Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Пространственно-временная изменчивость температуры поверхностного слоя в северо-западной части Тихого океана и возможности ее статистического прогноза

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная изменчивость температуры поверхностного слоя в северо-западной части Тихого океана и возможности ее статистического прогноза"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КСМКТЕГ СССР ПО ГадРОШЕСРСйОГИИ ГОСУДАРСТВЕН!¡Ш ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи Валки Николай Сергеевич

Уда 551.465.63 (265.5)

• ПР0С1РЖТШНН0-.ВРИШ1АЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕЩЕРАТУРЦ ПОВЕРХНОСТНОГО СДОЯ В СЕЕР0-Г>Д1ОДЮА ЧЯСТИ ТИХОГО ОКЕАНА И ВОЗМОЖНОСТИ ЕВ СТАТИСТИЧЕСКОГО ПРОГНОЗА

11.00.08 - океанология

Автореферат диссертации на соиекбшо .ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1990

Работа выполнена в Дальневосточном ордена-Трудового Красны Знамени научно-исследовательском гидрометеорологическом институт Госкомгидромета СССР.

Научный руководитель: кандидат географических наук, старший научный сотрудник Покудоа Б.В.

Официальные оппоненты: доктор географических наук,

профессор К.П.Васильев

кандидат физико-математических наук К.М.Селемеяов

Ведущая организация:' Тихоокеанский н аучн о - и с с л ед о в а т ел ь с к и й институт рибного хозяйств, и океанографии (ТИНРО)

Защита диссертации состоится

„¿Г, ¿¿¿¿¿/¿„Я^ 1990 Г. в/^час^^мин. на заседаний специализированного совета К 024,02.01 в Государственном океанографическом институте (119838, ГСП, Москва, Г-34, Кропоткинский пер., б).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного океанографического института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совету К 024.02.01, кандидат ф.-м. наук Ю.А.Рева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИС1ЖА РАБОТЫ

Актуальность теми определяется необходимостью выявления особенностей разномасштабной пространственно-временной изменчивости температуры поверхностного слоя океана (ТГЮ) и ее аномалий, получения количественных характеристик птах процессов в целях построения прогностической модели ТНО, учитывающей сложный характер зарождения и эволюция локальных термических аномалий в районах активного рыболовства северо-западной части Тихого океана. Решению этих задач посвящена данная работа, выполненная в рамках темы 1.06.01 плана НИР и ОКР Госхомгидрэмета на 19С6-1990 гг.

Цель работы заключалась о исследовании изменчивости температуры поверхностного слоя океана в синоптическом и сезонном временных масштабах, уточнении особенностей ее пространственного мепомасштабного распределения, установлении возможности прогноза ТГЮ на основе статистического метода.

В соответствии с отим были поставлены следующие задачи:

- анализ сезонного хода и возможных'причин полу^одссй периодичности в колебаниях температуры водн;

- исследование синоптической изменчивости и структуры мезо-масштабных температурных неоднородностей на поверхности океана;

- анализ закономерностей и физических механизмов формирования крупномасштабных аномалий ТГЮ;

- районирование акватории по тинам временной изменчивости температуры вода и исследование структуры вн.утригодовых корреляционных связей между аномалиями ТПО;

- оценка возможностей и выработка рекомендаций по применению метода прогноза ТПО с заблаговременностью до трех декад на основе модели множественной авторегрессми.

Для решения поставленных задач возникла необходимость раз-

'работки технологии записи декадных карт ТЛЮ и судовых гидромет-данных rio СЗ части Тихого океана на технический носитель, включш программное обеспечение по их контролю и архивации.

Научная норлзня. В работе выявлены особенности сезонного хода, получена качественно новая, детализированная схема распределе ния амплитуд и фаз полугодовых колебаний ТГЮ. Показано, что весе! ний минимум полугодовой гармоники в умеренных широтах СЗ части Тихого океана может формироваться за счет увеличения облачности, а осенний - является следствием ускоренного п сравнению с океаном охлакдения атмосферы и усиления скорости ветра.

На основе качественно новой информации исследована синоптическая изменчивость ТГЮ, показана роль различных факторов в формировании тепловой аномальности поверхностного слоя, проведен ш« лиз возможности прогноза 'ГШ на основе упрощенной статистической модели,

В работе реализована принципиально новая методологическая схема занесения декадных карт ТПО на магнитный носитель, разработана и внедрена система контроля, записи и архивации попутных судовых гидрометнаблюдений, что позволило создать архив декадных значений ТПО в центре одкоградусныж квадратов (1975-1988 гг.) и, соотретственно, банк гидрометданных для СЗ части Тихого океана за 1981-3989 гг.

