Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Статистический анализ и прогноз изменчивости температуры воды в северо-западной части Тихого океана

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Статистический анализ и прогноз изменчивости температуры воды в северо-западной части Тихого океана"

Устинова Елена Ивановна

V___

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ПРОГНОЗ ИЗМЕНЧИВОСТИ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА

11.00.08 - океанология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Владивосток 1995

Работа выполнена в Гидрометцентре России и в Тихоокеанском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства и океанографии

Научный руководитель: кандидат географических наук,

старший научный сотрудник Абузяров З.К.

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Якунин Л.П.

кандидат географических наук, старший научный сотрудник Гладышев С.В.

Ведущая организация:

Дальневосточный региональный научно-исследовательский гидрометеорологический институт

Защита состоится _в _час.

на заседании диссертационного совета Д002.06.09 при Президиуме ДВО РАН по адресу: 690041 г.Владивосток-41, ул. Балтийская,43.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Президиума ДВО РАН по адресу: 690022, г. Владивосток, проспект Столетия Владивостоку, д.159, ДВГИ ДВО РАН.

Автореферат разослан.

Ученый секретарь л

совета .

диссертационного совета -- Новожилов В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Северо-западная часть Тихого океана (СЗТО) является одним из интересных с океанографической и промысловой точки зрения районов океана и характеризуется сложными гидрометеорологическими процессами, обуславливающими значительную пространственно-временную изменчивость термических условий и высокий уровень биологической продуктивности. Это район воспроизводства, миграций, нагула и формирования промысловых скоплений массовых рыб с высокой численностью (сайра, сардина, скумбрия, анчоус), а также многих других гидробионгов.

Температура воды имеет большое экологическое значение, так как она оказывает влияние на все без исключения биологические процессы в океане, начиная от продуцирования первичного органического вещества и кончая поведением промысловых гидробионтов на различных этапах жизненного цикла. Являясь наиболее регулярно измеряемым параметром по сравнению с другими океанологическими характеристиками, температура воды может служить индикатором других процессов, влияющих на гидробионтов. Термический режим СЗТО оказывает влияние и на формирование погоды и климата. Поэтому исследование разномасштабной пространственно-временной изменчивости температуры воды в этом районе и разработка методов прогнозирования термического режима вод является важной научной и прикладной задачей. Решению этой задачи посвящена данная работа, выполненная в соответствии с планами НИР ТИНРО (тема 1.2.01, 1.3.01, 4.04) и планами НИР Росгидромета (темы 1.07а.6 и IX.16.01).

Цель и задачи работы. Цель работы - разработка метода долгосрочного прогноза температуры воды в СЗТО на основе исследования закономерностей ее пространственно-временной изменчивости. При этом решались следующие задачи:

- оценка качества исходной информации о температуре воды;

- анализ долгопериодной изменчивости температуры воды с выявлением особенностей ее пространственного распределения;

- исследование короткопериодной изменчивости температуры воды с оценкой максимально возможных изменений в небольшой срок в различных районах СЗТО;

- выявление роли атмосферных процессов, динамического режима вод и фронтов в формировании термического режима СЗТО и обоснование выбора предикторов для прогноза температуры воды;

- разработка физико-статистических связей для прогноза среднемесячных значений температуры воды в исследуемом районе и оценка их надежности.

- оценка оправдываемости проверочных прогнозов.

Использованный материал и методы исследований. В работе использовался архив среднемесячных значений ТПО в 5-градусных квадратах, созданный в ДВНИГМИ; данные о температуре воды на стандартных разрезах, расположенных к югу и востоку от Японии; пентадные карты температуры поверхности океана (ТПО) Гидрометцентра России; температура воды по данным стационарных гидрометеорологических буев В1-ВЗ Японского метеорологического агентства, расположенных в точках с координатами: В1 - 29°с.ш.,135°в.д., В2 - 32°с.ш.,147° в.д., ВЗ - 38°30'с.ш.,145о30*в.д. Кроме того, привлекалась дополнительная гидрометеорологическая информация - данные о температуре воздуха, ветре, волнении, солнечной радиации, полученные с помощью измерений на буях В1-ВЗ; ежедневные расчетные поля ветра (архив РГГМИ); информация об облачности (данные Цветухина А.И.), а также синоптические карты приземного давления Гидрометцентра России и 11УГКС и карты термической структуры поверхности океана, составленные в лаборатории космических методов исследования океана ТИНРО.

