Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Многомерный статистический анализ гидрометеорологических полей Балтийского моря

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Многомерный статистический анализ гидрометеорологических полей Балтийского моря"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГОСИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ГЕОГРАФИИ И ГЕОЭКОЛОГИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОКЕАНОГРАФИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

На правах рукописи УДК 551.465

Кох Андрей Олегович

МНОГОМЕРНЫЙ СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ

Специальность 25.00.28 - «Океанология»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург-2004

Работа выполнена на кафедре океанологии факультета географии и геоэкологии Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) и в Санкт-Петербургском отделении Государственного океанографического института (СПОГОИН)

Научный руководитель:

Рожков Валентин Алексеевич, доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки.

Официальные оппоненты:

Викторов Сергей Васильевич, доктор географических наук; Терзнев Федор Семенович, кандидат географических наук.

Ведущая организация:

Всероссиискии научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мировой центр данных {6Ш1ИГМИ МЦД)

Защита состоится « 2 » декабря 2004 г.

в « 15 » часов на заседании специализированного совета К327.007.01 в Государственном океанографическом институте по адресу 119034, г. Москва, Кропоткинский пер,, 6; тел/факс 246-72-SS, e-mail; adm@30i.m3k.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного океанографического института

Автореферат разослан « 1 » ноября 2004 г

Ученый секретарь специализированного совета кандидат географических наук

Н.В. Жохова

46Ш 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В подпрограмме «Создание единой системы информации об обстановке в Мировом океане» (ЕСИМО) Федеральной целевой программы «Мировой океан» запланирована подготовка с 1999 по 2007 гг. серии гидрометеорологических электронных режимно-справочных пособий (ЭРСП) нового поколения, включая подготовку справочника по режиму Балтийского моря.

Концепция создания такого справочника (Васильев, Воронцов, Рожков, 1996; Бухановский, Давидам, Иванов, Рожков, 2002) учитывает результаты исследований в 1985-1995 гг., выполненных по проекту «Моря СССР» под руководством Терзиева Ф.С. и по проекту «Балтика» под руководством Давидана И.Н. В соответствии с этой концепцией можно выделить работы в области информационного, математического и географического направление. Данная работа выполнена в географическом направлении с учетом информационных технологий и математических методов, принятых в ЕСИМО.

* В проекте «Моря СССР» за информационную базу (ИБ) приняты массивы временных рядов, полученных на основе измерений на прибрежных и островных гидрометстанциях, а также сформированных из данных экспедиционных наблюдений на станциях BY (Baltic Year - международный Год Балтики) и попутных судовых наблюдений. В проекте «Балтика» за ИБ приняты как данные наблюдений, так и модельные расчеты по трехмерной гидродинамической модели.

Спецификой ЭРСП является использование не только накопленных натурных данных, но и результатов модельных расчетов, во-первых, полей метеорологических характеристик, созданных по моделям реанализа с усвоением натурных данных, во-вторых, полей океанологических характеристик, рассчитанных по метеорологическим полям, а таклсе расширение арсенала методов их статистического анализа с учетом специфики гидрометеорологических процессов и полей.

Цель работы - дать статистическое описание характеристик гидрометеорологического режима Балтийского моря по натурным данным и

* модельным расчетам, пользуясь методами многомерного статистического анализа (МСА), и предложить способы представления обобщенной информации в электронном справочнике.

В названии работы подчеркивается специфика достижения поставленной цели - создание справочника ЭРСП, исходя из гидрометеорологической информации, представленной ансамблями полей, на основе многомерного статистического анализа синоптической изменчивости и межэлементной связности этих ансамблей.

Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи: 1 Пользуясь результатами реанализа полей атмосферного давления, результатами расчетов по гидродинамической модели и данными натурных наблюдений, создать информационную базу для подготовки разделов компьютерного справочника Балтийского моря по режиму атмосферного давления, режиму уровня и термохалинной структуре вод.

1 РОС. HAHIiiAIVfli'H".!!

I 'V

__ _! _________

2 Выбрать вероятностные характеристики для описания режима Балтийского моря, исходя из характерных особенностей гидрометеорологических полей и специфики исходных данных, и обосновать выбор методов их статистического оценивания.

3 Адаптировать имеющийся и создать пакет прикладных программ (ППП) для обработки используемых данных.

4 Выполнить МСА полей атмосферного давления, уровенной поверхности и вертикально-неоднородных полей гидролого-гидрохимических характеристик с целью их типизации.

5 Представить полученные результаты анализа в компактной и наглядной форме для помещения их в электронный справочник по режиму Балтийского моря.

Научная новизна:

» По двум многолетним массивам реанализа данных атмосферного давления [глобальному (США) и региональному (Швеция)] дано статистическое описание полей атмосферного давления в области северо-запада Европы (Скандинавский полуостров, Балтийское море).

* С помощью гидродинамического моделирования создан ансамбль полей уровня Балтийского моря в узлах регулярной сеточной области в синоптические сроки за 1б лет (1979-1994 гг.), выполнено систематическое описание режима уровня для всей акватории Балтийского моря в терминах статистических характеристик синоптической изменчивости и ее сезонной и межгодовой модуляции.

• На основе статистических взаимосвязей основных гидролого-гидрохимических параметров дана классификация вод Балтийского моря. Предложенная классификация (Т, S, р, Ог) отражает географические особенности районов моря и базируется на статистическом анализе связного четырехпараметрического неоднородного по вертикали и по горизонтали и нестационарного по сезонам поля.

в Предложены разделы компьютерного гидрометеорологического справочника Балтийского моря по режиму атмосферного давления, режиму уровня и термохалинной структуре вод. Представленная информация в картографической и графической форме является качественно новой.

На защиту выносятся следующие положения работы:

1. Определены возможности применения методов многомерного статистического анализа (МСА) к гидрометеорологическим полям Балтийского моря с учетом их нестационарности и неоднородности.

2. Применение аппарата МСА позволило выявить закономерности изменчивости, пространственно-временной и межэлементной связности океанологических и метеорологических полей Балтийского моря.

3. Создан атлас вероятностных характеристик полей атмосферного давления, уровня и гидролого-гидрохимических элементов на основе применения МСА к результатам гидродинамического моделирования, спутниковой альтиметрической информации и данным натурных наблюдений.

Практическая значимость работы. В результате исследований оценена пространственно-временная изменчивость положения уровенной поверхности в открытых частях акватории Балтийского моря, дополняющая результаты прибрежных наблюдений. Эта информация необходима для осуществления хозяйственно-экономической деятельности на берегах Балтики, функционирования шельфовых сооружений и мореплавания. Предложенная классификация вод Балтийского моря на основе статистической взаимосвязи гидролого-гидрохимических характеристик будет учтена при организации и осуществлении экологического мониторинга моря в рамках подпрограммы ЕСЙМО. Составлены разделы электронного справочника по атмосферному давлению, уровню, термохалинному режиму при выполнении проекта 4 подпрограммы ЕСИМО ФЦП «Мировой океан» для размещения его в сети Интернет.

Личный вклад автора. Автором рассчитан массив полей уровня Балтийского моря на основе реанализа метеопараметров для многолетнего интервала в узлах регулярной сетки в синоптические сроки. Создана ИБ в виде системы полей и временных рядов для подготовки разделов гидрометеорологического компьютерного справочника Балтийского моря по режиму уровня, атмосферного давления и термохалинной структуры вод. Автором разработан ППП дня статистического анализа ансамбля гидрометеорологических полей с учетом специфики исходных данных. Проведен статистический анализ ансамбля океанологических и метеорологических полей Балтийского моря и предложена географическая интерпретация полученных результатов. Создан проект атласа вероятностных характеристик режима атмосферного давления, уровня и гидролого-гидрохимических элементов вод Балтийского моря, подготовленный на основе данных натурных (контактных и неконтактных) измерений и гидродинамического моделирования.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы обсуждались: на конференции молодых ученых «Гидродинамические методы прогноза погоды и исследования климата» в Санкт-Петербурге в 2001 г.; на постоянно действующем семинаре «Методы анализа и расчетов океанографических процессов» при океанографической комиссии Русского географического общества в Санкт-Петербурге в 2001 г.; на международной конференции балтийских океанографов (Baltic Sea Science Congress) в Стокгольме, Швеция, в 2001 г.; на конференции по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды в государствах - участниках СНГ, посвященной 10-летию образования Межгосударственного совета по гидрометеорологии, в Санкт-Петербурге в 2002 г.; на постоянно действующей сессии результатов работы молодых специалистов при СПО ГОИН в Санкт-Петербурге в 2003 г.; на международном семинаре по Океанографии среди аспирантов (Summer School for PhD students on Oceanography) в Виго, Испания, в 2003 г; на 5-ой Российской научно-технической конференции «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии» в Санкт-Петербурге в 2004 г, на международном симпозиуме по

Балтийскому морю (USA-Baltic International Symposium) в Клайпеде, Литва, в 2004 г; на конференции «Challenger Conference for Marine Science MS2004» в Ливерпуле, Великобритания, в 2004 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ., 8 из которых - в соавторстве.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и 3-х приложений. Объем диссертации составляет 140 страниц, включая 31 рисунок, 19 таблиц и 3 приложения. Список литературы составляет 85 наименований, в том числе 29 на иностранных языках. Пршюжепия, которые представляют собой рекомендуемый автором вариант справочных материалов, включенных в электронный режимный справочник, содержат 32 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обсуждаются проблема диссертации, актуальность ее темы, ставятся задачи работы. Дастся краткий обзор выполненных работ по проблеме диссертации.