Практическая значимость. В работе показаны возможности и пр! водятся рекомендации по использованию статистического метода прогноза ТГЮ, который может найти применение при составлении промысловых прогнозов (ТИНРО, МРХ СССР). Полученный в ходе выполнения работы архив декадных карт на техническом носителе может быть использован при решении ряда задач, связанных с изучением структуры субарктического фронта, ее синоптической и сезонной изменчивости. Система сбора, контроля и архивации попутньи судовых гид-

ючетнаблюдений, а также созданный на ее основе архив могут присниться в целях мониторинга тепловых процессов на поверхности в еверной части Тихого океана (ДВНИГШ) и разработки дистанцион-ы- методов измерения ТПО (ИАПУ, ДВО АН СССР).

Фактический материал. В качество основного материала исполь-овянн декадные карты Японского метеоагенства за период 1964988 гг. Сформированный на их основе архив ТПО в центрах одног-адуенкх квадратов был использовал для анализа особенностей годо-ого хода и полугодовых колебаний температуры воды. Для объясие-ия физической природы полугодотгх колеёаний TITO привлекались анипз архива попутних судогоас гидршетиаблйдеииР. Анализ долго-ериодных колебаний ТПО и внутригодопых корреляционных связей fttyty се оншллияк» выполнен по среднемесячным дапшм в узлах оординатной сетки 5x5° архива Некайэса (1947-1973) и ДЬШ'П.П! I979-I9B2 гг.). Синоптическая изменчивость ТПО изучалась на особо дышит стационар: ¡их буев Японского метеоагензтна ОД 2I00I 58е30' с.ш., М5°20' п.д., Г> 21004 - 29о00* о.di., 135°00' о.д.) ^следование пространственной мезомаеи-табной структ} ;ы проьоди-ось по записям ТПО, произведенный на ходу судна с дискретность» амерениП 1-2 мили.

П п т одн и с с л е д о вн и ti. Решение поставленных в работе задач роводилось с использованием традиционных статистических методов, ри исслодосаиии временных рядов и пространственных записей ТПО рнменялись корреляционный и спектральный мтоды анализа. Дссто-эрноеть получаемых характеристик оценивалась но стандартный иэ-5дкк/!М (Д'е'пп'нс, Ватте, 1971, Бендат, Пирсол, 1574), Расчзты хцчацненних и турбулентных составлякцих бюджета тепла на поверх-зсти океана выполнялись с использованием "Рекогепдгций ао рас-зту составляющих радиационного баланса поверхности океана" !'ирд;:к и др., 1962) и "Методических указаний. Расчет турбулс-нт-

иых потоков тепла, влаги и количества движения над морем" (Ариель и др., 1981).

Апробация работы, Результаты работы докладывались на семинарах отдела Изучения гидрологических процессов в Мировом океане ДВНИГМИ (Владивосток, 19И4-19В9), на Всесоюзном совещании по исследованию и рациональному использованию биоресурсов дальневосточных и северных морей СССР (Владивосток, 1985), на Всесоюзном совещании по проблеме "Разрезы" (Одесса, 1984), на семинаре лаборатории термики и динамики океана ТОЙ ДВО Аг\ СССР (Владивосток 1909), на коллоквиуме лаборатории промысловой океанографии ТИНРО (Владивосток, 1909).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложения. Объем диссертации составляет 128 страниц, включая список литературы из 142 наименований, 4 таблицы, 21 рисунок и приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи работы, ее новизна и практическая значимость, приводятся основные положения, которые выносятся на защиту, дается краткая характеристика исходных материалов.

В первой главе приводит« описание массивов гидрометданных, использованных в работе, технология их записи на магнитный носитель и архивации.

Основным материалом для исследований ¡вились декадные карты ТПО. Для автоматизированного анализа этих карт на базе устройства ввода графической информации и соответствующего программного обеспечения была разработана принципиально новая система записи и архивации их на технических носителях. Указанная система, опи-

сание которой приводится а первом раздело, позволяет хранить информация с карт в виде изолиний, представленных последовательностью координат характернчх точек, та!: и расчетных значений ТПО в уз-чх задпнкой сетки.

Во втором рязделс дг-отся спигшшо свстсмн сбора, записи, контсролл и архивации попутных судовых гндрометнаблгадении. Эта система состоит из базн дянньх на нагкятнсм диске и программного ос:еспе'-сн"я, которое предусматривает следующие операции: базовый контроль гидрсметдянннх, исключение повторных телеграф.;, запись з базу суточных пакетов, управление данными, получение справочной информации.

