Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ СПОСОБОВ СЕЗОННОГО ПРОГНОЗА ОСАДКОВ 7
ГЛАВА 2. СПОСОБ ПРОГНОЗА ТИПА АНОМАЛЬНОСТИ ПОЛЯ СУММЗИМНИХ ОСАДКОВ НА ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ СССР 18
2.1. Некоторые статистические характеристики двухмесячных сумм осадков за январь и февраль на Европейской территории СССР 18
2.2. Типы полей сумм зимних осадков с большой аномальностью 27
2.3. Прогностически значимые районы полей %00 за Н0ЯбРь и декабрь над северным полушарием 41
2.4. Способ выделения наилучших разделяющих признаков 48
2.5. Опыты по выделению наилучших разделяющих признаков для прогноза типа аномальности поля сумм зимних осадков на Европейской территории СССР 59
ГЛАВА 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЦИРКУЛЯЩ'Ш В СРЕДНЕЙ ТРОПОСФЕРЕ ДЛЯ ПРОГНОЗА СУММ ЗИМНИХОСАДКОВ НА ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ СССР 71
3.1. Описание поля-предиктанта с помощью коэффициентов его разложения по естественным ортогональным составляющим 71
3.2. Районирование Европейской территории СССР по сушам зимних осадков 79
3.3. Формирование прогностически информативных параметров полей-предикторов 89
3.4. Районы поля за ноябрь, информативные для прогноза коэффициентов разложения по естественным ортогональным составляющим
поля сумм зимних осадков 94
3.5. Способ прогноза поля сумм зимних осадков с
месячной заблаговременностью 117
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗЖЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ПРОГНОЗА СУШ ЗИМНИХ ОСАДКОВ НА ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ СССР 142
4.1. Объективная классификация ситуаций-предикторов 142
4.2. Способ прогноза поля сумм зимних осадков с нулевой заблаговременностью 148
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 162
ЛИТЕРАТУРА 166
ПРИЛОЖЕНИЕ 182
- СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ СПОСОБОВ СЕЗОННОГО ПРОГНОЗА ОСАДКОВ
- Некоторые статистические характеристики двухмесячных сумм осадков за январь и февраль на Европейской территории СССР
- Описание поля-предиктанта с помощью коэффициентов его разложения по естественным ортогональным составляющим
- Способ прогноза поля сумм зимних осадков с нулевой заблаговременностью
Современное состояние разработки способов сезонного прогноза осадков
Основным, официальным, способом сезонного прогноза погоды в нашей стране являетоя метод С.Т.Пагавы. По этому методу о заблаговременноетью один-два месяца предсказывается пространственное распределение сезонных сумм осадков и средней за сезон температуры воздуха на Европейской территории СССР, в Закавказье, Западной Сибири, Казахстане и Средней Азии. Под сезоном здесь понимаетоя естественный синоптический сезон (е.с, сезон). Последний не имеет постоянных дат начала и конца, их определение является частью прогностических разработок, проводимых в рамках данного метода. Естественный синоптический ое-зон представляет собой отрезок времени, в течение которого преобладают однотипные макропроцессы (естественные синоптические периоды) в нижней и средней тропосфере над естественным синоптическим районом. В монографии / 89 / показано, что причиной существования и смены е.с. сезонов является изменение особенностей теплообмена между континентами и океанами.
Для первого естественного синоптического района, занимающего сектор 50 з.д. - 80 в.д. севернее 20 с.ш., выделено шеоть е.с. сезонов: зима, весна, первая и вторая половины лета, осень, предзимье. Их средняя многолетняя продолжительность различна, причем сезоны теплого полугодия короче. В первом приближении можно считать, что е,с. сезону зима соответствует отрезок времени, состоящий из января и февраля, е.с. сезону весна - март и апрель, е.с. сезону первая половина лета - май и июнь, и так далее.
Одной из основных особенностей метода С.Т.Пагавы является не непосредственный прогноз распределения по территории суммы осадков за сезон и средней сезонной температуры воздуха у земли, а их диагноз с помощью предсказанных средних сезонных полей HQQQ И HJQQQ. Задача сезонного прогноза погоды в такой постановке физически оправдана и является продолжением на временной интервал порядка двух месяцев синоптической практики, развитой применительно к краткосрочным и среднесрочным прогнозам.
Второй важной особенностью рассматриваемого метода является положение о том, что в каждом из трех естественных синоптических районов северного полушария имеют место свои условия развития синоптических процессов, обусловленные характером теплообмена между океаном и материком. Поэтому для прогноза погоды в каждом е.с. районе оиноптичеокие процессы рассматриваются изолированно от процессов над другими естественными синоптическими районами.
