Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов icon

Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов



НазваниеВизуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов
Дата конвертации14.07.2012
Размер133 Kb.
ТипРеферат
Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов


ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ................................................................ ................................... 3СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ МНОГОЛЕТНИХ КОЛЕБАНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫВОЗДУХА....................................................... 41. Факторы изменения климата……………………………………... 4 2. Обзор исследований многолетних колебаний температуры воздуха…........................................................... ...................................................... 2. ВИЗУАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЦИКЛИЧНОСТИ В ХОДЕ МЕТЕОЭЛЕМЕНТОВ 2.1 Метод n-летних скользящих средних 2.2 Метод разностных интегральных кривых ЗАКЛЮЧЕНИЕ БИБИЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ВВЕДЕНИЕ Проблеме изменения климата уделяется очень большое внимание ввиду ееважности и актуальности. Колебания температуры воздуха, суммы осадков, атакже других метеорологических величин, оказывают огромное влияние надеятельность человека (сельское хозяйство, экономика). Климат меняетсяпостоянно, но в последние столетия он стал более нестабильным по сравнениюс предшествующим периодом, в результате чего встал острый вопрос омониторинге, наблюдениях за тенденциями в изменении климата. Внесли свой вклад в развитие этого направления такие ученые, как М.И.Будыко, Е.С. Рубинштейн, Г.В. Груза, Э.Я. Ранькова, А.Н. Афанасьев. В этойобласти работают представители Казанской школы: Ю.П. Переведенцев, М.А.Верещагин, К.М. Шанталинский. Кроме того, глобальным климатическимизменениям посвящена обширная научная литература. Цель данной работы заключается в том, чтобы охарактеризовать визуальныеметоды оценки цикличности в ходе метеорологических величин, а такжепознакомить потребителя с некоторыми последними исследованиями ряда ученых.Задачи были сформулированы так, чтобы в достаточно простой и сжатой формепоказать преимущества и недостатки этих методов. Данная работа дает понять, насколько в настоящее время развилисьпредставления о климатической системе в целом и об ее закономерностях иизменениях в частности. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ МНОГОЛЕТНИХ КОЛЕБАНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА Факторы изменения климата Археологические исследования однозначно доказывают, что климат планетыЗемля изменялся достаточно резко. Для объяснения причин этого существуетмножество гипотез, учитывающих астрономические и геофизические факторы. К.Я. Кондратов и Е.. Борисенков пришли к выводу, что климат планетысохранится неизменным, если не изменится расстояние Земли от Солнца, орбитаЗемли вокруг Солнца, скорость ее движения и суточного вращения и уголнаклона оси вращения Земли к плоскости эклиптики. По мнению М.О. Френкеля, с начала 40-х гг. прошлого столетия началсяпериод общего потепления. В это время, влияние антропогенных факторовтолько начинало проявляться, так что повышение температуры скорее носилоестественный характер. Однако, с 70-х гг. естественное потепление усилилосьвлиянием деятельности человека и в итоге стало более значимым.