3 это» ::;з разделе обсу./.дов'.'ел всг.ссси точности судотк данных по температуре воды. Проаедегаоо авторе:, 1 сравнение измерений ТПО, выполненных при пемоци датчика, расположенного и кингстониой зоробке судна (это метод измерений является основным на торговых судах), с данными 145 гидрологических станций, показало зашлаенве их в среднем на 0,14°С.

В третьем разделе приводится списание характеристик гкдро-метдшшнх, полученных по радиоканалу со стационарных буев.. Дтя анализа были взяты ряды измерен:!;! температуры воды, воздуха и атмосферного давления за 1903-1987 гг. Продолжительность, наблюдений в отдельных реализациях, при дискретности измерений три часа, превылила два года, что позволило проанализировать колебания гп-дрсмотеоэлсиентов в широком диапазоне чаете:.

Методн непрерывно!! регистрации температуры воды на ходу судна анализируется в четвертом разделе. 3 работе использованы два метода: при помощи буксируемого датчика с выводом информации на диаграммную ленту сачсписца, и встроенным в фильтр денного киш -стона датчике:.: температуры от стандартного измерительного комплекса "Зонд-батометр" с выведем на перфоленту. В зтом разделе

'обсуждаются вопросы точности измерений различными методами, делается вывод о пригодности обоих методов для решаемых а работе задач.

В заключительном разделе первой главы предлагается метод контроля попутных судовых наблюдений за температурой воды. Метод основан на аппроксимации в пределах 2,5-градусных квадратов исходных наблюдений поверхностью первого порядка:

I* = а г ^ + 6е > с (I)

где: ¿4; - ; V - ( 'Ь *•{• & А г 1 Ач" >

'/'с До - координаты левого нижнего угла заданного квадрата.

Коэффициенты й, находятся методом наименьших квадра-

тов. На следующем шаге по всем точкам в данном квадрате находится стандартная ошибка аппроксимации:

ь-,|Г|?7л7772 и) •

где: и - число наблюдений в квадрате; н - фактические измерения температуры.

Далее производится проверка данных. За допустимые принимаются те значения ТПО, которые входят в интервал:

{[-г* £ ^ 2б" (3)

1 <1

Проверка предложенного метода показала, его высокую эффективность, несмотря на то, что при расчете 5 используются данные, "засоренные" ошибочными величинами. Число забракованных телеграмм может достигать 4-5%, при этом число неправильно отсеянных не превышает 155 от общего числа телеграмм, поступивших за декаду.

Преимущество данного метода контроля заключается в том, что он учитывает пространственную тенденцию в распределении температуры воды. Предложенный метод может входить составной частью в

- 7 -

объективный анализ полей ТПО.

Во второй главе анализируется годовой ход температуры воды в СЗ части Тихого океана на основе декадных данных в одиоградус-ны.. квадратах за 1975-1588 гг.

Исходные данные были сглажены с месячный временным интервалом и подвергнуты спектральному анализу. Оказалось, что на большей части акватории наряду с годовыми в рядах ТПО значительную роль играют и полугодовые колебания. Исходя из этого, исходные ряды были -аппроксимированы суммой:

Т (*) = Т0 4 д, СмЫ -Ч>,} ♦ - Чг) (4)

где: То - среднее годовое значение ТПО; со = 27/-3 6 ; Лч амплитуды и фазы годовой и полугодовой составляющих.

Наиболее высокий г-кшштуди годовой гармоники отмечаются в пене субарктического фронта, а в районе Сангарского пролива они достигает 7,0°С. Весенний прогрев начинается на юго-западе (бто-ргш декада фэьраля), распространяясь далее в северо-восточном направлении вдоль побережья Японских островов. Во второй декаде марта он начинается и па северо-востоке исследуемого района. Соответственно, максимум в годовом ходе ТПО наступает во второй декаде августа на юго-западе и второй декаде сентября на северо-востоке.

