Файл: Григоркина Р.Г. Прикладные методы корреляционного и спектрального анализа крупномасштабных океанологических процессов.pdf

(1.1) и (1.2), найти и пространственно-временные корреляцион ­ ные функции и спектры.

Таким образом, по данным временного корреляционного и спектрального анализа коэффициентов р а з л о ж е н и я представля ­ ется возможным оценить временные корреляционные и спект­ ральные функции в любом пункте поля или найти соответствую­ щие пространственно-временные функции. Корреляционные функции и функции спектральной плотности коэффициентов раз ­ л о ж е н и я представляют и самостоятельный интерес как статисти­

читься исследованием статистических характеристик коэффици ­ ентов разложения . Кроме того, в форме коэффициентов разло ­ жения удобно искать статистические связи м е ж д у полями или полем и изменчивостью того или иного элемента в фиксирован­ ном пункте другого поля. П о к а ж е м на примере некоторые воз­ можности, заключенные в такой интерпретации изменчивости гидрометеорологических полей.

П р и м е р 1. Рассмотрим внутримесячную изменчивость по­ л я температуры воды на поверхности в северной части Атланти ­

следующим составлением временных рядов д л я к а ж д о г о из зна ­

квадрат, расположенный севернее, находится в районе матери­

л я ю щ и м и во внутримесячной изменчивости реального темпера ­

типичное расположение холодных вод склона и теплых вод Гольф ­ стрима. П о л я А 0 2 и Ам соответственно характеризуют слабо меандрирующие в меридиональном направлении потоки и меридио­ нальный перенос в поле температуры . Таким образом, максн-

155

• м а л ы ш е по амплитуде внутримесячные флуктуации реальных по­

амплитуды наиболее значительны в тех случаях, когда горизон­ тальный градиент в полях типа А32, A i 2 и других является наи­ большим.

Во виутримесячной изменчивости полей температуры второго квадрата доминирующая роль принадлежит меридиональному и

месячной изменчивости температурного поля. В спектрах коэф­

разом, благодаря аналитической аппроксимации полей с после­ дующим спектральным анализом коэффициентов разложения, удалось получить в сравнительно лаконичной форме информа ­ цию о пространственно-временной структуре поля температуры воды.

П р и м е р 2. Спектральный анализ флуктуации температу­ ры воды на поверхности океана в 48 пунктах системы вод Ойясио ( ф = 3 1 — 4 Г с. ш., % = 140—150° в. д. (рис. 21, 22) позволил вы­ делить зоны энергоснабжения в полосах частот, соответствую­ щих месячным, полумесячным колебаниям и колебаниям с пе­ риодами 10—11, 8—9, 5—6 и 4 суток.

Механизм впутримесячных флуктуации температуры преиму­ щественно адвективный, т. е. выделенные зоны энергоснабжения имеют динамическое происхождение и связаны с флуктуациоиньш спектром течений. Возникновение зон энергоснабжения в ука­ занных временных масштабах, как у ж е отмечалось, может быть связано как с флуктуациями ветровых и дрейфовых течений, так и с резонансным взаимодействием океана и атмосферы как круп­ номасштабных колебательных систем.

этом размер поля атмосферного давления д о л ж е н быть не мень­ ше, чем характерный масштаб синоптических процессов. Кроме того, д о л ж н ы быть учтены особенности района исследования, определяемые его географическим положением и общей цирку­ ляцией атмосферы. Исходя из этих соображений, были выбраны следующие размеры поля ср=20 — 60° с. ш., А,= 125—165° в. д. Ежедневные поля приземного атмосферного давления за период май 1967 — апрель 1968 гг. были р а з л о ж е н ы по полиномам Че -

156

б ы ш е в а, с сеткой 20X20 и шагом по п а р а л л е л и и меридиану 2°. Исходными данными д л я снятия давления по выбранной сетке с л у ж и л и карты приемного атмосферного давления за 00 час Гринвичского времени. И з 36 коэффициентов р а з л о ж е н и я выбра­ ны 6 коэффициентов, в к л а д которых в поле наиболее высок и ко­

Взаимноспсктральный анализ коэффициентов барического по­ л я и температурных флуктуации в 48 пунктах, результаты кото­ рого рассматривались для интервалов основных несущих частот спектров, позволил получить д л я этих интервалов карты коге­ рентности и разности фаз (рис. 26). Эти карты с достаточной оче­ видностью свидетельствуют о наличии дифференцированной по временному спектру и по виду элементарных барических полей

157

статистической связи м е ж д у полем атмосферного давления и по­ л е м температуры воды. Наиболее интересной и неожиданной

временных масштабов поля давления и поля температуры воды,, их пространственные м а с ш т а б ы значительно различаются . К то­

вые соотношения при локализации связей и несоответствии про­ странственных масштабов позволяют предполагать, что д л я ис­ следуемых временных масштабов появление зон высокой коге­ рентности связано преимущественно с резонансными э ф ф е к т а м и в локальных областях, продуцирующих волновые движения в по ­ л е течений типа фронтальных волн или волн Россби,

В качестве такой информации могут быть использованы, напри­ мер, полигонные наблюдения с помощью сети автономных буй­ ковых станций, наблюдения судов погоды на стандартных гори­ зонтах, обобщенные карты распределения океанологических характеристик, ежедневно передаваемые в эфир рядом гидроме­ теорологических агенств и служб . Следует отметить, что совмест­ ный анализ статистических оценок во многих пунктах д о л ж е н значительно увеличить число степеней свободы исследуемой си­ стемы, а следовательно, значительно уменьшить выборочную из­ менчивость этих оценок. Хотя подходящий количественный кри­ терий подобрать затруднительно, это позволяет при пространст­ венном анализе статистических оценок менее педантично отно­

интервалах сглаживания, 3) интервалов автокорреляции, 4) энер­

158

этих колебаний по исследуемой акватории. Помимо этого, необ­ ходимо провести взаимнокорреляциоиный и взаимноспектраль - ный анализ с переменным и постоянным расстоянием м е ж д у ис­ следуемыми пунктами и построить графики или карты простран­ ственного распределения коэффициентов взаимной временной корреляции и когерентности на основных несущих частотах д л я различных пространственных сдвигов, разности фаз д л я различ­ ных пространственных сдвигов. В некоторых случаях целесооб­

временных статистик океанологического процесса, полученных в

ских характеристик в зонах со значительными горизонтальными градиентами этих характеристик представляет значительный

В качестве исходной информации использовались данные о тем­ пературе поверхности моря в 50 пунктах, расположенных в рай­

ны спектры температурных флуктуации, характерной особенно­ стью которых является наличие максимумов на частотах, соот­ ветствующих пятнадцати - и тридцатисуточным периодам. Ана­ логичную структуру имеют спектры флуктуации разности темпе­ ратур воды и воздуха в районе к о р а б л я погоды «Н». В з а и м н о - спектральный анализ разности температур воды и воздуха с тем­ пературой воздуха в районе к о р а б л я погоды «Н» показал, что на полумесячных и месячных частотах эти процессы не когерентны, причем энергия флуктуации разности температуры воды и воз­ духа больше, чем энергия флуктуации температуры воздуха. Это

159