Климатическая система Земли испытывает воздействие ряда факторов каквнешних, так и возникающих в самой системе. Из внешних факторов наиболеечетко проявлялись колебания прозрачности атмосферы вулканогенногохарактера, а из вторых – взаимодействие океанов и льдов, а также разныхчастей океанов между собой. При этом указанные факторы налагаются один надругой, усиливаясь при совпадении фаз и ослабевая при их различии.[3] Одним из важнейших звеньев в проблеме солнечно – атмосферных связейявляется стратосфера, которой отводится роль триггерного (спускового)элемента, обеспечивающего передачу возмущений в нижние слои атмосферы. Встратосфере происходит поглощение ультрафиолетовой радиации Солнца, и впериоды усиления солнечной активности тепловой баланс стратосферысущественно меняется: увеличивается ее приходная часть, что сказывается натемпературном режиме и ее циркуляции. Н.В. Исмагилов выявил положительнуюасинхронную связь между уровнем солнечной активности в 11-летнем цикле идатами весенних перестроек циркуляции. Астрономические факторы определяют количество энергии излучения Солнца,приходящей к данному участку верхней границы атмосферы за данный периодвремени (поток солнечной энергии, инсоляция). Этот суммарный по всем длинамволн поток на среднем расстоянии Земли от Солнца называется солнечнойпостоянной и равен в среднем 1370 Вт/м2. К внешним геофизическим факторам относятся масса и состав атмосферы,скорость вращения Земли, расположение материков и океанов на поверхностиЗемли, вулканические извержения. Скорость вращения Земли отчасти определяетинтенсивность и характер циркуляции атмосферы, разные радиационные итеплоемкостные характеристики поверхности суши и океана, влияет нарадиационный режим, теплообмен между атмосферой и подстилающейповерхностью, на муссонные эффекты. Очертания океанов определяютнаправление и характер течений, переносящих тепло из тропической зоны ввысокие широты. Во время крупных взрывных вулканических извержений встратосферу выбрасываются большие массы аэрозолей и газов, рассеивающих ипоглощающих Солнца и ИК радиацию Земли и атмосферы. Внутренние естественные факторы возникают и действуют внутри какой-либосоставляющей климатической системы или, зарождаясь в одной из составляющих,действуют на другую. К ним относятся излучение и поглощение энергииатмосферой и океаном, атмосферная циркуляция, криосфера (ледники иподземные льды вечной мерзлоты), биосфера, уменьшающая альбедо подстилающейповерхности. Можно назвать еще несколько антропогенных факторов, воздействующих наглобальный климат, таких как: антропогенное увеличение содержания ватмосфере газов, создающих в ней парниковый эффект ( в первую очередь СО2),острова тепла в городах и промышленных зонах, хозяйственная деятельностьчеловека (строительство водохранилищ, орошение земель, вырубка лесов и др.)[4] К числу основных факторов и причин, определяющих эволюцию глобальногоклимата Земли авторы [7] относятся следующие: 1) Изменения потоков солнечной радиации, связанные с изменением излучения Солнца 2) Изменения в распределении суши и моря, определяемые тектоникой плит, и связанные с эти процессами изменения орографии суши, циркуляции океана и его уровня 3) Изменения газового состава атмосферы, в первую очередь – концентрация углекислого газа и метана 4) Изменения планетарного альбедо 5) Изменения орбитальных параметров Земли 6) Изменения катастрофического характера – земного и космического Обзор исследований многолетних колебаний температуры воздуха Температура воздуха является одним из основных климатическихпоказателей. Благодаря изучению пространственной и временной изменчивоститемпературного режима диагностируются изменения климата в масштабах отлокального и регионального до глобального. [7] М.А. Верещагин, Ю.П. Переведенцев, К.М. Шанталинский, В.Д. Тудрий, С.Ф.Батршина и А.И. Лысая, используя архив аномалий средних годовых температурвоздуха, созданного в университете Восточной Англии, выполнили анализвекового хода и межгодовой изменчивости глобального приземного термическогорежима за 142 года (1856-1997 гг.). [2] Оценки текущего состояния климатасущественно расходятся, а число дискутируемых вопросов со временем растет.