Схе;/а распределения амплитуд и фаз полугодовой гармоники, полученная в данной работе, в значительной мере, отличается от установленных ранее в работах Панфиловой (1968, 1972), Ыузкченко (1936 и др.). Во шрг-нх, для полугодовой составляющей выявлены две зоны ел огиоеитвлым высоких шататуд. Первая зона (амплитуды I, 4-1, 5°0) расположена севернее 40° с.и. н вытянута в северовосточном направлении. Другая зона (амплитуды 0,5-0,б°С) отмечаете:! к юго-востоку от о-шч Хснея. Во-вторих,взееший иинииуи по-

- в -

лугодовой составляющей раньше всего (конец апреля-на;чало мая) отмечается в узкой поло'се, вытянутей практически зонально от 130 до 180° в.д. в пределах 26-27 и 29-31° с.ш., соответственно. Расширяясь, эта зона распространяется вдоль побережья Японских о-вов и к первой декаде июня охватывает практически всю исследуемую акватория. Наиболее поздние сроки наступления весеннего минимума отмечаются вдоль Курильских о-вов и на юго-востоке акватории. Интересно отметить, что аналогичным образом в это же время идет формирование мелкого (глубина менее 40 м) переушанного слоя с сезонным термоклином на нижней границе (Еазен,1971), что, по-видимому, указывает на тесную связь между собой этих процессов.

Выявленные особенности распределения амплитуд к фаз годовых и полугодовых гармоник прослеживаются в форме кривых климатического годового хода ТПО. Весной полугодовая волна находится в противогазе с годовой, что проявляется в наблюдаемом замедлении прогрева поверхностного слоя. Осенью фазы совпадают, и, как результат,' наблюдается ускореннее его охлаждение,

Ксхсдя из полученных результатов, была сделана попытка объяснить физическую природу полугодовой составляющей колебаний ТПО на основе модели сезонных изменений термоклина (Тернер, J.967). При отсутствии горизонтального теплообмена и адвекции тепла течениями в начальный период прогрева, когда термоклин поднимается, изменения температуры верхнего переметанного- слоя определяются уравнением:

_' Jo- Y .

ТГ - h (5)

где: Jo - поступление тепла за счет солнечной радиации;

Y - потери тепла на поверхности океана вследствие испаре-ия, турбулентного теплообмена с атмосферой и длинноволнового излучения; h - толщина переметанного слоя.

В рабоге показшо, что максимум в ходе радиационного баланса в умеренных широтах СЗ части Тихого океана наблюдается не в конце квня.п и мае. Это смещение обусловлено значительным ростом количества облачности. Б мае разность температур вода-воздух, вследствие быстрого прогрева атмосферы, становится отрицательной. Б нижних слоях атмосферы, вследствие охлаждения воздушых масс от подстил акхней поверхности, происходит конденсация водяного пара. В результате формируется зона повышенной облачности, которая располагается к востоку от Курильских островов и о-в.а Хокк"йдо.

Другая зона повышенной облачности располагается шнее о-ва Хонсю, где в мае-июне сгационирует ютаая ветвь полярного атмос ферного фронта.

Среднее положение оси максимальной облачности з мае, определенное по данным за 1981-1988 гг., соответствует положению и ориентации зон максимальных амплитуд, полугодовой гармоники 1110. Замедление прогрева, обусловленное увеличением облачности, по-видимому, является основной причиной возникновения весеннего минимума юлугодовой гармоники. Этот эффект» ка1; видно ко (5), усиливается тем, что глубина перемешанного слоя а рассматриваемый период ювелнка, поэтому даже небольшие задержки в поступлении солнеч-юй радиации или потеря тепла на поверхности будут существенно, ¡называться на замедлении роста ТПО.

Расчета показывают, что наблюдаемое изменение облачности

>т 7 до 9 баллов в этот период монет привести к снижению величн-

¡ы радиационного баланса на 50$, Если учесть, что в среднем его

о

¡еличина в рассматриваемый период, составляет 150-200 вт'м , то 1амедление роста ТПО при глубине термоклкна 60-40 м за месяц, сог-:асно (5), составит ~ 1,0-1,5°С, что подтверждает вышеизложенные оображения.

В осенний период, когда происходит заглубление термоклина,

изменения температуры определяются уравгзнием:

¡к 2Т ' 1Г (

где: Т"^ - температура воды на нижней границе термоклина.

Первый член в правой части уравнения (б) означает уменьшение температуры, обусловленное углублением перемешанного слоя и вовлечением холодной воды, а второй - изменения за счет теплообмена через поверхность.

Б то ».е время зависимость глубины перемешанного слоя от скорости ветра имеет ввд:

с[к ' с р,

(7)

где: и - скорость ветра; С=2,5 - эмпирический коэффициент; р - плотность воды.

