первого и второго ГК в апреле равны 27.7 и 84.0 соответственно. Для наиболее сухих лет (1S73 г. ;; 1983 г.) оценки названных ГК в апреле равны 42.3 (Tj), 80.2 (То) и 42.6 (Ti), 91.5 (Тг). При Ti<30 и Тг<80 над Северной Африкой'наблюдается влажный муссошшй период, а при Ti>40 и Тг>90 - сухой. Таким образом, по ГК полей среднемесячной температуры воздуха идентификация экстремальных засушливых муссонных периодов возможна.

В главе 5 рассматриваются: результаты аппроксимации полей среднемесячных сумм осадков над Северной Африкой (СА) и' ССЗ рядами по ЭОС для всех месяцев года; анализ полей среднемесячных сумм осадков над СА; физико-метеорологическая интерпретация форм естественных колебаний среднемесячных осадков над СА; результаты разработки авторегрессионных моделей ГК среднемесячных полей осадков для ССЗ. - ,

Исходным материалом для выполнения этой части работы послужили среднемесячные поля осадков за период 1915 по 1989 г., которые представлялись рядами по ЭОС (по своему базису для каждого месяца с целью исключения годового хода). Данные задавались в 55 точках (от 17°'3.д. до 39° в.д. и от 4.5° с.ш. до 37°с.ш.). Ана-

логичным^ образом строились разложения для ССЭ по 38-мерному базису (от 17° в.д. до 33° в.д. и от 7.5° с.ш. до 23° с.ш.). Региональный базис включая еще 8 станций, не использованных при разложении по территории СА. В результате такого подхода выборки включали ООО среднемесячных полей осадков.

Рассмотрена точность сходимости аппроксимирующих рядов ЭОС с целью выявления границ между процессами различных пространственных масштабов (см. табл.1).

Таблица 1

Оценка сходимости разложений по ЭОС полей среднемесячных осадков

Месяц • I II III IV V VI VII VII IX X XI XII

Северная Африка

» 1 11,6 10,3 9,3 9,2 9,0 16,2 : 12,3 11,7 12.8 10,5 14,9

Иг 7,5 10,4 6,7 6,5 •7.6 7.2 7,7 7,7 6,3 ■ 8,5 7.8 11,9

(Ъ 6,3 6,3 6,3 5,9 6,7 '6,5 5,3 5,7 5,5 6,0 6,8 7.0

1?4 5,6 5,9 5,7 5.3 6,1 5.3 4,9 5,2 5,3 5.2 5.9 6,3

К5 4,8 5.7 5,3 4.7 5,1 5,0 4,7 5,0 5,0 4.6 4.7 5,0

4,0 4,5 4,6 4.3 4,5 4,5 4,3 •4,6 4,5 4,4 4,6 4,5

Судано-Сахельская зона

Кг 19.9 13.5 13,7 16,0 14,8 12,4 •12.2 18,4 18,0 21,5 15,6 21,5

Рг 8.3 11,5 10,0 6,7 8,8 7,0 7.8 6,7 7.0 7.6 11,2 18,4

йэ' 7,4 с.з 7,3 6,6 7,4 6,3 6,4 6.4 5,4 6,9 7,4 10,7

6.6 7.8 6,3 5,6 6.0 6,0 5.8 5.7 5.1 5.7 6.2 6,2

Кб 6.2 7.4 6.1 5,3 5,2 5.0 4,8 5,2 5.1 5,3 5,4 4,8

Кб 5.4. 5,3 5,6 5.1 4.9 4,6 4,6 4,8 4,3 4,8 5,2 4,2

5.2 4,7 4,8 4,6.. .--4,6 4.3 4,2 4,2 4,0 4,6 4,4 4,0

Рр 4,1 4,7' 3,8 4,3 4,0 4,0 3,8 4.0 3,9 3.8 3,8

Из табл. 1 видно, что сходимость рядоь разложений для СА в крупномасштабном'аспекте имеет четко выраженный годовой ход. Во всех месяцах года имеется четкая граница между первыми и вторыми ЕК (между планетарными и синоптическими), что свидетельствует о доминирующей в смысле дисперсионной нагрузки роли планетарной компоненты в'Формировании режима осадков и подтверждает справедливость указаний многих исследователей на зависимость осадков в ССЗ от процессов планетарного масштаба. Однако разделить синоптические и мезометеорологические процессы по их вкладу в дисперсию

выборки практически не представляется возможным.

