Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Устойчивость крупномасштабных атмосферных процессов и физико-статистические методы долгосрочного прогноза погоды

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Устойчивость крупномасштабных атмосферных процессов и физико-статистические методы долгосрочного прогноза погоды"

..... г_ НАЦИОНАЛЬНА АКАДЕМ1Я НАУК УКРАТНИ

1НСТИТУТ РАДЮФ13ИКИ ТА ЕЛЕКТРОН1КИ 1М. О.Я. УСИКОВА

УДК 551.509.313

МАРТА31НОВА Ваз'фа Файзул'шна

СТ1ЙК1СТЬ ВЕЛИКОМАСШТАБНИХ АТМОСФЕРНИХ ПРОЦЕС1В ТА Ф13ИКО-СТАТИСТИЧН1 МЕТОДИ ДОВГОСТРОКОВОГО ПРОГНОЗУ погоди

04.00.22 - ГеофЬика

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацГГ на здобуття наукового ступеня доктора ф1зико-математичних наук

Харюв-1998

Дисертац!ею е рукопис

Робота виконана в УкраУнському науково-дослщному пдрометеоролопчному ¡нститут1

ОфЩ1йж опоненти

Доктор фюико-математичних наук, професор Георпй Вадимович Груза головний науковий ствроб1тник 1нституту глобального шмату та екологм

Доктор фгаико-математичних наук, професор Михайло Васильович Буйков професор

КиТвського Нацюнального Уыверситету

Доктор техжчних наук,

професор бвген Павлович Школьний

професор

Одеського Гщрометеоролопчного 1нституту Провщна организащя Гидрометцентр РосмськоТ Федерацм

Захист вщбудеться " " CpWlW.cict 1998 року о /.■6 год, на засщанж спефалкзованоТ ради Д.64.157.01 в 1нститут1 радюф1зики i електрожки ¡м. О. Я. Усикова HAH УкраТни за адресою: 310085 Харюв-85 вул. Акад. Проскури, 12

3 дисертащею можно ознайомитися у науковм б1блютец1 1нститута радюф1зики i електрожки HAH УкраТни за адресою: 310085 Харк1в-85 вул. Акад. Проскури, 12

Автореферат розюланий " W " " t-ikbcijUl " 199j? г.

Вчений секретар спец|ал130ваноТ ради А ^

д. ф.-м.н. iyX^fl------С.М. Харювський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть дисертацП". Одн!ею з найважливших проблем науки XX столптя е прогноз погоди, як з огляду на виняткову важливють прогнозування погоди в житп людства, так \ внаслщок складност! ц1еТ проблеми. Дисертацмна робота присвячена виршенню фундаментально!' та практично важливоТ проблеми ф1зики атмосфери - розвитку методе довгострокових прогноз1в погоди на строк вщ м'юяця до сезону. Надмний довгостроковий прогноз погоди сприяе успшному розвитку рЬних галузей народного господарства. Особливо велике значения мають довгостроков1 прогнози погоди при проведенж агротехннних заходщ для одержання сталих врожаТв, що особливо важливо для територп УкраТни, при забезпеченн! роботи морського та повпряного транспорту, а також при складанж гщролопчних, льодових та ¡нших вид1в спец1ал1зованих прогноз^. Надмнють довгострокових прогноза погоди залежить вщ розумтня ф1зичних мехажзм1в атмосферноТ циркуляцм та урахування географ1чних умов формування, розвитку та змши синоптичних макропроцеЫв.

Слщ в!дмггити переважаюче положения ф!зико-статистичних метод ¡в в оперативних довгострокових прогностичних системах провщних гщрометслужб св1ту. Останне пояснюеться тим, що ц1 методи явно або неявно враховують вщносно ¡нерцмж процеси взаемодн атмосфери, океану та суш1, збтьшуючи тим самим передбачливють.

Проблема довгострокового прогнозу погоди в даний час далека вщ виршення, тому проведения досл1джень, зв'язаних з розвитком та удосконаленням метода довгострокового прогнозу погоди е винятково актуальною проблемою. Подальший розвиток метсдав довгострокового прогнозу погоди потребуе проведения фундаментальних дослщжень динамжи та енергетики загальноТ циркуляцп атмосфери. Тому важливою для розробки метод!в довгострокового прогнозу погоди, але все ще недостатньо дослщженою проблемою, е дослщження стмкосл атмосферних макропроцеав ф1зико-статистичними методами, видтення стшкост! складових атмосферноТ циркуляцГ|' та вивчення Тх зв'язку з стмкими та квазтерюдичними атмосферними процесами. Поряд з виявленням нових стшких предиктор1в та удосконаленням ф1зико-статистичних метод!в прогнозу, необхщне узагальнення

традиц'1йного визначення аналопчностЬ виявлення можливоТ квазтерюдичност1 атмосферних процеав на основ1 узагальненоТ аналоп'чност1 з метою використання Тх для довгострокового прогнозу погоди. Виршенню перерахованих вище проблем I присвячена дисертацмна робота.

Робота проводилась у вщпов'щност! з гапузевими планами науково-дослщних робп- Державного комтету УкраТни з п'дрометеорологи.

Мета дослщження. На основ! дослщження велико-масштабноТ циркуляцн атмосфери та спйкост! метеоро-лог1чних пол1в в ГИвнннм п1вкут, Схщн!й европ! та УкраТн1 виявити ф1зичж фактори, яю впливають на формування та перетворення атмосферних процес1в та Тх погодних умов в майбутньому, та побудувати комплекс надмних фЬико-статистичних методш довгострокового прогнозу погоди.

Основними завданнями дослщження е

• Дослщження стмкост! великомасштабних метеоролопчних полю в ГИвн1чн!й текут, Схщнм Сврош та Укра'У;

• Виявлення ф'1зичних факторю, як1 впливають на формування та перетворення атмосферних процеав та Тх погодних умов;

• Узагальнення традицмного принципу аналопчносгп для виявлення можливих квазтерюдичностей великомасштабних атмосферних процеав;

• Побудова розрахункових схем прогнозу середньомюячноТ температури пов'1тря, середнього мюячного тиску пов'1тря та мгсячноТ суми опад1в з мюячною та двохмюячною завчаснютю для територи ГНвжчноТ пшкул1, СхщноТ Свропи та УкраТни;

• Розробка розрахункових схем довгострокового прогнозу для територм УкраТни з детал1зац'юю погодних умов усередин'|

м1сяця.

Методи дослщжень. В дисертаци використовуються методи теорП' ймов1рност'|, математичноТ статистики, теорм розгизнавання образ'щ та сцен, теорн ряд^в Фур'е та сферичних функцм. Алгоритми прогнозу реал1зован1 на ЕОМ.

Новизна результате.

1. Дослщження ст!йкост1 великомасштабних метеоролопчних полю пщтвердило, що вихщний стан метеоролопчного поля необхщно враховувати при середньостроковому прогноз! погоди, при прогноз! погоди на мюяць або сезон воно малоЫформативне.

2. Видтеы ультрадовп хвил1 та райони ГПвнмноТ Атлантики, яю

визначають стмюсть та перебудова псхгпв температури пов1тря та опадщ в трет1й мюяць вщ вихщного над територ1ею СхщноТ ввропи.

3. ВщмЫнослч запропонованого комплексного пщходу до прогнозу вщ ¡нших фйико-статистичних метод1в прогнозу полягають, по-перше, в тому, що розрахунков1 схеми розроблеж не для поодиноких пункт, а для великих територш. По-друге, поеднання рйних статистичних метод1в дозволяв поетапно коригувати прогноз. По-трете, це е об'ективний В1дб|р ф1зично обгрунтованих предикторю, вироблений на основ! результате аналгёу сшкосп великомасштабних атмосферних процеав та Тх погодних умов.

4. Розроблений новий пщхщ до визначення аналопчносп атмосферних процеав в ГПвжчжй твкул1, який зжмае традиции] вимоги аналол'чност! процео'в на однш ] тм же територп та дозволяе розширити дослщження перюдичност1 атмосферних процеав в чаа та простор! для ГПвжчноТ т'вкулк Такий гпдхщ одержав назву методу "плаваючого аналогу".