Некоторые статистические характеристики двухмесячных сумм осадков за январь и февраль на Европейской территории СССР
Исходная выборка полей двухмесячных сумм осадков за январь и февраль состояла из 33 случаев (с 1949 по 1981 гг.). Каздое поле задавалось 85 значениями сумм осадков, средними для административных областей (краев, АССР, союзных республик). Среднеобластные значения сумм осадков поступают в Гидрометцентр СССР из территориальных УГКС. Полный спиоок областей Европейской территории СССР, использованных в работе, приведен в табл.1, где даны некоторые климатические характеристики среднеобластных сумм ооадков за январь и февраль, рассчитанные по исходной выборке. Изучаемая территория представлена на рис.1.
Отрезок времени, состоящий из января и февраля, почти совпадает с естественным синоптическим сезоном зима, который, как правило, начинается в конце декабря и заканчивается в начале марта. Поэтому изучаемые поля в дальнейшем будем называть полями сумм зимних осадков.
Согласно принятой терминологии /85 /, в прогнозе количества осадков на месяц или сезон указывается одна из трех градаций суммы осадков. Эти градации установлены одинаковыми для каждой точки поля: норма - 80-120$, дефицит - меньше 80$.
Описание поля-предиктанта с помощью коэффициентов его разложения по естественным ортогональным составляющим
Прогноз осадков на месяц или сезон заключается в указании крупномасштабных особенностей будущего поля сумм осадков. Большая пространственная изменчивость сумм осадков приводит к тому, что описание поля этого элемента величинами, измеренными на станциях, состоит в значительной степени из шумов по отношению к крупномасштабным составляющим поля. Как уже указывалось, для выделения последних применяется осреднение сумм осадков по территориям. Дополнительно к этому может быть использовано разложение по естественным ортогональным составляющим (е.о.с.) поля сумм осадков, представленного средними по территориям значениями. Эта мера, кроме фильтрации мелкомасштабных шумов, преследует цель экономного описания поля с достаточной точностью.
Разложение полей по естественным ортогональным составляющим является одним из способов линейного приближения полей, которое для случая, когда,поле задано в конечном числе точек, сводится к следующему. Пусть М - число точек поля.
Способ прогноза поля сумм зимних осадков с нулевой заблаговременностью
При разработке способа прогноза поля сумм зимних осадков по данным за декабрь было получено по.четыре схемы регрессионного прогноза для каждого предиктанта, в качестве которых по-прежнему брались коэффициенты порайонного разложения по е.о.с. Первая схема представляет собой определенное на всей обучающей выборке уравнение регрессии, аргументы которого отбирались среди коэффициентов разложения по е.о.с. средних за декабрь полей температуры поверхности воды Северной Атлантики и температуры воздуха у земли над Арктикой и над Европейской территорией СССР. Разложение проводилось отдельно для каждого из трех полей температуры, при этом использовались корреляционные матрицы. В совокупность тест-предикторов были включены по три первых коэффициента разложения каждого поля. Коэффициенты разложения поля по естественным ортогональным составляющим, определенным как собственные векторы корреляционной матрицы, являются некоррелированными признаками, имеющими наиболее тесную корреляционную связь с набором первоначальных признаков, описывающих поле /105/.
Вторая схема состоит из уравнений регрессии, определенных отдельно для каждого из двух классов ситуаций-предикторов. Эти классы брались в соответствии с классификацией декабрьских средних месячных полей H5QQ в первом е.с. районе. При разработке уравнений регрессии отдельно по классам рассматривалась та же совокупность тест-предикторов, что и в первой схеме.
Третья и четвертая схема аналогичны, соответственно,.первой и второй, лишь вместо коэффициентов разложения по е.о.с. полей предикторов брались наилучшие разделяющие признаки этих полей. Если при определении коэффициентов разложения иснользо-вались величины во всех точках поля, то для расчета наилучших разделяющих признаков рассматривались, вообще говоря, не все точки поля. Оптимальное подмножество точек поля, по величинам в которых вычислялись наилучшие разделяющие признаки, определялось отдельно для каждого пре диктанта. Выбор наилучшего подмножества точек поля проводился точно так же, как это делалось для прогностически значимых районов поля HCQQ за ноябрь: скользящий контроль качества распознавания трех градаций коэффициента разложения по е.о.с, осуществлялся для различных наборов первоначальных признаков поля, по результатам серии таких экспериментов выбирался наилучший набор. В табл.11 представлены характеристики отобранных наборов первоначальных признаков полей температуры поверхности воды Северной Атлантики, приземной температуры воздуха над Арктикой и над Европейской территорией СССР.