Ускоренное по сравнению с океаном охлаждение атмосферы и резкое усиление скорости ветра в ноябре приводят к интенсификации теплообмена на поверхности океана и быстрому заглублении сезонного термоклина с вовлечением холодных вод на его нижней границе. Совместное воздействие повышенной теплоотдачи с поверхности и быстрое еаглубление термоклина вызывает ускоренное охлаждение поверхностного слоя, п как следствие, может быть причиной формирования осеннего минимума полугодовой гармонией ТПО.' Сродное положенно оси максимальных скоростей ветра в ноябре совпадает 'с зонами ее максимальных амплитуд, что подтверждает ото пред положенно.

В третьей главе исследуется шутрисезонная изменчивость ТПО на основе донных-стационарных буев и записей температуры соды, прсизнедонных нп ходу судна.

'Результаты спектрального' анализа показали, что во временных рядах (тюсфорного давления к югу от Японии (29°00'с.ш.,135°00в.

кроме годовой гармоники, прослеживаются двухмесячные, месячные, полумесячные и пяти-семис.уточные периодичности. Минимум ь годовом ходе давления приходится на летние, а максимум - на зимние месяцы. В колебаниях аномалий ТПО также отмечаются годовая, месячная, .полумесячная и синоптическая периодичности. Месячные и полумесячные ■ олебания ТГЮ связаны с,приливными явлениями (Фукс, 1982). Годовые и синоптические колебания аномалий ТПО запаздывают от соответствующих колебаний атмосферного давления на 80°, т.е. экстремальные аномалии ТПО формируются в переходные сезоны, а синоптическая изменчивость ТПО тесно связана с соответствующими процессами в атмосфере. Спектральный анализ рядов аномалии ТПО', проведенный отдельно для периодов прогрева и охлаждения, показал, что максимальная синоптическая изменчивость наблюдается весной.

К востоку от Японии (38°30'с.а., 145°30'в.д.) основной припой экстремальных синоптических флуктуации ТПО является меандри-рование субарктического фронта и вихреобразование на его границах, что подтверждается результатами спектрального анализа'. Причем, в период весеше-летнего прогрева доминируют трехмесячные, а в осенне-зимний сезон 24-сутбчные колебания. Такую-изменчивость, как показал анализ декадных карт ТПО, вносят1 в первом случае сезонные смещения на север границ субарктической фронтальной зоны, во втором - синоптические вихри, прохождение которых может вызвать изменения температуры воды за одни сутки на величину до 8°С.

Во втором разделе проведен анализ малодпскретных записей ТОО, произведенных летом и осенью-1987 г. Показано, что в период прогрева к югу от Японии доминируют неоднородности с размерами 300 км, при этом спад спектра в сторону высоких волновых чисел аппроксимировался степенной зависимостью

Анализ тренда в наблюдениях, выполненных с месячным интер-

валом вдоль меридиана 138°50' от 26 до 34° с.ш. показал, что его характер менялся в зависимости от положения оси полярного фронта. В июне, когда полярный фронт находился в районе 32° с.ш., происходил усиленный прогрев кжной части разреза, в результате чего температура, за месяц поднялась на 3,5°С, в то время как в его северной части роет Т110 не превысил 1,0°С. В июле ось полярного фронта сместилась на север в район 38-40° с.и., что сопровождалось уменьшением облачности на величину до пяти баллов и увели-

о

чением поступления тепла на поверхность океана на 100-150 Вт«м , и привело к повышению температуры воды в северной части разреза на 3,0-3,5°С, при практически неизменной температуре на юге. Б результате, в августе распределение ТПО к югу от Японии приняло квазистационарний характер.

Таким образом, скорость прогрева поверхностного слоя океана в исследуемом районе определяется в основном положением оси атмосферного полярного фронта и связанной с ним зоны максимальной облачности. Продолжительное стационирование полярного фронта в южном положении, или его аномально медленное смецение на север в период прогрева может стать причиной формирования отрицательных аномалий ТПО. В то »■« время, его быстрое смещение в северном направлении мотет привести к более ранним срокам начала прогрева и, как следствие, к формированию крупномасштабных положительных аномалий температуры поверхностного слоя океана.

На фоне длинноволнового тренда в записях ТПО можно выделить синоптические возмущения, вызванные прохождением тайфуна, либо вторжением вихревых образований. Кроме того, прослеживаются детали крупномасштабных образований в виде квазициклических колебаний, обусловленных спиралевидной структурой вихрей, проявляются -тупенчатыв структуры на фронтальных разделах и перемежающиеся структуры в зонах конвергенций холодных и теплых течений.. Разме-

ры этих неоднородностей составляют 10-60 миль, амплитуды до 2°С.