Дисперсионная нагрузка мезомасштабных процессов в полях.осадков над СА может превышать 70%. Этот факт говорит о доминирующем влиянии таких ЕК на формирование регионального режима осадков и объясняется тем, что основная дисперсия полей ежедневных, осадков, ■ формирующих месячные и годовую нормы, на востоке Африки обусловлена господством в течение всего года более однородных сухих воздушных масс (ВМ), чем ВМ атлантического происхождения, и значительно меньшей вариабельностью процессов синоптического масштаба, чем это имеет место на вападе континента.

Над ССЗ во всех месяцах года первое ЕК в полях осадков описывает более 12% дисперсии. Экстремальные оценки вкладов ЕК таковы: Ri"!3* = 21.5% (октябрь), -Rimln - 127. (июнь,июль). Анализ вкладов ЕК в дисперсии выборок для ССЗ показывают, что граница между первым и вторым ЕК прослеживается в. течение всего года. Сходимость рядов разложения полей осадков для ССЗ во всех месяцах года, как правило, более высокая, чем для СА, что объясняется соотношением размеров территорий ССЗ и СА и большей однородностью региональных процессов в ССЗ. Исключение составляют июль и январь. В июле RiCC3 - 12.2%,. a Rica - 16.2?-. С нашей точки зрения, это свидетельствует о том, что наиболее крупномасштабным осадкообразующим процессом, протекающим над СА, становится муссон. В январе имеет место аналогичная картина: RiCC3 - 19.2%, Rica - 22%, т.е. региональные осадкообразующие процессы над ССЗ протекают на фоне более крупномасштабных и энергетически более мощных процессов, обусловленных пассатным циркуляционным механизмом, формирующим планетарную моду осадков. Максимальный вклад в. дисперсию первое. ЕК вносит в январе, когда практически вся территория СА охвачена северо-восточным пассатом.

Дана подробная физическая интерпретация форм ЕК среднемесячных осадков над СА. Излагается результаты прогноза ГК среднемесячных полей осадков в ССЗ на основе авторегрессионных моделей.

Математическое прогнозирование можно условно разделить на слё- ' дующие этапы: Еыбор и обоснование структуры модели прогнозируе-. мого процесса; идентификация модели; собственно прогнозирование. Общий вид авторегрессионйой модели можно записать в виде Tt=aiTt-i+a2Tt-2+-...+apTt-p+ et .

где символы аа , а2,...,ар использованы для конечного.набора весовых параметров; st - белый процесс. Такая модель называется Процессом авторегрессии порядка р {АР(Р)К В эквивалентной форме такой процесс можно записать в виде а(ВЩ» Откуда вытекает, что Ть = а'Чв)^ и, следовательно, процесс АР(р) могло интерпретировать как выход линейного фильтра с передаточной функцией а"1(В), на вход которого поступает белый шум.

