Квантильный анализ многолетней изменчивости гидрометеорологических характеристик
Для анализа особенностей многолетнего хода колебаний использовались данные наблюдений : среднегодовыми расходами
воды рек Q,м³/с (впадающих в Онежское озеро Водла, Шуя, Андома, Мегра и Лижма и реки Свирь, вытекающей из озера), среднегодовыми температурами воздуха t,ºС (со станций Петрозаводск, Пудож, Вытегра, Медвежьегорск, Кондапога и Вознесенье) и среднегодовыми атмосферными осадками Р,мм (со станций Петрозаводск, Пудож, Вытегра, Медвежьегорск, Кондапога
и Вознесенье).
Межгодовая (многолетняя) изменчивость традиционно анализируется по рядам среднегодовых и экстремальных данных и характеризуется наличием теплых и холодных условий для температуры, сухих и влажных лет для атмосферных осадков, многоводных и маловодных лет для речного притока, уровня и стока рек. Принято считать, что для получения достаточно надежного результата необходимо выбирать такой период наблюдений,
в который входило бы одинаковое количество теплых и холодных лет по температурам, одинаковое количество сухих и влажных лет по осадкам, многоводных и маловодных лет по речному притоку. Среднегодовые данные используются для характеристики «нормы» и изменчивости значений.
В данной работе используются характеристики максимальных
и минимальных данных для анализа этих значений многолетней изменчивости применяется квантильньий анализ.
Квантильный анализ заключается в нахождении и построении
на графиках реализаций пяти расчетных квантилей:
|
|
|
Хmin, X0,25, X0,5, X0,75, Xmax — определяющие зоны тех характеристик которые используются в работе.
Квантили определяются следующими формулами:
X0,5 — медиана в распределении
X0,5 = 
если, n нечетная
X0,5 = 0,5 
если, n четная
X0,25, X0,75 — аналог медиана
А также вычисляем:
R — разброс значений.
R = Xmax — Хmin
X в = X0,75 + 1,5X X н = X0,25 ─ 1,5X
X — интерквантильное расстояние характеризует разброс выборки
в пределах нормы.
X= X0,75 ─ X0,25
Т* - трехзвенное среднее (центр распределения данных выборки)
Т*=0,25(X0,25+2X0,5+X0,75)
Асимметричность определяется сравниваемая Х0, Г, М, Т*
As= 
В диапазонах межгодовой и синоптической изменчивости случайная функция предполагается стационарной, т.е. не зависящей от времени.
Это предположение позволяет упростить анализ натурных данных,
а результаты анализа считать стационарными приближенными
к исследуемому процессу.
Особенности многолетней изменчивости температур
На рис. 14−20 приведены реализации и квантильные диаграммы средних годовых температур на метеостанциях бассейна Онежского озера.
Их анализ показывает, что для температурного режима характерно наличие теплых и холодных групп лет. Соответствующие им значения содержатся
в таблицах 15−20 (в приложении). В таблице 2 приведены статистические характеристики межгодовой изменчивости. Холодными и теплыми годами будут считаются те годы, значения которых выходят за квантили t0.25 и t0.75 соответственно. Годы, когда значения температуры выходят за верхнюю tв
и нижнюю границы tн, определяемые по следующим формулам :
|
|
|
t в=t0.75 + 1.5X
t н=t0.25 – 1.5X
X=t0.75- t 0.25
X − интерквантильное расстояние характеризующее разброс выборки
в пределах нормы - будут экстремальными.
На графиках реализаций средних годовых температур видно, что на станциях: Медвежьегорск (1945-1988), Пудож (1925-1988), Вытегра (1925-1993), Вознесенье (1945-1988) и Кондапога (1945-1988) наблюдается незначительный тренд на понижение температуры воздуха.
Также на станции Петрозаводск (1945-1996) наблюдается незначительный тренд на повышение температуры воздуха, что связано скорей всего
с деятельностью города. Но если посмотреть на график реализаций средних годовых температур станции Вытегра (1878-1993) тренд будет незначительно повышаться. Уравнения, описывающие выделенные тренды приведены
на соответственных рисунках.