В первой главе обсуждается возможность использования информации, полученной методом реакализа, и аппарата МСА для характеристики режима атмосферного давления над исследуемой территорией. Дается статистическое описание пространственно-временной изменчивости поля атмосферного давления.

В справочнике по гидрометеорологическому режиму Балтийского моря (Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. П1. Балтийское море,, 1992 г.) в качестве исходных данных использовались результаты попутных судовых наблюдений и измерений давления на гидрометеорологических станциях и постах, представляющих собой разрозненные в пространстве точки, т.е. не было дано описания полей атмосферного давления. С развитием компьютерных технологий появилась возможность рассчитывать поля метеорологических характеристик с помощью глобальных моделей, учитывающих физические закономерности атмосферы и позволяющие проводить усвоение (реанализ) натурных данных. В результате усилий в данном направлении американскими и щведегеими учеными были созданы многолетние ансамбли полей метеорологических параметров в синоптические сроки в узлах регулярной сетки.

За основу статистического обобщения принята область шире, чем Балтийское море, с учетом специфики пространственного распределения атмосферного давления и размеров барических образований (циклонов, антициклонов). Массив полей реанализа, подготовленный в Шведском метеорологическом и гидрологическом институте (SMHI) относится к области северо-запада Европейского континента, ограниченной с запада и востока меридианами 7,5° и 39,5°, а с юга и севера - параллелями 49,5° и 71,5°, соответственно. Пространственное разрешение этой информации - 1°х1°, временной шаг - 3 ч. Проект реализован для промежутка времени с 1979 г. по

наши дни, однако в работе использовались данные с 1979 по 1994 гг., доступ к которым свободен.

Массив полей американского реаналнза (КСЕР/НСАК), реализованный для всего северного полушария с 1948 г. по настоящее время, является общепризнанным, однако эта информация обладает меньшим пространственным и временным разрешением.

В работе было проведено сопоставление статистических характеристик поля давления обоих массивов. При сравнении полей средних месячных значений давления и оценок его среднеквадратического отклонения было выявлено, что при хорошей качественной и количественной согласованности характеристик полей (схожи как направление и абсолютное значение градиента, так и величины средних и отклонений давления в точках поля) образы пространственного распределения по шведским данным детальнее аналогичных, воссозданных по американским данным. Более того, характеристики межгодовой и внутригодовой изменчивости приземного атмосферного давления по данным реанализа вполне хорошо согласуются с соответствующими характеристиками, рассчитанными по данным натурных измерений. Полученные результаты позволяют использовать информацию ЗМШ как оптимальную для статистического анализа режима давления региона Балтийского моря, а также для гидродинамических расчетов уровенной поверхности Балтики.

В качестве вероятностных характеристик, описывающих закономерности пространственно-временной изменчивости полей атмосферного давления, в первую очередь были приняты оценки математического ожидания т(г,0 и среднеквадратического отклонения а(/,0 в приближении периодически коррелированных случайных процессов (ПКСП) (Драган, Рожков, Яворский, 1987 г.). Из рисунка 1 видна пространственная неоднородность по градиентам полей этих характеристик и перестройка поля атмосферного давления при переходе от зимы к лету, В зимний период поле давления характеризуется повышенными 1радиентами («1,13 гПа/100 км), ориентированными, в общем, на север, что связано с углублением Исландского минимума в этот период. Летом в северной части области сколько-нибудь выраженных градиентов не наблюдается, что связано с ослаблением Исландского минимума, а в южной части градиент поля давления, обусловленный влиянием Азорского максимума, составляет примерно 0,6 гПа и имеет северо-восточное направление. Пространственное распределение оценок стандартных отклонений противоположно распределению средних оценок, т.е.градиенты имеют преобладающую южную составляющую, что объясняется повышенной изменчивостью в областях с пониженным давлением. СКО давления зимой в 2,5-3 раза больше, чем летом, что связано с общим повышением циклоничности в данном регионе в холодное время года. Учитывая пространственную неоднородность и изменчивость полей давления во времени, был проведен анализ собственных функций ковариационной матрицы давления К(р , р Д/с)

Рисунок 1 - Поля средних (I) и СКО (II) приземного атмосферного давления [гПа] для января (а) и июля (б)

или полей естественных ортогональных функций (ЕОФ). Карты ЕОФ, представленные на рисунке 2, характеризуют сложность корреляционной зависимости атмосферного давления от пространственных координат ? и времени t. Они дополняют те закономерности, которые были выявлены при анализе полей гп(») и а(*). Пространственное распределение первых трех ЕОФ объясняют в среднем 90% изменчивости поля атмосферного давления. На основе результатов ПКСП-анаяиза (с помощью как когерентного - по одноименным месяцам t временного ряда m(t), a(t) , так и компонентного методов - через коэффициенты Ък разложения m(t), a(t) в ряд Фурье) показано, что годовая ритмика полей атмосферного давления выражается в их пространствённом приспособлении к смене сезонов.

0к/01=5Э% Ш0г=16% 0*Л^=11%

10 » и и зо зз *е 10 15 а н м 95 'Е 10 10 10 зь и » 'е

к=1 к=2 К=3

Рисунок 2 - Первые три естественные ортогональные функции фк полей атмосферного давления по среднемесячным данным, (а) - январь, (б) - июль.

Помимо сезонной изменчивости поле атмосферного давления подвержено межгодовой и синоптической изменчивости, о степени которой можно судить по значениям интерквартильного расстояния и размаха. Из рисунка 3 видно, что синоптическая изменчивость является преобладающей, особенно в зимние месяцы, когда наблюдается повышенная динамика барических образований. Пространственно-временная синоптическая изменчивость во впетропических областях связана с движением барических образований (циклонов и антициклонов, параметризуемых через форму, площадь, координаты центра, скорость движения), интерпретируемых как крупномасштабная турбулентность. Ее статистическое описание требует учета сезонной модуляции: в осенне-зимний сезон она усиливается, в весенне-летний - ослабевает.

Рисунок 3 - Оценки порядковых статистик атмосферного давления [гПа] по срочным (а) и среднемесячным (б) данным для каждого месяца в 9 районах Балтийского моря: 1 - Датские проливы, 2 - Южная Балтика, 3 - Западная часть Центральной Балтики, 4 -Восточная часть Центральной Балтики, 5 ~ Рижский залив, 6 - Северная Балтика, 7 - Ботническое море, 8 - Ботнический залив, 9 -

Финский залив.

Во второй главе рассматривается возможность использования результатов гидродинамического моделирования для описания режима уровня Балтийского моря. Проводится статистический анализ и районирование полей уровня Балтики.

Результаты статистического анализа обширной базы данных временных рядов измерений уровня на гидрометстанциях и постах были обобщены и систематизированы н диапазоне сезонной и межгодовой изменчивости в гидрометеорологическом справочнике по режиму Балтийского моря (Гидрометеорология.,, 1992 г.). Особенностью предложенного в этой работе обобщения является то, что открытая часть моря охарактеризована путем интерполяции результатов обработки прибрежных и островных данных.

В настоящей работе основное внимание уделено открытой части моря в диапазоне синоптической изменчивости с учетом годовой ритмики. Исходными данными послужили результаты расчетов уровня в узлах регулярной сетки,

покрывающей все море, за продолжительный отрезок времени. С появлением новой информации по реанализу полей метеорологических элементов, которая служит исходной для гидродинамического моделирования, стало возможным создать ансамбль полей уровня моря.

В работе используется трехмерная барокяинная гидродинамическая модель, созданная О.А. Андреевым и А.В. Соколовым и опубликованная в серии статей и монографии по проекту «Балтика» (Проблемы исследования и математического моделирования экосистемы Балтийского моря, 1997). Принятие данной модели Рос.Гидромет'ом в качестве прогностической для мониторинга невских наводнений, а также то, что модель прошла многократные проверки при воспроизведения полей уровня для различных барических ситуаций, обусловило использование ее в настоящей работе. В модели принята прямоугольная сетка координат, что существенно сокращает время расчетов. Начальными условиями являются сток рек, средние поля ветра н температуры воздуха, температуры и солености воды. Граничными условиями являются свободное излучение гравитационных волн на границе с Северным морем и условие непротекания на твердых границах. Колебания свободной поверхности рассчитываются в двумерном модуле, реализующем систему уравнений теории «мелкой воды» (Вольцингер, Пясковский, 1977), значения интегральных скоростей течений поступают из трехмерного модуля. Пространственное разрешение сеточной области составляет 5x5 морских миль, интервал дискретности расчетов -2 ч.

С целью определения приемлемости модели для расчета режимных характеристик колебаний уровня моря нами был осуществлен комплекс верификационных процедур путем сопоставления статистических характеристик.

Расхождение в средних оценках уровня моря, подученное при сравнении модельных и натурных данных, имеет причину в том, что модель рассчитывает поле уровня вне привязки его к берегам, подверженным долговременным вертикальным изменениям. Тем не менее, разность значений уровня между пунктами примерно совпадает по обоим массивам, поэтому для приведения уровня к нивелирному полигону необходимо ввести поправки, постоянные для каждого берегового пункта. Расхождения в оценках СКО, на наш взгляд, связаны с низким пространственным разрешением (1°х1°) метеорологической информации, что не позволяет учитывать локальные завихрения и пульсации ветра. Помимо этого на дисперсию колебаний уровня могут влиять локальные морфологические и орографические условия, определяющие параметры турбулентной вязкости, заданные в модели константами. Так же, как и в случае со средними значениями, поправки в СКО можно считать постоянными для каждого пункта.

