CC BY
51
НАУКИ О ЗЕМЛЕ «ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 2 (71), 2008
2. Мезенцев В. С., Белоненко Г. В., Березников К. П. и др. Уравнение теплоэнергетического баланса процесса суммарного испарения // Науч.тр. / Омский с.-х. ин-т. — Омск, 1966. - Т. 66. - С. 111-118.
3. Мезенцев В. С. Метод гидролого-климатических расчетов и опыт его применения для районирования Западно-Сибирской равнины по признакам увлажнения и теплообеспеченности // Труды Омского с.-х. ин-та. — Омск, 1957. -Т. 27. - 121с.
4. Карнацевич И. В. Энергетические ресурсы земной поверхности в холодных странах // Изв. Рус. геогр. об-ва. -1995. - Т. 127, вып. 6. - С. 10-17.
5. Карнацевич И.В. Расчеты тепловых и водных ресурсов малых речных водосборов на территории Сибири. Ч. 2. Водный баланс и водные ресурсы : учеб. пособие. - Омск, 1991. -80 с. - В надзаг.: Ом. с.-х. ин-т им. С. М. Кирова.
УДК 551.524
ставление о термических условиях на ближайшие дни (декаду) - хотя бы для того, чтобы не замерзнуть там или не перегреться. При этом с вероятностью около 50% можно ориентироваться на нормы суточных температур воздуха, но средние за много лет значения и даже синоптические среднесрочные прогнозы, публикуемые в Интернете, могут не совпасть в значительной степени с фактической реализацией температурного режима. В любой год, согласно теории вероятностей, могут реализоваться температурные режимы очень редкой повторяемости. Поэтому следует знать, какие наихудшие термические испытания могут нас ожидать.
Национальные гидрометеорологические службы накопили к настоящему времени ценнейшую информацию о термическом режиме воздуха в 6-8 тысячах точек (метеостанций) - во всех больших городах и небольших населенных пунктах всех континентов. Длина рядов наблюдений насчитывает в основном 70 - 80 лет, а длительность наблюдений по приборам на самых старых (длиннорядных) станциях достигает 200 лет. К сожалению, ряды наблюдений неоднородны из-за неоднократного переноса площадок метеостанций в пределах города на расстояние в несколько километров, а также из-за происшедших за последнее
КАРНАЦЕВИЧ Игорь Владиславович, профессор кафедры гидрогеологии, гидравлики и инженерной гидрологии Омского государственного аграрного университета и кафедры физической географии Омского государственного педагогического университета, доктор географических наук.
МЕЗЕНЦЕВА Ольга Варфоломеевна, кандидат географических наук, доцент, заведующая кафедрой физической географии географического факультета Омского государственного педагогического университета.
Дата поступления статьи в редакцию: 26.12.2008 г.
© Карнацевич И.В., Мезенцева О.В.
И. В. КАРНАЦЕВИЧ
Омский государственный педагогический университет
столетие изменений в методиках проведения наблюдений и обработки материалов.
В 2006 г. в Интернете были выставлены на сайте Всесоюзного НИИ гидрометеорологической информации (город Обнинск) ежесуточные данные измерений температуры воздуха и атмосферных осадков для 233 метеостанций России и сопредельных государств (бывших территорий СССР) с начала наблюдений до 1995 г. [1]. Эта база данных насчитывает около 47 млн записей и потому необозрима без специальной программы СУБД. Такая программа составлена была в Омском государственном педагогическом университете в 2007 г. Е.Б. Березиным. С помощью этой программы можно сформировать для каждой метеостанции массивы средних, минимальных и максимальных значений температуры воздуха за каждые сутки конкретного года или за все годы наблюдений. В последнем случае получим 365/366 столбцов ( с 01.01 до 31.12) длиной п лет, в результате ранжирования которых будем иметь в каждом столбце два наиболее интересных значения -первое и последнее - экстремальные значения (максимум максиморум и минимум миниморум - для анализируемой температурной характеристики).
Казалось бы, эти значения для соседних суток должны выражаться весьма близкими числами, однако даже при длине ряда в 89 лет [2, С. 211] различие составляет 5-7 градусов (табл. 1). Это свидетельствует только о том,
СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПРОГНОЗЫ ФАЗОВО-НЕОДНОРОДНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЭКСТРЕМУМОВ
В целях информирования населения о возможных экстремальных ситуациях в данном населенном пункте следовало бы иметь в виду не только значения максимальной и минимальной температуры воздуха, имевшей место в прошлом, но и оглашать расчетные прогнозные значения, полученные путем математической экстраполяции эмпирической кривой вероятностей превышения.
