Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Статистические закономерности пространственного и временного распределения дождей в горных районах Казахстана

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Статистические закономерности пространственного и временного распределения дождей в горных районах Казахстана"

РГБ Ой

; к СЕН 1ВГ;:

ГЛАВПОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ ПРП КАБИНЕТЕ МИНИСТРОВ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАП

КАЗАХСКИН Н АУЧНО-ПСС ЛЕДОВ АТЕЛЬСКИН ГИДР031ЕТЕ0Р0Л0ГИЧЕС11ПИ ИНСТИТУТ

На правах рукописи ТАЛАНОВ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАК0Н0МЕ РН лСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО И ВРЕМЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ДОЖДЕЙ В ГОРНЫХ РАЙОНАХ

КАЗАХСТАНА

11.00.09 — метеорология, климатология и агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Алматы — 1994

Работа выполнена в Казахском научно-исследовательском гидрометеорологическом институте Главного управления по гидрометеорологии при Кабинете Министров Республики Казахстан.

Научный руководитель - кандидат географических наук,

Ведущая организация - Институт географии HAH PK

Официальные оппоненты - доктор географических наук,

профессор О.А.Подрезов - кандидат географических наук, СНС С.И.Тюребаева

Защита диссертации состоится "Н " 0KTagPa Х994 г. в Ю00 часов на заседании Специализированного совета К.44.00.01 в Казахском научно-исследовательском гидрометео-

рологическом институте. ТА-& С ZL ¿3 б Ь о о

О диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке КазНМГШ.

СНС В.П.Мочалов

Автореферат разослан " % " с&nrs>fb* 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актх§льность_темы. В последние несколько десятилетий в гидрометеорологии формируется новое научное направление, связанное с пространственно-временным распределением жидких осадков за короткие интервалы времени. Исследованию пространственно-временной структуры дождей посвящены многочисленные работы для равнинных и, в меньшей степени, горных районов. Направленность этих исследований, как правила, ограничена определением норм или анализом одномерного распределения продолжительности и количества осадков, чаша всего не увязанных между собой.

Современный уровень научных исследований в смежных с климатологией дисциплинах таких, например, как гидрология, селеволенив требует более детального и углубленного изучения структуры полей жидких осадков в горшх районах. Решение целого ряда прикладных гидрометеорологических задач, в частности, исследование процессов эрозии почв и грунтов, расчет и прогноз паводков и селей довдевого происхождения зависит от знания закономерностей пространственного и временного распределений жидких осадков. Результаты широко используются при проектировании и строительстве селезаградотелышх плотин, городских канализационных систем, водно-дренажных сетей.

В Казахстане наиболее густонаселенными и обжитыми районами являются предгорья хребтов, расположенные вдоль .юго-восточных государственных границ. На горной территории развита селевая деятельность. Наибольшей селевой активностью отличается Зашшйс-кий Алатау. Сели возникают преимущественно от выпадения дождей

ливневого характера с количеством осадков более 30 мл. Именно поэтому данная работа, посвященная изучению статистической структуры полей жидких осадков в горных районах и разработке методики вероятностного прогноза селей ливневого происхождения, является актуальной и целесообразной. Прогнозирование селей, связанных с доздями, хотя бы с небольшой заблаговременностью позволит предотвратить или уменьшить ущерб, наносимый ими народному хозяйству. Важность данной проблемы признана и на международном уровне: Организацией Объединенных Наций на 1990-е года принята программа международного десятилетия по сокращению ущерба от стихийных бедствий.

Цель и задачи исследований. Основной целью проводимых исследований является изучение статистической структуры приземных полей суточных сумм жидких осадков в горных условиях и анализ закономерностей пространственно-временного распределения жидких осадков на территории Южного Казахстана. Предполагалось проведение статистического анализа характеристик дождей - слоя, продолжительности и интенсивности. Направленность исследований подчинена идее использования экстремальных значений интенсивности выпадения дождей при вероятностном прогнозировании стихийных гидрометеорологических явлений, в частности, селей.

В процессе исследований необходимо было решить следующие з адате:

выбрать методологию статистического анализа' характеристик доэдей и оценить точность определения параметров распределения суточных сумм жидких осадков в различных физико-географических

условиях;

установить соотношение между равнообеспеченными величинами слоя и продолжительности довдей;

исследовать статистическую структуру приземных полей суточных сумм жидких осадков в горных районах Западного и Северного Тянь-Шаня, Казахстанского Алтая;

разработать аналитический способ интерполяции и экстраполяции количества осадков по высоте местности в условиях достаточной или ограниченной информации;

создать пакет программ на ЭВМ для вычисления статистических параметров распределения количества (слоя) осадков в пункте и по площади, а также моделирования условного поля осадков в реальном масштабе времени выпадения доадей;

разработать методику краткосрочного вероятностного прогноза селей ливневого происхождения и наметить пути реализации.