5. За допомогою методу плаваючого аналогу зперше виявлено квазшерюдичнють атмосферних процесс з перюдом близько двох мюяц1в протягом всього року для ГИвжчноТ п1вкул1, яку не можна було виявити традицмним методом пщбору аналогу. Аналопчж атмосферы процеси двохмюячноТ кваз]перюдичност1 мають зрушення по широт1 та довгот1 вщносно вихщних синоптичних процеав. Зм1щення ПВФЗ аналопв вщносно ПВФЗ поточного перюду по широт1 та довгот1 визначаеться сезонною взаемод1ею системи океан-суша-атмосфера, температурним град1ентом океан-суша та полюс-екватор.

6. Запропоноваж з використанням методу плаваючого аналогу та двохмюячноТ квазтерюдичносп атмосферних процеав нов1 розрахунков1 схеми прогнозу дозволяють складати прогноз полю температури повп-ря, опадш, тиску бтя земл1 та на вах стандартних висотах ГИвжчноТ п1вкулК Вони придатт для довгострокового, середньострокового прогнозу погоди та для детал1зованого прогнозу погоди на територп Украши всередиж природного синоптичного перюду та мюяця.

7. Для класифкаци атмосферних процеав та завбачення аномальних погодних явищ всередиж мюяця розроблений

новий пщхщ, заснований на використанж "пол1в-етапонш", тобто метеоролопчних пол1в, яю мають найбтьшу подЮнють з рештою псхгив в дажй множит.

Обгрунтування та в1рогщжсть результате. В1ропднють викладених в дисертацп результат|'в забезпечуеться використанням сучасних метод ¡в теорн ймов1рносп, математичноТ статистики, теорм розшзнавання, контролем вихдноТ метеоролопчноТ ¡нформаци. Розроблен! автором методи довгострокового прогнозу погоди пройшли, як авторсью випробування, так I випробування в Пдрометцентрах СРСР та УкраТж. В якост1 оц1нок устшносп використовувались, як оцтки прийнят1 в пдрометслужбах СРСР, УкраТни, Роси, так \ оцтки, прийнят1 в США та Великобританп, що дозволило з!'ставити устшн'ють прогноза автора з успшнютю довгострокових прогноз1в гщрометслужб Роем, США, Великобританп, а також прогноза Свропейського центру середньострокових прогноза погоди.

Практичне значения отриманих результата.

Розроблет в дисертацп методи довгострокового прогнозу логоди були впроваджеы в оперативну практику Пдрометцентру СРСР, Гщрометцентру УкраТни, УкрНДПИ "Агроресурси". Прогнози погоди, що складаються в оперативному порядку для ¿вропи, використовуються Гщрометслужбою Болгарм. Вщповщж р1шення Центрально'! методичноТ комюн з прогноз1в погоди та акти про впровадження наведет в Додатку. Розвинут1 в робот1 нов1 пщходи, таю як використання "пол1в-еталожв" можуть бути застосован'1 для пщвищення якосл пдродинам1чних прогноз1в.

Результати роботи використовувались автором пщ час викладання спецкурсу "Довгостроков1 прогнози погоди" на географ'шному факультет Нацюнального Унюерситету ¡м.Т.Шевченка в 1994-95 рр., географ'нному факультет Саратщського ужверситету ¡м.М.Г.Чернишевського в 1990 \ 1993 рр., а також на метеоролопчному факультет Лодзинського ужверситету в 1995 роцк

Апробацт роботи. Основж результати роботи були представлен! бтьш жж на 20 мЬкнародних, всесоюзних, республжанських конференц1ях, семЫарах, школах та нарадах, зокрема на 2 Всесоюзна нарад'| по застосуванню статистичних методш у метеорологи (Ленинград, 1977), Всесоюзна конференцм "Чисельж та статистичж методи прогнозу погоди" (Дт1жан,1978), Всесоюзн'!Й конференцм "Методи

довгострокового прогнозу погоди" (Москва, 1985), 5 Всесоюзна Hapafli по застосуванню статистичних метода у метеорологи (Алма-Ата, 1985), 7 Всесоюзна нарад1 по застосуванню статистичних метод1в у метеорологи (Св1тлогорськ,1990), ceMiHapax вщд1лу довгострокових прогноз1в погоди Гидрометцентру Роси, м1жнародних конференц1ях i симпоз1умах: XIV International Conference on Carpathian Meteorology (Sofia, 1989), XV International Conference on Carpathian Meteorology (Ужгород, 1991), International Symposium on Precipitation and Evaporation (Bratislava, 1993), Workshop on Regional Climate Change and Impact in Central Europe (Budapest, 1994) .Second European Conference on Applications of Meteorology (Toulouse, 1995), Second European Conference on Applied Climatology (Norkkoping,1996), Third European Conference on Applications of Meteorology (Lindau,1997).

Дисертац!я в цтому обговорювалась на секцП" метеорологи ВченоТ Ради в УкраТнському науково-дослщному гщрометеоролопчному ¡нститут1 i на науково-квал1ф!кацмному ceMiHapi 1нституту радюфЬики та електронжи ¡м. О.Я. Усикова НАН УкраУни.

Особистий вклад пошукача. OchobhI концепцн i методи, викладен1 в дисертаци, розроблеы автором роботи. В сшльних публ1кац!ях автору належить постановка задач i, метод досл1дження та анал1з одержаних результате.

Публ1кацП". По тем1 дисертаци автор мае 30 публкацм.

Структура та обсяг роботи. Дисертац1я складаеться ¡з вступу, п'яти po3fliniB, висновку, списку лггератури i додатка. Загальний об'ем роботи складае 361 CTopiHKy разом ¡з 106 рисунками. Список цитованоТ лтератури мае 241 найменуваня.

3MICT РОБОТИ

У встуш обгрунтовуеться актуальнють роботи, формулюеться мета розпочатого дослщження, зроблено короткий огляд стану проблеми.

1стор1я наукових прогноз1в погоди вщносно коротка. Лише бтя ста роюв тому були зроблеж neprni спроби синоптичних прогноз1в. Найб1льш швидким був розвиток метода короткострокових прогноз1в погоди (до трьох fli6), в удосконещ^ння яких вир'шальний внесок зробили роботи БергенськоТ школи, чисельж експерименти Л. Р1чардсона, що

випередили свм час, фундаментальж дослщження К.Россб1, 1.А.К1беля, Дж.Чарж, А.М.Обухова та ¡ншК Трудной^ в розвитку пдродинам1чних метод1в середньострокових прогноз1в (до двох тижжв) були подолаж лише наприюнф семидесятих роюв завдяки розвитку обчислювальних засо&в, чисельних методш (зокрема спектральних), акуратному описанию неад1абатичних процеав.

В той же час прогрес в розвитку довгострокових прогнозш погоди залишаеться повтьним попри прискорений розвиток обчислювальноТ технжи, покращення мереж1 спостережень та широке використання супугниковоТ ¡нформацм. Це зумовлено, зокрема, тим, що при розробц1 методш довгострокового прогнозу погоди необхщно враховувати ряд фактор1в, таких, як глобальжсть загальноТ циркуляцм та перетворення енерги макропроцеа'в, взаемодш процеав в атмосфер!, океаж та на суиш.

Методи довгострокового прогнозу погоди на сучасному еташ розвиваються в двох напрямках, що все бтьше перештаються - пдродинам1чному та ф1зико-статистичному. 1стор1я пдродинамнних метод1в довгострокового прогнозу погоди бере свм початок в робол е.М.БлЫовоТ, опублжоважй в 1943 роц1. За минул1 50 роюв розвиток чисельних метрдю та обчислювальноТ техжки дозволив сучасним гщродинам'мним моделям в ц1лому реалютично вщтворювати погоду. Проте усшшнють гщродинам!чних метода усе ще нижча, жж в ¡снуючих ф1зико-статистичних методах, особливо при завчасносп бшыши, ж'ж дешька тижн|'в.

Ф1зико-статистичж методи довгострокового прогнозу погоди на мюяць та сезон розроблялися задовго до появи пдродинам1чних методю. Так, наприклад, у Ымеччиж Ф.Баур випускав декадж прогнози погоди з 1932 р., а в США прогнози погоди на 30 д)б складались Немайесом з 1942 р. Початок регулярному складанню довгострокових прогноза погоди синоптичним методом в Роем було покладено Б.П.Мультановським в 1922 р. Ц1 прогнози були ¡, в бтьшост1 випадив, залишаються такими, опираються на р1зного роду регреайну техжку, марк!вськ| ланцюги, дискримшантний та кластерний анал1зи, використання ¡нерци, аналопчносл та перюдичносп. Методи школи Мультановського розвивались С.Т.Пагавою, В.Г.Шишковим, А.П.Кацем, М.1.3веревим, Д.А.Педем та ¡ншими на основ! синоптичних та статистичних метод1в. Важливу роль в удосконаленж ф'13ико-статистичних

метод ¡в вщ1грають дослщження М.1.Юдша, М.А.Багрова, Г.В.Груза, Е. Лоренца, P.JliB3i, А. Барнстона, Г. ван ден Доола та ¡н.

Перший роздт присвячений дослщженню спйкосп метеоролопчних noniB на П1вжчнм п[вкул] та в його окремих репонах. Реал1зац1я детермЫованого процесу називаеться сайкою, якщо р1зниця м1ж цюю реал1зац!ею та будь-якою ¡ншою залишаеться малою в будь-який момент в майбутньому при умов1, що вона достатньо мала на даний момент (Лоренц, 1982). Послщовно вивчена стмюсть поля геопотенцгалу на середньому piBHi за nepiOA 1961-1981 рр., поля аномали середньоТ мюячноТ температури повгтря в П[вн1чн!й п!вкул1 за 1964-1980 рр. , мюячних полщ опад|'в на територн CxiflHO'f Свропи за перюд 1900-1980 рр. I поля середньоТ декадноТ температури повпря за тепле твр1ччя для УкраТни за 1948-1988 рр..

Bei метеоролопчн! поля в apxiBi подаж у вигляд1 вектора

{xj}i=(xn,xi2,...,xlN), i=1,2,...,K ,j=1,2,...,N,

де N - вщповдае юлькосл вузл1в географ1чно!' атки ПтжчноТ п"|вкул1 з ¡нтервалом по довгот1 ДА =10 град, та по широт! h.<p =5 град, або юлькосп пунклв СхщноТ Свропи та УкраТни, К - юльюсть noniB в apxiBi.

В першому параграф! стмкють пол1в геопотенц1алу дослщжуеться за допомогою вщомих критерП'в аналопчностг Як показала практика, одним ¡з ефективних критерП'в аналопчносгп, що дозволяе розтзнавати поля, являеться критерм аналопчност1 за знаком аномали двох noniB :

де N - загальна ктькють вузлщ регулярно!' еггки, п. - юльюсть вузл!в, де знак аномали совпадав, /7+ - юльюсть вузл1в, де знак аномали протилежний. В якост'| другого критер1Ю аналопчност1 використовувався коефМент кореляцП' г. Як третя объективна характеристика застосовувався критер|й rj середньоквадратична вщетань мЬк двома полями

1 " П

де х,1 Хл/; - значения АТ в /-ому вузл1 географ1чноТ атки двох полю ^огота N -го.

Показано, що стмюсть вих|'дного поля геопотенц'/алу на середньому р1вн1 тропосфери протягом усЬс сезожв р1зко зменшуеться, але на ¡нтервал1 часу т = 55-60 джв ¡снуе локальний максимум зимою та лтом, а також в цтому за р!к. Швидюсгь зменшення под1бносп вихщного поля геопотенц1алу з наступним залежить вщ сезону, зимою сп'йкють поля геопотенц1алу бтьша, жж лтом. При цьому, слщ вщмггити, що вихщне поле геопотенц1алу ачня е ¡нформативним для прогнозу погоди на середж строки.

В другому параграф! аналкзувалась сшюсть пол1в середньоТ мюячноТ температури пов|'тря ШвжчноТ твкулк Показано, що ц1 поля в середньому неспйю, хоча Ух сп'йюсть змЫюеться з року в рж. Ркзноматтжсть пол'щ середньоТ мюячноТ температури пов1тря ШвнмноТ твкул1, було класифковано за класами сийких, неспйких та обернених пол1в. Класиф1кац1я дозволила виявити, що неспйких пол1в середньоТ мюячноТ температури пов1тря на Пюн'нжй п1вкул1 у кожному мюяц'| року значно бтьше, жж сшких. При цьому в перехщш сезони року сийюсть пол1в мУмальна.

В третьому параграф! вивчаеться сийкють у простор! та чаа пол1в мюячних сум опад1в СхщноТ Свропи за допомогою умовних клаав. Видтеж чотири класи: збереження в наступи] три мюяц1 дефщиту, надлишку, норми опад1в 1 решти полю опад1в. Знайдено, що сийюсть пол!в опад'1в СхщноТ Свропи залежить вщ пори року, в осшньо-зимовий перюд вщмиаеться Тхня найбтьша сийюсть. Проте для територм УкраТ'ни характерний в основному неспйкий характер опад1в в наступж три мюяц|, незалежно вщ сезону року.

В четвертому параграф! методами теорм ланцюпв Маркова вивчаеться стан ¡мов1рнюп полш температури \ опадш на територП' УкраТни. Перетворення вихщного найбтьш ¡мов1рного стану цих пол1в окремо за кожей мюяць розглядаеться як однорщний ланцюг Маркова Перетворення стану £ в наступний момент, незалежно вщ попереджх станов, вщбудеться з ¡мовфнютю Ру в стан :

Рц-Р{%(п+1) =%(])/4(п) и =1,2,...

Рц - перехщж ¡мов1рност'| цього ланцюга. Побудоваж найб'тьш ¡мовфН! перетворення щомюячних стажв пол1в аномали середньоТ мюячноТ температури повпря та мюячноТ суми опадв на територ!)' УкраТни в наступи шгсть мюяц1в.

Техжка ланцюпв Маркова в гГятому параграф! застосовуеться для аналйу ¡мов!рнюного стану поля аномали середньоТ мюячноТ температури води в швжчжй частиж Атлантичного океану, що е важпивим полем-предиктором. В шостому параграф! за допомогою статистичного анал!зу встановлено, що протягом всього року спостер!гаеться ¡стотний вплив теплового стану тепло! течи Гольфстр1м на атмосферж опади в третьому мюяц1 вщ вихщного над територ!ею СхщноТ ввропи. Отже, врахування теплового стану теплоТ течи Гольфстр!м можна використати в якост! предиктора при побудов! довгостроковоТ розрахунковоТ схеми пронгозу опад1в на мюяць з двохм!сячною завчасжстю. Сьомий I восьмий параграфи присвячеж статистичному анал!зу стшкост! пол!в декадних температур пов!тря та Тхньому зв'язку ¡з середньомюячною температурою пов!тря на територп УкраТни.

Одержан'1 в даному розд'т'| результати надал'| були застосован! для вибсру предиктор!в при побудов! ф!зико-статистичних метод!в прогнозу середньоТ м!сячноТ температури повпря I мюячноТ суми опад1в з двохм!сячною завчасн!стю для територм СхщноТ Свропи та УкраТни.

У другому роздш!' дослщжуються крупномасштабна складов! загальноТ циркуляцп атмосфери, з якими пов'язана генерац!я шетичноТ енергм в атмосфер!. Вивчена шматолопя ультрадовгих хвиль ! зональних складових атмосферноТ циркуляцп за перюд 1951-1980 рр. на р!вж моря та на висотах 500, 100 та 10 мб.

Ультрадовп хвил! та зональн! складов! атмосферноТ циркуляцм вивчаються за допомогою розкпаду пол! в тиску та геопотенщалу на поверхн! П!вн!чноТ твкул! в ряд по сферичних фунщях

ЩО,Л) = Х1« С05тЛ + К втсо$(0),

п=0т=1

ап ' К - нормовангкоефщ!енти розкладу, Р„и - нормований приеднаний полшом Лежандра.

В першому параграф! вивчена точнють представления баричних псхтв тропосфери за допомогою сферичних фунщй. Показано, що перил 36 коефщ!ент!в ряду з номерами т =4 та п = 10 досить точно описують крупномасштабж середы багатор'мж баричж утворення в тропосфер! та стратосфер! в кожному мюяцк Крупномасштабж серед ж багатор!чн! баричж утворення в тропосфер! та стратосфер! в кожному мюяц! усереднен! за пер!од 1950-1980 рр. Зональж складов! на сфер! - т = 1,2,3,; та 1 = л=10 (для П|'вжчноТ т'вкул|' враховувались парж гармонии при п-т = 2К).