В связи с этим предпринятый анализ был направлен, прежде всего, наполучение независимых уточняющих оценок. Суть полученных ими основныхрезультатов состоит в следующем: 1. Берущий начало с середины XIX века процесс глобального потепления продолжается, что уже привело к повышению средней глобальной температуры на 0, 59°С. Около 90 % этой величины объясняется вариациями CO2 и прозрачностью атмосферы. 2. Внутривековые изменения средних годовых температур воздуха на полушариях имели волнообразную природу и характеризовались заметной обособленностью, что объясняется различиями физического состава и условий функционирования климатической системы на полушариях. Осредненные по Северному полушарию ежегодные значения средних годовых температур воздуха в течение всего исследуемого периода неизменно превышали их значения для Южного полушария; средняя величина разностей средних годовых температур воздуха между полушариями составила 1, 28°С. Однако волны тепла на Южном полушарии имели большую продолжительность,а волны холода были короче, чем на Северном полушарии при характерной ихпродолжительности в 25-30 лет (за 142 года указанные разности уменьшилисьпочти на 0, 06°С) 3. Темпы потепления на Земле и в Северном полушарии в годы появлений волн тепла неуклонно возрастали и, начиная с 1970-х гг., достигли наибольших значений (0, 184 и 0, 229°С/10 лет – соответственно). Последнее, вероятно, подтверждает гипотезу о частично антропогенном характере потепления последних десятилетий, на Южном полушарии, - напротив, начиная с 1950-х гг., проявилось заметное «отставание» темпов потепления (0, 104°С/10 лет), было связано с ростом затрат тепла, обусловленных таянием материкового льда и тепловым расширением океана, большая часть массы которого находилась здесь. 4. Ускорение темпов потепления последних лет в Северном полушарии сопровождалось мощным всплеском межгодовой изменчивости средних годовых температур воздуха (МИ СГТВ) . В то же время в полных рядах МИ СГТВ линейный тренд отсутствует. Были рассчитаны характеристики линейного тренда (Ю.П. Переведенцев,М.А. Верещагин, К.И. Шанталинский) [6] и, с целью подавлениявысокочастотного климатического шума, проведено сглаживание рядовтемпературы низкочастотным фильтром Поттера (L > 3 лет) в рядеметеорологических станций, в частности Перми: Таблица 1 Характеристики линейного тренда, определенного по средним суточным и срочным значениям температуры воздуха за период 1966-1990 гг.|Время | Температура || |а °С/год | p | R2 ||Сутки | 0, 065 | 0, 000 | 0, 001 ||00 час | 0, 070 | 0, 000 | 0, 002 ||12 час | 0, 055 | 0, 006 | 0, 001 | В таблице приведены показатели линейного тренда и дана оценкастатистической значимости ( a – коэффициент наклона линейного тренда, p –уровень значимости его определения, R2 – коэффициент детерминации,показывающий вклад линейного тренда в общую дисперсию исследуемого ряда). Анализ результатов расчетов позволил сделать вывод, что наблюдаетсярост значений температуры в рядах средних суточных значений, а такжезначений температуры в 00 и 12 часов в исследуемый период. При этомобнаруживается колебательный характер хода температуры. Таким образом, региональное проявление глобального потепления заметносказывается на структуре временных рядов температуры. Было показано, что территориальное распределение средней месячнойтемпературы и среднеквадратических отклонений (СКО) особенно в холодныйпериод (1958-1977) определяется в первую очередь географическимиособенностями района – наличием холодных поверхностей Арктики и Гренландии,теплых – Атлантики, юга Европы и Средиземноморья. Береговая линияспособствует формированию контрастов в температурных полях. Северные районыотличаются повышенными значениями СКО, достигающими 7, 5°С. Процесснеоднороден и по вертикали: если вблизи земной поверхности имеет место росттемпературы, то в верхней тропосфере и нижней стратосфере, наоборот,падение. ВИЗУАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЦИКЛИЧНОСТИ В ХОДЕ МЕТЕОЭЛЕМЕНТОВ Метод скользящих n-летних средних кривых Метод крайне субъективен и результаты сглаживания очень подверженывлиянию длины периода сглаживания. С одной стороны при небольших периодахне удается выявить трендовую компоненту сильно зашумленного процесса, прибольших же периодах происходят значительные потери данных на концаханализируемого интервала. Скользящее среднее порядка L - это временной ряд, состоящий из среднихарифметических L соседних значений Yi, по всем возможным значениям времени.