Методика исследований. Дожди характеризуются сильно выраженной дискретностью и значительной неравномерностью выпадения количества осадков по территории. В силу этого наиболее эффективными являются методы статистического анализа данных наблюдений за дождями. Из числа существующих практических приемов оценки статистических параметров жидких осадков, предложенных Г.А.Алексеевым, Я.Д.Алибеговой, И.В.Литвиновым, Ц.А.Швер -и другими, предпочтение отдано методике Ю.Б.Виноградова, которая наиболее полно позволяет решить вопросы вероятностного расчета и прогноза селей дождевого происхождения.

По вариационному ряду х4> хг >.....> хп для каждого члена

с порядковым номером m с помощью формулы

F*(x) = Р*= m/n

оцениваются вероятности рЛ, которые попарно со значениями х. , и представляют собой координаты эмпирической функции распределения f*(x). Предпочтение отдается всей совокупности наблюденных данных, которая дает гораздо более полное и надежное представление о повторяемости отдельных es элементов, в том числэ и максимальных значений, чем изучение значительно более короткого ряда, составленного из годовых максимумов.

С помощью гибкой системы функционально-нормальных распределений аппроксимируются эмпирические кривые обеспеченности исходных величин: количества и продолжительности осадков. Вычисление параметров аналитической функции распределения производится по трем репорным точкам эмпирической кривой обеспеченности исследуемого элемента. В качестве эмпирической кривой обеспеченности интенсивности выпадения осадков для отдельных дождей используется вариационный ряд относительной величины продолжительности и соответствующего слоя осадков, выпавших с интенсивностью, превышающей заданный ее уровень.

Поле осадков педставляется нормализованными величинам, что упрощает решение любых статистических задач, особенно при применении разного рода критериев и при многомерном анализе, по-настоящему эффективном лишь , для нормальных совокупностей случайных величин. При этом зона выпадения осадков в пределах заданного за?жнутого контура определяется "особенностью взаиморасположения

точек в рамках моделирования полей", используя аппарат теории марковских цепей.

На основе выявленных статистических закономерностей пространственно-временного распределения жидких осадков и изучения механизма формирования селевих потоков разработана методика краткосрочного вероятностного прогноза селей ливневого происхождения.

Материалы.В процессе исследований были использованы измеренные количества осадков за сутки, а также слои, продолжительности и интенсивности дождей на стационарной осадкомерной сети Госкомгидромета СССР. Осуществлена выборка архивных данных о жидких осадках с апреля по октябрь за период наблюдений с момента открытия станции до 1975 г. Дополнительно собраны данные о жидких осадках по территории северного склона Заилийского Алатау по 1989 г. включительно.

Привлечены материалы специализированных исследований за условиями формирования селей в низкогорном поясе Заилийского Алатау, полученные специалистами КазШГМИ и Казгидромета в период

1972 - 1993 гг.

На^чная_новизна исследований состоит в том, что впервые:

определены статистические параметры пространственного и временного распределений суточных сумм жидких осадков в различных физико-географических условиях на горной территории СССР, включая Казахстан;

уточнены значения параметров связи между равнообеспеченными величинами слоя и продолжительности дождей;

выполнен статистический анализ суточных сумм жидких осадков на ЭВМ с использованием методов нормализации и выравнивания

эмпирических функций распределения по трем реперным точкам;

разработан аналитический способ интерполяции и экстраполяции количества осадков по высоте местности в условиях достаточной или ограниченной информации;

построены на единой методической основе карты пространственного распределения суточных сумм жидких осадков 1% обеспеченности для горной территории Казахстана;

разработана методика краткосрочного вероятностного прогноза селевых явлений при наличии количественного прогноза жидких осадков для бассейна р.Акжар. На защиту выносятся:

аналитический способ интерполяции и экстраполяции количества осадков различной обеспеченности по высоте местности в условиях'достаточной или ограниченной исходной информации;

карты пространственного распределения суточных сумм жидких осадков I % обеспеченности для горных районов Казахстана (масштаба 1:1000000);

методика краткосрочного вероятностного прогноза селевых явлений ливневого происхождения для бассейна р.Акжар.

