Щеглов Олександр Андрійович Фізико-статистичний метод прогнозу температури повітря та опадів із місячною завчасністю на основі ансамблю аналогів атмосферних процесів

Краткое описание

Щеглов Олександр Андрійович, науковий співробітник відділу кліматичних досліджень та довгострокових прогнозів погоди, Український гідрометеорологічний інститут ДСНС та НАН України. Назва дисертації: «Фізико-статистичний метод прогнозу температури повітря та опадів із місячною завчасністю на основі ансамблю аналогів атмосферних процесів». Шифр та назва спеціальності 11.00.09 метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. Спецрада К 26.001.22 Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Український гідрометеорологічний інститут
Державна служба України з надзвичайних ситуацій
Національна академія наук України
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова праця
на правах рукопису
ЩЕГЛОВ ОЛЕКСАНДР АНДРІЙОВИЧ
УДК: 551.509.339; 551.583.15; 551.589.1
ДИСЕРТАЦІЯ
ФІЗИКО-СТАТИСТИЧНИЙ МЕТОД ПРОГНОЗУ ТЕМПЕРАТУРИ
ПОВІТРЯ ТА ОПАДІВ ІЗ МІСЯЧНОЮ ЗАВЧАСНІСТЮ НА ОСНОВІ
АНСАМБЛЮ АНАЛОГІВ АТМОСФЕРНИХ ПРОЦЕСІВ
11.00.09 – метеорологія, кліматологія, агрометеорологія
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук.
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
____________________________/ О.А. Щеглов
Науковий керівник – Мартазінова Вазіра Файзулівна, доктор фізикоматематичних наук, професор
КИЇВ – 2019

ЗМІСТ
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ………………………………………………………...
ВСТУП…………………………………………………………………………...
РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН ПРОБЛЕМИ ДОВГОСТРОКОВИХ
ПРОГНОЗІВ ПОГОДИ………………………………………………………….
1.1 Розвиток методів довгострокових прогнозів погоди. ……………………
1.2 Класифікація методів довгострокових прогнозів погоди…………….......
1.3 Сучасний стан довгострокового прогнозування………………………….
1.4 Сучасні оцінки успішності довгострокових прогнозів погоди ………….
1.5 Перспективи розвитку довгострокових прогнозів погоди……………….
1.6 Висновки до розділу 1………………………………………………………
РОЗДІЛ 2. СУЧАСНИЙ РЕЖИМ ТЕМПЕРАТУРИ ТА ОПАДІВ НА
ТЕРИТОРІЇ УКРАЇНИ…………………………………………………………..
2.1 Матеріали і методи дослідження………………………………………….
2.2 Сучасний кліматичний режим в Україні взимку…………………………
2.2.1 Зміни режиму температури повітря в Україні взимку ……………
2.2.2 Сучасний режим температури повітря в Україні взимку ………..
2.2.3 Екстремальна температура повітря в Україні взимку ……………...
2.2.4 Режим опадів на території України в зимовий період……………...
2.2.5 Екстремальні та неекстремальні опади в Україні…………………...
2.3 Висновки до розділу 2……………………………………………………...
РОЗДІЛ 3. РОЗПІЗНАВАННЯ АНАЛОГІВ АТМОСФЕРНИХ ПРОЦЕСІВ
ТА ТИПІЗАЦІЯ СИНОПТИЧНИХ ПРОЦЕСІВ………………………..
3.1 Методи розпізнавання та типізації метеорологічних полів……………..
3.1.1 Критерії аналогічності в задачі розпізнавання метеорологічних
полів……………………………………………………………………………...
3.1.2 Алгоритм типізації синоптичних процесів за подібністю полів
атмосферного тиску……………………………………………………………..
17
18
24
24
27
32
34
40
41
43
43
48
49
64
65
70
75
84
86
86
86
91
16
3.2 Синоптичні процеси за екстремальних аномалій температури повітря
та опадів на території України взимку………………………………………...
3.2.1 Синоптичні процеси за екстремальних аномалій температури
повітря на території Україні взимку…………………………………………...
3.2.2 Синоптичні процеси за екстремальних атмосферних опадів в
Україні взимку…………………………………………………………………
3.3 Ймовірність аналогічного просторового розподілу середньої місячної
аномалії температури в Атлантико-Європейському секторі…………………
3.4 Методи оцінки довгострокових прогнозів температури повітря та
опадів в Україні………………………………………………………………….
3.5 Висновки до розділу 3……………………………………………………...
РОЗДІЛ 4. ФІЗИКО-СТАТИСТИЧНИЙ МЕТОД ПРОГНОЗУ ПОГОДИ ІЗ
МІСЯЧНОЮ ЗАВЧАСНІСТЮ НА ОСНОВІ АНСАМБЛЮ АНАЛОГІВ
АТМОСФЕРНИХ ПРОЦЕСІВ НА ЗИМОВИЙ СЕЗОН……………………...
4.1 Фізико-статистичний метод довгострокового деталізованого прогнозу
погоди на зимовий період………………………………………………………
4.2 Приклад деталізованого прогнозу погоди на лютий 2018 р……………..
4.3 Оцінка справджуваності методу прогнозу температури та опадів………
4.4 Висновки до розділу 4……………………………………………………...
ВИСНОВКИ……………………………………………………………………..
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ……………………………………...
ДАДАТКИ……………………………………………………………………..
93
98
107
113
117
129
131
132
141
146
149
151
153
170