Для исследования изменчивости температуры воды использовался аппарат математической статистики: рассчитывались средние, дисперсии, автокорреляционные и спектральные функции, коэффициенты взаимной корреляции. Для прогностических целей были применены авторегрессионный и многофакторный методы анализа.

Научная новизна состоит в решении комплекса задач методического характера, включающего новые и оригинальные подходы. Проанализированы гидрометеорологические условия формирования термической структуры СЗТО, произведен количественный отбор оптимальных предикторов для прогнозов температуры воды. Впервые получены количественные оценки вклада линейного тренда в формирование изменчивости ТПО для северной части Тихого океана. На основе данных стационарных буев и карт термической структуры поверхности океана,

построенных по спутниковым снимкам, показано, что резкие и быстрые изменения температуры воды в зоне субарктического фронта связаны с перемещением фронтальных разделов под воздействием сильных ветров. Предлокена методика авторегрессионного прогноза среднемесячной ТПО, обеспечивающая превышение оправдываемости методических прогнозов по сравнению с оправдывамостью климатических прогнозов в среднем на 257». На основе многофакторного анализа разработан метод прогнозирования среднемесячной ТПО с заблаговременостью до двух месяцев с использованием в качестве предикторов начального температурного поля, облачности и расчетных ветровых характеристик, в том числе не применявшихся ранее месячных сумм скоростей ветров северного и северо-западного направлений в холодный период года.

Практическая значимость. Полученные статистические оценки изменчивости температуры воды в СЗТО используются при составлении обзоров океанологических условий в районах воспроизводства и миграций массовых пелагических рыб системы Куросио, а также при анализе связей среда-объект в рыбопромысловых задачах. Разработанные методы долгосрочного прогноза температуры воды могут быть использованы в рыбопромысловом прогнозировании и, в конечном итоге, при планировании работы рыболовного флота на промысле.

Личный вклад автора. Все виды вычислений, обработка исходной информации, анализ характеристик изменчивости, разработка прогностических связей и оценка надежности полученных методик прогноза температуры воды выполнены автором самостоятельно. В работах, выполненных в соавторстве, автору принадлежат расчеты и анализ характеристик изменчивости температуры воды, а также разработка методики авторегрессионного прогноза и оценки оправдываемости.

Апробация. Результаты работы докладывались на семинарах отдела Морских гидрологических прогнозов Гидрометцентра России (Москва, 1988-1991, 1995гг.), на коллоквиумах лаборатории промысловой океанографии ТИНРО (Владивосток, 1988-1989, 1991, 1995гг.), на биологической секции Ученого совета ТИНРО (Владивосток, 1995г.). По отдельным разделам диссертации были сделаны доклады на отчетной сессии отдела технических средств и новых методов исследования океана ТИНРО (Владивосток, 1992, 1994гг.), на конференциях молодых

ученых ТИНРО (Владивосток, 1992, 1993, 1995гг.) и на международной конференции "Северная Пацифика: гидрометеорология, охрана окружающей среды, география" (Владивосток, 1994г.).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 14? страниц, включая список литературы из 246 наименований, 9 таблиц, 30 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обсуждается актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи работы, ее новизна и практическая значимость. Дана краткая характеристика используемых материалов и методов исследования, кратко изложена структура диссертации.

В первой главе диссертации приводится характеристика исходной гидрометеорологической информации и методов ее обработки.

Данные о температуре воды рассматриваются в первом разделе. В работе использовались три типа информации: 1) температура воды, измеренная с помощью стационарных гидрометеорологических буев Японского метеорологического агентства. Из всех опубликованных рядов наблюдений был выбран период синхронных наблюдений трех буев с 20 октября 1983 г. по ? апреля 1984 г. Наблюдения на буях проводятся каждые 3 часа. Выбранный ряд наблюдений составил 1360 значений температуры воды для каждого буя; 2) пентадные карты температуры поверхности океана, составленные в Гидрометцентре России по данным судовых наблюдений и стационарных гидрометеорологических буев, а также значения средней месячной температуры поверхности, рассчитанные для пятиградусных квадратов в отделе гидрологии Мирового океана ДВНИГМИ за период с 1967 по 1987 гг.;, 3) температура воды на стандартных океанографических разрезах, расположенных к югу и востоку от Японии в слое 0-200м. Данные наблюдений на стандартных разрезах были взяты за период 1930-1940гг. и 1966-1985 гг. из ежегодников и из полугодовых отчетов, публикуемых рыболовным агентством Японии. В этом же разделе обсуждаются вопросы качества исходной информации.