Практическая ценность выполненных исследований состоит в использовании выявленных закономерностей пространственно-временного распределения суточных сумм жидких осадков для решения за-' дач прогноза и моделирования случайного процесса выпадения дождей в условиях горного рельефа местности. Построенные карты изолиний суточных суш жидких осадков 1%-ной обеспеченности на территории Южного Казахстана позволяют определять критериальные зна-

чения для расчета максимальных расходов дождевых паводков, повторяющихся в среднем один раз в сто лет, на малых водосборах. Суточные слои жидких осадков, вероятностью превышения Р=1%, применяются в качестве косвенного показателя территориального распространения селей ливневого происхождения и их расходных характеристик на мелкомасштабных картах селевой опасности территории.

Полученные результаты позволяют осуществлять разработку методик краткосрочного вероятностного прогноза селевых явлений при наличии количественного прогноза жидких осадков. В частности, разработана методика, позволяющая по прогностическим значениям количества осадков на двенадцатичасовой интервал времени в пункте Алматы, составлять вероятностный прогноз селеобразования на текущий день с заблаговременностью 12 часов "и последующую ночь с заблаговременностыо 24 часа в бассейне р.Акжар.

Результаты статистической обработки и обобщения суточных сумм жидких осадков использованы 19 подразделениями Госкомгидромета СССР при составлении мелкомасштабных карт селевой опасности на территории их деятельности. В частности, ЗакНИГМИ подготовлена и издана карта селевой опасности Закавказья и Дагестана, на которой автором построена система изолиний суточных суш жидких осадков, вероятностью превышения Р~1% / 7 /.

Методика краткосрочного вероятностного прогноза селеобразования для бассейна р.Акжар применяется в оперативной практике Казгидромета (в качестве консультативного прогноза).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции по селевым потокам в

г.Ташкенте (1978 г.), второй научной конференции по проблемам гидрологии Дальнего Востока и БАМа (1983 г.), Международном симпозиуме: Водные ресурсы Центральной Азии и проблемы охраны окружающей среды (1993 г.), конференции молодых специалистов, заседаниях Ученого совета КазНИГШ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, включая одну монографию (в соавторстве), общий объем которых составляет 9 печатных листов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы - 184 е., включая 18 рисунков, 16 таблиц и список литературы из 141 наименования, в том числе 34 зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель и задачи, дается краткое содержание каждой главы представленной работы.

§_Щфвой_главе рассмотрены особенности исходных данных наблюдений за осадками и их влияние на вариационные ряды. За жидкие условно принимаются осадки, которые выпадают при положительной среднесуточной температуре воздуха 2 °С и более. Точность измерений оценивается от 2 % до 10 %. Наибольшие погрешности наблюдаются для количества осадков менее 10 мм. Анализ числа зафиксированных осадков со слоем менее I мм среди всей совокупности случаев показал, что их доля составляет от 30 % до 60 %. Для всех эмпирических рядов суточных сумм жидких осадков принято постоян-

и

нов значение степени усечения распределения равное 55%. Разработаны алгоритмы вычисления параметров функционально-нормального распределения по трем реперным точкам эмпирической кривой обеспеченности количества осадков. Удовлетворительная оценка меры сходимости эмпирических и теоретических кривых распределений получена с помощью непараметрических методов (при 5% уровне значимости). Статистические параметры распределения суточных суш жидких осадков приведены к единому 25-летнему периоду . (1951-1975 гг.). Исходные вариационные ряды включают несколько сот случаев, порой превышающих 1000.

Нормализация и выравнивание суточных сумм осадков наглядно демонстрируется для 17 станций (постов), расположенных в различных физико-географических условиях в горных районах (Хибины, Приполярный Урал, Алтай, Саяны,. Хамар-Дабан, Сихотэ-Алинь, Кавказ, Тянь-Шань, Памир).

Плювиографические измерения малочисленны и отрывочны, поэтому приходится тлеть дело с рядами продолжительности выпадения дождей "статистически неполноценными". Для их анализа, в данной работе, используется метод Ю.Б.Виноградова, позволяющий установить зависимость между равнообеспеченными величинами слоя ( Нр ) и продолжительности ( Тр ) выпадения осадков. Указанное соотношение имеет следующий вид

Т = а Н ( I )

р р

С запада на восток значения параметра п изменяются от 0,81 для Карпат до 0,89 для Алтая, а затем уменьшаются до 0,70 для Сихотэ-