В качестве L выбирается нечетное число, обычно 3, 5 или 7, и эти схемыназывают трехточечной, пятиточечной и т.д. Для примера рассмотримтрехточечную схему и обобщим ее на другие случаи. Среднее рассчитывается по трем значениям Yi, одно из которых относитсяк прошлому периоду, одно – к искомому и одно – к будущему. Так как для i =1 не существует прошлого значения, то в первой точке невозможно рассчитатьсглаженное значение. Для i = 2 сглаженное значение будет среднимарифметическим Yi при i = 1, 2, 3; для i = 3 среднее арифметическое беретсядля 2-го, 3-го и 4-го значений Yi; в последней точке исходного интерваласкользящее среднее также невозможно рассчитать из-за отсутствия будущегозначения по отношению к рассчитываемому. В общем случае это можнопредставить как: [pic], (2.1) где MAi – значение скользящего среднего по L-точечной схеме в i-омэлементе ряда. Как следует из формулы, для схемы из L точек первое сглаженное значениебудет приходиться на (L - 1) / 2 + 1-й момент времени, и таким образом наконцах исходного интервала будет теряться по (L - 1) / 2 исходных точек;так для 5-точечного сглаживания будут потеряны два первых и два последнихзначения. Способ скользящих n-летних средних кривых (например, 3-, 5- и 15-летних) был впервые предложен в 1896 г. П. Шрайбером и им же использовандля оценки колебаний некоторых элементов климата. Этот способ получил оченьширокое распространение применительно к анализу многолетнего хода и ценкициклических колебаний различных природных элементов. Между тем в отношенииего использования существуют различные мнения. Е.С. Рубинштейн отметила, что метод скользящих средних позволяетполностью или частично погасить волны сравнительно коротких колебаний ивыявить колебания длительностью большей, чем период осреднения. В.Г. Андреянов показал, что скользящие n-летние средние значения чиселВольфа дают смещение циклических фаз во времени относительно реальных ихграниц на величину, зависящую от принятого периода осреднения А.Я. Безрукова, используя для оценки вековых колебаний солнечнойактивности скользящую кривую 10-летних сумм среднегодовых чисел Вольфа,полагала, что такое осреднение практически исключает 11-летнюю цикличность.В результате для векового цикла XIX столетия она получила сложный инеопределенный минимум цикла, эпоху которого трудно установить. Скользящие средние кривые действительно являются ограничительнымсредством при проведении указанного анализа. Эти кривые не только смещаютреальные фазы в циклическом процессе, но и искажают характер его структуры.Осредненные же на этой основе данные природных элементов снижают результатыисследований при установлении взаимозависимостей. В максимальных и минимальных среднегодовых значениях температурывоздуха, равно как и для границ и фаз внутривековых циклов, наблюдаетсясдвиг, как правило, в сторону запаздывания. Величина этого сдвигаопределяется в зависимости от разнообразия характера крутизны роста и спадаво внутривековых циклах, их продолжительности и амплитуды колебаний и тембольше, чем скользящая n-летняя длиннее оптимальной общей продолжительностиэтих циклов, и наоборот. Для большого сдвига границ характерна слабаявыраженность циклов, для малого – интенсивность развития процесса. Однако суменьшением периода осреднения сдвиг в границах и фазах уменьшается и,наоборот, с увеличением периода осреднения он увеличивается. По этойпричине полученный способом скользящих средних кривых характервнутривековой изменчивости того или иного исследуемого элемента не отражаетреальной природной картины, а лишь затушевывает ее. Вот почему П.