Таблица 2
|
|
|
Статистические характеристики межгодовой изменчивости температур
|
| Кол-во лет | tмин. | t0.25 | t0.5 | t0.75 | tмакс. | R | Х | tверх. | tнижн. | tсред. | T | As | |
| Вознесенье (1945-1981) | 37 | 0,8 | 2 | 2,8 | 3,4 | 4,4 | 3,6 | 1,4 | 5,5 | -0,1 | 2,7 | 2,75 | -0,071 | |
| Вытегра | (1878-1900) | 23 | 0,5 | 2 | 2,7 | 3,4 | 3,8 | 3,3 | 1,4 | 5,5 | -0,1 | 2,7 | 2,7 | 0 |
| (1902-1918) | 17 | 0,4 | 2 | 2,6 | 3,6 | 4 | 3,6 | 1,6 | 6 | -0,4 | 2,8 | 2,7 | 0,12 | |
| (1925-1993) | 69 | -0,9 | 1,8 | 2,8 | 3,7 | 5,7 | 6,6 | 1,9 | 6,55 | -1,05 | 2,75 | 2,78 | -0,03 | |
| Пудож (1925-1988) | 64 | -1,2 | 1,4 | 2,45 | 3 | 4,2 | 5,4 | 1,6 | 5,4 | -1 | 2,2 | 2,32 | -0,16 | |
| Петрозаводск (1945-1996) | 52 | 0,1 | 1,85 | 2,75 | 3,35 | 5,5 | 5,4 | 1,5 | 5,6 | -0,4 | 2,6 | 2,67 | -0,1 | |
| Кондапога (1945-1988) | 44 | 0,3 | 1,5 | 2,7 | 3,15 | 5,7 | 5,4 | 1,65 | 5,625 | -0,975 | 2,325 | 2,51 | -0,23 | |
| Медвежьегорск (1945-1988) | 44 | -0,9 | 0,6 | 1,6 | 2,35 | 3,9 | 4,8 | 1,75 | 4,975 | -2,025 | 1,475 | 1,54 | -0,07 | |
Сведения о теплых и холодных годах на метеостанциях водосбора представлены в таблицах 3 и 4. Как видно из таблиц теплые и холодные годы на станциях водосбора наблюдались как разрозненно, так и группировались в фазы или циклы, несмотря на индивидуальность набора лет.
Холодные годы
Таблица 3
| Медвежье-горск (1945-1988) -0,9 < t < 0,6 | Пудож (1925-1988) -1,2 < t < 0,65 | Вознесенье (1945-1981) 0,8 < t < 2 | Петро-заводск (1945-1996) 0,1 < t < 1,85 | Кондапога (1945-1988) 0,3 < t < 1,5 | Вытегра (1925-1993) -0,9 < t < 1,8 | ||
| 1929 | 1926 | ||||||
| 1941 | 1941 | ||||||
| 1945 | 1945 | 1945 | 1945 | 1945 | |||
| 1955-1956 | 1956 | 1955-1956 | 1955-1956 | 1955-1956 | 1956 | ||
| 1958 | 1958 | 1958 | 1958 | 1958 | |||
| 1963 | 1963 | ||||||
| 1966 | 1966 | 1966 | 1966 | 1966 | 1966 | ||
| 1968-1969 | 1969 | 1969 | 1969 | 1968-1969 | 1969 | ||
| 1976 | 1976 | 1976 | 1976 | 1976 | |||
| 1978 | 1978 | 1978 | 1978 | 1978 | 1978 | ||
| 1985 | 1985 | 1985 | 1985 | 1985 | |||
| 1987 | 1987 | 1987 | 1987 | 1987 | |||
| 1992 | |||||||
| Экстремальные года
| |||||||
| 1966 | 1941 | 1976 | 1992 | 1966 | 1941 | ||
Так из таблицы 3 и графиков видно, что холодными годами для всех станций были: 1945, 1955-1956, 1958, 1969, 1976, 1978, 1985, 1987 года и особенно 1966 год. Но в связи с тем, что набор лет неодинаков по станциям Вытега и Пудож ещё был экстремально холодный год 1941.
Теплые годы
Таблица 4
| Медвежье-горск (1945-1988) 2,35 < t < 3,9 | Пудож (1925-1988) 3 < t < 4,2 | Вознесенье (1945-1981) 3,4 < t < 4,4 | Петро-заводск (1945-1996) 3,35 < t < 5,5 | Кондапога (1945-1988) 3,15 < t < 5,7 | Вытегра (1925-1993) 3,7 < t < 5,7 |
| 1925 | 1925 | ||||
| 1928 | |||||
| 1930 | |||||
| 1932 | 1932 | ||||
| 1934 | 1934 | ||||
| 1936-1938 | 1936-1938 | ||||
| 1943 | 1943 | ||||
| 1948-1950 | 1949-1951 | 1949 | 1949 | 1950 | 1949 |
| 1953 | |||||
| 1954 | 1954 | ||||
| 1957 | 1957 | 1957 | 1957 | ||
| 1959 | |||||
| 1961 | 1961 | 1961 | 1961 | 1961 | 1961 |
| 1964 | |||||
| 1967 | 1967 | 1967 | |||
| 1972 | 1972 | 1972 | 1972 | ||
| 1973 | |||||
| 1974-1975 | 1974-1975 | 1974 | 1974-1975 | 1974 | |
| 1975 | |||||
| 1981 | |||||
| 1983 | 1983 | 1983 | |||
| 1984 | 1984-1985 | ||||
| 1988 | 1988-1991 | 1989-1992 | |||
| 1995 | |||||
| Экстремальные года | |||||
| 1983 | 1951 | 1975 | 1989 | 1950 | 1932 |
Так из таблицы 4 и графиков видно, что теплыми годами для всех станций были: 1949, 1957, 1961, 1967, 1972, 1974-1975, 1988 года. Но в связи с тем, что набор лет неодинаков по станциям Вытега и Пудож ещё был теплые года 1925, 1932, 1934, 1936-1938.
А также для станции Кондапога максимально экстремально теплым был 1950 год.
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 888; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!