Список литературы

ВИСНОВКИ
1. Отримано характеристики сучасного температурного режиму з 2000 року.
Сучасні середні багаторічні значення температури повітря є вищими, порівняно
із нормами 1961-1990 рр. практично на всій території України на 0,7-2,8 оС в
кожному із зимових місяців. Найбільші зміни відбулися на півночі країни.
2. Порогові значення екстремально низької мінімальної добової температури
повітря в грудні-лютому 2000-2015 рр. в межах України змінюються в діапазоні
від -4,0 оС до -24,6 оС. Абсолютний мінімум складає -36,5 оС. Порогові значення
екстремально високої максимальної добової температури на всіх станціях
України перевищують 4,4 оС. Абсолютний максимум на півдні країни складає
21,0 оС.
3. Для сучасного режиму температури повітря, порівняно із попереднім
періодом, характерним є збільшення повторюваності днів із екстремально
низькою температурою в північно-східній та східній частині України, а також
збільшення повторюваності днів з екстремально високою температурою у
західних областях та на півдні України.
4. Отримано характеристику сучасного режиму опадів 2000-2015 рр. В
цілому на більшій частині території зміни середньої кількості опадів за зимовий
сезон щодо 1961-1990 рр. не перевищують кілька міліметрів. Збільшення
кількості опадів відмічається на незначній території в межах деяких районів
південного сходу та північного заходу України, а також північної частини
Чернігівської та Сумської областей.
5. Найбільша кількість екстремальних опадів випадає в грудні, що складає
20–30 % від місячної норми на півдні і південному заході України та понад 40–
50 % – в Карпатах та Кримських горах. Найменша кількість екстремальних
опадів взимку відмічається у лютому і складає близько 10 % і менше від норми
на більшості території України.
6. Виділено три типи синоптичних процесів, що супроводжувалися
екстремально високою температурою повітря на території України. Найбільш
152
ймовірний тип характеризується обширною областю високого тиску
субтропічного походження. Температурний режим при такій синоптичній
ситуації може підвищуватися до 10 оС вдень, зберігаючись протягом тижня і
більше.
7. Виділено чотири типи синоптичних процесів, що супроводжувалися
екстремально низькою температурою повітря на території України. Найбільшу
повторюваність серед таких процесів має тип, що характеризується впливом
сибірського максимума на територію України та температурою повітря до -20
оС і нижче протягом тижня і більше.
8. Виділено чотири типи синоптичних процесів, що супроводжувалися
екстремальними опадами на території України. Найбільш ймовірний тип
пов’язаний із виходом південного циклону на територію країни.
9. Розроблено фізико-статистичний метод прогнозу температури повітря та
опадів для місяців зимового сезону із місячною завчасністю на основі ансамблю
аналогів атмосферних процесів та принципу двомісячної квазіперіодичності
великомасштабної циркуляції атмосфери. Справджуваність прогнозів класів
місячної аномалії температури повітря за методом складає 58,4 %, класів
місячної кількості опадів – 38,6 %.
10. Відбір найбільш інформативного аналога з ансамблю аналогів зі
створеного архіву інтегральних характеристик геопотенціалу на середньому
рівні тропосфери дозволив підвищити справджуваність прогнозів в рамках
розробленого методу. Справджуваність прогнозів класів середньої місячної
температури повітря та кількості опадів збільшилася на 47,4 % та 6,9 %
відповідно, порівняно із традиційним осередненням за ансамблем.
11. Аналіз успішності прогнозів середньої місячної температури повітря та
кількості опадів показав, що розроблений метод є більш успішним, ніж
кліматологічні прогнози. При прогнозах класів середньої місячної температури
повітря справджуваність за методом є вищою в середньому на 35,5 %, а при
прогнозах класів місячної кількості опадів – на 5,8 %.