С. Костин для центральной части Русской равнины вскользящих 5-летних средних кривых прироста колец деревьев нашел 6 – 16-летние внутривековые циклы, а в их 15-летних средних – 30- и 60-летниециклы. Заметим, что 60-летний цикл в природных явлениях не установлен. Применение способа скользящей средней кривой для анализа внутривековойцикличности вызывает большую условность в тех случаях, когда наблюдаетсявековая изменчивость в элементах. Но нельзя полностью отрицать применение способа скользящей n-средней. Вособо сложных явлениях, например в циклических колебаниях годовых колецприроста деревьев, этот способ может быть успешно использован. Здесь этотспособ позволяет исключить влияние таких явлений, как вековой ходметеоэлементов и разность прироста колец в зависимости от возрастадеревьев. Но в этом случае с помощью его можно решить задачу в основном повыделению лишь внутривековых циклов. При этом следует пользоваться нескользящей средней кривой, а значениями отклонений от этой кривой. Способ скользящего n-летнего осреднения также применятся приустановлении связи между исследуемыми элементами, в особенности когда имсвойственна большая амплитуда колебаний на фоне главного циклическогопроцесса. [1] Метод разностной интегральной кривой Способ разностной интегральной кривой прямой для оценки циклическихколебаний многих явлений природы впервые был предложен В.Г. Глушковым. В.Г.Андреянов впервые начал производить сопоставительный анализ разнородногоматериала на основе нормирования разностных интегральных кривых модульныхкоэффициентов. Способ вычисления разностной интегральной кривой заключается в том, чтосначала для данного ряда наблюдений выполняется вычисление модульныхкоэффициентов: [pic], (2.2) где Mi – значение данного ряда, Mср – среднее значение ряда. Затем определяют их отклонения от середины К – 1 и наконец,производится построение интегральной кривой путем последовательногосуммирования этих отклонений по выражению: [pic]. (2.3) Таким образом разностная интегральная кривая представляет собойнарастающую сумму отклонений модульных коэффициентов от среднемноголетнегозначения ряда на конец каждого Mi года. Положительные значения отклонений модульных коэффициентов присуммировании за интервал времени дают наклон разностной интегральной кривойвверх относительно горизонтальной линии, а отрицательные их значения –наклон кривой вниз. Оценивая циклические колебания исследуемых элементов на основеразностной интегральной кривой, следует отметить, что в ней не учитываетсяциклический процесс в нашем понимании. Наиболее характерные отрезки кривойв таком процессе соответствуют областям впадин и вершин или наименьшим инаибольшим их значениям. На разностной же интегральной кривой эти положенияв циклах, за счет суммирования ординат в повышенных и пониженных фазах,смещаются. По этой причине смещаются и природные границы, которые в полныхциклах принимаются по наименьшим значениям впадин. Величина смещения границзависит от характера структуры циклической изменчивости изучаемогоэлемента. Поскольку циклический процесс принципиально различен для разныхвзаимосвязанных природных элементов (даже для таких как атмосферные осадкии речной сток), вследствие воздействия подстилающей поверхности, товеличина смещения фаз по результатам разностной интегральной кривой в этомпроцессе получается несравнимой. Более того, в условиях векового ходаприродного процесса разностная интегральная кривая приводит к неточности вопределении повышенных и пониженных фаз внутривековых циклов, занижает илизавышает их значения, либо вовсе их не учитывает. Так как среднее значениевекового цикла того или иного изучаемого элемента отличается по знаку отсредних значений внутривековых его циклов, то например, на восходящей ветвиэтого цикла, в начале ее развития, повышенные фазы внутривековых цикловбудут либо менее мощные, либо совершенно утрачены, чем в конце ее, иобратно, для пониженных фаз этих циклов. Очевидно, что на нисходящей ветвивекового цикла повышенные и пониженные фазы циклов будут иметь обратнуюпоследовательность. В случае сверхвекового хода отмеченные неточности будут усугубляться взависимости величины изменчивости элемента. Таким образом, вычислениеординат от середины и построение по ним разностной интегральной кривой неотражает действительных условий полного циклического процесса.[1] ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные результаты данной работы заключатся в следующем: 1. Описаны факторы, формирующие климат и его изменения. 2. Произведен анализ некоторых научных работ, посвященных проблеме изменения климатического режима. 3. Кратко охарактеризованы визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов, выявлены их положительные и отрицательные стороны. 