Второй раздел посвящен описанию гидрометеорологических мате-

риалов, используемых в работе для анализа роли различных факторов в формировании изменчивости температуры воды. К ним относятся данные о ветре, температуре воздуха, волнении, суммарной солнечной радиации, синоптические карты ПУГК.С и карты термической структуры поверхности океана, составленные в лаборатории космических методов исследования океана за период синхронных наблюдений на буях. Синоптические карты Гидрометцентра использовались при анализе изменчивости пентадной ТОО. Кроме того, привлекались данные о ежедневных расчетных полях ветра, предоставленные Российским государственным гидрометеорологическим институтом. Данные о среднемесячной общей облачности в баллах, расчитанные по спутниковым данным, были любезно предоставлены сотрудником ДАНИИ А.И.Цветухиным.

Методы обработки данных обсуждаются в третьем разделе первой главы. Для исследования изменчивости применялись стандартные статистические методы: вычислялись выборочные средние, дисперсии, тренды, автокорреляционные и спектральные функции, взаимные корреляционные функции, оценивалась достоверность получаемых характеристик. Нестационарность рядов устранялась при помощи отфильтровы-вания сезонного хода и удаления линейного тренда, если он оказывался статистически значимым. Для прогностических целей был применен авторегрессионный метод, требующий минимальной исходной информации, но позволяющий при этом учесть достаточно высокую инерционность океанологических процессов и возможные цикличности в системе океан-атмосфера. Авторегрессионный метод относится к параметрическим методам анализа, которые характеризуются тем, что статистическая структура исследуемых случайных величин - в данном случае температуры воды - определяется заданием некоторых параметров. Для авторегрессионных моделей это параметры авторегрессии чи и дисперсия белого шума ба2. Оценка спектров при использовании моделей авторегрессии отвечает требованию максимальной энтропии для неизвестных значений корреляционной функции. Многофакторный метод, реализованный в виде алгоритмов пошаговой множественной регрессии с процедурой скользящей оценки, и в виде метода группового учета аргументов, применялся для прогноза температуры воды с использованием дополнительных предикторов, что позволило учесть, помимо предыстории процесса, и другие факторы, влияющие на изменения температуры воды.

Вторая глава посвящена анализу основных закономерностей изменчивости термических условий в СЗТО.

Вначале приводится краткая характеристика изученности изменчивости температуры воды в рассматриваемом районе.

Во втором разделе исследуется долгопериодная изменчивость. Для того, чтобы выявить районы максимальной изменчивости температуры поверхности океана и ее аномалий и уточнить роль СЗТО в общей пространственной изменчивости термических полей, были рассчитаны статистические характеристики изменчивости ТПО для всей северной части Тихого океана по среднемесячным значениям: общая дисперсия, средняя многолетняя амплитуда годового хода, дисперсия аномалий, вклад годового хода в общую дисперсию ТПО, линейный тренд временных рядов аномалий и его вклад в дисперсию аномалий, автокорреляционные и спектральные функции.

В результате анализа выявлены следующие особенности. Максимум общей дисперсии ТПО находится восточнее Сангарского пролива (б2т>28(°С)2), причем "гребень" максимальных значений прослеживается вдоль 40°с.ш. вплоть до 145°в.д. Средняя многолетняя амплитуда ТПО во многом повторяет распределение общей дисперсии ТПО, имея максимум (>14°С) также восточнее Сангарского пролива. Анализ изменений температуры воды от месяца к месяцу показал, что наибольшие положительные первые разности отмечаются в июне, июле и августе, наибольшие отрицательные разности в октябре, ноябре и декабре. Переход от нагревания к охлаждению более резкий, чем от охлаждения к нагреванию. Очаги максимальных изменений ТПО от месяца к месяцу при нагревании и охлаждении совпадают с зоной максимальной изменчивости.

Распределение дисперсии аномалий ТПО б2дт, с максимумом также к востоку от Сангарского пролива (62дт=1.6(°С)2), в целом отличается от распределения дисперсии температуры, т.к. в центральной области отмечается вторичный максимум (б2дт=1- 0-И.2(°С)2). Минимальные значения дисперсии аномалий наблюдаются у берегов Камчатки и Алеутских островов.

Анализ рассчитанного вклада сезонного хода в общую дисперсию (в процентах) показал, что на всей акватории северной части Тихого океана он значителен и изменяется от 87Х и менее на востоке до 97% и более на западе. Распределение этой характеристики отличается от распределения амплитуд годового хода - восточнее Сангарского про-

лива отсутствует абсолютный максимум, хотя вклад сезонного входа в общую дисперсию ТПО здесь довольно велик - 94-95%.

Линейный тренд временных рядов АТПО для большинства квадратов был статистически значим при значении, превышающем по абсолютной величине 0.2°С/10 лет. Несмотря на его небольшой вклад в дисперсию аномалий - в среднем всего 0,2 (°С)2 - в центральных районах северной части Тихого океана он достигал -1.0* -0.8°С/10 лет. На большей части акватории севера Тихого океана за рассматриваемый период времени происходило похолодание (значения тренда отрицательны). Линейный тренд исключался из временных рядов аномалий с целью уменьшения нестационарности.

Оценки спектральной плотности по методу максимальной энтропии показали, что на большей части акватории СЗТО спектры АТПО не со-держли значимых максимумов и имели вид "красного шума". И только в районе к востоку от Сангарского пролива и к востоку от Камчатки спектр аномалий имел один значимый максимум, соответствовавший полугодовой цикличности. Значимые максимумы на этом же периоде получены и для центрального района северной части Тихого океана.

Короткопериодная изменчивость полей ТПО рассматривается в третьем разделе. Анализ данных буев и пентадных карт ТПО показал, что максимальные изменения температуры отмечаются в зоне субарктического фронта на всех интервалах осреднения. Особый интерес представляют резкие и быстрые изменения температуры воды в зоне субарктического фронта. Так, максимальные изменения за 3 часа наблюдались от 1.1°С на буе В1 до 6.?°С на ВЗ; в течение суток - от 1.4° на В1 до 7.5°С на ВЗ. Значительные изменения температуры воды наблюдались на ВЗ с 17 по 19 марта, когда произошло понижение температуры с 10,3° до 1.1°С, а затем с 30 по 31 марта, когда температура возросла с 1.1° до 8.8°С. Эти изменения не сгладились при 5-дневном и даже при месячном осреднении.

Для выявления пространственной связанности колебаний температуры воды в СЗТО и установления репрезентативности наблюдений на буях были рассчитаны корреляционные функции по данным о температуре воды на каждом буе и в каждой точке пентадных полей ТПО. Наибольшую пространственную репрезентативность имеют наблюдения за ТПО на буе В1, наименьшую - на буе ВЗ. Очевидно, это связано с тем, что буи В1 и В2 расположены в малоградиентных зонах, а буй ВЗ - в зоне максимальной изменчивости ТПО.

Третья глава посвящена факторам, определяющим изменчивость температуры в северо-западной части Тихого океана, и выбору предикторов.

В первом разделе по данным атласов и литературным источникам приведены и проанализированы имеющиеся к настоящему времени количественные оценки составляющих теплового баланса на поверхности океана в СЗТО, рассмотрены зоны максимальной изменчивости этих составляющих.

Влияние атмосферных процессов анализируется во втором разделе. Показано, что наиболее тесная связь изменений ТПО и облачности наблюдается в период весенне-летнего прогрева при сдвиге 1-2 мес. и характеризуется отрицательными коэффициентами корреляции -0.6*-0.7. Максимальные коэффициенты корреляции отмечаются в северных и северо-восточных районах СЗТО.

В холодный период года потоки явного и скрытого тепла на границе двух сред вносят больший вклад в баланс тепла на поверхности океана, чем радиационный баланс.

Одной их важных гидрометеорологических характеристик является ветровой режим над СЗТО, поскольку ветер оказывает непосредственное влияние на обмен океана и атмосферы явным и скрытым теплом. Роль ветра значительна и в адвекции тепла ветровыми течениями, а также в турбулентном перемешивании с нижележащими слоями. Значение последнего возрастает в период весенне-летнего прогрева, когда формируется сезонный термоклин.