Аликь. С севера на кг значения этого параметра составляют от 0,81 для Приполярного Урала до 0,85 для Тянь-Шаня, а на крайнем юге (Памир) п=0,81. Для горной территории , без районов, находящихся под воздействием Тихоокеанского переноса воздушных масс, среднее значение параметра п = 0,83 и оно рекомендовано для использования при • расчете продолжительности дождей. Тогда параметр а будет характеризовать метеорологические особенности данной местности в отношении средней интенсивности выпадения осадков. В частности, на горной территории Казахстана а принимает значения в интервале от 34 до 68. Для пустынных и полупустынных районов (метеостанция Или) характерна слабая интенсивность выпадения осадков (а=63). В предгорье (Алматы, ГМО) увеличивается интенсивность дождей, что отображает параметр а-53. Для сред-негорного пояса (Усть-Горельник) наблюдается выпадение ливневых дождей (а=34). В высокогорье (Мынкилки) осадки выпадают с меньшей интенсивностью (а=44). Теснота связи между слоем и продолжительностью дождей оценивается коэффициентом корреляции 0,52-0,84 при точности его определения в среднем 0,02.

Вторак_глаза посвящена исследованию закономерностей распре-дэления жидких осадков на горной территории Казахстана. Суммарная площадь тести административных областей - Южно-Казахстанской, Жамбылской, Алматкнской, Талдыкорганской, Семипалатинской и Вое- . точно-К&захстанской составляет около 0,8 млн. км2, из которых 64% площади занимает горная территория с отметками абсолютных высот более 500 м.

На рассматриваемой территории действует 257 пунктоз наблюде-

ний за осадками, из них 172 находится з горной местности. В среднем одна станция приходится на 3000 км2, что является крайне редкой сетью для учета самых изменчивых метеорологических элементов - осадков. На горной территории Казахстана станции расположены весьма неравномерно, особенно по высотным поясам. Наиболее плотная сеть пунктов наблюдений за осадкауи находится в Юкно-Казахс-танской (одна станция на 1400 км2) и Талдккорганской (одна станция на 1700 км2) областях, а менее всего изучена в метеорологическом отношении Семипалатинская область (одна станция на 11С00 км2). В диапазоне" абсолютных высот 1500-2250 м действуют 25 пунктов, а в высокогорном поясо их количество равно пяти. А'логолет-ниэ (более 50 лет) периоды наблюдений за осадкам имеют 24 пункта, тогда как 25-летние (1351-15^5 гг.) ряды имеются на 155 станциях. Неравномерное размещение ссадкомершх пунктов к слабос освещение среднегорнкх и высокогорных поясов в метеорологическом отношении затрудняет изучение сложного пространственно-временного распределения количества жидких осадков за короткие интервалы времени.

Для анализа статистической структуры приземных полей жидких осадков на горной территории Казахстана составлено более ЮСО корреляционных таблиц суточных сумм осадков за теплый сезон года. Для этого были использованы материалы по 73 осадкомершм пунктам. Параллельный период наблюдений за оса "нами в большинство случаев (66 %) составлял более 20 лет. В результате формирования пар дождемеркых. пунктов оказалось, что расстояния между ними по карте варьируют от 10 км до 400 км, а превышение одного пункта над

другим составляет менее 500 м в 68 % случаев и превышает более 1000 м в 4 % рассмотренных случаев.

Корреляционная функция нормализованного поля суточных сумм жидких осадков удовлетворительно аппроксимируется экспоненциальной зависимостью

г = г (О) ey.pl- L/L0), ( 2 )

где г(О)- значение эмпирической корреляционной функции при нулевом расстоянии; l - расстояние между точками поля, км; l0 - радиус корреляции, км. Для северного склона Заилийского Алатау в интервале расстояний от 10 км до 200 км параметры reo) = 0,79 и i/l0= 0,008, а для. Джунгарского Алатау и Казахстанского Алтая в интервале- от 20 км до 400 км параметры имеют значения 0,77 и 0,005 соответственно.

В качестве количественного критерия репрезентативности осад-комерных наблюдений' используют точность, с которой данные измерений в отдельных точках характеризуют осредненные по площади значения осадков.

Установлено, что нормированная величина суточных суш жидких осадков при условии s<up)=0,9 может считаться постоянной на площади 40 км2 в районах Южного и 180 км2 в горных районах Восточного Казахстана.

Разработан аналитический способ интерполяции и экстраполяции количества осадков с высотой местности.При наличии достаточной информации определяется зависимость статистического парзмет-

ра распределения суточных сумм жидких осадков (параметр дождливости) от высоты местности, которая аппроксимируется выражением

На=АЬП еу.р(— СМ, ( 3 )

где н, - количество жидких осадков (параметр доэдливости) на высоте и,м) метеорологической станшш, мм; и=г/г0- приведенная высота местности относительно верхней границы (г0,м) выпадения осадков в жидком виде; а, п, с - параметры уравнения.

