Сравнительный комплексный анализ и прогноз режима осадков в различных климатических зонах юга России

• Автор: Пшихачева, Ирина Нашировна
• Шифр специальности: 25.00.30
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 213 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА
ГЛАВА 2. ФИЗИКО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ИЗМЕНЕНИЯ РЯДОВ СУММ ОСАДКОВ И МАКСИМАЛЬНЫХ СУТОЧНЫХ ОСАДКОВ НА ТЕРРИТОРИИ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА ЗА ПЕРИОД 1961-2011 ГГ
2.1 Введение
2.2 Климатообразующие факторы для Северного Кавказа
2.3 Закономерности изменения режима осадков на метеостанциях европейской части юга России за период 1961-2011 гг
2.4 Систематизация метеостанций по индивидуальным характеристикам и экстремальным значениям рядов осадков
2.5 Сравнительное описание изменения режима осадков по данным разных авторов
ГЛАВА 3. ПРОГНОЗ СЕЗОННЫХ И ГОДОВЫХ СУММ ОСАДКОВ НА ПЕРИОД 2012-2018 ГГ. МЕТОДОМ «ГУСЕНИЦА»-ББА
3.1 Краткий обзор теории сингулярно-спектрального метода «Гусеницая-ББА
3.2 Прогнозирование сезонных и годовых сумм осадков метеостанции Буйнакск на период 2014-2018 гг
3.3 Прогнозирование сезонных и годовых сумм осадков метеостанции Нальчик на период
2014-2018 гг
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Библиографический список использованной литературы
Приложение 1 (сводная таблица сравнительного анализа динамики сумм осадков по данным
разных авторов)
Приложение 2 (таблицы и графики результатов прогноза суммы осадков для 17 метеостанций)
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования:
Изменение климата стало в настоящее время фактором, оказывающим существенное влияние на атмосферные процессы и, таким образом, на природно-климатические характеристики практически всех регионов нашей планеты. Этим можно объяснить и то, что исследование изменений природно-климатических характеристик регионов, их прогноз, а также четкое определение возможных их последствий для окружающей среды и в различных областях человеческой деятельности стали в настоящее время научными проблемами, которые привлекают большое внимание исследователей. К таким проблемам можно отнести анализ и прогноз изменений режима осадков, рассмотренные в настоящей работе для различных климатических зон юга России.
В климатической доктрине Российской Федерации, утвержденной 17 декабря 2009 года, говорится, что «...пополнение знаний о климатической системе является необходимой предпосылкой формирования и реализации независимой, научно и социально обоснованной политики в области климата. Систематические наблюдения за климатом, фундаментальные и прикладные исследования, связанные с его изменениями, обеспечивают повышение осведомленности органов государственной власти, субъектов экономики, научной общественности, средств массовой информации, населения о происходящих и будущих изменениях климата и об их последствиях, о возможностях адаптации к этим изменениям и мерах по их смягчению, а также принятие соответствующих решений».
Цель работы:
Целью работы являются анализ (1961-2011 гг.) и прогноз (2014-2018 гг.) пространственно-временного распределения режима осадков по данным девятнадцати метеостанций на территории европейской части юга России, выявление тенденций их изменения, определение общих черт и характерных особенностей сезонной и годичной динамики режима осадков.
В рамках достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- проведен статистический анализ сезонных, годовых сумм осадков и максимальных суточных осадков за период 1961-2011 гг. с выявлением экстремальных значений для каждого ряда и сравнением с помощью Т-теста средних значений метеопарамстров с соответствующей климатической нормой (1961-1990 гг.); получены линейные тренды,

характеризующие современные изменения режима осадков; проведен сравнительный анализ с результатами работ других исследователей;
- исследованы фрактальные свойства и трендоустойчивость временных рядов атмосферных суточных максимумов, сумм осадков в равнинной, предгорной и горной зонах на юге России с помощью метода нормированного размаха; уточнена градация показателя Херста для определения трендоустойчивости ряда;
- систематизированы и уточнены изменения режима атмосферных осадков в различных климатических зонах юга России на основе сравнительного анализа данных разных авторов;
- получены прогнозные значения сезонных и годовых сумм осадков на период с 2014 по 2018 гг. с помощью метода спектрально-сингулярного анализа («Гусеница»—SSА).
Научная новизна:
В диссертационной работе получены результаты, обладающие научной новизной:
- для каждого сезонного и годового ряда сумм осадков и максимальных суточных осадков по данным 19 м/станций (всего 190 рядов), посчитаны 15 статистических характеристик, в том числе экстремальные значения. Определено количество экстремальных значений, приходящихся на 1961-1990 гг. (базовый период) и на 1991-2011 гг. (современный период) для каждой из зон; с помощью Т-теста определена статистическая разница (или равенство) средних значений рядов суммы осадков и суточных максимумов и соответствующих климатических норм для каждой станции;
- в результате анализа 190 рядов получена уточненная градация для определения трендоустойчивости ряда, позволяющая определить продолжительность сохранения тенденции увеличения или уменьшения режима осадков. Для персистентного ряда интервал для показателя Херста 0,5<Я<1 был разбит на два подинтервала:
1) 0,5<Я<0,7 и 2) 0,7<Я<1. В первом случае тенденция изменения устойчива в течение 4-1 Одет; во втором случае тенденция устойчива от 10 лет и до длины изучаемого периода.
- впервые получены прогнозы для 90 рядов сумм осадков (сезонные и годовые) непараметрнческим методом спектрально-сингулярного анализа «Гусеница-SSA» на 2014-2018 гг. Качество прогноза проверено Т-тестом, который с 95%-ным доверительным интервалом подтверждает равенство средних исторического ряда (2002—2011 гг.) с прогнозными значениями на этот же период;
Качество прогноза подтверждено Т-тестом, который с 95%-ным доверительным интервалом подтверждает равенство средних исторического ряда (2002—2011 гг.) с прогнозными значениями на этот же период.

течение 1961-1978 гг. сменилось устойчивым увеличением приращения в 1979-2011 гг., что с большой вероятностью будет происходить и в будущем.

1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006 2

Осенние суммы осадков и накопленные отклонения с трендами, Буйнакск
у = 0,4996х +

Осенние максимальные суточные осадки и накопленные отклонения с трендами,
БуИнаКСК у = - 0,0227х +

-40

1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006 2

Рисунок 2.9 - Графики накопленных отклонений осенних осадков: а) суммы осадков, //-0,608; б) максимальных суточных осадков, //-0,562.
Среднее значение максимальных суточных осенних осадков за 1961-2011 гг. составило 27,2 мм со стандартным отклонением 14,21 мм. Среднее значение 27,2 мм немного превышает медиану 25 мм, но попадает в доверительный интервал среднего (23,22-31,21). Имеется значительная правосторонняя асимметрия Ах=,211 и положительный эксцесс £=2,771 с наиболее высоким острым пиком в распределении и длинными хвостами по сравнению с предыдущими сезонами, следовательно, большое количество максимумов суточных осенних осадков сосредоточено вблизи среднего значения, а также их большее количество превышает среднее значение.
Имеется 1 экстремум с превышением значения максимальных суточных осадков 81мм в сентябре 1980 г. при суточной норме 27 мм.