Ключевые слова: прогноз, температура воздуха, статистический анализ.
Людям, уезжающим на одну-две недели в другой город или страну, нужно иметь количественное пред-
Таблица 1
Наименьшие из минимальных суточных температур воздуха в Омске в первой декаде января и максимальных суточных температур воздуха в первой декаде июля (1887-1975 гг.). «Климат Омска» [2, С. 211]
Дата январь Год июль Год
1 -40,2 1931 40,1 1900
2 -45,2 1931 37,5 1900
3 -46,0 1893 33,6 1969
4 -48,8 1893 41,0 1914
5 -48,8 1893 35,6 1943
6 -41,4 1901 35,6 1901
7 -41,3 1901 36,0 1975
Абсолютные минимум и максимум -48,8 1893 41,0 1914
Таблица 2
Наименьшая температура воздуха в Омске с 1 по 10 января за 1960-1980 гг.
Год Январь Мин. за декаду
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
1960 -8 -22 -20 -23 -26 -18 -19 -20 -19 -20 -26
1961 -24 -26 -28 -25 -21 -20 -31 -33 -19 -15 -33
1962 -27 -24 -17 -19 -22 -16 -14 -16 -8 -12 -27
1963 -22 -13 -14 -21 -24 -28 -21 -24 -27 -16 -28
1964 -16 -18 -18 -16 -24 -13 -15 -21 -21 -16 -24
1965 -25 -18 -10 -6 -9 -8 -20 -28 -21 -14 -28
1966 -14 -14 -15 -25 -21 -16 -33 -34 -26 -14 -34
1967 -27 -26 -33 -31 -32 -31 -30 -18 -21 -13 -33
1968 -15 -17 -10 -15 -13 -12 -10 -7 -18 -18 -18
1969 -40 -30 -34 -24 -28 -20 -25 -32 -30 -25 -40
1970 -18 -14 -23 -23 -24 -28 -26 -17 -16 -21 -28
1971 -24 -21 -9 -19 -21 -15 -14 -23 -26 -22 -26
1972 -31 -19 -14 -29 -29 -29 -35 -33 -23 -36 -36
1973 -27 -23 -16 -22 -14 -23 -19 -22 -30 -30 -30
1974 -12 -6 -15 -20 -30 -16 -28 -35 -38 -39 -39
1975 -20 -8 -16 -20 -14 -15 -16 -13 -12 0 -20
1976 -21 -9 -6 -12 -17 -9 -7 -16 -22 -25 -25
1977 -28 -27 -29 -30 -28 -28 -30 -12 -17 -20 -30
1978 -5 -14 -16 -13 -13 -15 -14 -12 -17 -16 -17
1979 -42 -39 -32 -22 -27 -32 -40 -41 -39 -37 -42
1980 -14 -13 -17 -22 -21 -23 -21 -22 -17 -18 -23
Мин. за 21 год -42 -39 -34 -31 -32 -32 -40 -41 -39 -39 -42
Таблица 3
Результаты статистического прогноза минимальной температуры воздуха в Омске редкой повторяемости
Вероятность превышения в процентах 0,1 1 10 50
Значение температуры в градусах Цельсия -51 -45 -38 -29
что длина ряда инструментальных измерений порядка 100 лет является далеко не достаточной для получения гладкой огибающей самых наименьших и самых наибольших ежесуточных температур, а следовательно, и определения годовой нормы температуры воздуха — как для отдельной метеостанции, так и для средней глобальной температуры. В этом состоит самое серьезное доказательство того, что в наши дни климатологи не располагают на планете ни одним надежным и достаточно длинным рядом наблюдений для суждений о том, чему равна годовая норма температуры воздуха на данной метеостанции, не говоря уж о средней планетарной (глобальной) температуре и ее колебаниях.
Математический анализ распределения случайных величин, полученный методом статистических испытаний (метод Монте-Карло), показывает, что даже при длине рядов в 1-2 тысячи лет разности соседних суточных экстремумов будут не меньше 2-3 градусов. Но, поскольку нас интересует минимум миниморум «в ближайшие дни», например, за первую декаду января
(01.01 — 10.01), имеет смысл сформировать композиционный многолетний ряд из наименьших температур за этот декадный интервал, то есть, например, в строке 1960 г. в этот вектор войдет минимальная температура, наблюдавшаяся 5 января, а в строке 1961 г. — минимальная за 10 дней начала января, наблюдавшаяся 8 января 1961 г. и т.д.
Для решения задачи определения возможной экстремальной в ближайшие дни температуры заданной вероятности превышения, например, самой низкой для данного населенного пункта за 1000 лет (а такая ситуация, по теории вероятностей, может возникнуть в любом, например, в текущем году), поступим следующим образом.
Ранжируем многолетние выборки минимальной (максимальной) суточной температуры воздуха на определенную дату и получим простейшие таблицы распределения значений по величине. Каждый член убывающей последовательности будет иметь эмпирическую вероятность превышения в многолетии
«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 2 (71), 2008 НАУКИ О ЗЕМЛЕ
НАУКИ О ЗЕМЛЕ «ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 2 (71), 2008
Рис. 1. Теоретическая кривая вероятностей превышения значений минимальной композиционной температуры воздуха в Омске с 1 по 10 января (по материалам измерений с 1960 по 1980 гг.)
Р = 100-ш/(п+1)%. В этой формуле т — порядковый номер убывающего ряда. Например, при длительности ряда п = 60 первое, самое большое значение будет иметь вероятность превышения Р =100-1/61 = 1.6%. Это означает, что в будущем, например в нынешнем году, в этот день может реализоваться именно такая низкая (высокая) температура, однако вероятность этого мала (1.6%). Для последнего, самого малого значения (ш = 60) вероятность превышения получится равной Р = 100-60/61= 98%. Это означает, что такое малое значение можно ожидать в нынешнем году в данные сутки, однако вероятность появления такого значения мала (2%), а вероятность того, что фактическое значение окажется выше расчетного, составляет 98%.
Для того, чтобы избежать ступенчатости в прогнозных значениях для соседних суток, составим ранжированный ряд всего массива экстремальных значений А (матрица с числом строк п, то есть числом лет наблюдений, и числом столбцов ш, то есть числом суток в интересующем нас интервале, например, декаде). Каждому члену такого композиционного ранжированного ряда можно поставить в соответствие значения величины Р — вероятности превышения данного значения признака А в будущем, а затем вынести на график (специальную клетчатку вероятностей, применяемую в гидрологии) точки с координатами (А, Р) и экстраполировать наметившуюся прямолинейную зависимость влево вверх или вправо — вниз с тем, чтобы определить значения признака редкой повторяемости, например Р = 0,1%, то есть самое большое (малое) значение за 1000 лет. Ось ординат на такой клетчатке может иметь равномерную или логарифмическую шкалу, а ось вероятностей — логарифмически расходящуюся от значения Р = 50% (логарифмическая анаморфоза двоякоизогнутой биномиальной интегральной кривой частотного гауссовского распределения или асимметричного распределения типа Пирсона или Г-функции).
Разработаны пакеты программ, с помощью которых можно подогнать одну из теоретических интегральных кривых вероятностей превышения, заданных аналитическими функциями, к цепи эмпирических точек (А, Р) и определить тем самым параметры распределения исследуемой выборки и вычислить значения Ар признака А любой заданной вероятности превышения Р путем экстраполяции на специальной клетчатке, спрямляющей теоретическую кривую, например, [3].
В таблице 2 представлены результаты измерения наименьших суточных температур воздуха и результаты определения вероятностей превышения ежесуточных минимальных температур воздуха в Омске с 1 по 10 января за 21 год — с 1960 по1980 гг.
Массив данных из табл. 2 был представлен в виде ранжированного ряда из 210 членов и заменен теоретической трехпараметрической кривой Г-распределения Крицкого-Менкеля с параметрами вариационного ряда Су = 0,24 и Св = 0.19. Экстраполяционный расчет по теоретической кривой (спрямленной клетчаткой вероятностей — рис. 1) позволил получить значения минимальной температуры воздуха, приведенные в таблице 3.
Результаты расчета (табл. 3) следует читать так: в средний год с 1 по 10 января минимальная температура воздуха в Омске равняется -29 градусов, один раз в 10 лет в эти дни наблюдается минимальная температура -38 градусов, один раз в 100 лет в эти дни следует ожидать температуру воздуха -45 градусов (напомним: это результаты анализа короткого 21-летнего массива, а фактически за 130 лет наблюдений в Омске была отмечена минимальная температура -48 градусов). Значение же минимальной температуры в первой декаде января в Омске вероятностью превышения 1 раз за 1000 лет, а такая ситуация, согласно законам теории вероятностей, может случиться в текущую зиму или в следующую зиму, равна -51 градус. В начале 2000-х годов недалеко от Омска, в Кемерове, наблюдалась такая температура воздуха.
Представьте себе, что по описанной методике через 3-4 года будет создана электронная книга-справочник, в которой Вы можете найти интересующий Вас город (метеостанцию) Сибири и открыть результаты статистического прогноза экстремальных температур за любую декаду года. Это будет неплохое подспорье туристам и деловым людям при условии правильного вероятностного толкования полученного прогноза.
Библиографический список
1. www.meteo.ru
2. Климат Омска / Под ред. Ц.А. Швер. — Л. : Гидроме-теоиздат, 1980. — 248 с.
3. john@iwep.secna.ru
КАРНАЦЕВИЧ Игорь Владиславович, профессор кафедры гидрогеологии, гидравлики и инженерной гидрологии Омского государственного аграрного университета и кафедры физической географии Омского государственного педагогического университета, доктор географических наук.
Дата поступления статьи в редакцию: 26.12.2008 г.
© Карнацевич И.В.
9-й МЕЖДУНАРОДНЫЙ СИМПОЗИУМ ПО ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОМУ ПРИБОРОСТРОЕНИЮ
Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения РАН научно-исследовательские организации Санкт-Петербурга
с 29 июня по 2 июля 2009 года проводят в Санкт-Петербурге 9-й Международный симпозиум по измерительным технологиям и интеллектуальному приборостроению (9th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments)
Основная тематика симпозиума
• Общие проблемы измерений
• Микро-, наноизмерения и метрология
• Оптическая и X-Ray томография и интерферометрия
• Измерения геометрических и механических величин
• Терагерцовые технологии для науки, промышленности, медицины и биологии
• Новейшие измерительные и диагностические методы
• Интеллектуальные измерительные инструменты и системы для промышленности и транспорта
• Измерения и метрология для гуманитарных областей
• Метрология и определение параметров материалов
• Образование в измерительной науке
На пленарных и секционных заседаниях (в рамках 10 секций) симпозиума будут представлены результаты и перспективы исследований выдающихся зарубежных и российских ученых. Представлено 292 доклада учёных из 30 стран мира, в том числе 85 докладов специалистов из ведущих западных научных центров (Германии, США, Великобритании, Франции, Италии, Австрии и др.) и 110 докладов ученых из стран азиатского региона (Япония, Китай, Тайвань, Корея, Индия), а также известные российские ученые из Москвы, Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Новосибирска, Томска, Красноярска, Иркутска и др. Уже дали согласие выступить с приглашенными пленарными и секционными докладами 33 выдающихся ученых России, Азии, Европы и Америки. Планируется приложить максимум усилий для привлечения российских молодых ученых и специалистов с целью их активного участия в работе симпозиума.
Программа симпозиума предусматривает приглашённые, устные и стендовые доклады, заседания «круглых столов».
Язык симпозиума: английский.
На сегодня прием докладов закончен.
С дополнительной информацией вы можете ознакомиться на сайте www.tdisie.nsc.ru/ismtii2009
Адрес организационного комитета симпозиума: КТИ НП СО РАН, ул. Русская, д. 41, Новосибирск, 630058, Россия.
Председатель ISMTII-2009, директор КТИ НП СО РАН, д.т.н., проф. Чугуй Юрий Васильевич, тел.: 8 (383) 333-27-60, факс 8 (383) 332-93-42.
Учёный секретарь ISMTII-2009, к.ф.-м.н. Ступак Михаил Фёдорович, тел. 8 (383) 334-59-19, 330-29-98. E-mail: chugui@tdisie.nsc.ru
Источник: http://www.kon-ferenc.ru/konferenc11_06_09.html
«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 2 (71), 2008 МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ
65
