ОЦІНКА ЦИКЛІЧНОСТІ БАГАТОРІЧНИХ КОЛИВАНЬ СТОКУ РІЧОК УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТ

Краткое содержание

У першому розділі викладено основні теоретичні засади досліджень, здійснено огляд існуючих розробок та методик, апробовано різні методики виявлення циклічності та охарактеризовано їх переваги і недоліки.

Вивчення багаторічних коливань клімату та річкового стоку почалося з другої половини XIX ст. деякими вченими, зокрема, К.С.Веселовським, О.І.Воєйковим, В.В.Докучаєвим, Л.С.Бергом та іншими. Початок фундаментального дослідження структури рядів річкового стоку покладено роботою В.Г.Андріянова та ін. “Исследование повторяемости и продолжительности периодов различной водности на реках СССР”[1965 р.].

Дослідження циклічності коливань стоку річок України знайшли своє відображення у працях М.М.Ворончука, М.М.Сусідка, О.І.Лук‘янець, Б.В.Кіндюка, Т.В.Гассій та ін. Сучасні зміни клімату і характеристик річкового стоку на території України вивчає В.І.Вишневський.

Поки що не існує єдиної думки в розумінні та поясненні природи циклічності. Вважається, що цикли обумовлені або впливом зовнішніх (космогеофізичних) факторів, або взаємообумовлюючими процесами в системі атмосфера – гідросфера Землі, або звичайними закономірностями будь-якої випадкової послідовності.

Для того, щоб уникнути окремих розходжень в оцінці коливань і виділити більш суттєві їх особливості, застосовуються: загальновизнаний у статистичній обробці метод згладжування рядів спостережень шляхом ковзаючих n-річок, інтегральна різницева крива, біноміальне осереднення, а також ряд фільтрів, що пропонуються блоком аналізу часових рядів „Time Series Analysis”  у системі STATISTICA. З метою адаптації вказаних методик оцінки часових рядів до середнього багаторічного стоку річок Українських Карпат, нами було проаналізовано дані багаторічних спостережень за стоком води по десяти гідрологічних постах з періодами спостережень 45-55 років, які охоплюють різні за площею та умовами формування стоку водозбори. Для аналізу відібрано такі методи: різницева інтегральна крива; перше ковзаюче осереднення, при n = 3; друге ковзаюче осереднення при, n = 3; медіанне згладження, при n = 3; біноміальний фільтр з другим ступенем осереднення.

Проведений аналіз основних методів виявлення циклічності дозволяє зробити висновок про те, що найбільш прийнятним є застосування різницевої інтегральної кривої та другого ступеню біноміального осереднення. Ряд, перетворений за допомогою біноміального фільтру, у загальних рисах повторює криву, отриману при осередненні за ковзаючими трьохрічками, однак при використанні даного фільтру не відбувається жодного зміщення у характерних переломних точках відповідно до вихідного гідрографа стоку. Важливим аргументом на користь другого ступеню біноміального осереднення також є відповідність результатів розподілу фаз водності, отриманому при аналізі різницевої інтегральної кривої. Таким чином, ковзаюче згладження передбачає рівний внесок у перетворену величину кожного з років, залучених у процес осереднення, тоді як біноміальний фільтр зменшує питому вагу кожного наступного року в залежності від перетворюваного періоду. Це дозволяє говорити про більшу об‘єктивність даного методу.

 Одним із традиційних методів дослідження зв'язків між послідовними членами часових рядів є автокореляційний аналіз. Деякі автори [Дружинін, 1966] допускають можливість розглядати емпіричні автокореляційні функції при τ > 1 для характеристики циклічних багаторічних коливань гідрометеорологічних елементів. При цьому на результати впливає як метод підрахунку ординат функцій, так і властивості самих автокореляційних функцій. Тому при характеристиці рядів зі значною кількістю ординат, відповідно зміщуються довірчі межі, а також застосовуються значення часткових автокореляційних коефіцієнтів.

Для дослідження структури часових рядів застосовано також спектральний аналіз. Відповідний спектр часового ряду показує внесок коливань різних частот у його загальну дисперсію. З його допомогою встановлювалося коливання якої частоти (для даної послідовності випадкових величин) мають найбільше навантаження.

Таким чином, якщо різні модифікації ковзаючого осереднення та різницева крива показують динаміку розвитку циклів відносно лінії часу, то автокореляційний та спектральний аналізи виявляють їх характерну середню тривалість за період спостережень.

 У даному розділі також викладена методична основа районування території Українських Карпат за умовами формування стоку води і завислих наносів. Ґрунтуючись на тому що процес стокоутворення відбувається під впливом комплексу фізико-географічних факторів, для об‘єктивної оцінки природних закономірностей (що обумовлюють процес формування) нами застосовується факторний аналіз. В подальшому на його основі обчислюються кількісні зв’язки стоку води з факторами, які обумовлюють вказаний процес.

 Наступна диференціація на райони, що об‘єднують групи об‘єктів (у нашому випадку гідрологічних створів) за комплексом ознак здійснювалася за допомогою кластерного аналізу. Прийнято модифікацію кластерного аналізу К-середніх значень, оскільки вона дозволяє, маючи певні уявлення про очікувані результати (в нашому випадку попередньо аналізувалися карти-схеми розподілу опадів, рослинності, геологічної будови Українських Карпат), самостійно обирати необхідну кількість кластерів, а програма, у свою чергу, пропонує їх деталізацію, відповідно до вихідних даних.

Таким чином, районування проводилося у два етапи: по-перше серед сукупності чинників стокоутворення виділялися первинні та вторинні, по – друге, за методом кластерного аналізу об’єкти, в залежності від міри подібності, виділялися у окремі райони.

У другому розділі наведено характеристики фізико-географічних умов регіону, антропогенного навантаження на водозбори, а також здійснено районування території Українських Карпат за умовами формування стоку.