4. Показана важность, значимость данного направления в метеорологии. Полученные результаты не являются окончательным, с течением времени онимогут дополняться, изменяться, корректироваться. В дальнейшем имеет смыслпровести более детальное изучение данного вопроса, целесообразно будетвключить мнения других авторов научных трудов, посвященных проблемамклиматических изменений. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Афанасьев А.Н. Колебания гидрометеорологического режима на территории СССР. М.: Наука, 1967. 423 с. 2. Верещагин М. А., Переведенцев Ю.П.,. Шанталинский К.М, Тудрий В.Д., Батршина С.Ф., Лысая А.И. О некоторых результатах изучения векового хода и межгодовой изменчивости глобального термического режима во второй половине XIX-го и в XX-м столетии // Метеорология на рубеже веков: итоги и перспективы развития. Тез. докл. Всеросс. науч. конф. Пермь, 2000. С. 33-34. 3. Дроздов О.А. Арапов П.П., Лугина К.М., Мосолова Г.И. Об особенностях климата при потеплениях последних столетий // Тез. докл. Всеросс. науч. конф. Казань, 2000. С. 24-26. 4. Кароль И.Л. Введение в динамику климата Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 215 с. 5. Мазуров Г.И., Вишнякова Т.В., Акселевич В.И. Меняется ли климат Земли? // Материалы Междун. научно-практич. конф. Пермь, 2002. С. 57-60. 6. Переведенцев Ю.П., Верещагин М.А., Шанталинский К.М. Изменчивость температуры воздуха и скорости ветра на востоке TXH в период 1966 – 1990 гг. // Метеорология на рубеже веков: итоги и перспективы развития. Тез. докл. Всеросс. науч. конф. Пермь, 2000. С. 35-36. 7. Урманова А.Г., Наумов Э.П., Николаев А.А., Переведенцев Ю.П., Верещагин М.А., Шанталинский К.М. Проявления современного потепления климата Земли на территории Татарстана. // Сборник науч. трудов. Казань, 1998. С. 111-132.




Похожие:

Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов iconФакультет менеджмента Программа дисциплины «Конфликты в системе управления и методы их урегулирования»
Текущий контроль осуществляется в ходе семинарских занятий на основе оценки активности студентов в ходе групповой и индивидуальной...
Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов iconГосударственный университет
Текущий контроль осуществляется в ходе семинарских занятий на основе оценки активности студентов в ходе групповой и индивидуальной...
Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов iconГосударственный университет
Текущий контроль осуществляется в ходе семинарских занятий на основе оценки активности студентов в ходе групповой и индивидуальной...
Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов iconГосударственный университет
Текущий контроль осуществляется в ходе семинарских занятий на основе оценки активности студентов в ходе групповой и индивидуальной...
Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов iconКомпьютерные технологии в учр
Текущий контроль осуществляется в ходе лекционных и семинарских занятий, на основе оценки активности студентов в ходе групповой и...
Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов iconН. Б. Филинов А. Г. Эфендиев 2010 г. 2010г
Текущий контроль осуществляется в ходе семинарских занятий на основе оценки активности студентов в ходе групповой и индивидуальной...
Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов iconКомпьютерные технологии в учр
Текущий контроль осуществляется в ходе лекционных и семинарских занятий, на основе оценки активности студентов в ходе групповой и...
Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов iconПравительство Российской Федерации Государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования Государственный университет – Высшая школа экономики
Текущий контроль осуществляется в ходе семинарских занятий на основе оценки активности студентов в ходе групповой и индивидуальной...
Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов iconПравительство Российской Федерации Государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования Государственный университет – Высшая школа экономики
Текущий контроль осуществляется в ходе семинарских занятий на основе оценки активности студентов в ходе групповой и индивидуальной...
Визуальные методы оценки цикличности в ходе метеоэлементов iconТема. Итоговое занятие
Применение индивидуального подхо­да для оценки знаний, адекватного успеваемости студента. Пред­ложение студентам обосновать правильность...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы