Файл: Абузяров З.К. Морские гидрологические информации и прогнозы учеб. для гидрометеорол. техникумов.pdf

Форма выпуска морских прогнозов разнообразна. Прогнозы гидрологических явлении оформляются в виде текстов, таблиц, карт, графиков. В Арктике при обслуживании трассы Северного морского пути разрабатываются навигационные рекомендации по отдельным участкам трассы, на которых осуществляются массо­ вые перевозки грузов. На графиках в наглядной форме показыва­

сроки возможного начала и окончания плавания судов с ледоко­ лом II без ледокола.

При проводке судов рекомендуемыми курсами в океанах про­ гнозы даются также в форме рекомендаций с указанием коорди­ нат наиболее экономичного и безопасного пути н с краткой харак­ теристикой ожидаемых условий погоды на рекомендуемом пути.

Долгосрочные ледовые прогнозы для неарктических морей вы­ пускаются в форме бюллетеня, в котором даются характеристика ожидаемых ледовых условий на морях и карты с указанием гра­ ниц распространения льдов. При каждом прогностическом органе

Выше отмечалось, что физические процессы в море тесно свя­ заны с атмосферными процессами. Поэтому прогнозы большинства физических явлений в море основываются на прогнозах погоды и учете предшествующих гидрологических условий. При этом про­ гноз погоды, как правило, используется в явном виде в кратко­ срочных морских прогнозах и в неявном виде — в долгосрочных.

Например, при прогнозах ветрового волнения, сгонно-нагон­ ных колебаний уровня, дрейфовых течений в явном виде исполь­ зуется прогноз ветра. Краткосрочные прогнозы ледовых условий основаны на прогнозах температуры воздуха. Поскольку морские прогнозы основываются на прогнозах погоды, их оправдываемость в значительной степени зависит от точности прогнозов погоды. Оправдываемость краткосрочных прогнозов погоды такова, что позволяет с достаточной уверенностью использовать их при со­ ставлении морских гидрологических прогнозов.

Методы долгосрочных прогнозов гидрологических явлений вследствие недостаточной оправдываемое™ долгосрочных прогно­ зов погоды основываются на других принципах, при этом, однако, также косвенно учитываются прогнозы погоды.

Методы морских гидрологических прогнозов основаны либо на учете отдельных главных факторов, обусловливающих развитие прогнозируемого явления, либо на учете закономерности в ходе самого явления, либо, что делается чаще всего, на совместном учете тех и других в зависимости от наличия необходимых дан­ ных, прогнозов погоды и т. д. В практике составления прогнозов

84

элементов режима моря разработан ряд приемов (методов) про­

гнозирования.

1. И с п о л ь з о в а н и е к л и м а т о л о г и ч е с к о й с р е д н е й

( но р мы) . Это довольно простой, но грубый прием прогноза. Од­ нако климатологическая средняя является наиболее устойчивой величиной, поэтому ее можно использовать в долгосрочных про­ гнозах. Так, если средняя многолетняя температура воды в ян­

не учитываются аномальные явления, в результате которых сред­

ствующего хода изменения интенсивности и направления распро­ странения процесса. Прием экстраполяции часто используется при построении расчетных формул на ограниченном материале наблю­ дении. Если на каком-то интервале времени четко проявляется характер зависимости, то она может быть продолжена с учетом тенденции хода кривой. Однако при этом надо исходить из физики процесса. Прогноз по методу экстраполяции достаточно надежно можно давать на ограниченные промежутки времени при отсут­ ствии внешних возбуждающих сил. Например, если начало шторма характеризуется постепенным усилением ветра, то на не­ большие отрезки времени эту тенденцию можно использовать для прогноза.

3. И с п о л ь з о в а н и е и н е р ц и и — свойства гидрологиче­ ского явления сохранять своп характеристики некоторое время. Это свойство может быть использовано непосредственно для про­ гноза или учтено в качестве одного из факторов. Инерция — это устойчивость процесса во времени. Так, например, если в море установился определенный режим течений и если не ожидается

в долгосрочных ледовых прогнозах. Еще В. Ю . Визе указал на большую инерцию в состоянии льдов в Баренцевом море, суще­ ствующую продолжительное время.

Инерционные прогнозы также используются в качестве эта­ лона оценки гидрологических прогнозов. Для выявления роли инерции в данном процессе статистическим путем строят времен­ ные (через определенные интервалы времени) последовательности результатов сопоставления предшествующего и ожидаемого про­ цессов и подсчитывают коэффициент корреляции.

4. Т и п и з а ц и я — прием прогноза, основанный на устойчи­ вости и преемственности в развитии метеорологических и гидро­

85

циркуляции взял направление переноса воздушных масс. Было выделено три основных типа переноса: западный \Ѵ, восточный Е, меридиональный С, п несколько разновидностей (комбинирован­ ных типов), являющихся переходными формами основных. Типы Вангенгейма получили широкое распространение в С С С Р при со­ ставлении метеорологических и гидрологических прогнозов на Ев­ ропейской территории С С С Р (ЕТС).

Поскольку гидрологические процессы тесно связаны с атмо­ сферными процессами, то обычно типизация гидрологических про­ цессов основывается на типизации атмосферных процессов. Н а­ пример, после зим с преобладанием западного переноса воздуш­ ных масс весной почти на всей Европейской территории С С С Р ус­ танавливаются положительные аномалии температуры воздуха. Это, естественно, ведет к более ранним срокам вскрытия морей ЕТС. Такого же рода связи установлены и для других типов цир­ куляции атмосферы.

Иногда при типизации атмосферных процессов за одни из основных критериев принимается скорость ветра. При этом ветер разбивается на градации по скорости, направлению и продолжи­ тельности действия.

Так, если на основании типизации атмосферных процессов, про­ веденной по сезонам, выявлена преемственность в развитии про­ цессов от сезона к сезону и установлено, как изменяются гидро­ логические условия, то по характеристике текущего года можно определить, к какому типу процесса он относится. Затем можно составить прогноз на последующие сезоны. Такой прогноз может быть дан для тех элементов, по которым проведена типизация.

Недостаток метода типизации состоит в том, что получаемые результаты в большой степени зависят от того, насколько удачны те признаки, по которым проведена классификация, т. е. здесь имеется значительная доля субъективности. Не всегда бывает просто текущую ситуацию отнести к тому или иному типу, так как никакая типизация не может отражать всей совокупности метеорологических и гидрологических условий, наблюдающихся в природе.

5. И с п о л ь з о в а н и е п р и н ц и п а а н а л о г и ч н о с т и —

метод аналогов, основанный на том, что сходные причины должны давать и сходные следствия.

Под аналогичностью двух полей понимается степень геометри­ ческого подобия их, т. е. два поля полностью аналогичны, есліг при наложении они совпадают во всех точках. Кроме этого, необ­ ходимо также совпадение по абсолютному значению элементов. Таким образом, для оценки аналогичности полей нужно иметь два критерия, характеризующие поле по конфигурации и по интен­ сивности.

В качестве показателя аналогичности полей по интенсивности используется выражение

Р = ( 1 — б / б м а к с ) ,

86

где Р — показатель аналогичности по интенсивности; б — средне­

квадратичное значение разности двух полей ^ б =

бманс— максимальное значение среднеквадратичного отклонения двух полей из всего рассматриваемого ряда.

В качестве показателя, характеризующего аналогичность по­ лей по конфигурации, может быть использован коэффициент кор­ реляции г двух сравниваемых полей. При полном сходстве полей коэффициент корреляции равен единице, в противном случае — нулю.

Общий показатель аналогичности имеет вид

Выражение степени аналогичности числом значительно облег­ чает анализ карт.

Пример. Подобрать аналоги для 1946, 1955 и 1956 гг., используя показатели аналогичности (табл. 11), рассчитанные по картам распределения температуры воды в Чукотском море за восемь лет.

Таблица II

Коэффициент корреляции, среднеквадратичные отклонения и общие показатели степени аналогичности

87

срочного прогноза погоды н гидрологических процессов предпри­ нимали упорные поиски периодичности, или цикличности, в ходе метеорологических и гидрологических процессов. Обнаружение четко выраженной периодичности в значительной степени облегчало бы решение проблемы долгосрочных прогнозов. В известной мере ре­ шение этой проблемы затруднено отсутствием достаточно длин­ ных и надежных рядов наблюдений. В отдельных случаях была обнаружена периодичность некоторых процессов на протяжении ряда лет. Это несколько обнадеживало прогнозистов. Однако со временем периодичность пропадала. Поэтому в настоящее время ученые сделали вывод, что, кроме суточных и годовых периодов, периодичность в ходе гидрологических и метеорологических про­ цессов не бывает настолько устойчивой, чтобы можно было приме­ нять принцип периодичности для прогноза.

Предпринимались попытки найти связь колебаний погоды и гидрологических явлений с солнечной активностью, в частности с числом солнечных пятен, для которых была обнаружена перио­ дичность 11 лет. Искали связь между числом солнечных пятен и аномалиями погоды на Земле. Однако достаточно тесных связей, которые можно было бы использовать для прогнозов, также не удалось обнаружить. Это можно объяснить тем, что на фоне непрерывных флуктуаций метеоэлементов, происходящих по са­ мым разнообразным причинам, чрезвычайно трудно выделить искомый эффект.

7. У ч е т о с н о в н ы х з а к о н о в п р и р о д ы — з а к о н а с о х р а н е н и я в е щ е с т в а и з а к о н а с о х р а н е н и я э н е р ­ гии. Решая уравнения водного, теплового и энергетического ба­ лансов, получают теоретические или эмпирические формулы, вы­ ражающие зависимость прогнозируемого элемента от тех или иных факторов.

При решении уравнения энергетического баланса волн полу­ чают простые зависимости элементов волн от скорости ветра, про­ должительности его действия и разгона. Температура воды н сроки появления льда определяются непостоянством теплового баланса. Методы расчета теплового баланса широко используются для расчетов и прогнозов теплового состояния моря.

На основе решения уравнения водного баланса поверхности моря разработана методика прогноза колебания уровня Каспий­ ского моря на период от нескольких месяцев до нескольких десят­ ков лет.

Применение уравнений баланса становится в настоящее время одним из основных направлений прогнозирования в краткосроч­ ных прогнозах. В долгосрочных прогнозах применение балансовых методов затруднено из-за отсутствия надежных метеорологиче­ ских прогнозов.

8. И с п о л ь з о в а н и е ч и с л е н н ы х м е т о д о в . Прогноз физических явлений в атмосфере или в океане, основанный на численном решении уравнений гидродинамики, записанных в диф­ ференциальной форме, называют гидродинамическим или числеи-

88