В работе используются также данные спутниковых альтиметрических измерений уровня моря, которые предоставлены агентством AVISO (Франция), а помощь в их систематизации и обработке была оказана А.К. Гусевым.

В холодное время года акватория Балтийского моря (в первую очередь Ботнический и Финский заливы) частично покрыта льдом. Припайные льды,

оказывающие наибольшее влияние на колебания уровня, в среднем наблюдаются с декабря по май. При построении карт статистических характеристик уровня моря учитывались средние границы припайных льдов (CHiTiaíological Ice Atlas, 1982), рассчитанные за интервал, близкий по ледовым условиям к интервалу гидродинамических расчетов уровня.

Анализ распределения оценок одноточечных моментов математического ожидания 1Ц;(*) и среднеквадратического отклонения ст^*) показал, что поле уровня неоднородно и подвержено изменчивости (рисунок 4), Сезонная перестройка при переходе от лета к зиме проявляется как в усложнении

Участки акватории, занятые ледяным покровом, показаны затемнением.

топографии уровенной поверхности, так и в интенсификации колебаний уровня, максимальная дисперсия которых приходится на заливы, а минимальная - па открытые части моря. Среднее поле уровня для января носит все основные черты среднегодового поля, но в зимнее время они наиболее выражены. Перепад по оси моря составляет 42 см. В центре открытой части моря наблюдается понижение уровенной поверхности, от которого к западному и восточному берегам идет повышение уровня, причем градиент у восточного берега значительно выше, чем у западного, и достигает 10 см/100 км.. Такая структура объясняется циклоническим типом циркуляции вод в центральной части моря с интенсификацией течений у восточного берега. В летний период

картина поля уровня менее контрастна из-за ослабления циклонической деятельности: перепад по оси моря составляет 20 см, значение градиента не превышает 3 см/100 км. В летний период, помимо общего ослабления градиентов поля уровня, различия в их значении между отдельными районами моря практически исчезают. Карты ЕОФ, построенные для января, изменчивость в котором максимальна (рисунок 5), характеризуют сложность корреляционной зависимости уровня от пространственных координат г и времени I. Из пространственного распределения первой ЕОФ видно, что наибольшей связностью поля уровня обладают в центральной части моря. Для

к=>1 к=2 кгЗ

Рисунок 5 - Первые три естественные ортогональные функции полей уровня, январь. Участки акватории, занятые ледяным покровом, показаны затемнением.

второй ЕОФ степень связности повышается в заливах и проливах. Первые три ЕОФ объясняют 84% изменчивости поля уровня.

Согласно картам одноточечных и двухточечных моментов, построенных для каждого месяца, море было разделено на 9 квазиоднородных районов: Датские проливы, Южная Балтика, Западная часть Центральной Балтики, Восточная часть Центральной Балтики, Рижский залив, Северная Балтика, Ботническое море, Ботнический залив, Финский залив. В каждом из районов были выбраны точки, характер изменчивости уровня в которых может быть распространен на весь район. Кваитильный анализ колебаний уровня, выполненный для каждой из точек, позволил сделать вывод о наличии межгодовой модуляции синоптической изменчивости полей уровня. На рисунке 6 представлены квантильные диаграммы, построенные по данным как моделирования, так и альтиметрических спутниковых измерений. По различиям значений размаха Я и интерквартильного расстояния р, рассчитанных но срочным и среднемесячным данным, можно заключить о преобладании синоптической изменчивости уровня. Значения 0 по спутниковым данным примерно вдвое превышают соответствующие значения по модельным данным, что объясняется способностью альтиметра улавливать локальные колебания уровня, не воспроизводимые моделью из-за низкого

1 1 5 Г t 1l

' 11 2 4ü * "til * »Нйдокр

"к}...,..,,,!

•"гттгтт •"ТТТТТГГ' '""г

И] во

"¡IJÉÉ! "LíSS "Lííí?E

1 Л I * Л 1» ,ц>1| I ц I I II I Ú 1 i '6'Vi U1 ' í ' 'Ú Vi' * 1 ) J T fl 1»

(B)

i > 4 7 9 11

i »eren

... „ .м Д I > > ' '11* ^||1гт| ,тггII I «

) « з V.' 1 I « "»Д ТТГГПГ 11 ч I в й

Рисунок 6 - Оценки порядковых статистик уровня [см] по срочным (а) и среднемесячным (б) модельным и по спутниковым (в) данным для каждого месяца в 9 районах Балтийского моря. Обозначения районов на рис.3.

разрешения метеорологической информации. Значения К по спутниковым данным вдвое ниже размаха по модельным данным, что обусловлено интервалом дискретности спутниковых данных - 7 суток - не позволяющем фиксировать большую часть колебаний уровня, вызванных динамикой циклонов. Корреляционный и спектральный анализ рядов уровня в Южной Балтике по данным контактных, спутниковых измерений и модельных расчетов

показал границы применимости каждого типа информации для выявления изменчивости разных диапазонов.

В третьей главе дается описание вертикальной термохалинной структуры вод Балтийского моря, метод статистического Т,3-анализа обобщается на три переменные (Т.Б.Ог), приводится классификация вод моря по этим параметрам.

В гидрометеорологическом справочнике Балтийского моря (Гидрометеорология.., 1994) дана классификация вод на основе вертикальных одномерных распределений гидролого-гидрохимических элементов и обсуждается трансформация вертикальной структуры в диапазонах сезонной и межгодовой изменчивости. Эта классификация выделяет верхний квазиоднородный слой (ВКС) и глубинный слой, также выделяется промежуточный или переходный слой, в котором океанографические характеристики имеют большие вертикальные градиенты. Такое расслоение, так же, как и пространственные различия вертикальной структуры, обусловлены «разнесенностью» в пространстве областей поступления вод с различными физико-химическими свойствами - Датских проливов на юго-западе и стока рек на севере и северо-востоке моря. Также было выявлено существование хорошо выраженного годового хода температуры, плотности и кислорода в верхнем слое и слабо выраженного годового хода солености.

Одним из наиболее распространенных методов выделения водных масс является Т,£1-анализ, применяемый в зависимости от глубины т., времени I или расстояния I между станциями, но связь между Т и 8 - статистическая, построенная на основе совместных наблюдений. Например, зависимости Т=Т(г) и 8=8(г) при каждом фиксированном ъ могут быть записаны в виде Т=Т(8), т.е. этот метод позволяет, в частности, обосновать наличие регрессионной и корреляционной зависимости между значениями Т и Э. Аналогичным образом могут быть интерпретированы зависимости между Т и О, О и р, и т.п. Совместное распределение двух элементов исследуется с помощью диаграмм рассеяния, когда зависимость рассматривается по одной из осей (гД,!), а две другие фиксируются. На основе анализа диаграмм, выполненных в разных техниках, выявлены особенности совместного распределения пар элементов Т, Э, р, 02 по вертикали, по оси открытой Балтики и в течение года. Совпадение статистических Т,8-диаграмм и диаграмм, построенных по средним значениям, приводит к выводу о наличии нелинейной функциональной зависимости элементов. К примеру, в совместном распределении температуры и концентрации растворенного кислорода в течение года выделяется петля т.н. кислородного гистерезиса, обусловленная запаздыванием выравнивающего действия газообмена с атмосферой по отношению к сезонным изменениям растворимости кислорода, вызванным годовым ходом температуры.

Для представления совместного распределения параметров непосредственно в трехмерном пространстве (г, 1,1) была применена техника старплотов, когда многомерная случайная величина ^ТДОг) изображается в виде многолучевой звезды, где лучи - средние значения, а косинусы углов между ниш! характеризуют корреляционную связь элементов (рис.7). Из

рисунка видно характерное расслоение водных масс по вертикали, в селом соответствующее экспертной одномерной классификации. Для всех четырех станций хорошо заметен ВКС (образ I, рис.7,е); в нем соленость практически не зависит от температуры, а кислород - имеет слабую обратную связь. Несмотря

Рисунок 7 - Графическое представление пространственно-временной изменчивости водных масс Балтийского моря. (а)-ВУ2, (б)-ВУ5, (в)-ВУ15, (г)-ВУ28, (д) - легенда, (е) - характерные образы однородных слоев (зима - февраль-март, весна - апрель-май, лето - август-сентябрь, осень - октябрь-ноябрь).

на пространственную разнесенность станций, годовой ход мощности ВКС на них примерно одинаков. Ядро холодного промежуточного слоя (ХПС) (образ II,

рис.7,е), в свою очередь, характеризуется наличием положительной связи между температурой и соленостью, обусловленной одинаковыми тенденциями изменения этих параметров с глубиной, и отрицательной - между температурой и концентрацией растворенного кислорода, что имеет ясную физическую интерпретацию. Геометрия образа практически не подвержена годовому ходу и пространственной разнесенности - эти факторы влияют лишь на мощность и глубину слоя. Геометрические образы, соответствующие глубинному соленому слою (ТСС) существенно отличаются от ВКС и ХПС и зависят от пространственного положения и глубины станции. Для Южной Балтики характерен образ Щ (рис.7,е), со слабой зависимостью солености и кислорода от температуры, благодаря существенному влиянию водообмена с Северным морем. Для Центральной и Северной Балтики картина меняется: в силу затрудненного водообмена абсолютное значение концентрации растворенного кислорода мало, а соленость и температура значимо коррелированны (образ IV, рис.7,е). Таким образом, можно разделить ГСС на два кластера, исходя из пространственного положения.

Рис.7 позволяет выделить три независимых типа водных масс (и два подтипа ГСС) и охарактеризовать степень взаимосвязи параметров (ТДО) внутри каждого из них.

Совместный анализ данных сезонных съемок элементов (ТДр,0) на четырех станциях /р Балтийского моря на стандартных горизонтах г\, по месяцам приводит к рассмотрению системы случайных величин размерностью 8832 элемента; их корреляционная матрица будет иметь около 39-Ю6 независимых элементов. Поскольку анализ и интерпретация такой информации весьма трудоемки, для ее сжатия применено разложение вертикального поля

по ортогональному базису ф^г) в фиксированный момент времени 1. Реализация случайной функции представляет собой вертикальный

профиль £(г), который заменяется набором случайных величин аь т.е. модель упрощается. В качестве аппроксимирующих функций <рк(г) были приняты полиномы П.Л. Чебышева, ортогональные на конечной системе точек гу Коэффициенты ак определяют вклад каждой из степенных функций фк(г) в аппроксимацию вертикального профиля £(г). Для описания временной изменчивости коэффициентов аь(Ч) с учетом их годовой ритмики они были рассмотрены в ПКСП-приближении и представлены в компонентной форме:

я.(0 = 2Х «ФЙД

где Ь)и -случайные величины. Таким образом, случайный профиль может быть представлен как разложение по биортогональному базису (ф^г),^^)};

Ям) = У>, (г) (г) % (0 -

< II ■

Это выражение позволяет осуществить переход от вертикально-неоднородного пространственно-временного поля к системе случайных величин {Ь^} для каждой из переменных Т,3,р,0. Коэффициенты разложения Ьь и соответствующие им вероятностные характеристики могут рассматриваться как система признаков, характеризующих черты сходства-различия водных масс, а также - как параметры вероятностной модели дяя синтеза системы вертикально-неоднородных нестационарных случайных полей.

Чтобы ответить на вопрос о существенности выявленных особенностей вертикального распределения и годового хода параметров водной структуры для различных станций, применяется аппарат дискриминантного анализа (ДА). В качестве дискриминантных переменных были приняты коэффициенты биортогонального разложения Ъь- По ним были рассчитаны канонические дискриминаитные функции (КДФ) £ргп> для р станций за т лет. Дисперсионный анализ КДФ показал, что наибольшими дискриминирующими способностями обладают первые две КДФ (вклад около 94%). На рис. 8 приведены в плоскости

Рисунок 8 - Значения первых двух канонических дискриминантных функций Грп, на четырех станциях В У Балтийского моря.

КДФ результаты расчетов по четырем станциям Балтийского моря. Из рисунка видно, что однозначно выделяются классы наблюдений, соответствующие станциям ВУ-2 и ВУ-5. Следует отметить, что станции ВУ-

15 и ВУ-28 плохо различимы. Это имеет очевидную режимно-климатическую интерпретацию, поскольку крупномасштабные процессы в Готландском бассейне обусловливают всю изменчивость водных масс в Центральной и Северной Балтике (Северная и Ландсортская впадины).

Также в 3 главе рассматривается вопрос синоптической изменчивости вертикальной термической структуры вод на примере станции ВУ-5, расположенной в Борнхольмской впадине. Использованы данные эпизодических измерений температуры воды за многолетний промежуток и данные многосуточных станций, осуществленных в 1980-1985 гг. сотрудниками СПО ГОИН и ААНИИ с борта НИС «Рудольф Самойлович». Закономерности изменчивости рассматривались в верхнем гомогенном слое как наиболее восприимчивом к влиянию атмосферы. Вероятностный анализ данных измерений обоих массивов показал, что наибольшие изменения термическая структура вод претерпевает в синоптическом диапазоне. Показано, что энтальпия является оптимальным параметром ВКС для разделения различных масштабов изменчивости температуры воды.

В заключении излагаются основные выводы диссертации:

1. Для описания гидрометеорологического режима Балтийского моря необходимо использовать не только натурные данные в виде системы временных рядов, но и данные в виде системы полей, полученной на основе реанализа метеорологической информации и модельных океанологических расчетов.

2. Характерной особенностью гидрометеорологических процессов и полей является их пространственная, временная и межэлементная связность. Из-за многомерности вероятностных характеристик для их оценивания требуется применять методы многомерного статистического анализа: а) разложение полей атмосферного давления и уровня на естественные ортогональные функции позволило оценить качественно и количественно их собственную пространственно-временную структуру; б) классификация водных масс Балтийского моря методом многомерного шкалированя по температуре, солености и кислороду (Т,8,0) на основе их совместного распределения учитывает статистическую взаимосвязь параметров; в) дискриминантный анализ водных масс позволяет утверждать о различии режима (Т,8,0) в трех характерных районах Балтийского моря: Арконской впадине, Южной Балтике (Борнхольмская впадина), Центральной и Северной Балтике (Готландская, Северная, Лацдсортская впадины).

3. Закономерности пространственно-временной изменчивости гидрометеорологических полей проявляются через перестройку ареалов вероятностных характеристик временной изменчивости. Показано, что неоднородность полей атмосферного давления и уровня обусловлена пространственным различием синоптической изменчивости и ее сезонной модуляции, выражающейся в перераспределении 1радиентов средних и стандартных отклонений по районам и сезонам. Пространственное различие и сезонная модуляция синоптической изменчивости

определяются совместным влиянием центров действия атмосферы, их пульсацией и миграцией в течение года.

4. В работе показано, что для атмосферного давления и уровня моря когерентный метод оценивания вероятностных характеристик периодически коррелируемых случайных полей предпочтителен перед компонентным. Вертикальная неоднородность термохалинной структуры и связанных с ней гидрохимических показателей приводит к необходимости сочетания компонентного и когерентного подходов.

5. Синоптическая изменчивость гидрометеорологических полей проявляется в форме возмущений, математической моделью которых может служить импульсное случайное поле. Эти импульсы для поля атмосферного давления имеют вид движущихся барических образований - циклонов, антициклонов; для поля уровня моря — вид штормовых нагонов, сейш, волн Россби.

6. Использование новых видов информации - атмосферный реанализ, данные гидродинамического моделирования, спутниковая альтиметрия -приводит к необходимости их сопоставления как между собой, так и с традиционными натурными данными. Показано, что данные модельных расчетов приемлемы для оценки колебаний уровня в диапазоне изменчивости от синоптического до межгодового, а результаты спутниковых альтиметрических измерений позволяют оценить колебания уровня с периодом более 20 суток и выявить локальные аномалии уровенной поверхности, не воспроизводимые с помощью гидродинамического моделирования.

В приложении, состоящем из трех частей, приводится проект атласа режима атмосферного давления, уровня и термохалинных характеристик вод Балтийского моря, подготовленный на основе данных натурных контактных и неконтактных измерений и гидродинамического моделирования. В атласе представлены карты оценок одноточечных и двухточечных моментов полей атмосферного давления и уровня моря для каждого месяца, а также биплоты совместного распределения температуры, солености, плотности морской воды и концентрации растворенного кислорода по трем координатным осям: вертикальной, горизонтальной и временной. Информация, представленная в атласе, дополняет наши знания о гидрометеорологическом режиме Балтийского моря, она может быть использована при организации и проведении экологического и гидрометеорологического мониторинга Балтики, метеорологических и гидрологических прогнозах. Используемые методы могут быть распространены на большее количество элементов режима. Материалы атласа будут включены в компьютерный справочник по режиму Балтийского моря, создаваемый в рамках программы ЕСИМО.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Statistical analysis of Baltic Sea waters. - Abstract Vol. of Baltic Sea Science Congress, 22nd Conference of the Baltic Oceanographers, 25-29 November 2001, Stockholm, Sweden, p. 132. (co-authors A. Boukhanovsky, I. Davidan, V, Rozhkov, 0. Savchuk, I. Shpaer).

2. Статистический анализ водных масс Балтийского Моря. - Труды ГОИН, вып. 208, СПб.: Гидрометеоиздат, 2002 г., с. 96-126 (соавторы БухановскиЙ А.В., Рожков В.А., Савчук О.П., Шпаер И.С.).

3. Колебания уровня Балтийского моря. - Труды ГОИН, вып. 210, СПб.: Гидрометеоиздат, 2004 г., в печати (соавторы Гусев А.К., Рожков В.А.).

4. Дискриминантный анализ вод Балтийского моря. - Труды конференции молодых ученых «Гидродинамические методы прогноза погоды и исследования климата», Санкт-Петербург, 19-21.06.2001 г, СПб.: Гидрометеоиздат, 2002 г. с. 280-285 (соавтор БухановскиЙ А.В).

5. Исследования структуры и динамики Балтийского моря. - Тезисы докладов научной конференции по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды в государствах - участниках СНГ, посвященной 10-летию образования Межгосударственного совета по гидрометеорологии, 23-26 апреля 2002г. Санкт-Петербург. Секция 2. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002 г., с. 180-181 (соавторы Смирнова А.И., Чернышева Е.С.).

6. Оценка синоптической изменчивости вертикальной термохалинной структуры Балтийского моря по данным натурных измерений. - Тезисы Пятой Российской научно-технической конференции «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии» («Н0-2004»), Санкт-Петербург, Россия, 10-12 марта 2004 г., с. 82-83 (соавтор Гусев А.К.).