На основе архива ежесуточных ветровых полей были рассчитаны режимные характеристики ветра (среднемесячные скорости, повторяемость ветров различных направлений по градациям скорости, месячные суммы скоростей ветров северного и северо-западного направлений и др.), проанализирована их изменчивость и рассмотрена взаимосвязь с АТПО. Максимальная повторяемость ветров определенного направления отмечается в январе-феврале (установившийся зимний муссон), минимальная - в переходные периоды (май и октябрь). Межгодовая изменчивость генеральных направлений максимальна в летние месяцы и минимальна зимой. В годовом ходе максимум (минимум) скоростей ветра наступает на 2 мес. раньше минимума (максимума) ТПО.

Расчет взаимных корреляционных функций аномалий ТПО и среднемесячных скоростей ветра показал, что на сдвигах 0-2 месяцев зна-

чения коэффициентов корреляции чаще отрицательны. Для холодного периода максимальные коэффициенты корреляции наблюдаются между скоростью ветра в январе и температурой воды в феврале и марте --0,46+-0,69. Наиболее устойчивая связь прослеживается между скоростью ветра в ноябре и аномалиями ТПО в декабре, январе, марте, а для отдельных точек и в апреле-мае. Коэффициенты корреляции максимальны по абсолютному значению в районах, прилегающих к о.Хонсю. Для районов, расположенных на-юго-востоке рассматриваемой акватории, довольно часто отмечаются положительные коэффициенты корреляции в теплый период года между среднемесячной скоростью ветра и аномалиями ТПО, что связано с увеличением адвекции теплых вод в этом районе. Взаимные корреляционные функции температуры воды и месячных сумм скоростей ветров северного и северо-западного направления для зимнего периода также отрицательны, а для районов, прилегающих к Японии, коэффициент корреляции выше, чем в случае среднемесячной скорости ветра.

Влияние динамики вод на формирование изменчивости температуры воды исследуется в третьем разделе. В районе южного циклонического меандра Куросио колебания температуры воды в слое 0-100 м связаны с формой траектории течения, которую можно характеризовать положением южной вершины меандра. Восточнее п-ва Босо пространственные колебания оси Куросио также оказывают значительное влияние на тем- / пературу воды.

В четвертом разделе анализируется роль фронтов. Показано, что резкие и быстрые изменения температуры воды в субарктической фронтальной зоне связаны с перемещением фронтов. Это хорошо иллюстрируется на картах термической структуры поверхности океана, построенных по спутниковым данным. На этих картах в районе буя ВЗ в течение зимы 1984 г. наблюдались теплые воды. С 18.03.84 г. вследствие сильных ветров северных и северо-западных румбов, обусловленных прохождением глубокого циклона через этот район, вторая ветвь холодного течения Ойясио сместилась к югу и температура воды в районе буя резко понизилась. Затем над субарктической фронтальной зоной проследовала серия циклонов с 20.03 по 27.03.84г. Все это время в районе буя ВЗ наблюдались холодные субарктические воды второй ветви Ойясио. Однако, когда синоптическая ситуация стабилизировалась и в этом районе установилось малоградиентное поле атмосферного давления, вторая ветвь Ойясио сместилась к северу, и в

районе буя ВЗ температура воды вновь повысилась. Этот пример наглядно показывает, какую большую роль в формировании короткопериод-ной изменчивости температуры воды в зоне субарктического фронта играют динамические факторы: адвекция вод и перемещение фронтов, которые, в свою очередь, связаны с атмосферными процессами.

В четвертой главе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой методов прогноза температуры воды к оценкой их надежности.

В первом разделе приведен обзор существующих к настоящему времени методов прогноза температуры воды в СЗТО, обсуждаются основные проблемы и трудности прогнозирования.

Второй раздел посвящен разработке метода авторегрессионного прогноза среднемесячной ТПО. Для каждого пятиградусного квадрата были построены уравнения авторегрессионного вида:

тч- ЧЧТЧ-1 + Ф2ТЧ-2 +•••+ ФрТЧ-р + ,

где ТЧ - аномалии ТПО на момент прогноза ^Pi - параметры авторегрессии (1-1,...р; р- порядок модели авторегрессии); ТЧ-1 -аномалии ТПО в предшествующие месяцы, полученные после исключения сезонного хода и статистически значимого тренда; at- белый шум с заданной дисперсией б2а.