В условиях ограниченной исходной информации предлагается использовать теоретическую функцию распределения абсолютных высот по величине параметра дождливости. В качестве аппроксимирую- . щей функции выбрана кривая Пирсона Ш типа

V

ф(2>=------г1*"1 е*р(-а г), г>о Л 4 )

Г(г»>

параметры которой определяются по соотношениям

п = V - 1, ( 5 )

с/2о = а. ( 6 )

Таким образом, количество жидких осадков или величина параметра дождливости на определенной высоте < г ) склона хребта может быть рассчитана по выражению

v

Н*= Но~---- г"^1 ехр (— ОЗ.) , (7)

Гт

где н0 - максимально возможное количество жидких осадков ( зна-

чение параметра дождливости) для рассматриваемого райо- . на, мм.

Автором произведена оценка зависимости статистических параметров распределения суточных сумм жидких осадков от высоты местности в бассейнах рек Малой и Большой Алматинок. На северном склоне Заилийского Алатау максимум суточных суш жидких осадков редкой • повторяемости приходится на интервал абсолютных высот 1400-1650 м, а наибольшее среднее число суток с осадками ( т, ) наблюдается на высотах 1700 - 1900 м. Мера погрешности интерполяции суточных сумм жидких осадков редкой повторяемости (Н1Ч) на склоне хребта составляет 10%, а для HJOV эта ошибка увеличивается до 20Z. Погрешность интерполяции среднего числа дождливых суток в году со слоем осадков II >1 ш на склоне хребта достигает 50

Принципиально важными вопросами для определения районных интерполяционных кривых распределения праметра дождливости в горах являются:

выбор опорных осадкомерных пунктов с репрезентататными данными;

определение высотного пояса максимума дождливости;

определение границ района с применением метода географической интерполяции на основе учета климатических и орографических факторов.

Пространственное распределение параметров дождливости может быть представлено в виде системы изолиний на гипсометрической основе географических карт мелкого масштаба.

На горной территории Казахстана среднее число суток со слоем осадков больших или равных I мм (т4) изменяется в довольно . большом диапазоне от 16 до 60, а суточные суммы жидких осадков повторяемостью в среднем одам раз за сто лет (Н1М) имеют значения от 24 мм до 120 мм. На горной территории Юзиого ' Казахстана максимум дождливости наблюдается в интервале абсолютных высот 1200 - 1600 м, поднимаясь до 1800-2000 м на северном склоне хребта Кетмень и южном склоне Джунгарского Алатау. На северном склоне Джунгарского Алатау и на склонах мощных хребтов Казахстанского Алтая максимум дождливости отмечается на высотах 1000-1200 м, а на периферийных горах он спускается до отметск 600-800 м над уровнем моря. Максимальные суточные суммы жидких осадков I % обеспеченности наблюдаются в низкогорном поясе центральной части хребта Каратау и на склонах гор Алатау (Hjw=I20 мм), а также на северном склоке Заилийского Алатау (Н1)4=100 мм). Наибольшая территория внутри зажну той изолинии, соответствующей 75 мм, находится в бассейне р.Уба (Казахстанский Алтай). В высокогорном поясе хребтов Заилийского Алатау, Кунгей и Терскей Ала-Тоо значение параметра Н4м=30 мм.

В третьей главе исследованы особенности сезонного хода летних осадков, пространственные корреляции количества осадков за короткие интервалы времени, а также климатические различия выпадения дождей на северном склоне Заилийского Алатау.

В настоящее время изучить статистическую структуру полей зкидкнх осадков для различных типов синоптических процессов в горных районах не представляется возможным, в основпом, из-за

недостаточного объема исходных данных. Представление о таких полях можно получить для календарных периодов (месяц, декада). По декадам теплого сезона года определена вероятность X того факта, что в данные сутки наблюдалось выпадение осадков. Наибольшее колебание вероятности X наблюдается в среднегорном поясе. Так, в первой декаде июня вероятность ЫЭ,67, а в конце лета она уменьшается до Л.-0.20. Для двух соседних точек в рамках альтернативы "есть осадки-нет осадков" под несовпадением обстановки понимают наличие осадков в одной из точек и отсутствие их в другой. Характеристиками поля осадков служат следующие вероятности:

несовпадение обстановки у;

систематического (климатического) несовпадения о; случайного несовпадетая ц. В горах максимальная величина вероятности систематического несовпадения по высотным поясам выпадения осадков в течение суток составляет 0,33 (первая декада июня), а наименьшие ее значения 0,09 - 0,12 приходятся на последние декада апреля и августа.