В другому параграф! дослщжен! статистичн! характеристики зональноТ циркуляци. Кл!матолопя зональних складових розглянута в третьому параграф!. Встановлено, що помггний вклад в зональну циркуля^ю б!ля поверхн! земл! протягом всього року вносить сферична гарможка (0.4) , ¡нтенсивнють зональноТ циркуляци зимою на р!вж 10 мб визначаеться сферичними гарможками (0.2) та (0.4), а л!том - в основному гарможкою (0.2). Вклад зональноТ гармон!ки (0.6) на вс/х висотах I в уах м/сяцях незначнт. Четвертой параграф присвячений анал!зу часовоТ м!нливост! зональних складових за допомогою апарату автокореляцшних функц!й.

Середня багатор!чна енергетика ультрадовгих хвиль вивчаеться в п'ятому параграф!. Тхж середж м!сячн! значения мають добре виражений р!чний хщ: в холодне тврнчя ультрадовп хвил1 пщсилюються, досягаючи максимального значения амплпуд в грудншчж. На вщмжу в1д тропосферних ультрадовгих хвиль, в стратосфер! середньор!чне значения аматтуд збтьшуеться приблизно в 1.5 рази. Максимального значения амплпуди ультрадовгих хвиль досягають ' в стратосфер!.

Шостий параграф присвячений статистичному анал1зу динамжи ультрадовгих хвиль. Ультрадовп хвил! з додатн!ми фазовими кутами збер!гають свое зм1щення з висотою протягом року. Хвил! з вдЧмними фазовими кутами мають ютотж вщмжност! у змщенж з висотою в теплому ! холодному п!вр!чч!. Швидюсть перем!щення хвиль в стратосфер'! з висотою збтьшуеться. В основному ¡снуе перемщення в схщному напрямку. Виявлено ражше автором (Мартаз!нова, 1974), та пщтверджено на великому арх1в1, ¡снування трьох тип!в ультрадовгих хвиль: (1) повшьж хвил! з! швидкютю змкцення

< 10 град / мю, (2) пом!рн1 хвил1 з1 швидюстю змщення < 90 град/мю, (3) швидю хвил1 з1 швидюстю зм|'щення > 90 град/мю.

Середньодобова шматологт ультрадовгих хвиль вивчаеться в сьомому параграф!. Часова мжливють ультрадовгих хвиль розглянута у восьмому параграф!. Автокореляцмний анал1з ультрадовгих хвиль показав, що в них вщм1чаеться загальна квазтерюдичнють через 40 -50 джв та 60-70 джв. Особливо ¡нформативними для довгострокового прогнозу атмосферноТ циркуляци ГПвжчноТ твкул1 е хвил1 з хвильовим числом т =3. Вклад окремих склздових в загальну циркуляц1ю атмосфери р1зний 1 зм|'нюеться вщ мюяця до мюяця, вщ сезону до сезону, I цей вклад ¡стотно зм1нюеться з висотою.

В девятому параграф! видтеж ультрадовп хвиль яю формують в залежност1 вщ сезону року характер поля температури на ГПвжчжй текут ] поля опад1в на територГГ СхщноТ бвропи в третьому мюяц1 вщ вихщного. Вплив центра д'Г| атмосфери на спйюсть атмосферних процеав, яю е важливою сумарною характеристикою ультрадовгих хвиль, розглянуто в десятому параграф!-. Встановлено, що в холодне тврнчя (жовтень-березень) спйюсть вихщного поля атмосферних процеав визначаеться активнютю азорського, сиб1рського, канадського максимум^ 1 алеугською депреаею. У теплому ж п1вр[чч1 (квп"ень-вересень) ст1йк!сть вихщного поля пов'язана з активнютю азорського, гонолульського, аз1атського максимума та ¡сландського мМмуму.

Видтеж хвил11 центри ди атмосфери, що впливають на перетворення вихщних пол1в температури та опад1в у майбутньому, використовуються в наступному розд1ш в якост! предиктора для побудови прогностичноТ ф1зико-статистичноТ схеми для поля аномалм середньоТ мюячноТ температури повпря та поля мюячноТ суми опад1в.

Трелй роздт присвячений розробц1 нових фйико-статистичних метод1в прогнозу середньоТ мюячноТ температури пов1тря та мюячноТ суми опад1в.

Класиф1кац1я пол1в середньомюячноТ температури, приведена в першм роздть використовуеться в першому параграф! для побудови методу довгострокового фонового прогнозу поля аномалн середньомюячноТ температури в П1вн1чнгй п|вкул1 з двохмюячною завчаснютю. 3 допомогою лшшного дискрим1нантного анал1зу визначаеться клас поля аномали температури (вище, нижче чи норма), предикторами

якого е стан центра дп атмосфери та ультрадовп хвилк При побудов1 дискримшантних функцм було прийнято, що вобран! предиктори нормально розподтеж \ пщлягають многомфному нормальному розподту вида

/(У) = 2я"'\к\т 6ХР(~2(^ ~ Ю'Х^М ~

де Хг вектор-стовпчик, що представляв сукупнють значень /того предиктора, п - об'ем виборки, К - ковар1ац1йна матриця вектора певного класу, М - вектор-стовпчик середжх значень предикгорю. Передбачаеться, що ковар[ац1йн| матриц! рЬних клаав р1вн1 м1ж собою. Наявнють фонового довгострокового прогнозу (кпаси вище, нижче чи близько норми, температура чи опади) на треп'й мюяць вщ вихщного необхщна, але недостатня, тому на наступному етагм здмснюеться перехщ вщ фонового прогнозу по територм до ктьюсного прогнозу для пункту, тобто вщ дискримЫантного анал1зу до регресивного. В залежное^ вщ фонового прогнозу побудован1 р1вняння л1н1йноТ регреси окремо для кожноТ станцП' СхщноТ бвропи. Для розрахунку широкомасштабних аномалм температури та опадт на останньому розрахунковому еташ схеми вводиться перетворення ГА.Карпеева,

_ 1 1=1

де АТР - прогноз аномалн середньомюячноТ температури повпря на третм мюяць вщ вихщного для р-ого пункту, а\ -коефМент лшмного р!вняння при /-ому предиктор], е -коеф|Ц1ент екстремальност!, в1н обчислюеться за формулою:

V А=1 / *=1

де АТкр - фактична аномалия середньомюячноТ температури повпрая на трет!й мюяць вщ вихщного в р-ому пункт! з виборки, що мае об'ем N. Д2|, - аномапт, яка прогнозуеться,

середньомюячна температура повпря на третш мюяць вщ вихщного для тюТ ж виборки. Обчислювальна схема прогнозу з

завчаснютю в два мюяц! розширена для територм СхщноТ Свропи, Сиб!рута Казахстану.

Для уточненння прогнозу аномалм середньомюячноТ температури повпря з двохмюячною завчаснютю в другому параграф! побудована прогностична схема для середньомюячноТ температури повпря для територм УкраТни з нульовою завчасжстю. Основним предиктором для цюТ схеми е чисельний прогноз температури повпря для першоТ декади мюяця, що складаеться в европейському центр! середньострокових прогноз1В погоди. Середня оцЫка оперативних прогноз!в за знаком аномалп складае /я0,3. Абсолютна помилка такого прогнозу досягла 0,5°С.

В третьому параграф! приведена побудова розрахунковоТ схеми мюячних сум опад!в для територм СхщноТ Свропи з двохм!сячною завчаснютю на основ! класифкаци м!сячних пол1в опад'1в, викладеноТ в першм глав'|. Використовувався квадратичний дискрим!нантний анал!з. На вщм!ну вщ попередн!х прогностичних схем не передбачалась р!вн!сть ковар!ац1йних матриць. Дискримшантна фунщя м!ж класами опад!в (деф!цит, надлишок, норма) мае вигляд

а)(Х) = 1/2 {[X - М®] -1 [X - М<2}] -

РтС(2/1)\К(1)\

[Х-УИ™]' К(1>-1[Х-М(1)}} +!п

1/2

Р(7)С(1/2)\КР>\1П

де С - матриця втрат вщ прогнозу, елемент якоТ е ктьюсною м!рою оц!нки насл!дк!в прийнятих ршень. Вектор-предиктор для ц!еТ функцм вщбирався з використанням дивергенцм Кульбака 9. На рол! предиктор!в були вщ!браж температура води в вибраних точках ГНвжчноТ Атлантики, а також зональж та меред!ональн! гармон!ки поверхн! 500мб. Дослщн! випробування показали справджуванють прогнозу 80%.