Порядок оптимальной модели авторегрессии, выбранный с помощью критерия Парзена в большинстве квадратов оказался невысоким - первого, либо второго порядка. Максимальный порядок авторегрессии, равный шести, являлся оптимальным только для одного квадрата. Для каждого пятиградусного квадрата была рассчитана ошибка прогноза при одношаговом упревдении на зависимом материале по данным за 1967-1982 гг. Авторегрессионный метод позволил уменьшить средний квадрат ошибки прогноза по сравнению с климатическим в среднем на 25%. В СЗТО максимальная эффективность прогноза (>30%) имела местс в районе, прилегающем к восточному побережью о.Хонсю; минимальная (порядка 10Х) - вдоль Курильских островов и у побережья Камчатки, что связано с малой инерцией тепловых колебаний в этих районах.

Метод был проверен для квадрата, расположенного к востоку от о.Хонсю, на независимом материале за 1983-87 гг. Успешность прогноза аномалий ТПО оценивалась по следующим критериям: 1) абсолютная ошибка прогноза |5Т|

1 N

|5Т| - - Е |ТП- Тф| ,

М 1-1

где Тп - прогностическое значение аномалии температуры; Тф - фактическое значение аномалии температуры. 2) оправдываемоеть прогноза Р по знаку, % :

Р = 50 (1+р), параметр р вычислялся по формуле:

попр.~ г^неопр. р-----------------

N

где Попр. - количество оправдавшихся по знаку прогнозов;

Пнеопр.- количество неоправдавшихся по знаку прогнозов;

N - общее количество составленных прогнозов. В соответствии с принятыми в гидрометеорологии рекомендациями по оценке успешности прогноза аномалий (Багров, Кондратович и др., 1985), метод прогноза можно считать хорошим при Р>50% и |5Т|<бт. Для выбранного квадрата р=0,67; Р=83,5%; |5Т|-0,59; бт-1,18, значит, авторегрессионный метод прогноза можно оценить как хороший.

Для оценки качества прогноза также используется отношение 3/бт, где 3 - среднеквадратичная ошибка прогноза. Согласно Наставлению по службе прогнозов, отношение Б/бх для успешного прогноза должно быть меньше либо равным 0,67 при заблаговременности 1 мес., а для выбранного квадрата оно оказалось равным 0,53. Оправдывае-мость прогноза при допустимой ошибке 0,676 составила 76X. Следовательно, оценка прогноза на независимом материале не привела к ухудшению по сравнению с оценками на зависимом материале.

Попытка прогнозировать ГПО авторегрессионным методом с забла-говременностью больше одного месяца показала, что при этом происходит быстрое нарастание ошибки прогноза, оправдывамость падает и не отвечает требованиям Наставления. Для увеличения заблаговременности необходимо включать в прогностические модели, помимо начальных полей ТПО, и другие предикторы.

В третьем разделе рассмотрены многофакторные прогностические

модели ТПО.

В результате моделирования для каждого квадрата были получен уравнения линейного вида:

Тц-1 - Тц-1 + аДТ4 + вЕ|?|с.сз + сСЬ,

где Т1+1 - прогностическое значение ТПО в 1+1 месяце;

Т1 +1 - климатическое (среднее многолетнее) значение ТПО 1+1 месяце;

ДТг - аномалия температуры воды за предыдущий 1-ый меся

Е|У|С.СЗ- сумма скоростей ветров северного и северо-западне направления в 1-ом месяце;

01 - облачность в 1-ом месяце;

а,в,с - коэффициенты.

Аналогичные уравнения были получены при замене комплекснс ветровой характеристики Е|У|С. сз среднемесячной скоростью ветре Также рассмотрены линейные уравнения множественной регрессии с V пользованием в качестве предикторов, помимо ЛТ1, только ветровь характеристик или только облачности.

В четвертом разделе проведена оценка надежности и оправдывае мости полученных многофакторных прогностических уравнений по пр* веденным выше критериям, а также областей их применения. Среди* ошибка прогноза || принимала значения от 0,15 до 1,20, причем е максимальные значения отмечались в районе к востоку от Сангарског пролива.

Наилучшая оправдываемоеть прогноза ТПО наблюдалась в период октября по апрель. По-видимому, в холодный период года увеличен* (или уменьшение) повторяемости северных и северо-западных ветре приводит к более (или менее) значительному выхолаживанию повер> ностного слоя океана, что и улавливается полученной моделью. I всей акватории СЗТО оправдываемость была выше климатической (кл> матическая оправдываемость составляет около 50%) в холодную част года. В районах, расположенных к югу и востоку от о. Хонсю, опра! дываемость прогнозов по данному методу была выше оправдываемое прогнозов по авторегрессионному методу и составляла 78-881. Пр заблаговременности 2 мес. оправдываемость прогнозов оставалась вь ше климатической в среднем на 23%. Попытка увеличения заблаговре менности не привела к успеху: эффективность методического прогног

- 15 -

по отношению к климатическому приближается к нулю.

Б пятом разделе сделана попытка краткосрочного прогноза пен-тадной температуры воды в феврале-апреле с использованием в качестве предикторов полей приземного атмосферного давления. Оправ-дываемость проверочных прогнозов оказалась сравнимой с оправдывае-мостью климатических и инерционных прогнозов.

Пятая глава носит прикладной характер: здесь температура воды рассматривается как одна из характеристик среды обитания основных объектов промысла СЗТО.

В первом разделе оценивается роль термических условий в процессах воспроизводства, миграций, формировании промысловых скоплений массовых пелагических рыб СЗТО.

Во втором разделе подробно рассматривается термический режим в зоне воспроизводства дальневосточной сардины в связи с проблемой резких колебаний ее численности. Показано, что в 30-е годы снижение численности дальневосточной сардины происходило на фоне отрицательных аномалий температуры воды, которые достигали -5°С в слое 0-200 м у п-ва Босо, а в конце 80-х - начале 90-х - при положительных аномалиях. При росте численности сардины в 70-е годы термический режим зоны воспроизводства был стабильным и характеризовался отсутствием значительных аномалий температуры воды в слое 0-200 м.

Роль диагноза и прогноза термических условий при составлении рыбопромысловых прогнозов рассматривается в третьем разделе. Приведены основные термические характеристики, используемые для диагноза и прогноза в зоне воспроизводства массовых рыб СЗТО.

В заключении приведены основные результаты исследования :

1. Выполнен физико-статистический анализ изменчивости температуры воды в различных временных масштабах. Показано, что в Тихом океане к востоку от Японии и Южных Курил существует зона с максимальной изменчивостью температуры воды. Максимальная дисперсия ТПО и аномалий ТПО отмечалась в районе, расположенном восточнее Сан-гарского пролива. Вклад сезонного хода в общую дисперсию ТПО на акватории северной части Тихого океана изменялся от 877. до 97%. Линейный тренд ТПО, характеризующий тенденцию изменения ТПО за

рассматриваемый промежуток времени (1966-1982гг.), изменял знач* ния дисперсии ТБО в среднем всего на 0,2 (°С)2, но в центральш районах северной части Тихого океана он достигал значений поряд1 -1°С/10лет. Спектр колебаний среднемесячной ТПО, рассчитанный 1 методу максимальной энтропии, в большинстве районов северной час Тихого океана имеет вид красного шума. В районе, прилегающем Сангарскому проливу и к Камчатке, а также в центре северной час: Тихого океана спектр имел один значимый максимум, соответствовш ший полугодовой цикличности.

2) Короткопериодная изменчивость температуры воды наибол< значительна в субарктической фронтальной зоне, где колебания Tet пературы воды в поверхностном слое от срока к сроку (за 3 часг могут достигать 6.7°С, от суток к суткам 7.5°С, за 4 суток 8.3°С. Резкие и быстрые изменения температуры воды в этом райо! связаны с перемещением фронтальных разделов с большими горизо} тальными градиентами. При этом перепад температуры воды может дос тигать 7-8°С. В частности, это относится к перемещению второй вет ви Ойясио, которое связано с усилением ветров северных и сев« ро-западных направлений при прохождении атмосферных циклонов. Mat симальное перемещение субарктических вод к югу под действием веч ров северных и северо-западных направлений наблюдается в случг прохождения над субарктической фронтальной зоной серии циклоно* следующих друг за другом с небольшими промежутками времени - пс рядка 1-2 суток.

3) Максимальный вклад в изменчивость термического режима С31 вносят радиационный баланс, теплообмен океана и атмосферы явным скрытым теплом и адвекция тепла течениями. Эти процессы, в свс очередь, тесно связаны с начальным состоянием поля температуры вс ды и с изменчивостью ветра и облачности. Роль динамического вое действия атмосферы проявляется как через процессы локального тег лообмена на границах двух сред, так и через собственно динамичес кие эффекты - адвекцию тепла ветровыми течениями и процессы турб;, лентного перемешивания с нижележащими слоями.