На тесноту корреляционных связей между осадками в различных точках поля влияет млеющее место несовпадение по территории выпадение жидких осадков в течение суток. С увеличением расстояния корреляционные функции поля суточных сумм жидких осадков резко убывают, достигая на удалении 15 км значений коэффициента корреляции г=0,7 в первой декаде июня и г=0,6 в первой декаде августа.

Среднее число дождливых суток со слоем осадков Н>0,1 мм

(<п) и их внутрисезонный размах больше в горах, чем в предгорных, районах. Так, в летний период (июнь-август) вше 2500 м над уровнем моря размах параметра т составляет от 7,8 до 2,8 суток, а до высотных отметок 1000 м - от 5,1 до 1,5 суток.

Сравнительно малый объем исходной информации (выборки), используемой для анализа суточных сумм осадков по декадам теплого периода года, является основной причиной увеличения различий между эмпирическим и теоретически;»! распределениями. В предгорных районах в конце мая и начале июня наблюдаются наибольшие значения суточного слоя осадков, вероятностью превышения Р=1%, которые могут составлять 170 мм (Алматы, МО) и 190 мм (Талгар). В это время года в горах значения слоя осадков той же повторяемости наполовину меньше, чем в предгорье. В конце июня картина меняется и максимум дождливости смещается в высокогорье, где значения суточного слоя осадков I % обеспеченности не превышают НО мм. Выявленная для летнего сезона статистическая зависимость суточного количества осадков от высоты местности подтверждается на примерах отдельных случаев выпадения обильных дождей в бассейне р.М.Алматинки. Средняя квадратическая ошибка отклонений между значениями, полученными расчетным путем и измеренным количеством осадков за сутки в диапазоне абсолютных высот 450 -3500 м, составляют менее 10 мм. Мера погрешности сопоставления наблюденного и интерполированного значения суточных сумм жидких осадков составляет 50 %.

Случайный процесс интенсивности выпадания дождя характеризуется средним уровнем пульсаций и пропорциональным ему размахом

колебаний интенсивности. Для плювиографических пунктов, расположенных на северном склоне Заилийского Алатау, получены обобщенные эмпирические кривые обеспеченности преобразованной интенсивности выпадения дождей (з.*=1./л) при различном слое и продолжительности осадков. Соответствующая проверка подтвердила удовлетворительное согласие между эмпирической кривой распределения величины х* и показательным законом. Установлена зависимость коэффициента изменчивости интенсивности осадков от высоты местности. Наибольшая изменчивость интенсивности осадков отмечается в сред-негорном поясе Заилийского Алатау, где на высоте 2000 м значение с, и* >=1,26. Для низкогорья коэффициент вариации интенсивности осадков составляет 1,1, а для высокогорья (3000 м) су(1*>=1,0. Кривые обеспеченности интенсивности осадков позволяют определить вероятность превышения заданных пороговых значений, что особенно важно для решения многих гидрометеорологических задач.

Четвертая_глава посвящена разработке методики краткосрочного вероятностного прогноза селевых явлений при наличии количественного прогноза осадков. Метод вероятностного прогноза селевых потоков ливневого происхождения опирается на статистические закономерности пространственно-временного распределения жидких осадков, а также на физический принцип, с помощью которого оценивается возможность развития селевого процесса в очаге. Вероятностный прогноз ливневых селей включает два этапа: I) краткосрочное прогнозирование количества осадков для заданного пункта, находящегося за пределами селевого очага; 2) моделирование условного поля осадков и оценка вероятности превышения критерия

селеобразования.

Для конкретных селевых очагов определяют критические условия формирования селей, включающие пороговые (минимальные) значения интенсивности дождей за период, численно равный времени концентрации стока с поверхности водосбора.

Метод вероятностного прогноза селей апробирован для очага рассредоточенного селеобразования (ОРС), находящегося в бассейне р.Акжар. Установлено, что вероятность формирования селевого потока резко возрастает, если в период выпадения ливневых осадков интенсивность дождя за время концентрации стока (1=10 мин) превысит 0,24 мм/мин (критерий селеобразования).