Полтшена схема прогнозу температури та опад!в з двохм!сячною завчаснютю для СхщноТ Свропи описана в четвертому параграф]. И основою е дискримшантний анал"13 та апроксимац1я многомфноТ густини розподту предиктор!в, яка як правило, не е нормально розподтеною, за допомогою функцм Ермгга. В кожному з цих двох клаав опад!в (вище, нижче норми) побудоваж р!вняння множинноТ регресм для 25

пужстт УкраТни, як\ дозволяють дати юлькюний прогноз середньоТ мюячноТ температури повпря та мюячноТ суми опадю в третьому мюяц1 вщносно вихщного. Перевфка забезпеченосп запропонованоТ схеми прогнозу показала, що кшьюсний прогноз метеоелеменлв мае справджуванють ^ 85 % на незалежному матер1алК

В четвертому роздт|" викладений новий пщхщ до визначення аналогыносл атмосферних процеав в Пщжчжй П1вкул1. Традицшний пщхщ до аналогу поточним атмосферним процесам такий: якщо на деяюй дтянц1 земноТ поверхж протягом певного пром1Жку часу спостер1гаеться синоптичний процес аналопчний тому, що спостергався в минулому на т!й же територп та в таю ж календари! строки, то поточний процес буде розвиватися аналопчно. Проте, як показано в робот1 Е.Лоренца (1982р.), п'щ!брати аналопчний процес на основ! використання традицмного визначення аналопчносл практично неможливо. Якщо два процеси протягом якогось пром1жку часу аналогмж, то в подальшому вони вщносяться один до одного як випадковК

В першому параграф! розроблений новий пщхщ щодо принципу аналопчносл, який зжмае традиции! вимоги вщносно аналол'чносп процеав над одшею I лею ж територ|'ею I вимагае лише геометричну подйжсть двох планетарних висотних фронтальних зон (ПВФЗ) I при цьому не обмежуе Тх ствпадання в чаа та простора дозволяючи тим самим розширити дослщження перюдичност1 атмосферних процеав в чаа та простор! в ГКвжчжй твкуш. Такий пщхщ одержав назву методу "плаваючого аналогу".

Враховуючи результати, яю викладеж в перших двох роздтах, аналопчжсть атмосферних процеав на середньому р1вн1 тропосфери П1вжчноТ п1вкул1 дослщжувалась методом плаваючого аналогу на трьохмюячному ¡нтервапк Змщення полт-аналопв по довгот!' не перевищувало половини вщстаж мЬк шйматичними центрами дн, а по широт1 воно не перевищувало вщстаж м1ж зимовим та лггжм положениям ПВФЗ. На кожному часовому кроц1 тривалютю природного синоптичного перюду (п.с.п.) розраховувалася матриця максимально! под!бност1 дтах) синоптичних процеав в П1вн1чн1Й пщкуш за критер'юм р для кожного мгсяця

Р(пгах) ~~

1 А 2(тах) Аз(гпах) • • • Рщтах) 1 Аз(тах) • •' Ал'(тах)

1

де р(та*) вказуе найкращу под1бнють вихщного п.с.п. з послщуючим кроком У = 1,2, ... К" ! координати зрушення аналогу.

Анал1з побудованих матриць . дтах) , який наведений в другому параграф! показав, що синоптичж процеси в П1вн1чн1й пшкул1 мають двохмюячну квазтерюдичнють (рис.1). Аналопчн! атмосферы процеси з двохмюячною квазтерю-дичнютю як показано в Табл. 1 мають сезонне зм1щення по широт1 та довгот! вщносно вихщних синоптичних процеав .

Таблиця 1

ЗмЦення в П1вн1чн1й П!вкул1 аналопчних атмосферних пол1в на середньому р1вн'| вщносно поточних через два м'юяця.

Поточний Мюяць- Змщення

мюяць аналог Л(р°

Березень Фчень 0 -10

Квггень Лютий -5 -5

Гравень Березень -5 -10

Червень Кв1тень -5 -15

Пипень Травень -10 0

Серпень Червень -5 +20

Вересень Липень -10 +20

Жовтень Серпень 0 +15

Пистопад Вересень 10 +15

Грудень Жовтень 5 ±15

Снень Листопад 0 -10

Лютий Грудень 0 -10

Наведен] вище результати у третьому параграф'1 застосовуються для розробки способу детал|'зованого прогнозу погоди на мюяць за допомогою методу плаваю-чого аналогу. Найбтьш простий зааб прогнозу за аналогом,

I Д'б

Рис. 1 Под1бжсть поля геопотенфала на середньому р!вн! П1вн1чно| п1вкул1 в залежносп вщ часу

Рис. 2 Р'1зниця в усшшност'! А Б м1ж прогнозом методом плаваючого аналогу та югнматичним прогнозом

який застосовуеться в практиф пдрометслужби записуеться так: Вектор

Х={хЦ = (хьх2 ,х3,... ,х„ ), ¡=1,2,... ,п,

подае поле, що прогнозуеться, де X/ - вщповщае значению метеоелементш в / -тому вузл1 географЫ ноУ атки територн, що розглядаеться. Аналогове поле метеоелеменлв представимо у вигляд! вектору розмфносл п :

У=М = (У 1 ,Уг ,У з,- ■ ■ ,Уп ), ¡=1,2,... ,п.

Тому що початкове поле метеоелемекпв Х1 , та аналогове У; завжди мають деяю допустим! вщммносл, як! допускаються критер!ями аналопчност!, то можна записати

Ц! вщмшност! визначають початкову помилку прогнозу. Наступи!- метеоролоп'чн! поля детал!зованого прогнозу погоди всередин'1 м!сяця будуть визначатися з стввщношень, наведених нижче:

Х2 = Г1+(Хг-Г1) = {у,)г + ({И>2 - <Ш - у2 Х3 = ¥2 +(Г3 -У2) = ЧШз - Ь>,Ь) = У3

X, = + +((У,Ь Уу

Таким чином, прогноз погоди буде вщповщати характеру метеоелемент!в пол!в аналопв 1 не враховувати при цьому початковий стан поля метеоелемент!в. Помилку прогнозу можна зменшити, якщо врахувати в розрахунковм схем! прогнозу початкове поле метеоелемент!в.

Розрахункова схема прогнозу погоди всередиш мюяця з урахованням початковоТ" ¡нформацн для методу плаваючого аналогу записуеться так: Нехай

а тенденшя змти аналогових пол'1В метеоелеменив е

У1-Уи=Мг{у,}н, ¡=1,2,...,к. Тод1 розрахункова схема прогнозу мае вигляд

Х2 = X, +(Г2 -У,) = {х,}, - {>;}:),

= Х2 +(Г3 -У2) = {*,.}2 + ({у,)з - №2),

Х} = Хн +(7у-7;_1)={х,.}/_1 +({у,} У-{у,} мУ

Вщм^нютю наступноТ схеми прогнозу Х/2) вщ попередньоТ схеми Х/1) являються перш1 члени р1вняння, як! враховують початкову ¡нформац!ю. Помилка прогнозу зменшиться на величину

АХ, = X? - X™ = хн + (7; - гм)- -(Г.-) = = Х„-Г„=Х1-Г1.

Отже, помилка прогнозу буде визначатися р!зницею початкового поля Х1 та його аналогу У* . Помилка прогнозу ще зменшиться, коли у способ! прогнозу погоди X/ ^ враховуеться не ттьки початков! поля метеоелеменив, але й р1зниця тенденцШ поточного поля '1 його аналогу.

Запропонована розрахункова схема прогнозу Х/2) з урахованням двохмюячноТ кваз!пер|'одичн1'ст! та сезонного змщення по широт!' та довгон пол1в аналог!в дозволяв складати прогноз поля температури повпгря, поля опад!в, тиску бтя земл! ! на вах стандартних висотах П1вн!чноТ твкулк Така схема придатна для довгострокового, середньострокового прогнозу погоди та для детал!зованого прогнозу погоди всередиж п.с.п. ! мюяця.

Необхщно вщмггити, що метод прогнозу погоди по аналогу дозволяе прогнозувати ва метеоелементи, що неможливо зробити н! яшм 1ншим ф!зико-статистичним методом. Оцшка прогноз!в погоди, як! складен! методом плаваючого аналогу за ачень 1981 р. - червень 1984 р.