7. Computer Handbook on Hydro-Meteorological Regime of The Baltic Sea. -Proceedings of USA-Baltic International Symposium "Advances in Marine Environmental Research, Monitoring & Technologies", Klaipeda, Lithuania, 1517 June 2004, pp. 87-94 (co-author V. Rozhkov).

8. Model Information as a Base for Creating Sea-Regime Handbooks. - Abstract Vol. of Challenger Conference for Marine Science: 2004, Liverpool, UK, 13-17 September 2004, p.I64.

9. Assessment the Synoptic Variability of Vertical Thermal Structure in Baltic Sea Waters on the Base of in-situ Measurements. - Abstract Vol. of AGU Fall Meeting 2004, San Francisco, CA, USA, 13-17 December 2004, accepted (coauthors Ju. Klevantsov, V. Rozhkov).

г

I

РНБ Русский фонд

2007-4 16678

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Кох, Андрей Олегович

Введение

Глава 1. Статистический анализ полей атмосферного давления

1.1 Исходные данные и методы их анализа

1.2 Сопоставление результатов статистического анализа атмосферного давления нескольких альтернативных массивов

1.2.1 Сравнение данных реанализа США и Швеции.

1.2.2 Поле давления по натурным и модельным данным.

1.3 Описание полей атмосферного давления с помощью методов многомерного статистического анализа

1.3.1 Когерентное описание изменчивости поля атмосферного давления

1.3.2 Компонентное описание годового хода поля атмосферного давления 25 1.3.3. Квантильный анализ 28 1.3.4 Описание пространственно-временной изменчивости атмосферного давления методом ЕОФ

Глава 2. Статистический анализ полей уровня

2.1. Описание исходных данных и методов их обработки

2.1.1 Гидродинамическая модель

2.1.2 Спутниковые данные

2.2 Сопоставление статистических характеристик колебаний уровня моря по результатам гидродинамического моделирования и по натурным данным

2.3 Описание полей положения уровенной поверхности методами многомерного статистического анализа

2.3.1 Когерентное описание изменчивости полей уровня

2.3.2 Компонентное описание годового хода поля уровня

2.3.3 Квантильный анализ

2.3.4 Естественные ортогональные функции полей уровня

2.3.5 Анализ спутниковых данных

Глава 3. Статистический анализ термохалиннон структуры вод

3.1 Исходные данные

3.2 Многомерный статистический анализ водных масс

3.2.1 Анализ вертикальных распределений T,S,p,

3.2.2 Анализ попарных распределений Т, S, р, Ог

3.2.3 Корреляционный анализ

3.2.4 Типизация совместных TSO распределений

3.2.5 Вероятностная модель многомерных вертикально-неоднородных нестационарных океанографических полей

3.2.6 Дискриминантный анализ совместной пространственно-временной изменчивости (T,S,p,0)

3.3 Синоптическая изменчивость вертикальной термической структуры

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Многомерный статистический анализ гидрометеорологических полей Балтийского моря"

Задача создания справочных пособий по режиму морей, омывающих берега нашей страны, является одной из основных в кругу задач гидрометеорологического обеспечения мореплавания и других видов деятельности, связанных с морем. Она решалась совместными усилиями организаций Госкомгидромета, в результате которых в рамках проекта «Моря СССР» с 1985 по 1995 гг. под общей редакцией Ф.С. Терзиева была подготовлена и опубликована серия монографий «Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР». В нее вошли научно-справочные пособия по гидрометеорологическому и гидрохимическому режиму Баренцева, Белого, Балтийского, Черного, Азовского, Каспийского, Аральского, Японского, Охотского и Берингова морей.

Для Балтийского моря создание практического справочного пособия по региональной океанографии проводилось совместно с проектом «Балтика». Этот проект был направлен на изучение Балтийского моря как единого географического объекта, а его основной целью было создание математической модели экосистемы моря и ее использования для оценки антропогенных воздействий. ГКНТ СССР назначил И.Н. Давидана научным руководителем, а Ленинградское (Санкт-Петербургское) отделение Государственного океанографического института (СПО ГОИН) - головной организацией проекта. С 1983 по 1997 гг. в рамках проекта «Балтика» подготовлен и опубликован цикл монографий «Проблемы исследований и математического моделирования экосистемы Балтийского моря» [44,45].

С начала подготовки пособий по морям СССР СПО ГОИН выступил в качестве организатора унифицированной обработки и анализа натурных данных и предложил в качестве эталона для такого пособия Балтийское море. Балтийское море является наиболее обеспеченным данными натурных измерений элементов гидрометеорологического режима, поэтому двухтомное справочное пособие по режиму Балтийского моря, составленное сотрудниками Санкт-Петербургского отделения Государственного океанографического института [14,15], отличается полнотой содержащейся в нем информации. СПО ГОИН приобрел опыт вероятностного анализа натурных данных как реализаций стационарных, периодически коррелированных, скалярных и векторных случайных процессов.

Методика анализа натурных данных, используемая как в проекте «Моря», так и в настоящей работе, основывается на представлении моря как элемента климатической системы. Климатической системой называется совокупность взаимодействующих между собой и обменивающихся энергией и веществом атмосферы, гидросферы, криосферы, литосферы и биосферы [35]. С точки зрения термодинамики климатическая система представляет собой неизолированную систему, состоящую из взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой макроскопических подсистем, каждая из которых обладает чрезвычайно большим числом степеней свободы. Климатом называется статистический ансамбль состояний, проходимых системой атмосфера - океан - суша за промежуток времени в несколько десятилетий. Поскольку состояние системы суть многокомпонентные поля, математически климат определяется как многокомпонентное случайное поле. На основе этого определения климата в работе [46] дано определение режима моря как статистического ансамбля состояний, которые проходит система взаимосвязанных физических, химических и биологических процессов в диапазонах внутрисуточной, синоптической, сезонной и межгодовой изменчивости. Закономерности режима описываются в терминах вероятностных характеристик.

Информационная база океанологических величин, используемая при подготовке справочника [14,15], состоит из результатов натурных измерений на стандартной сети прибрежных гидрометеорологических станций, на отдельных рейдовых станциях, а также на плавмаяках в открытом море. При большом объеме и разнообразии по составу данных натурных измерений для этой информационной базы: подавляющее большинство данных представлены временными рядами океанологических величин в отдельных точках и на отдельных горизонтах, открытые части акватории слабо обеспечены данными, а имеющиеся здесь временные ряды некоторых элементов неэквидистантны.

Полученные результаты представлены в виде таблиц оценок функции и моментов распределения, спектральных характеристик процессов и соответствующих графиков и карт.

На сегодняшний день появилась необходимость в уточнении и дополнении наших знаний о гидрометеорологическом режиме Балтийского моря.

Балтийское море имеет свою специфику. Оно является мелководным (средняя глубина 48 м) внутриконтинентальным шельфовым бассейном с эстуарным типом циркуляции. Водообмен с Мировым океаном, осуществляемый лишь через узкие и мелкие проливы Скагеррак и Каттегат (ведущие в Северное море), замедлен: полное обновление воды может произойти в среднем за 30—50 лет. Эти особенности обусловливают чрезвычайную чувствительность Балтийского моря к антропогенному воздействию. Площадь бассейна Балтийского моря в 4 раза больше площади самого моря и составляет 1,75 млн. км2. Это густонаселенный район с высокой концентрацией промышленности и интенсивным сельским хозяйством. Основные промышленные центры и сельскохозяйственные районы непосредственно приурочены к прибрежной зоне, что еще более усиливает антропогенную нагрузку на море. В связи с назревшими экологическими проблемами был учрежден ряд международных программ по выработке принципов и норм безопасного использования природных ресурсов Балтики. Среди них можно выделить Хельсинскую Конвенцию (HELCOM) по предотвращению загрязнения морской среды Балтийского моря, проект BASYS, направленный на исследование восприимчивости экосистемы моря к внешним воздействиям, программа BALTEX, посвященная анализу и предсказанию глобальных изменений Балтийского региона, связанных с антропогенным воздействием. Однако ни в одной из этих и других программ не ставилось задачи использования данных гидродинамического моделирования в качестве информационной базы для описания гидрометеорологического режима моря.

Актуальность работы

В подпрограмме 10 Федеральной целевой программы «Мировой океан» «Создание единой системы информации об обстановке в Мировом океане» (ЕСИМО) с 1999 по 2007 гг. запланирована подготовка серии гидрометеорологических компьютерных справочников нового поколения. Задача этой программы - в удобном для пользователя виде представить в электронных справочных пособиях (ЭРСП) результаты исследований гидрометеорологического режима морей. Проект 4 настоящей подпрограммы посвящен подготовке электронного справочника по режиму Балтийского моря.

Подготовка режимных справочников осложнена несколькими обстоятельствами. На сегодняшний день принципиально не изменился состав наблюдений, а их объем даже несколько уменьшился по сравнению с положением на 60-80-е гг. XX в. Многосуточные станции, которые организовывались в рамках специальных экспедиций, и сезонные съемки выполняются эпизодически. В соответствии с Международной Конвенцией по мониторингу Балтийского моря продолжаются сезонные съемки на станциях международного Года Балтики (Baltic Year - BY), но состав наблюдений остается прежним. Наблюдения за уровнем моря на береговых и островных станциях и постах производятся, как и раньше.

В соответствии с таким положением возникла необходимость получения новой, более полной и систематичной гидрометеорологической информации. Это в первую очередь поля метеорологических характеристик, созданные по моделям реанализа с усвоением натурных данных. Во-вторых, это поля океанологических характеристик, рассчитанные по метеорологическим полям.