По результатам численных экспериментов, выполненных на ЭВМ, построены номограммы для краткосрочного вероятностного прогноза факта наличия (отсутствия) селеобразования в контрольном очаге Акжар по декадам теплого периода года. В селеопасный период 1991-1993 гг. были проведены авторские испытания методики прогноза селеобразования с использованием количественного прогноза осадков на 12-часовой интервал времени с заблаговременностью 1224 часа в пункте Алматы. Всего было составлено 230 прогнозов факта наличия (отсутствия) селеобразования. За эти три года зафиксировано II селей в ОРС Акжар. Характеристики успешности прогнозов получены по фактическим и прогностическим значениям. количества осадков за полусуточный и суточный интервалы времени' на метеостанции Алматы, ГКО. Точность краткосрочных вероятностных прогнозов факта наличия (отсутствия) селеобразования по критерию Брайера (рэ >0,9) считается удовлетворительной. Качество

альтернативных прогнозов наличия селеобразования на суточный интервал времени оценено как неудовлетворительное, так как в дни прохождения селей в ОРС Акжар спрогнозированная вероятность факта явления составляла менее порогового значения 0,8. Таким образом, краткосрочный вероятностный прогноз факта наличия (отсутствия) селеобразования целесообразно составлять на короткие интервалы времени (12 часов и менее) и сообщать потребителям в вероятностном виде.

В заключении приведены основные результаты работы.

1. Установлено, что эмпирические распределения суточных суш жидких осадков имеют значительную положительную асимметрию. Число случаев с количеством осадков менее I мм составляет 30-60% от всей совокупности, несмотря на существенные погрешности их измерения и недоучет. Степень усечения эмпирических распределений суточных сумм жидких осадков на точку Н=1 мм принята величиной постоянной и равной 0,55.

2. Рассчитаны параметры функционально-нормального распределения на ЭВМ с применением методов нормализации и выравнивания усеченной эмпирической *фивой обеспеченности суточных сумм жидких осадков по трем реперным точкам. Удовлетворительное совпадение эмпирических и теоретических функций распределений подтверждается с помощью критерия х* при 5%-ном уровне значимости.

3. Определены параметры связи между равнообеспеченными величинами слоя и продолжительности дождей (коэффициент корреляции 0,52-0,84), позволяющие рассчитывать стандартные параметры двумерного распределения рассматриваемых характеристик осадков.

4. Выявлено, что смоделированные средние по площади количества осадков являются репрезентативными в пределах 40 кмг в Южном и ISO кмг в Восточном Казахстане. С увеличением размера территории редукция среднего слоя осадков по площади резко увеличивается, начиная с 4000 км2.

5. Разработан аналитический способ интерполяции и экстраполяции количества осадков (параметра дождливости) по высоте местности в условиях достаточной или ограниченной исходной информации. Выявленные закономерности распределения осадков на северном склоне Заилийского Алатау хорошо согласуются с данными непосредственных измерений на стационарной сети. Мера погрешности ин-терполяшш параметров дождливости на склоне хребта достигает 50%.

6. Впервые для горных районов Казахстана на топографической основе масштаба 1:1000000 построена система изолиний суточных сумм жидких осадков обеспеченности с учетом высотного (склоновох'о) и территориального их распределения.

Зона максимума дождливости на склонах северной экспозиции находится на абсолютных высотах 1200 - 1600 м, а на склонах южной ориентации на 1800-2000 м. Среднее число суток с дождем изменяется от 45 до 60, а экстремальное количество осадков за сутки следует ожидать в среднем один раз в сто лет в центральной части хр.Каратау и на склонах гор Алатау (HJM=I20 мм), Заилийского Алатау (HJM=I00 мм) и в районе Убинского хребта (Нч=П0 мм). Полученные результаты были использованы для оценки категории селевой опасности территории Казахстана.

7. Установлено, что в пределах северного склона Заилийского

Алатау наблюдаются значительные внутрисезонные колебания как вероятности выпадения жидких осадков, так и их количества. Учет внутрисезонной изменчивости статистических параметров поля жидких осадков особенно важен при прогнозировании селевых явлений.

8. В результате анализа и обобщения случайных процессов интенсивности выпадения дождей, при различном их слое и продолжительности, впервые удалось установить зависимость изменчивости интенсивности выпадения осадков от высоты местности на северном склоне Заилийского Алатау. Наибольшая изменчивость интенсивности дождей (с^=1,26) приходится на абсолютные высоты 1900-2000 м.

9. Разработана методика краткосрочного вероятностного прогноза селевых явлений дождевого происхождения для бассейна р.Ак-жар. Получена удовлетворительная оценка точности (по критерию Брайера) краткосрочных вероятностных прогнозов факта наличия (отсутствия) селеобразования в ОРС Акжар. Намечены пути усовершенствования методики краткосрочного вероятностного прогнозирования селей и повышения оправдываемости этих прогнозов.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Обобщение статистических характеристик суточных суш жидких осадков для расчета характеристик селевых потоков в районе трассы БАЛ! // ХУ Всесоюзная научно-техническая конференция по противоселевым мероприятиям.-Ташкент.- 1978. - С.94-98.