проводилася за трьома параметрами: за критерюм аналопчност1 р, коефщ!ентом кореляцм cos^ i выносною помилкою прогноз1в е, що прийнят! в настановах по проведению оперативних випробувань метод!в довгострокових прогноз1в погоди.

CepeflHi оцшки прогнозу поля 500 гПа за перюд с!чень 1981р. -червень 1984 р. мали тага значения:

р = 0,3-0,9 , Cos <р = 0,5-0,95 , г = 0,4-0,92 .

Середы оцмки прогнозу поля температури за nepiofl очень 1981 р. -червень 1984 р.:

рср= 0,75 , Cos <рСр.= 0,79 .

Середн'| оцшки поля опад1в за перюд с'|чень 1981 р. -червень 1984 р.:

рср,- 0,70 , Cos <рср.= 0,71.

В четвертому параграф! наведен! результати випробувань детал!зованого прогнозу приземного поля тиску пов!тря на п'ять fli6 i суми onafliB на м!сяць по декадах за методом плаваючого аналогу для територн першого природно-синоптичного району! територи УкраТни.

В п'ятому роздт1 розглянуп перспективи удосконалення методу довгострокового прогнозу погоди з використанням методу плаваючого аналогу та врахування двохмюячноТ квазтерюдичносл атмосферних процеав. В першому параграф! приведен! результати детального дослщження двохмюячноТ квазтерюдичност! атмосферних процеав на П!вн!чн!й niBKyni i дано юнематичне пояснения цього процесу.

Удосконалений метод детал!зованого прогнозу погоди на мюяць за допомогою методу плаваючого аналогу описано в другому параграф!. 3 ц|'ею метою вс! поля аналопв представлен! у вигляд! розкладення в ряд по сферичним функц!ям. Поля аналопв вщновлювались при т = 0,1,2,3,4 ! п = 0,...,10, щоб зберегти ттьки крупномасштабн! складов! аналогових процеав. Tofli вдосконалена розрахункова схема прогнозу метеоролопчного поля мае слщуючий вигляд:

Xx = X0 +

x2=xl +

Y -Y

Y -Y

= +

V -Y

An+1 1n-1

де X1 , У - вщбудоваж поля. В ц!й розрахунковш cxewii довгострокового прогнозу у вузлах регулярно!' атки до поточного поля метеоролопчних величин робиться прирощення крупномасштабного поля. Поправка R' використовуеться як середня рЬниця м1ж тенденциями крупномасштабно!' частини поточних i аналогових метеоролопчних пол1в за три дн! до прогнозу. Цей тдхщ по використанню ¡нформацп аналопв поточного року дозволяе працювати на обмежежй територи. ApxiB баричних полю трьох останн1х мюяц1в отримано шляхом осереднення данних щоденного баричного поля за довготами Н,. Bei осереднеж поля за довготами Н,. розкладен1 в ряд Фур'е :

Л, = а0 + cos(2ятЛ / N) + bm sin(2ктХ / N)],

m=l

3

3

де «то i Ьт0 € коеф^енти ряда. Задача полягае в прогнозуванж цих коефЩ1ентш.

Прогностичж коефщ1енти ряду мають вигляд:

Ак= { ат}„= [осоо.аю,.. ,азо, а4! aa. ., a14i )k

(PlO ,■ • ,ЬзО, t>4i ,bs/.,. . . , bl4i )k t

для к=1-?30д HiB,

тут ато i bm0 вщповщають коефМентам ряду Фур'е вихщного поля Н0, a am¡ ,bm¡ вщповщають коефщ!ентам поля-аналога H¡ двохмюячноТ квазтерюдичност!. Перш1 коефМенти для /77=0,1,2 для кожного поля представляють зональну ¡ крупномасштабну складову. LÍ¡ гармонжи протягом мюяця ctíhkí i змшюються незначно. Отже, при прогноз! з врахуванням аналогу необхщно nepmi гармонжи збертати ¡ перетворювати вихщне поле з аналогу лише за високочастотними амплпудами гармонж для т>2. За допомогою прогностичних коефщюнтщ Ак i Вк осередненж за довготами значения для кожного дня мюяця, на який даеться прогноз, вщновлюються з врахуванням двохмюячноТ аналопчност1 за методом плаваючий аналог як

3

Нк = а00 + £ [ат0 cos(2;z7пЯ / N) + bm0 ún(2mnX / N)] +

m= 1

14

+ X [ссш cos(2otw(A + Al) / N) + bm¡ ún{2mn(k + АЛ) / N)]

m=4

ОцЫка ycniuiHocri такого методу прогнозу температури пов1тря розрахована для УкраТнського ГМЦ показала в цтому позитивн1 результата.

Для класифжаци атмосферних процеав та завбачення аномальних погодних явищ всередиж мюяця в третьому параграф! описаний новий пщхщ, заснований на використанж "пол!в-еталон!в", тобто метеоролопчних noniB, яю мають найбтьшу под1бн1сть з рештою noniB в дажй множиж. Поля тиску повп-ря вщ одного дня до другого всередиж прогнозуемого мюяця розтзнаються за допомогою пол1в-еталожв синоптичних процеав, що формують аномальж noroflHi умови в p¡3hhx областях територм УкраТни. Для цього вобрано bcí ahí аномальних погодних умов в кожному мюяц! з 1964 по 1988 рр. для територм УкраТни. Для визначення найбтьш ¡нформативного баричного поля (еталона) кожноТ аномально"! погоди в кожному мюяц! окремо було застосовано пщхщ, заснований на статистичжй оц1нц1 мммальних вщстаней м1ж баричними полями.

Оцшка ycnimHOOTi довгострокових прогноза середньоТ мюячноТ температури повпря i мюячноТ юлькосл onafliB для територп УкраТни за методом плаваючого аналога з мюячною завчаснютю приводиться в четвертому параграф^ Протягом

1992-1996 рр. УкрНДГМ! складав в оперативному порядку довгостроков1 прогнози погоди за методом плаваючого аналогу для територи УкраТни 1 передавав Тх в УкраТ'нський ГМЦ \ 1нститут агроресурав УкраТни. Справджуванють метода ощнювалась по категоричжй оц1нц1:

Р = п/Ы,

де п - це юльюсть пункп'в або областей на вибражй територГТ, де прогноз виправдався, N - це загальна юльюсть пункпв або областей. В нашому випадку N =25 областям УкраТни.

У вщповщносп з усталеною практикою гщрометслужб проводилось пор1вняння справджуваносп прогноза, зроблених даним методом з шматичними та ¡нерцмними прогнозами. На рис.2 приведений графж успшносл прогноз1в вщносно шматичного, на якому видно, що бтьша частина вщхилень оцЫки мюячного прогнозу температури вщ шматичного позитивна. ЛУя, вщповщна 0,19, вказуе насктьки прогнози по запропонованому методу плаваючий аналог в середньому перевищують ктматичний прогноз температури пов1тря. Цифра 0,19 вщповщае п= 5 областей \ вказуе, що прогноз за цим методом дае позитивну оцЫку на 5 областей бтьше, жж шматичний. В середньому оцЫка даного методу на 0,22 перевищуе (5,5 областей) перевищуе оцшку ¡нерцмного прогнозу. Сшвставлення оперативних прогноз1в за методом автора з оперативними прогнозами РосПдрометцентру з нульовою завчаснютю, яке було проведене УкрГщромет-центром, показало однакову устшнють, але разроблений в дажй робот1 метод прогнозу мае бтьшу завчаснють. Устшнють методу прогнозу мгсячноТ юлькост1 опад1в з мюячною завчаснютю в середньому вище шматичного прогнозу на 0,11, що вщповщае 2,5 областям, а ¡нерцмного - на 0,17 (3 обласп). Таким чином, устшнють прогнозв за методом плаваючого аналогу, як для температури повп-ря, так 'I для опад1в вища шматичного та ¡нерцмного прогноза.

Вщповщж ршення Центрально!' методично'! ком1сп з прогноз1в погоди та акти про впровадження наведен! в Додатку.