Различные гидродинамические модели, получившие применение у нас и за рубежом, . активно используются при изучении морских бассейнов, однако систематическое обобщение информации, получаемой при реализации этих моделей, не стало основой для подготовки режимных справочников. Статистический анализ полей гидрометеорологических характеристик в существующих на сегодняшний день справочниках не представлен, поэтому подготовка электронных версий морских справочников имеет 2 тенденции:

• перевести в электронный вид уже имеющуюся в опубликованных справочниках информацию, осуществив ее унификацию и визуализацию;

• проанализировать и обобщить накопленный материал модельных расчетов полей гидрометеорологических характеристик, пользуясь методами многомерного статистического анализа.

В соответствии с обозначенными направлениями работ по составлению справочных пособий Госкомгидромет утвердил 2 очереди приема результатов от организаций-исполнителей. Первая очередь завершилась 2002 годом, использование новых методов обобщения информации не предполагалось. Вторая очередь открылась 2003 годом. Ее новизна состоит во внедрении методов статистической обработки и представления данных более высокого уровня. Настоящая работа является развитием этого второго направления [72,73] на примере полей атмосферного давления, уровня моря, температуры, солености морской воды, концентрации растворенного кислорода в диапазонах межгодовой, сезонной и синоптической изменчивости применительно к Балтийскому морю.

Цель работы - дать статистическое описание характеристик гидрометеорологического режима Балтийского моря по натурным данным и модельным расчетам, пользуясь методами многомерного статистического анализа (МСА), и предложить способы представления обобщенной информации в электронном справочнике.

В названии работы подчеркивается специфика достижения поставленной цели -создание справочника исходя из гидрометеорологической информации, представленной ансамблями полей, на основе многомерного статистического анализа этих ансамблей. Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:

1 Пользуясь результатами реанализа полей атмосферного давления, результатами расчетов по гидродинамической модели и данными натурных наблюдений создать ИБ для подготовки разделов компьютерного справочника Балтийского моря по режиму атмосферного давления, режиму уровня и термохалинной структуре вод.

2 Выбрать вероятностные характеристики для описания режима Балтийского моря, исходя из характерных особенностей гидрометеорологических полей и специфики исходных данных, и обосновать выбор методов их статистического оценивания.

3 Адаптировать имеющийся и создать новый пакет прикладных программ (ППП) для обработки используемых данных.

4 Выполнить MCA полей атмосферного давления, уровепной поверхности и вертикально-неоднородных полей гидролого-гидрохимических характеристик с целью их типизации.

5 Представить полученные результаты анализа в компактной и наглядной форме для помещения их в электронный справочник по режиму Балтийского моря.

Научная новизна:

• По данным двух массивов реанализа атмосферного давления дано статистическое описание полей атмосферного давления в области северо-запада Европы (Скандинавский полуостров, Балтийское море) с учетом их пространственной неоднородности. В справочнике по Балтийскому морю (Гидрометеорология., 1992 г.) закономерности годовой и сезонной изменчивости атмосферного давления даны по нескольким временным рядам в отдельных точках побережья, а также по данным разрозненных судовых наблюдений в открытом море. Синоптическая изменчивость не рассматривалась.

• С помощью гидродинамического моделирования создан ансамбль полей уровня Балтийского моря в узлах регулярной сеточной области в синоптические сроки за 16 лет (1979-1994 гг.), выполнено систематическое описание режима уровня для всей акватории Балтийского моря в терминах статистических характеристик в сезонном и межгодовом диапазонах изменчивости и дано соответствующее районирование моря. В справочнике по Балтийскому морю (Гидрометеорология., 1992 г.) закономерности колебаний уровня рассматривались лишь по временным рядам среднемесячных значений в прибрежной зоне моря. В открытом море оценка положения уровенной поверхности и ее изменчивости не рассматривалась, модельные расчеты и спутниковые данные не привлекались.

• На основе статистических взаимосвязей основных гидролого-гидрохимических параметров дана классификация вод Балтийского моря. В справочнике по Балтийскому морю (Гидрометеорология., 1994 г.) стратификация вод рассматривалась экспертно отдельно по каждому из параметров Т, S, р, Ог уравнения состояния, хотя эти переменные являются связанными не только между собой, но и с другими гидролого-гидрохимическими элементами водных масс. Предложенная классификация (Т, S, р, Ог) базируется на статистическом анализе связного четырехпараметрического неоднородного по вертикали и по горизонтали и нестационарного по сезонам поля.

• Предложены разделы компьютерного гидрометеорологического справочника Балтийского моря по режиму атмосферного давления, режиму уровня и термохалинной структуре вод для помещения его в сеть Internet.

На защиту выносятся следующие положения работы:

1. Закономерности пространственно-временной и межэлементной связности океанологических и метеорологических полей Балтийского моря с учетом их нестационарности и неоднородности.

2. Аппарат многомерного статистического анализа позволяет учесть пространственную связность гидрометеорологических полей, описать их пространственно-временную изменчивость и дать оценку межэлементной связности процессов и полей.

3. Результаты МСА многолетнего ансамбля гидрометеорологических полей Балтийского моря, созданного на основе модели общей циркуляции атмосферы с усвоением натурных данных и расчетов по гидродинамической модели, для описания режима моря.

Практическая значимость работы. В результате исследований оценена пространственно-временная изменчивость положения уровенной поверхности в открытых частях акватории Балтийского моря, дополняющая результаты прибрежных наблюдений. Эта информация является необходимой для безопасного осуществления хозяйственно-экономической деятельности на берегах Балтики, функционирования шельфовых сооружений и мореплавания. Произведенная классификация вод Балтийского моря на основе статистической взаимосвязи гидролого-гидрохимических характеристик будет учтена при организации и осуществлении экологического мониторинга моря в рамках подпрограммы ЕСИМО. Составлены разделы электронного справочника по атмосферному давлению, уровню, термохалинному режиму при выполнении проекта 4 подпрограммы ЕСИМО ФЦП «Мировой океан».

Личный вклад автора. Автором рассчитан массив полей уровня Балтийского моря на основе реанализа метеопараметров для многолетнего интервала в узлах регулярной сетки в синоптические сроки. Создана ИБ в виде системы полей и временных рядов для подготовки разделов гидрометеорологического компьютерного справочника Балтийского моря по режиму уровня, атмосферного давления и термохалинной структуры вод. Автором разработан ППП для статистического анализа ансамбля гидрометеорологических полей исходя из специфики исходных данных. Проведен статистический анализ ансамбля океанологических и метеорологических полей Балтийского моря и предложена географическая интерпретация полученных результатов.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы обсуждались: на конференции молодых ученых «Гидродинамические методы прогноза погоды и исследования климата» в Санкт-Петербурге в 2001 г.; на постоянно действующем семинаре «Методы анализа и расчетов океанографических процессов» при океанографической комиссии Русского географического общества в Санкт-Петербурге в 2001 г.; на международной конференции балтийских океанографов (Baltic Sea Science Congress) в Стокгольме, Швеция, в 2001 г.; на конференции по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды в государствах -участниках СНГ, посвященной 10-летию образования Межгосударственного совета по гидрометеорологии, в Санкт-Петербурге в 2002 г.; на постоянно действующей сессии результатов работы молодых специалистов при СПО ГОИН в Санкт-Петербурге в 2003 г.; на международном семинаре по Океанографии среди аспирантов (Summer School for PhD students on Oceanography) в Виго, Испания, в 2003 г; на 5-ой Российской научно-технической конференции «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии» в Санкт-Петербурге в 2004 г; на международном симпозиуме по Балтийскому морю (USA-Baltic International Symposium) в Клайпеде, Литва, в 2004 г; на конференции «Challenger Conference for Marine Science MS 2004» в Ливерпуле, Великобритания, в 2004 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, 8 из которых - в соавторстве.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 140 страниц, включая 31 рисунок, 19 таблиц и 3 приложения. Список литературы составляет 85 наименований, в том числе 29 на иностранных языках. Приложения, которые представляют собой рекомендуемый автором вариант справочных материалов, включенных в ЭРСП, содержат 32 рисунка.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Кох, Андрей Олегович

В заключение работы приведем основные выводы диссертации:

1. Для описания режима Балтийского моря как статистического ансамбля состояний, которые проходит система взаимосвязанных физических, химических и биологических процессов в диапазонах внутрисуточной, синоптической, сезонной и межгодовой изменчивости, необходимо использовать не только обобщенные натурные данные в виде системы временных рядов, но и данные в виде системы полей, полученной на основе реанализа метеорологической информации и модельных океанологических расчетов. Модель (2.1), использующая данные реанализа атмосферы в качестве входной информации, учитывает лишь некоторые из факторов, определяющих положение уровенной поверхности Балтийского моря, поэтому для получения достоверного ансамбля состояний уровенной поверхности на основе модельных расчетов требуется привлечение данных натурных наблюдений за уровнем, как контактных, так и бесконтактных.