4) В качестве показателей динамического воздействия атмосфег рассчитаны различные ветровые характеристики по ежедневным многс летним данным. Совместный анализ ветровых и термических услов!-показал, что положительные экстремумы среднемесячной скорости вет ра. месячных сумм скоростей ветров северного и северо-западног

направлений, повторяемость сильных (со скоростью >10 м/с) ветров этих же направлений в период зимнего муссона в большинстве случаев соответствуют отрицательным аномалиям температуры воды. Максимальные по модулю коэффициенты взаимной корреляции аномалий ТОО и ветровых характеристик отмечаются в районах, прилегающих к Японии с востока и юга.

5) Разработан метод прогноза среднемесячной температуры поверхности океана на основе использования статистических методов анализа. Показано, что колебания среднемесячной ТПО удовлетворительно описываются в большинстве районов северной части Тихого океана уравнениями авторегрессии первого-второго порядка. На основе применения алгоритмов метода группового учета аргументов и пошаговой множественной регрессии с процедурой скользящей оценки построены прогностические уравнения для ТПО с использованием данных об облачности и ветре, а также комплексной ветровой характеристики, ранее не использовавшейся для прогноза температуры воды в СЗТО - месячной суммы ежедневных скоростей северного и северо-западного направления ветра в период зимнего муссона.

6) Проведена оценка успешности прогнозов на зависимом и независимом материале. Сделан вывод о том, что прогнозы, основанные на методе авторегрессии, дают достаточно приемлемые результаты с заб-лаговременностью один месяц. При этом оправдываемость авторегрессионных прогнозов превышает оправдываемость климатических прогнозов в среднем на 25%., что особенно ценно в условиях недостатка информации (т.к. в данном случае прогноз осуществляется только по предыстории процесса). Оценка на независимом материале не ухудшила точность расчетов. Второй метод позволяет увеличить заблаговреме-ность прогноза до двух месяцев. Его оправдываемость превышает оправдываемость климатического прогноза в среднем на 23%.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах :

1. Устинова Е.И. Термический режим зоны воспроизводства тихоокеанской сардины в 1930-1940 и 1970-1980 гг.//Тез.докл.конференции молодых ученых "Биология и рациональное использование гидроби-онтов, их роль в экосистемах" (Владивосток,27-29 апреля 1993г.).-Владивосток, 1993.-с.46-47.

2. Устинова Е.И. Гидрометеорологические условия _в районе

воспроизводства тихоокеанской сардины в 1986-1992 гг.//Тез. докл IX конференции по промысловой океанологии.- Москва, 1993.-с.88-83

3. Устинова Е.И. Ветровые условия над северо-западной часть Тихого океана по многолетним данным (1930-1985гг.)// Тез. Междуна родной конференции "Северная Пацифика: гидрометеорология, охран окружающей среды, география" (Владивосток, Россия, 30 августа -сентября 1994 г.).- Владивосток, 1994.- с.50.

4. Устинова Е.И. О роли динамического воздействия атмосферы формировании изменчивости температуры воды в северо-западной част Тихого океана//Тез. докл. конференции молодых ученых "Биоресурс морских и пресноводных экосистем" (Владивосток, ТИНРО-центр, 17-1 мая 1995г.).- Владивосток, 1995.-е.109-111.

5. Лапачева Т.О., Устинова Е.И. О влиянии гидрометеорологи ческих условий на сокращение численности тихоокеанской сардины/ Современные проблемы промысловой океанологии. Тез.докл. VIII Все союзной конференции по промысловой океанологии.- Ленинград, 1990. с.173.

6. Устинова Е.И., Варламов С.М. Авторегрессионный прогне средней месячной температуры поверхности северной части Тихог океана// Тр.ДВНИГМИ.-1990.-вып.136.-е.144-152.

7. Устинова Е.И., Булатов Н.В. Влияние динамических факторе на короткопериодную изменчивость температуры воды в северо-запад ной части Тихого океана//Тез.международной конференции "Северна Пацифика: гидрометеорология, охрана окружающей среды, геогра фия"(Владивосток, Россия, 30 августа - 4 сентября 1994).- Влади восток, 1994. - с.19-20.

8. Ustinova H.I. Variabillty of wind conditions over th western North Pacific in winter monsoon period.//Abst. PICES Thir Annual Meeting. October 15-24,1994.- Nemuro (Hokkaido, Japan) 1994.- p.52-63.