Основт результати та висновки

1.Подальший розвиток метода довгострокового прогнозу погоди потребуе проведения фундаментальних дослщжень динамики та енергетики загальноТ циркуляцн атмосфери. Тому важпивою для розробки метод1в довгострокового прогнозу погоди, але все ще недостатньо дослщженою проблемою, е дослщження стмкосп атмосферних макропроцеав ф1зико-статистичними методами, видтення стмкосп складових атмосферноТ циркуляцн та вивчення Тх зв'язку з сийкими та квазтерюдичними атмосферними процесами. Поряд з виявленням нових сталих предиктор!в та удосконапенням фйико-статистичних метод ¡в прогнозу, необхщне узагальнення традицмного визначення аналопчносп, виявлення можливоТ квазтер'юдичноси атмосферних процеав на основ! узагальненоТ аналопчносп з метою використання Тх для довгострокового прогнозу погоди.

2. Дослужена сийкють великомасштабних метеоролопч-них полю для територп ГПвжчноУ швкул1, СхщноТ Свропи та територп УкраТни. Сийкють вихщного метеоролопчного поля в уа сезони р'13ко зменшуеться, швидк'ють зменшення под'|бност'| вихщного поля з наступним залежить вщ сезону. Взимку сийкють метеоролопчних пол1в бтьша жж вл1тку. АналЬ снйкосн крупномасштабних метеоролопчних полщ дов1в, що висхщний стан метеоролопчного поля необхщно враховувати при прогноз! погоди на середж строки, тод1 як для прогнозу погоди на мюяць! сезон вш малошформативний.

3. Крупномасштабж атмосферж процеси \ пов'язаж з ними погодж умови дослщжеж за допомогою зональних складових, ультрадовгих хвиль \ центра дГГ атмосфери. В залежносп вщ сезону року видтеж ультрадовп хвил1 1 центри дн атмосфери, яю формують характер поля температури в ГПвжчжй пшкул1 та поля опад1в на територп СхщноТ Свропи в тренй мюяць вщ початкового. Видкпеж хвил1 та центри дн атмосфери, що впливають на перетворення вихщних пол1в температури I опад1в, застосоваж як предиктори для ф1зико-статистичних метод ¡в прогнозу середньоТ мюячноТ температури пов1тря \ мюячноТ суми опадш.

4. Побудоваж ф1зико-статистичж методи фонового прогнозу аномалм середньоТ мюячноТ температури повпря та мюячноТ суми опад1в за допомогою дискрим'1нантного анал'1зу та

р!внянь множинноТ регреси на основ!' урахування впливу початкового стану центра д!Т атмосфери, динамжи ультрадовгих хвиль на стмкють поля середньоТ мюячноТ температури пов!тря. Уточнения фонового прогнозу проводиться за допомогою розрахунку прогнозу екстремапьних значень аномалм середньоТ мюячноТ температури пов'1тря окремо для кожного пункту Укра'Тни. Розрахункова схема прогнозу розширена для територм СхщноТ бвропи.Сибфу та Казахстану з двохмюячною завчаснютю. Запропонована розрахункова схема прогнозу температури показала достатню сталу усп!шнють, пройшла оперативне випробування \ прийнята в оперативну практику пдрометслужби.

5. Побудована удосконалена схема прогнозу температури та опад!в з двохмюячною завчаснютю, заснована на квадратичному дискримтантному анал1з1 та р!внянж множинноТ регреси. Розрахункова схема враховуе теплом!сткють твжчноТ частини Атлантичного океану, зволоження територп у вихщний момент та швидкють провщного потоку в середжй тропосфер!. В результат! дослщного випробування в Гщрометцентр! СРСР одержан! стал! критерп справджуванност! та прийняте р!шення про використання цього методу в оперативн!й робот! пдрометслужби.

6. Знайдений новий п!дх!д до визначення аналопчносп атмосферних процеав в ГНвжчжй п1вкул!, який зн!мае традицмж вимоги аналог!чност! процеав над оджею 1 т!ею ж територ!ею та дозволяв розширити дослдження перюдичност! атмосферних процеав у час! та простор! для Пшжчно'Т твкулК Такий п!дхщ названий методом плаваючого аналогу та формулюеться так : вимагаеться геометрична под!бн!сть двох планетарних висотних фронтальних зон по уем П!вн!чн!й твкул!, а не ттьки по окремому району, при цьому допускаеться Т'х географине розбЬкнють.

7. Виявлена за допомогою методу плаваючого аналогу квазтерюдичнють атмосферних процеав з перюдом б!ля двох мюяц1в на протяз! всього року, яку неможливо було виявити традицмним методом пщбору аналогу. Двохмюячна кваз!пер!одичн!сть атмосферних процеав сприяе подальшому п!знанню та розширенню рамок ф'13ичноТ передбачливосп атмосферних процеав. А/Псцеположення пол!в-аналопв двохмюячноТ кваз!пер!одичност! визначаеться сезонного

взаемод1ею системи океан-суша-атмосфера, температурним градгёнтом океан-суша та полюс-екватор.

8. Запропоноваы розрахунков! схеми прогнозу за методом ллаваючого аналогу з урахуванням двохмюячноТ' квазтерюдичност! атмосферних процесс дозволяе складати прогноз поля температури пов!тря, поля опад!в, тиску б1ля земл1 та на вс1х стандартних висотах ГИвжчноТ твкулкВони придать для довгострокового.середньострокового прогнозу погоди та для детал1зованого прогнозу погоди усередиы природно-синоптичного пер!оду та мюяця.

9. Для класифкацм атмосферних процеЫв та завбачення аномальних погодних явищ всередиы м!сяця розроблений новий пщхщ, заснований на використанж "полш-еталожв", тобто метеоролопчних пол!в, яю мають найбтьшу под!бжсть з рештою пол1в в данм множиы. Поля тиску повпря вщ одного дня до другого всередин'1 мюяця, який прогнозуеться, розшзнаються за допомогою пол1в-еталон1в синоптичних процеав, що формують аномальж погоды умови в рюних областях УкраТни.

10. Анал1з ощнки прогноз1в середньоТ мюячноТ температури повпря та мюячноТ суми опад'1в з мюячною завчасыстю за методом плаваючог аналогу для 25 областей УкраТни показав перевищення устшност1 методу над шматичними та ¡нерцмними прогнозами до 20 % та однакову усшшжсть прогноз1в середньоТ мюячноТ температури пов!тря за методом УкрНДГМ! та ГМЦ Роси при бтьипй завбачливост! прогноз1в УкрНДГМ!. Усп!шнють прогноз1в м!сячноТ суми опад1в УкрНДГМ! вище усп!шност! прогноз!в ГМЦ РосГТна 15 % .

11. Метод довгострокового прогнозу погоди з урахуванням двохм!сячноТ квазтерюдичност! атмосферних процеав поточного року офЩмно впроваджений в оперативну практику гщрометслужби УкраТни з с!чня 1997 року.

Основн'| результати дисертацп опублшован! в роботах:

1. Мартазинова В.Ф. Динамика ультрадлинных волн в общей циркуляции атмосферы. // Труды ГМЦ СССР.-1973,-вып.22.-С.89-91.

2. Мартазинова В.Ф. Центры действия атмосферы и устойчивость поля аномалий среднемесячной температуры

воздуха на Северном полушарии. // Метеорология и гидрология.-1974.-№2.-С. 60-67

З.Зверев Н.И..Мартазинова В.Ф.,Шишков В.Г. Годовая цикличность макропроцессов на среднем уровне тропосферы. // Труды ГМЦ СССР. -1974.-вып.137.-С.44-46.

4. Мартазинова В.Ф. Статистический метод прогноза средней месячной температуры воздуха. // Труды ГМЦ СССР-1975.-вып.147.-С.89-91

5. Мартазинова В.Ф.Способ прогноза крупных аномалий средней месячной температуры воздуха на территории Казахстана. // Труды УкрНИГМИ.-1977.-вып.154.-С.30-34

6. Мартазинова В.Ф. Физико-статистический метод прогноза месячных сумм осадков для основных сельскохозяйственных районов ЕТ СССР с двухмесячной заблаговременностью. // Труды УкрНИГМИ.-1979. - вып.176. - С.3-9.

7. Мартазинова В.Ф., Сологуб Т.А. Синоптические характеристики теплового состояния северной части Атлантического океана // Труды УкрНИГМИ. - 1979. - вып.176. -с. 10-18.

8. Мартазинова В.Ф. .Сологуб Т.А. Прогностические аспекты наиболее вероятных полей аномалии средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков на Украине.//Труды УкрНИГМИ. -1982. - вып.189. -С.3-14.

