Файл: Челпанова О.М. Среднее многолетнее давление воздуха над океанами.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.07.2024
Просмотров: 65
Скачиваний: 0
хронности в периоде осреднения, никакой синхронности не полу чилось. Вообще вряд ли возможно этого достичь для всего земного шара без приведения станций с неполными рядами к одному об щему периоду, так как всегда на каких-то станциях из утвержден ного списка ВМО возникают пробелы по разным причинам.
Так, в период 1931 —1960 гг. во многих государствах были продолжительные пробелы за военные годы. Кроме того, появи лись некоторые новые станции в ранее не освещенных районах, ряды наблюдений которых менее 30 лет. По непонятной причине многие страны представили для публикации в «СНпо» средние лишь за последние 10 лет (1951 —1960), т. е. без всяких оснований отброшены 10 довоенных лет (1931 — 1940) и 5—6 (1945—1950)
послевоенных. Помимо того, что такое округление недопустимо, так как должны быть использованы все существующие наблюде ния в пределах принятого периода, совершенно очевидно, что 10-летние средние никак не могут служить нормами.
Климатологические нормы должны быть таким эталоном, с ко торым можно сравнивать данные за все годы хотя бы текущего столетия. Такие сопоставления очень важны для составления карт аномалий, подбора аналогов и других различных исследований. При построении карт норм также требуются устойчивые средние, обеспечивающие проведение изобар через 2—3 мб, для чего ошибки норм не должны превышать 1 —1,5 мб, т. е. половины ука занного интервала.
В будущем всем странам-исполнителям обработки материала для подобных изданий климатологических норм необходимо стре миться к тому, чтобы нормы соответствовали установленному периоду. При наличии же неполных рядов наблюдений на отдель ных станциях или в отдельных районах имеется простой выход из положения, а именно, сделать приведение к основному периоду. Такое приведение вполне осуществимо в рамках каждого госу дарства и между соседними государствами. При отсутствии такой возможности необходимо показать погрешность норм из имею щегося периода либо дополнить ряд наблюдений годами, выходя щими за пределы принятого периода. Лучше иметь нормы из боль шого числа лет не вполне синхронных периодов, чем короткие ряды, так как в этом случае даже при наличии больших пробелов достигается устойчивость средних многолетних данных.
По-видимому, целесообразно пересмотреть и длину самого периода для получения норм с целью их опубликования в подоб ных международных справочниках, так как в связи с колебаниями климата 30-летний период по большинству метеорологических эле ментов в умеренных и высоких широтах безусловно недостаточен.
2. Точность климатологических норм давления воздуха
Ввиду значительных колебаний атмосферного давления от од ного года к другому, обусловленных большими непериодическими колебаниями, а также в связи с имеющими место изменениями
7
климата в умеренных и высоких широтах для получения устойчи вых средних многолетних данных по этому элементу необходимы длинные ряды наблюдений. Сеть метеорологических станций, на которых ведутся наблюдения над давлением воздуха, в большин стве государств стала расширяться примерно с 1881 г., поэтому в качестве основного периода для обработки материала по давлению воздуха нами принят период с 1881 по 1960 г. В тех районах, где на опорных станциях наблюдения были начаты позднее, использованы данные до 1965 г. Данные наблюдений на кораблях погоды и на станциях, расположенных в антарктической зоне, были обработаны даже до 1969—1970 гг., чтобы получить наиболь шую точность норм для этих еще слабо изученных районов.
Произведенный анализ длинных рядов наблюдений над давле нием воздуха в процессе климатологической обработки обширного материала для различных климатических зон позволяет сделать некоторые выводы о необходимой продолжительности периода по этому элементу для получения устойчивых норм и дать оценку точности этих норм.
Необходимая длина периода для получения надежных климато логических норм в различных климатических зонах различна и определяется величиной изменчивости средних месячных значений давления воздуха, т. е. величиной средних абсолютных или средних квадратических отклонений. Помимо изменчивости элемента как случайного фактора, необходимо также учитывать долю изменчи вости, обусловленную связностью рядов под влиянием колебаний климата, интенсивность которых очень велика в умеренных и вы соких широтах обоих полушарий. В этих зонах устойчивость норм как по давлению, так и по температуре воздуха определяется не столько изменчивостью элемента как фактора бессвязных рядов, сколько колебаниями климата, учет которых является решающим в выборе основного периода для вычисления норм по этим эле ментам.
Наибольшая изменчивость давления воздуха над океанами имеет место в субполярной зоне северного полушария. Средние квадратические отклонения (а) в зимние месяцы на севере Тихого и Атлантического океанов достигают 7—10 мб, уменьшаясь к лету до 2—2,5 мб. В антарктической зоне Мирового океана значения о зимой значительно меньше, чем в тех же широтах северного полу шария, и не превышают 6—7 мб. Однако в теплый сезон у по бережья Антарктиды сохраняется довольно значительная измен чивость атмосферного давления — не менее 3,5—4 мб, т. е. о здесь в этот сезон значительно больше, чем на севере Тихого и Атланти ческого океанов. По мере приближения к экватору изменчивость этого элемента в обоих полушариях постепенно убывает и в эква ториальной зоне значения а составляют всего 0,8—1 мб (табл. IV). Эти материалы позволяют оценить для каждой климатической зоны погрешность (возможную точность) средних многолетних
данных из принятого нами 80-летнего периода и других более ко ротких рядов наблюдений.