Результаты анализа малодискретных записей ТГ10 свидст<~льсту-ют, таким образом, о широком спектре ее изменчивости, причины которой обусловлены как процессами взаимодействия океана и атмосферы (длинноволновый тренд), так и чисто океаническими явлениями (меандры, вихри и т.д.), Мезоыасштабные неоднородности могут существенно поднять уровень "шума" з данных по ТПО и тем самым снизить эффективность ее прогнозирования.

В четвертой главе предпринят статистический анализ тепловой аномальности прилегающих к побережью Японии вод.

В кратком обзоре исследований, приведенном в первом разделе • главы, отмечается, что проблема определения механизмов, ответст-. венных за формирование аномалий ТПО, сводится, з основном, к уточнению роли отдельных составляют?ос бюджета тепла верхнего слоя океана. Анализ оценок компонентов теплового баланса верхнего квазиоднородного слоя северной части Тихого океана (Покудов, 1980, Немайес, 1983 и др.) показал, что долгопериодная изменчивость НЮ к востоку от Японии определяется изменениями адвекции теплых вод течением Куросио, а короткопериодныо Флуктуации обусловлены локальным взаимодействием океана и атмосферы.

В последние года в ряде работ .(Нестеров, 1981, 1984 и др.', Питербарг, 1986, .Алексеев, 1987) отмечается, что процессы генерации и последующей эволюции аномалий ТПО имеют сезонные особенности. В зимний сезон при максимальном развитии верхнего квазиоднородного слоя аномалии ТПО наименее чувствительны к атмосферным воздействиям. Летом основную роль в формировании аномалий ТПО играют аномалии солнечной радиации^ вызванные облачностью (Скрип-* тунова, 1981 и др.). Формирование тепловой аномальности связывается также со сроками наступления и продолжительностью переход-, ных сезонов. (Ломакин, Рогачев-, 1963).

Для СЗ части Тихого океана исследований генерации и эволюции аномалий ТПО явно недостаточно. Классификация изменчивости ТПО по типу взаимодействия океана и атмосферы на акватории, прилегающей к Японии (Тсба, 1981), носит обобщенный характер, поэтому чдесь необходимы дальнейшие исследования тепловой аномальности вод и механизмов ее формирования.

Во втором разделе проведен спектральный анализ 36-летних среднемесячных рядов аномалий ТПО в узлах сетки 5x5°, Предварительно из рядов аномалий был удален низкочастотный тренд, аппроксимированный полиномом второй степени. В результате анализа выявлены снергонесуцие периодичности в колебаниях, основными мз которых являются шесть-деоятъ лет, три, два года, 1о, 12, девять и кесть месяцев. По виду спектров представилось возможным выделить три района, с присущими ш особенностями колебании, прежде всего, в области низких частот. Флуктуации с периодом около иести лет преобладают п районах к востоку от Японии. Квазидвухле'шие колебания доминируют в районе восточнее о-ва Хоккайдо, а к югу от о-на Хонсю преобладают трехлетние и 15-ыесячпие периодичности,

В ©тем ке разд?ле обсухдиотся возможные причины выявленных периодичности!* в аномалиях ТПО.

В третьем разделе проведен анализ шутригодовых связей между аномалиями ТПО и каждом из выделенных районов. С этой целью были рассчитаны корреляционные матрицы, характеризующие междуыесячные взаимосвязи аномалий ТПО, как-синхронные, так и со сдвигом на один год:

(в)

| ^ ■- 'о

где: V —- ^ ¡к • ^ ? ¿=1,2,... 5 ..,12,

У - число попадающих в заданный ряКон точек;

- средние кгедрач'ические отклонения ниспалий 'ШО для

- 15 -

] -го месяца, рассчитываемые по формуле:

] -5?--

Анализ внугрисезониых связей показал, что наиболее коррелированными между собой на всей исследуемой акватории являются зимние месяцы. Январские и февральские аномалии ТПО в значительной мере связаны с аномалиями трех последующих месяцев. Наиболее короткие связи на всей акватории отмечаются з летний период.

Из межсезонных связей в районах к востоку от о-вов Хоккайдо и Хонсю выделяется устойчивая корреляция между текущими зимними у предшествующими о знними месяцами, обусловленная, по-видимому, влиянием холодных воздушных масс, выносимых с континента. В районе восточнее о-ва Хоккайдо такжя выделяется значимая связь между зимними и летними месяцами. К югу и востоку от о-ва Хонсю наиболее характерны связи между аномалиями осенних месяцев с предшествующими з;мне-весенними аномалиями ТПО. Эти связи могут быть обусловлены следующим обстоятельством. Аномалии ТПО в конце зимы-начале весны определяются аномальным теплосодержанием деятельного слоя океана, сформировавшимся в предшествующий период. По мере весенне-летнего прогрева вблизи поверхности образуется теплый кваз«однородный слой с термокяином на нижней границе. Этот слой маскирует аномальное теплосодержание деятельного слоя» -которое при последующем осеннем охлаждении с разрушением сезонного термоклина проявится на поверхности в виде соответствующей аномалии ТПО.