2. Характерной особенностью гидрометеорологических процессов и полей является их пространственная, временная и межэлементная связность. Для ее статистического описания необходимо использовать как одноточечные моменты ) и ), так и двухточечные К^(Г, р ,t,x). Из-за многомерности этих характеристик для их оценивания требуется применять методы МСА, а для представления результатов этого анализа использовать ЕОФ, ККК, старплоты и другие. Разложение полей атмосферного давления и уровня на естественные ортогональные функции позволило оценить качественно и количественно их собственную пространственно-временную структуру. Эта структура с 90%-м приближением для давления и 84%-м приближением для уровня описывается тремя первыми собственными функциями. Пространственное распределение первой ЕОФ давления отражает крупномасштабную изменчивость, определяемую узлами поля давления, а распределение второй и третьей — зональными и меридиональными различиями. Максимум пространственной связности поля уровня приходится на открытую часть моря. Многомерный статистический анализ (T,S,0) подтвердил ранее предложенную в [14,15] типизацию водных масс Балтийского моря. Сочетание методов многомерного регрессионного анализа, канонических корреляций и кластер-анализа (в z,t,l-TexHHKax) позволяет статистически обосновать эту типизацию и открывает дальнейшие перспективы по увеличению количества привлекаемых для классификации элементов (например, рН, РО4-Р, NO3-N). Применение аппарата ДА к коэффициентам биортогональных разложений (3.16) позволяет утверждать о различии режима (T,S,0) в трех характерных районах Балтийского моря: Арконской впадине,

97

Южной Балтике (Борнхольмекая впадина), Центральной и Северной Балтике (Готландская, Северная, Ландсортская впадины).

3. Закономерности пространственно-временной изменчивости гидрометеорологических полей проявляются через изменение пространственных ареалов вероятностных характеристик временной изменчивости. Для описания этих закономерностей требуется использовать модель не только ПКСП (процессов), но и ПКСП (полей). Это обобщение модели требует учета характерных особенностей пространственно-временной ритмики. В работе показано, что для атмосферного давления и уровня моря компонентный метод оценивания вероятностных характеристик хотя и приводит к сжатию информации, но не дает наглядной картины. Когерентный метод для этих полей предпочтителен. Анализ полей оценок одноточечных моментов показал, что неоднородность полей атмосферного давления и уровня обусловлена пространственным различием синоптической изменчивости и ее сезонной модуляции, выражающейся в перераспределении градиентов средних и стандартных отклонений по районам и сезонам. Пространственное различие и сезонная модуляция синоптической изменчивости определяются совместным влиянием центров действия атмосферы: их пульсацией и миграцией в течение года. Пространственная перестройка поля атмосферного давления в течение года выражается в изменении его от слабоградиентного в теплый период к структуре с широтно-ориентированными изобарами с повышенным градиентом, направленным на север, в холодный период. При смене сезонов пространственная перестройка поля уровня выражается в усложнении топографии уровенной поверхности, смещении зон пространственных экстремумов и увеличении интенсификации колебаний уровня при переходе от лета к зиме.

4. Вероятностная неоднородность термохалинной структуры и связанных с ней гидрохимических показателей приводит к необходимости сочетания компонентного и когерентного подходов. В работе это достигается путем представления одноточечных и двухточечных моментов пространственно-временной структуры элементов термохалинного режима моря в одно-, двух- и трехмерном виде, а также путем разложения пространственно-временных полей гидролого-гидрохимических характеристик (с учетом их вертикальной неоднородности и годовой ритмики) по моно-и биортогональному базису.

5. Синоптическая изменчивость гидрометеорологических полей проявляется в форме возмущений, математической моделью которых является импульсное случайное поле (ИСП). Эти импульсы для поля атмосферного давления имеют вид движущихся барических образований (Zn, Az); для поля уровня моря — вид штормовых нагонов, сейш, волн Россби. Годовая ритмика проявляется в виде периодической модуляции вероятностных характеристик ИСП. В работе было показано, что синоптическая изменчивость полей атмосферного давления, уровня моря и вертикального поля температуры воды наиболее существенна в холодное время года. Синоптическая изменчивость поля уровня, максимальная в заливах, существенна также в открытых частях моря. Для разделения синоптической и межгодовой изменчивости температуры воды необходимо оперировать с оценками энтальпии элементов вертикальной стратификации. б. Использование новых видов информации (атмосферный реанализ, данные гидродинамического моделирования, спутниковая альтиметрия) приводит к необходимости их сопоставления как друг с другом, так и с традиционными натурными данными. В работе эта задача решалась на основе сопоставления оценок вероятностных характеристик уровня моря, полученных по ансамблям прибрежных наблюдений, модельных и спутниковых данных. Было показано, что данные модельных расчетов и прибрежных наблюдений приемлемы для оценки колебаний уровня в диапазоне изменчивости от синоптического до межгодового, а результаты спутниковых альтиметрических измерений позволяют оценить колебания уровня с периодом более 20 суток и выявить локальные аномалии уровенной поверхности, не воспроизводимые с помощью гидродинамического моделирования.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Кох, Андрей Олегович, Санкт-Петербург

1. Андреев О.А., Соколов А.В. Численное моделирование динамики вод и переноса пассивной примеси в Невской губе// Метеорология и гидрология. 1989. - № 12.- С. 7885.

2. Бендат Д., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989. - 540 с.

3. Боков В.Н. и др. Годовая ритмика колебаний уровня Балтийского моря// Тр. ГОИН. -2000. Вып. 207. - С. 103-112.

4. Бухановский А.В., Давидан И.Н., Иванов Н.Е., Рожков В.А. Гидрометеорологический компьютерный справочник Балтийского моря // Тр. ГОИН. 2002. - Вып. 208. - С. 76-95.

5. Бухановский А.В., Захарченко Е.Н., Иванов Н.Е., Клеванцов Ю.П., Рожков В.А. Вероятностный анализ и моделирование вертикально неоднородного океанологического поля. Навигация и океанография, 1999, №9, с. 73—91.

6. Бухановский А.В., Кох А.О. Дискриминантный анализ вод Балтийского моря// Труды конференции молодых ученых «Гидродинамические методы прогноза погоды и исследования климата», Санкт-Петербург, 19-21.06.2001 г. — СПб., 2002. С. 280-285.

7. Бухановский А.В., Кох А.О., Рожков В.А. и др. Статистический анализ водных масс Балтийского Моря// Труды ГОИН. 2002. - вып. 208. - С. 96-126.

8. Бухановский А.В., Макарова А.В. Статистический контроль термохалинного состояния водных масс// Вестник молодых ученых, сер. «Физические науки».- 2000.-№1.— С. 73-81.

9. Вольцингер Н.Е., Пясковский Р.В. Основные океанологические задачи теории мелкой воды.- Л.: Гидрометеоиздат, 1968.— 300 с.

10. Вольцингер Н.Е., Пясковский Р.В. Теория мелкой воды. Океанологические задачи и численные методы.- Л.: Гидрометеоиздат, 1977.— 207 с.

11. Гандин Л.С. О применении метода канонических корреляций в метеорологии// Труды ГТО. 1967. - вып. 208. - С. 5-22.

12. Герман В.Х., Левиков С.П. Вероятностный анализ и моделирование колебаний уровняморя. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 230 с.135

13. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. III. Балтийское море. Вып. 1. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. - 450 с.

14. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том III Балтийское море. Вып. 2 . СПб.: Гидрометеоиздат, 1994. - 434 с.

15. Груза Г.В. Ранькова Э.Я. Структура и изменчивость наблюдаемого климата. Температура воздуха Северного полушария. JI.: Гидрометеоиздат, 1980. - 72 с.

16. Гусев А.К., Кох А.О., Рожков В.А. Колебания уровня Балтийского моря// Труды ГОИН. -2004. вып. 210. - в печати.

17. Добровольский А.Д. Об определении водных масс// Океанология. 1961. - т.1, вып.1. - С. 12-24.

18. Драган Я.П., Рожков В.А., Яворский И.Н. Методы вероятностного анализа ритмики океанологических процессов. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 319 с.

19. Иванов Н.Е., Клеванцов Ю.П., Макарова А.В., Рожков В.А. Пространственно-временная изменчивость гидрометеорологических полей и их экстремумы// Известия РГО. 2003. -вып. 4. - С. 23-45.

20. Калацкий В.И. Моделирование вертикальной термической структуры деятельного слоя океана. JL: Гидрометиздат, 1978. - 256 с.

21. Каменкович В.М. Основы динамики океана. JL: Гидрометеоиздат, 1973. - 240 с.

22. Ким Дж. и др. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. М.: Финансы и статистика, 1989. - 215 с.

23. Клеванцов Ю.П., Рожков В.А., Чернышева Е.С. Приливы, сейши и инерционные течения в Балтийском море// Тр. ГОИН. 2000. - Вып. 207. - С. 70-80.

24. Коновалов Г.В., Тарасенко Е.М. Импульсные случайные процессы в электросвязи. М.: Связь, 1973.-304 с.

25. Кох А.О., Смирнова А.И., Чернышева Е.С. Исследования структуры и динамики

26. Балтийского моря// Тезисы докладов Научной конференции по результатам исследованийв области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды вгосударствах участниках СНГ, посвященной 10-летию образования136

27. Межгосударственного совета по гидрометеорологии, 23-26 апреля 2002г. Санкт-Петербург. СПб., 2002. - Секция 2. - С. 180-181.

28. Куни Ф.М. Статистическая физика и термодинамика. М., Наука, 1981. - 352 с.

29. Лагун В.Е., Романов В.Ф. Энергетика синоптических вихрей над океаном// Метеорология и гидрология. 1985. - № 2. - С.105-112.

30. Лагун В.Е., Язев А.И. Глобальное распределение и временная изменчивость параметров циклонических возмущений в атмосфере// Доклады РАН. 1994. - Т. 334, №5. - С. 642645.