Преимущество использования АР-процессов заключается в том, что они позволяют произвести параметрическую оценку спектральной плотности временного ряда методом максимальной энтропии. Поскольку параметры моделей оценивались нелинейным методом наименьших квадратов, то в работе реализован минимаксный подход:

Таблица 2

Оценка качества прогнозов первой, второй и четвертой главных компонент полей среднемесячных осадков для ССЗ

Главнаэ компонента

1 2 ' 4

VI VII VIII IX VI' VII VIII IX ГУ1 VII VIII IX

5 30.0 96.4 161 63.9 100 54.7 90.0 76.0 52;0 82.2 78.2 55.6

с 0.72 0.82 1.50 0.49 0.60 1.10 0.83 0.47 0.93 0.91 0.76 0.78

6 35.8 85.2 103 75.0 93.4 71.0 102 63.2 61.4 94.5 101 64.7

Р 0.6 0.6 0.8 1.0 0.2 -0.4 0.6 0.2 0.2 -0.2 -0.2 -0.2

Б табл.2 представлены результаты апробации моделей 14-го, 11-го и 2-го порядков соответственно для первого, второго и четвертого.гл^ных компонентов полей осадков над ССЗ. Для третьего ГК АР-модель оказалась нулевого порядка. Это означает: данное ЕК среднемесячных осадков в ССЗ является процессом белого шума и, следова^ел>ко, непредсказуемо.

Оценка качества прогнозов осуществлялась с помощью: средней абсолютной ошибки о, средней относительной оаибки е, средней квэдратической ошибки 6, критерия оправдываемое™ р.

Из табл. С видно: прогноз ГК полей осздкоб с нулевой заблагов-реме-кноетью на муссонные месяцы в основном успешен; с увелпчени-

ем порядкового номера ГК уменьшаются пространственные масштабы н дисперсионная нагрузка естественных колебаний и, как следствие, ухудшается качество прогнозов по некоторым показателям.. В частности, прогноз четвертой ГК по параметру р в июле-сентябре оказывается неудовлетворительным.

В заключении приведены основные результаты работы: '

1. По местоположению ВЗК в предмуссонный период (апрель) характер муссонного периода идентифицируется следующим образом: если ВЗК располагается на 1.5-2.0° широты южнее многолетней нормы, то предстоящий муссонный период будет влажным; в засушливые годы ВЗК проникает на материк гораздо севернее, чем во влажные годы. Только для сентября справедливо утверждение, что в сухие годы ВЗК располагается южнее, чем во влажные годы. В остальные муссонные.месяцы эта гипотеза не верна.

2. По главным компонентам среднемесячных полей температуры по всему тропическому, поясу Северного полушария характер муссона идентифицируется безошибочно, а именно: ' если'в апреле первая главная компонента Ti < 30, а вторая Tz < 80, то муссонный период будет влажным, а если Ti > 40 и Тг- > 90, то сухим.

3. По среднемесячным оценкам ГК ежедневных полей давления характер экстремальных муссонных периодов идентифицируется достаточно надежно: при Р\ >> О и Рг << 0 муссонный период будет влажным, а при Pi << О и Рг >> 0 - сухим.

4. На основе параметров разложения полей среднемесячных осадков по ЭОС удается в диагностическом аспекте указать, каков был истекший месяц по количеству осадков, и тем самым уточнить каталог сухих и влажных месяцев в муссонный период ( июнь-сентябрь).

. 5. С' помощью синтезированных AP-моделей первая, вторая и четвертая главные компоненты полей среднемесячных осадков прогнозируются успешно. Используя эти модели как рекуррентные процедуры, можно увеличить заблаговременность прогнозов.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:'

1. Репинская Р.П., Вампа K.M. Идентификация Судано-Сахельских засух по главным компонентам давления в тропиках в предмуссонный период. - Метеорология к гидрология, 1994, N.3, с. 52-61.

2. Репинская Р.П., Вампа K.M. Об идентификации Судане-Сахель-ских засух на основе главных компонент циркуляционного режима .в прсдмуссонний период//Тезисы докладов на Итоговой сессии Ученого Сове та РГГМИ. Санкт-Петербург 24-25 января 1995 г.

Вампа Коку Мефо Автореферат

Подписано в печать 25.04.96. Формат 60x04/16

И.л. 1,0. Тираж 100. Зок.

19Ы96, СПб, Малоохтинский пр. 90. РГГМИ

Тип. ВАС.

\