Выявленные особенности внутригодовых связей между аномалиями температуры воды предполагается использовать в дальнейшем при ■ разработке методов*ее долгосрочного прогноза.

В пятой- главе анализируются возможности статистического прогноза декадных величин ТПО на основе модели множественной авторзг-.

рессии с заблагсврьменностьв до трех декад.

Б первом разделе дастся краткий .обзор существующих методов прогноза температуры води. Отмечается, что численные методы прогноза, основанные на .уравнениях гидродинамики, не обеспечивают дос таточной эффективности вследствие, как оаибок задания начальных полей гмдроыетеозлемштоз из-за низкой точности их определения, так 'л шиуждйнного упрощения расчетных моделей, обусловленного не достаточным знанием параметров турбулентности п диффузии. Использование физико-статистических моделей при прогнозирований ТОО предполагает выбор наиболее информативных предикторов. Для исследуемого района Японским ыетеоагенствем составляются прогнозы на одну декаду на основе линегной зависимости между изменениями температуры води с потока.ми тепла на поверхности, адвекцией и дкффу-. зиой его в горизонтальном и вертикальном направлениям <5ик| , Ма.И&ае> 19«7). В основу модели берется уравнение теплопроводности в виде:

& = - С & - Ф'О (0- - <ю>

где: (.1,'£-",'(и - состаьля'счяе скорости течений; } ~ плотность морской воды; ^- толщина верхнего перемешанного слоя; # - отношение температуры поверхности к среднем температуре перемешанного слод; (I - поток тепла на поверхности океана; удельная теплоемкость поды.

Вводя соответствующие обозначения, уравнение (Ю) приводится 1С виду:

где первый член в право!! части уравнения означает адвекцию и дг.Ьфузии тепла в горизонтальном направлении, второй-- теплообмен нп нсиорхноети, и третиЯ - перенос тепла в вертикальном напрагле-

нии. Коэффициенты S , С находятся методом наименьших нпадра-тов по гидрометдашкм за I96I-I9BI гг. Испытания указанно;: модели по данным за 1982-1984 гг. показали ее преимущество перед климатическим и инерционным методами прогноза.

При отсутствии длительных рядов иетеонаблюдений представляет интерес метод прогноза, основанный на множественной авторегрессии, описание которого приводится во втором разделе. Метод предполагает наличие внутригодовых корреляционных связей между аномалиями ТПО. Уравнение для прогноза аномалий температуры воды имеет вид: . о, -ti * * (12)

где: ii - аномалии ТПО за предпествутацпе декады; С; - коэффициент ты, определяемые методом 'наименьших квадратсв.

Высокий уровень корреляции (Т?0,6) между декадами и радиус корреляции при уровне 0,6 (до б декад), рассчитанные по декадным данным за 1964-1987 гг., создают предпосылки для прогнозирования ТПО с большей, чем одна декада, заблаговременьостью. На основе модели (12) были даны прогнозы на I985-196S гг. с заблаговременнос-тью до трех декад для района, ограниче того 35-44° с.п. и MI-MS0 в.д. Сравнение с климатическим и инерционным методами прогноза показало, что по величине погрешности испытуемый метод имеет некоторое преимущество, особенно при заблаговременное™ в две и три декады. Ее величина составляла 1,02, 1,12 и 1,15°С, в то же время, при средней погрешности климатического метода 1,23°С, погрешности инерционного метода в среднем составили 1,16, I,83 и 2,52°С для тре'х декад, соответственно. Помесячный анализ применимости метода показал, что для прогноза с декадной заблаговрсмен-ностью он дает лучшие результаты з апреле, июле и сентябре-декабре (погрешности 0,8-0,9°С), для двух, декад - с августа по февральi и для трех декад - в течение всего года* крема, мая. и'октября,

когда предпочтительнее оказался климатический метод. Усовершенствование рассмотренного метода прогноза ТПО возможно, по-видимому, с привлечением в качестве предикторов данных по температуре воды п соседних квадратах и внешнего теплового баланса океана, тем самым учитывая адвективный фактор и синоптические процессы на границе двух сред.