31. Лазаренко Н.Н. Колебания уровня Балтийского моря // Тр. ГОИН. 1961. - Вып. 65. - С. 39-127.

32. Лаппо С.С., Гулев С.К., Рождественский А.Е. Крупномасштабное тепловое взаимодействие в системе океан-атмосфера и энергоактивные области Мирового океана. -Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 185 с.

33. Мамаев О.И. Термохалинный анализ вод Мирового океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. -296 с.

34. Марчук Г.И. и др. Математические модели циркуляции в океане.- Новосибирск: Наука, 1980.-287 с.

35. Монин А.С. Введение в теорию климата. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 246 с.

36. Монин А.С., Каменкович В.М., Корт В.Г. Изменчивость Мирового океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 262 с.

37. Монин А.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. М.: Наука. - 4.1 - 1965. - 640 е., ч. 2-1967.-720 с.

38. Морочковский В.А., Рожков В.А., Смирнова А.И. Анализ межгодовой изменчивости и трендов гидрометеорологических процессов// Сб. Режимообразующие факторы, информационная база и методы ее анализа. Л. 1989. - С. 9-22.

39. Морской атлас, том И. Л.:Изд. Морского Генштаба, 1953. — 134 с.

40. Обухов A.M. Статистически однородные поля на сфере// УМН. — 1947. т.2, вып 2(18). -С.196-198.

41. Победоносцев С.В. Уровень моря и вертикальные движения побережий Балтийского моря// Сб. Изменения уровня моря.- М., 1982.- С. 294-305.

42. Привальский В.Е. Вынужденные колебания уровня Южной Балтики и их связь с изменениями атмосферного давления и ветра// ФАО. 1968. - Т.4, №10. - С. 1092-1100.

43. Привальский В.Е. О спектре нерегулярных колебаний уровня моря// Тр. ГОИН. 1970. -Вып. 103.-С. 74-86.

44. Проблемы исследования и математического моделирования экосистемы Балтийского моря: Экосистемные модели. Оценка современного состояния Финского залива/ ред. И.Н. Давидана, О.П. Савчука. СПб.: Гидрометеоиздат, 1997. - Вып.5. - 450 с.

45. Проблемы исследования и математического моделирования экосистемы Балтийского моря: Основные тенденции эволюции экосистемы/ ред. И.Н. Давидана и О.П. Савчука. СПб.: Гидрометеоиздат, 1989. Вып. 4. - 262 с.

46. Рожков В.А. Анализ натурных данных в проекте «Моря СССР»// Сб. Режимообразующие факторы, информационная база и методы ее анализа. Л., 1989. - С. 9-22.

47. Рожков В.А. Теория вероятностей случайных событий, величин и функций с гидрометеорологическими примерами. В 2-х кн. СПб.: Прогресс-погода, 1996. - 560 с.

48. Рожков В.А., Васильев В.Н. Применение цифровой вычислительной машины для аппроксимации дискретных полей// Тр. ГОИН. 1965. - вып. 86. - С. 112-123.

49. Сохрина Р.Ф., Челпанова О.М., Шарова В.Я. Давление воздуха, температура воздуха и атмосферные осадки Северного полушария. JL: Гидрометеоиздат, 1959. - 145 с.

50. Средний уровень Балтийского моря. J1.: изд. Гидрографического Управления ВМС, 1951.-96 с.

51. Стехновский Д.И. Барическое поле земного шара. М.: Гидрометеоиздат, 1962. - 187 с.

52. Сэге А. Ортогональные полиномы. М.: Физматгиз, 1962. - 500 с.

53. Тудрий В.Д., Колобов Н.В. Флуктуации циклонических процессов в северном полушарии Земли. Казань: Изд. Казанского университета, 1984. - 164 с.

54. Филиппов Д.М. Климатический анализ физических полей Атлантического и Тихого океанов. JL: Гидрометеоиздат, 1984. - 216 с.

55. Хромов С.П., Мамонтова Л.И. Метеорологический словарь. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 568 с.

56. Шереметевская О.И. Естественные ортогональные функции полей уровня вдоль побережья Азовского и Балтийского морей// Тр. ГМЦ СССР. 1973. - Вып. 127. - С. 3446.

57. Andrejev О., Myrberg К., Andrejev А. & Perttila М. Hydrodynamic and Chemical Modelling of the Baltic Sea a Three-Dimensional Approach// Meri - Report Series of the Finnish Institute of Marine Research, No. - 2000. - 41 pp.

58. Bartlett M.S. Multivariate analysis// J. Roy. Stat. Soc. Suppl. 1947. - 9(B). - P.176-197.

59. Boukhanovsky A., Rozhkov V., Savchuk O., Koch A. et al. Statistical analysis of Baltic Sea waters// Abstract Vol. of Baltic Sea Science Congress, 22nd Conference of the Baltic Oceanographers, 25-29 November 2001. Stockholm, Sweden, 2001. - P.132.

60. Chamber J.M., Cleveland W.S., Kleiner B, Tukey P.A. Graphical methods for data analysis. -Belmont, CA: Wadsworth, 1983.- 134 pp.

61. Climatological Ice Atlas for the Baltic Sea, Kattegat, Skagerrak and Lake Vanern (1963-1979). -SMHI/FIMR, Norrkoping, 1982, 188 pp.

62. Davidan, I.N., Gusev, A.K., Savchuk, O.P., Chernyshova, E.S., et al. Representativity of seasonal surveys in the Baltic Sea// Proc. of III BASYS Annual Science Conf., Warnemunde, Germany, Paper SP 8-7, Sep. 20-22,1999. P. 83

63. Ducet, N., P.-Y. Le Traon, G. Reverdin. Global high resolution mapping of ocean circulation from TOPEX/Poseidon and ERS-1/2// J. Geophys. Res. 2000. - #105. - P.19477-19498.

64. Fennel W. & Neumann T. The mesoscale variability of nutrients plankton as seen in a coupled model// Dt. Hydrogr. 1996. - Z. 48/ - P. 49-71.

65. Gorczynsky W. Cisnienie powietrza w Polsce i w Europe. Warszawa, 1917. - 257 pp.

66. Gridded meteorological data. SMHI, Department of Oceanography, Goeteborg University. http://data.ecologv.su.se/Models/WeatherSMHI.html

67. Johnson R.A., Wichern D.W. Applied multivariate statistical analysis. Prentice-Hall International, Inc., London, 1992. - 642 pp.

68. Kalnay E., et al. The NCEP/NCAR 40-year Reanalysis Project// Bulletin of the American Meteorological Society. March 1996. - # 3. - 56 pp.

69. Kielmann J. Grundlagen und Anwendung ein numerischen Modells der geschichteten Ostsee. Teil 1 und 2// Berichte aus dem Institute fur Meereskunde an der Universitat Kiel. Kiel, 1981. - No. 87. - P. 67-84.

70. Klevanny K. Simulation of storm surges in the Baltic Sea using an integrated modelling system "CARDINAL"// Proc. Of the 19th Conf. of the Baltic Oceanogr. Sopot, Poland, 1994. - P. 328336.

71. Koch A. Model Information as a Base for Creating Sea-Regime Handbooks// Abstract Vol. of Challenger Conference for Marine Science: 2004, Liverpool, UK, 13-17 September 2004. -Liverpool, 2004. P. 164.

72. Krauss W. & Brugge B. Wind-produced water exchange between the deep basins of the Baltic Sea// J. Phys. Oceanogr. 1991. - #21. - P. 373-384.

73. Le Traon, P.-Y., F. Nadal, N. Ducet. An improved mapping method of multisatellite altimeter data// J. Atmos. Oceanic Technol. -1998. #15. - P. 522-534.

74. Liu Shiao-Kung, Leendertse J J. Multidimensional numerical modeling of estuaries and coastal seas// Adv. Hydrosci.- 1978 Vol.11- P. 95 - 164.

75. Lopatukhin L.J., Rozhkov V.A. et al. Estimation of extreme wind wave heights// JCOMM Technical Report. 2000. - N.9. - WMO/TD-N. 1041. - P.73.

76. Ogorodnikov V.A., Prigarin S.M. Numerical modelling of random processes and fields: algorithms and applications. VSP, Utrecht, the Netherlands, 1996. - 240 pp.

77. Simons T.J. Topographic and baroclinic circulations in the southwest Baltic// Berichte aus dem Institute fur Meereskunde an der Universitat Kiel. 1976. - No. 25. - P. 67-78.

78. Simons T.J. Wind-driven circulations in the southwest Baltic// Tellus. 1978. - #30. - P. 272283. ^

79. Sokolov, A.V., Andrejev, O.A., Wulff, F., Rodriguez-Medina, M. The Data Assimilation System for data analysis in the Baltic Sea. Contrib. Systems Ecol., Stockholm Univ., 1997. -№3. - 66 pp.

80. Tamsalu R. & Myrberg K. Ecosystem modelling in the Gulf of Finland. I. General features and the hydrodynamic prognostic model FINEST// Estuar. Coastal Shelf Sci. 1995. - #49. - 249273.

81. Toompuu A., Wulff F. Optimum spatial analysis of monitoring data on temperature, salinity and nutrient concentrations in the Baltic Proper// Environmental Monitoring and Assessment. -1992.-#43.-P. 283-308.

82. Wulff F., Rahm L., Rodriguez-Medina M. Long-term and regional variations in the Baltic Sea; 1972-1991// Finnish Marine Research. 1997. - # 262. - P. 35-50.