9. Мартазинова В.Ф. .Сологуб Т.А. Вероятностные поля аномалии средней месячной температуры воздуха и месячных сумм осадков на Украине. // Труды УкрНИГМИ. -1985. - вып.204. -С.100-107.

Ю.Мартазинова В.Ф. Усовершенствованная схема прогноза месячных сумм осадков и аномалии средней месячной температуры воздуха для Европейской территории СССР //Труды УкрНИГМИ. -1985.-вып.204.-С.41-50.

11.Мартазинова В.Ф. К вопросу об использовании аналоговых полей метеоэлементов для прогноза. // Труды УкрНИГМИ. - 1986. -вып.219,- С.37-42.

12.Мартазинова В.Ф.,Сологуб Т.А. Определение квазипериодичности атмосферных процессов на Северном полушарии с помощью метода плавающий аналог. // Труды УкрНИГМИ-1986.-вып.219.-С.42-46

13.Мартазинова В.Ф. К вопросу о временной изменчивости зональных составляющих общей циркуляции атмосферы. //Труды УкрНИГМИ.-1987.-вып.225.-С.73-77.

14.Мартазинова В.Ф., Младиная Л.В. Временная изменчивость ультрадлинных волн общей циркуляции атмосферы. //Труды УкрНИГМИ.-1987.-вып.225.-С.78-83.

15.Мартазинова В.Ф. Использование динамики ультрадлинных волн в прогнозе погоды по аналогу. // Труды УкрНИГМИ.-1989.-вып.233. -С.70-75

16.Мартазинова В.Ф.,Иванова Е.К. Метод прогноза температуры и влажности воздуха для естественно-синоптического периодов на территории Украины. // Труды УкрНИГМИ.-1989.-вып.233. -С.83-87

17.Мартазинова В.Ф., Мацак В. И. Аномальные атмосферные процессы над Карпатами и их прогноз с месячной заблагоеременностью. // Докл. X1V Международной конференции по метеорологии Карпат.--!989, София.- С. 46-51.

18.Мартазинова В.Ф.,Мельник Н.П.,Радченко Т.Э. Детализированный прогноз осадков на два месяца по способу плавающий аналог для территории Украины. II Труды УкрНИГМИ.-1991.-вып.239. -С.69-74.

19.Мартазинова В.Ф.,Мельник Н.П. Результаты испытаний детализированного прогноза приземного поля давления по методу плавающий аналог для пятидневки по территории первого естественно-синоптического района и территории Украины. // Труды УкрНИГМИ.-1991.-вып.239. -С.75-82.

20.Мартазинова В.Ф. Исключительны ли атмосферные процессы зим 1986-1989гг. // Труды УкрНИГМИ.-1991,-вып.239.-С.94-101

21.Мартазинова В.Ф. , ПрохоренкоВ.М. Синоптико-статис-тический метод прогноза снегопада в Украинских Карпатах. // Докл.ХУ Международной конференции по метеорологии Карпат.-1991, Киев.-С.77-84

22.Martazinova V.F. Displacements of semi-permanent centres of action and variations of the regional climate. II Proc.lnt.Symp.Precipitation and Evaporation.-1993, Bratislava -V.2-P.210-213.

23.Martazinova V.F. Changes of atmospheric circulation in central-east Europe at recent decade an long-range forecasting. // Workshop on regional climate change in central-east Europe.-1994, Budapest.-P.72-77.

24.Martazinova V.F., Ivanova E.K., Sologub T.A. The new approaches in long-range forecasting of precipitation. // Proc. Int. Symp. "Atmospheric Physics and Dynamics in the Analysis and prognosis of Precipitation Fields".- 1994, Roma.- P. 123.

25.Martazinova V. F. Extended range forecasting in Ukraine. // 2nd European Conference on Applications of Meteorology.-1995, Paris.-P.216-219.

26. Martazinova V. F. Changes in the regional climate in the Ukraine: Impact on the environment and agriculture. // Proc. Int. Symp. "Technological Civilization Impact on the Environment. Situation in the post soviet area." - 1996, Karlsruhe.- P. 81.

27.Martazinova V.F., Maderich V.S. Changes of the large-scale atmosphere circulation and regional climate in the Ukraine. // Proc.Second Conference on Applied Climatology.-1996, Norkkoping.-P. 132-134.

28.lvanova E., Martazinova V. The features of the atmospheric circulation in troposphere at the surplus and deficit of ozone over the territory of the Ukraine. // Proc. 23rd European meeting on atmospheric studies by optical methods.-1996, Kiyv-P.33.

29.Martazinova V.F. Recent improvements in seasonal forecasting in the Ukrainian Meteorological Service. // 3rd European Conference on Applications of Meteorology. Deutscher Wetterdienst.- Annalen der Meteorology Bd. 35. 1997, Offenbach am Main.-P.69-72.

30.Мартазшова В.Ф .Сологуб T.A. ,1ванова E.K. Довгострокове прогнозування середньоТ мюячноТ температури повпря та мюячно!' сумм опад1в для територм Украши. // В зб. Системж досл'щження та моделювання в землеробствк -1997, КиТ'в,- Агропром (в др.)

АН0ТАЦ1Я

Мартазжова В.Ф. Стмкють великомасштабних атмосферних процес1'в та фгаико-статистичж методи довгострокового прогнозу погоди,- Рукопис.

Дисертащя на здобуггя вченого ступеня доктора ф[зико-математичних наук за спефальжстю 04.00.22 - геофшка Институт радюф1зики та электрожки ¡м. О.Я. Усикова НАН УкраТны, Харюв, 1998.

Дисертация присвячена вивченню елйкосл великомасштабних атмосферних процесщ та розробф ф ¡з ико-статистичних метод!в довгострокового прогнозу погоди. В работ1 на основ1 дослщження великомасштабноТ атмосферноТ циркуляци развинуто новий напрямок фЬико-статистичного довгострокового прогнозування погоди. Запропоновано метод плаваючого аналога, який узагальнюс традицмний метод аналопв. На основ! такого пщходу розроблений I впроваджений в оперативну практику Пдрометслужби комплекс ф1зико-статистических метод1в довгострокового прогнозу погоди.

Ключов) слова: фЬика атмосфери, атмосферна циркулящя, слйюсть, центри дм, ультрадовп хвил1, метод аналопв, статистичт методи, квазтерюдичжсть, довгостроковий прогноз

АННОТАЦИЯ

Мартазинова В.Ф. Устойчивость крупномасштабных атмосферных процессов и физико-статистические методы долгосрочного прогноза погоды,- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 04.00.22 - геофизика Институт радиофизики и электроники им. О.Я. Усикова НАН Украины, Харьков, 1998.

Диссертация посвящена изучению устойчивости крупномасштабных атмосферных процессов и разработке физико-статистических методов долгосрочного прогноза погоды. В работе на основе исследования крупномасштабной атмосферной циркуляции развивается новое направление физико-статистического долгосрочного прогнозирования погоды. Предложен метод плавающего аналога, обобщающий традиционный метод аналогов. На основании такого подхода разработан и внедрен в оперативную практику Гидрометслужбы

комплекс физико-статистических методов долгосрочного прогноза погоды.

Ключевые слова: физика атмосферы, атмосферная циркуляция, устойчивость, центры действия, ультрадлинные волны, метод аналогов, статистические методы, квазипериодичность, долгосрочный прогноз

Martazinova V.F. Stability of the large-scale atmosheric processes and physical-statistical methods of the long-range weather forecasting.

Dissertation is presented in form of manuscript to claim the degree of doctor of physics and mathematics, specialty 04.00.22 - Geophysics; O.Ya. Usikov Institute of radiophysics and electronics NASU, Kharkiv, 1996

The dissertation is devoted to the study of the large-scale atmosphere processes stability and development of the physical-statistical methods of the long-range weather forecasting. The new line of the physical-statistical forecasting is developed on the base of investigation of a large-scale atmosphere circulation. The floating analogue method was suggested that generalizes the traditional analogue method. A set of physical-statistical methods of long - range weather forecasting was developed and operationally used in the Hydrometeorological service.

Key words: atmosphere physics, atmosphere circulation, stability, centres of action, ultrlong waves, analogue method, statistical methods, quasiperiodicity, long-range weather forecasting.

ANNOTATION