2. Мэтодика интерполяции и экстраполяции статистических параметров суточных сумм жидких осадков по высоте местности (на примере северного склона Заилийского Алатау)// Селевые потоки.-

N 8.- 1984.- С.60-73.

3. Вертикальные профили жидких осадков на горной территории юго-востока Западной Сибири // Тр.ЗапСибНШ.- 1984. -Вып.66.-С.3-12.

4. Закономерности распределения суточных сумм жидких осадков на территории кккной части Красноярского края и Тувшской АССР // Селевые потоки.- N 9.- 1985.- С.70-77 (в соавторстве с Л.Т.Бахаревой, М.А.Ананьиной).

5. Систематизация статистических параметров дождевых осадков с учетом закономерности вертикального распределения их на территории Восточной Сибири и Дальнего Востока // Материалы научной конференции по проблемам гидрологии рек зоны БАМ и Дальнего Востока.- Л.:Гидрометеоиздат, 1986.- С.287-294 (в соавторстве с Л.И.Якутовой, Л.Т.Бахаревой, В.Н.Чистенко).

6. Атмосферные осадки и сели Юго-Востока Западной Сибири.-М.:Гидрометеоиздат, 1987.- 148 с. (в соавторстве с В.А.Виноградовым, С.Д.Кошинским).

7. Карта селевой опасности Закавказья и Дагестана (осадки).-ГУГК СССР. -1989.

8. Метод краткосрочного вероятностного прогноза селей дождевого генезиса // Селевые потоки.- N 12.- 1992.- С.25-40 (в соавторстве с В.П.Мочаловым).

9. О методике краткосрочного прогноза селей доздевого генезиса // Международный симпозиум: Водные ресурсы Центральной Азии и проблемы охраны окружающей среды.- Алматы.- 1993. - С.159-160 (в соавторстве с Р.Ю.Вальнером, В.П.Мочаловым).

Ткжырыыдама

Кдзакртанныц таулы херлершде болатын стйык, жауьш-шашшныц статиотикадык; н^рылысы эерттел1нД1. Ол тонн кешкылдыц кеаен, бойы бакдланган онккндгк каче калпы гкылы маусымдаты жауын-ша-шынньщ таул1кт1к крсынды малшерлер1, сонымен кдтар жанбырдыц кдбаттары, »закрыты жзне ндркындылыгы кдрастырылды. Жацбыр си-паттаыаларыи статистикалык, ад^стерыен талдау артчрл! фиэи-ко-география лык жагдайлардагы мог мэЛ1меттермен .мак;» лданды.

ЗКетк1л1кт1 жэне шектелген б.,етапкы акдараттар жагдайьшда жауын-шашын малшерШ жерпл^кп ОШкпк бойынша интерполяция-лау жане экстраполяциялаудыд аналитикашц тес1лдер1 жасальшды. Кэзакртанын таулы жерлерх бойынша б1р!няи рет масштабы 1:1000000 картада жер биишпн (беткейл^гпО жэне аумакка таралуш ес-кер1лген кдмтамасыздыгы 1% бодатын схйык, жауын-щашнныц твулактж И80ЛИНИЯСЫНЫН, системасы жасалынды.

Акукар взентщ адк^бында зкадбырмен пайда болатьш сел щбы-дыоарш аа меаг!лге ык,тималдш; болжау ед^стерг жасазшнды.

RESUME

The investigation of precipitation field structure for mountainous territory of Kazakhstan was executed. For this purpose was used daily sums of precipitation averaging on decades and whole for warm ssason also layers, durations and intensives rains. The methods of statistical analysis a characteristics of ths rains -and was testing cn spacious material for different physical- geographical conditions.

A new analytical methods of interpolation and extrapolation of quantity of precipitation on altitudion of locality in the conditions of sufficient and insufficient of initial information are suggested. For- the first tire was drawing up a special map of isolinss for daily sums of liquid precipitation with 1% ensuring for mountain regions of Kazakhstan in the scale of 1:1000000 and taking into account altitudinal ( slope ) and territorial distribution.

Elaborated a new method of short-range probable debris flow processes forecast ( shower genesis ) for the Akjar River basin in Zailisky Alatau.

Таганоз Евгений Александрович

СТАТКСГИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО К ВРЕМЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДОНДЕИ В ГОРНЫХ РАЙОНАХ КАЗАХСТАНА

11.00.09 - Метеорология, климатология и агр сх.5 ет е оро л огля

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Подписано к печати 02,09.94 г, Формат бумаги 60x84 1/16. Объем 1.69. Уч.езд.л. 1.53. Заказ 760. Тираж 100.

УОП Казгкдршета. г.Алматы, пр.Лбая. 32