8
В табл. 1 приводятся как первое приближение для бессвязных, рядов погрешности, рассчитанные по известной формуле:
где о — среднее квадратическое отклонение, оЛ- — средняя ошибка* N — число лет. При этом значения ошибок даны для различных величин средних квадратических отклонений и для периодов раз ной продолжительности. В этой таблице ориентировочно показано,
Т а б л и ц а I
Средние ошибки норм давления воздуха а ѵ мб из 10, |
20, |
30, |
|||||||
50 и 80 лет при различных значениях средних |
|
|
|||||||
|
|
квадратических отклонений амб |
|
|
|
||||
Северного полушарие |
Южное полушарие |
|
а10 |
^20 |
*30 |
*50 |
*so |
||
зона |
1 а |
Зона |
|
о |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Экваториальная |
1,0 |
Экваториальная |
|
1,0 |
0,3 |
0,2 |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
Тропическая |
2,0 |
Тропическая |
|
2,0 |
0,6 |
0,4 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
Субтропическая |
1 3,0 |
Субтропическая |
|
3,0 |
0,9 |
0,6 |
0,6 |
0,4 |
0,3 |
|
4,0 |
Умеренная |
|
4,0 |
1,2 |
0,8 |
0,7 |
0,6 |
0,4 |
|
5,0 |
Субантарктиче- |
|
5,0 |
1,6 |
1,1 |
0,9 |
0,7 |
0,6 |
|
|
ская |
|
|
|
|
|
|
|
Умеренная |
6,0 |
Побережье Ан- |
f |
6,0 |
1,9 |
1,3 |
1,1 |
0,8 |
0,7 |
|
7,0 |
тарктиды |
\ |
7,0 |
2,2 |
1,5 |
1,3 |
0,1 |
0,8 |
Субполярная |
8,0 |
|
|
|
2,5 |
1,7 |
1,5 |
1,1 |
0,9 |
|
9,0 |
|
|
|
2,8 |
1,9 |
1,6 |
1,3 |
1,1 |
|
10,0 |
|
|
|
3,3 |
2,3 |
1,9 |
1,4 |
1,1 |
какие значения а характерны для зимних месяцев различных кли матических зон северного и южного полушарий. Поскольку измен чивость давления воздуха летом в 1,5—3 раза меньше, чем зимой, точность норм теплого периода во всех зонах соответственно выше.
Представляет интерес определить статистически необходимую продолжительность периода для получения норм с заданной по грешностью при различных значениях о (табл. 2). Такие вычисле ния по формуле
показали, что точность норм давления, равная 0,1 мб, за исклю чением отдельных районов, практически не достижима, так как для этого потребуется колоссальное число лет. Из существующих
рядов |
наблюдений |
может быть достигнута точность около 0,5 мб |
и то |
лишь в тех |
зонах и в те месяцы, где и когда значения сг |
не превышают 4 мб. Для холодного периода в умеренных и высо ких широтах требуется не менее 40—80 лет наблюдений, чтобы погрешность не превышала 1 мб.
9
Таблица 2
Необходимое число лет для получения норм давления воздуха с погрешностью (a/V) 0,1, 0,5 и 1,0 мб при различных значениях изменчивости (з мб)
а |
|
W |
|
а |
|
W |
|
|
од |
0,5 |
1,0 |
0,1 |
0,5 |
1,0 |
|||
|
|
|||||||
1 |
100 |
4 |
1 |
6 |
3600 |
144 |
36 |
|
2 |
400 |
16 |
4 |
7 |
4900 |
196 |
49 |
|
3 |
900 |
36 |
9 |
8 |
6400 |
256 |
64 |
|
4 |
1600 |
64 |
16 |
9 |
8100 |
324 |
81 |
|
5 |
2500 |
100 |
25 |
10 |
10 000 |
400 |
100 |
Возникает вопрос: какая же точность норм атмосферного дав ления необходима и целесообразна? Совершенно очевидно, что в умеренной и субполярной зонах северного полушария мы не мо жем достигнуть точности, превышающей 0,8—1,0 мб. Безусловно, и нет никакой необходимости добиваться чрезмерно высокой точ ности норм в этих зонах при такой большой изменчивости самого давления. Однако в тех зонах, где давление воздуха характери зуется слабой изменчивостью, нельзя допускать большой погреш ности норм. Приемлемые значения ошибок при вычислении норм давления, по нашему мнению, должны быть не более 0,2 о, но и не выше 1 мб, так как последний допуск ограничивает точность про ведения изолиний на картах при интервале изобар через 2 мб. При проведении изобар через 3 мб погрешность норм не должна превышать 1,5 мб.
Величины допустимых ошибок климатологических норм в табл. 1 располагаются выше точечной линии.
Несмотря на относительно большие допуски ошибок в умерен ных и субполярных широтах, точность измерений давления воз духа для всех зон должна оставаться такой же, какую дают в на стоящее время ртутные барометры, т. е. не менее 0,1 мб.
Следует высказать сожаление, что в некоторых изданиях
(«World Weather Records», «Monthly climatic data for the world», «Climatic data for Antarctic») средние месячные значения атмос ферного давления публикуются в целых миллибарах. При таком округлении мы теряем в точности норм и аномалий, а также в опре делении средней изменчивости.
Устойчивость климатологических норм, помимо случайных коле баний самого элемента, обусловленных непериодическими колеба ниями давления воздуха, в гораздо большей степени зависит от колебаний климата, интенсивность которых особенно велика в тех же умеренных и субполярных широтах, где имеет место мак симальная изменчивость атмосферного давления.
10