В заключении работы сформулированы следующие выводы:

1. На основе 14-летнего ряда декадных данных в узлах одноградусной сетки для СЗ части Тихого океана выявлен;,: особенности гс-догого хода ТПО, получена новая, детализированная схема распределении акгаитуд и фаз ее полугодовых колебаний. Выделены две области с относительно высокими амплитудами полугодовой гармоники. Установлено, что важными причинами полугодовых колебаний ТПО здесь являются: лесной - формирование мелкого перемешанного слоя и увеличение облачности, а осень» - ускорение охлаждения поверхностного слоя за счет интенсивной теплоотдачи на поверхности'и быстрого заглубления термокмна с вовлечением холодних под на его «наши границе.

2. 1Ь дапныд стационарных буев выявлены внутригодовна периодичности флуктуация. ТПО, основными из которых к югу от Японии являются месячине и полумесячные приливные, а также синоптические (5-7 суток) колебания, наиболее шрлкетшыо в период прогрева. К ьос.х'ок.у от Японии и период охлаждения доминируют 24-суточние колебания ТПО, обусловленные процессам! вихреобразоБания, а в пзри од прогрела поверхностных вод - трехмесячные колебания, Еызвал-нпе сезонный смешением на севср границ- субарктического фронта,

■ .3. Спектральный анализ молодискрегш-к записей ТПО показал, что я период прогрева к югу от Японии доминируют неоднородности е рнгиереш ~300 "км, при »том спад спектра в сторону высоких ¡..'олнилл.-с «гаем- аппроксимируется степе!шоП оаг,«силос гьа К^'-К"^.

Характер длинноволнового тренда в это же время зависят от положения оси полярного атмосферного фронта, при атом величин«., и скорость прогрева поверхностного слоя океана регулируются количеством облачности.

4. На основе среднемесячных данных на прилегающей к Японии акватории выявлены яноргонесущие периодичности в колебаниях TÏÏ0, основными кз которых являются девять-аесть лет, три, два года, 15, 12, 9 и 6 месяцев. Проведено районирование акватории по типу временной изменчивости ТПО. В каждом из выделенных районов между аномалиями ТПО установлены значиино корреляционные связи, тлеющие практическое значение для долгосрочного прогноза ТПО: "зесна-осень" к востоку и югу от о-ва Хонся, а тадзе "зима-лете" - з районе, расположенном восточнее о-ва Хоккайдо.

5. По результатам прогнозирования ТПО а 1965-1988 гг. {144 декады) показаны преимущества статистического метода прогноза декадных величин ТПО на основе модели множественной авторегрессии по сравнении,с климатическим и инерционным прогнозами. Указанный метод по оправдиваекюсти и эффективности дает лучшие результаты с декадной заблагсвремениостью в осенний период (сентябрь-декабрь), с двухдекадной - с августа по февраль, и с месячной заблаговременностью - в течение' всего года, за исключением мая и октября. Пй оправдываемое™ предлагавший метод прогноза в среднем иие на 8, 28 и 40% инерционного метода и на 10, 12, и

8% климатического при заблаговреМсшости прогноза в одну, две и три декады, соответственно.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Пятин O.P., Рассадников Ю.Д., Нелезин А.Д., Ванин H.Ç. Информационное обеспечение исследований в ЭАЗО Куроси'о // Метеорология и гидрология.-1906.-Jf> 9,-С. 03-96.

2. Говор В.И., Рассадников Ю.А.,. Ванин Н.С, Опыт автомате-

эации процесса обработки и'архивации регулярной информации о температуре поверхности океана в ЭАЗО Куросио // Материалы Всесоюзного совещания по проблеме "Разрезы". -• 0дисса.-1984.-С. 56-60.

3. Ванин Н,С., Рассадников Ю.Л. Прогноз декадных значений температуры воды в северо-западной части Тихого океана // Тезисы до.тл. на 11 Всесоюзном съезде океанологов. Секция физ. и химии океана. Климат. -Л.: Гидрйметеоиэдат.-[967.~С. 70-71.

4, Еанин К.С. С синоптической л сезонной изменчивости температуры поверхностного слоя в северо-западной части Тихого океана по данным стационарных гидрометеорологических буев // ДВНШ.!И.-Вл дивосток.-1988.-16с. Деп. в ИЦ БНШШ4Щ 14.12.88 № 851-гм 88.

Подписано к печати 4.04.90 г., ВД V» 02277, Тира« - 100 окз. Заказ , Ксеплятно. Отпечатано - ¡1.0.11. ШТКС,

О'ъсм - 0,'Н п.л.