Метод прогноза сроков окончательного разрушения припая
заблаговременностью 15-30 суток в районах юго-западной части Чукотского моря


Метод прогноза разработан по плану тематической работы в 2007 году. Метод основан на физико-статистической основе с использованием автоматической информационной программы с условным названием «Пегас», ранее успешно использованной для прогнозов сроков разрушения припая в Восточно-Сибирском море [1]. Метод базируется на данных ИСЗ, ледовых обзорных и региональных картах ААНИИ и наблюдениях полярных станций. Припайная зона чукотского побережья разделена на три района, отличающихся некоторыми режимными особенностями в период формирования и разрушения припая. Метод разрушения припая разработан для каждого района.


Характеристика припая в период нарастания

Мониторинг за состоянием припая в период его формирования и разрушения производиться с использованием ледовых карт, которые строятся в ААНИИ по данным ИСЗ с дискретностью 7-10 суток. При необходимости используются непосредственно спутниковые снимки. По ледовым картам ежедекадно определяются площади припая в границах районов арктических морей и ширина припая на створах. Схема створов для чукотского побережья представлена на рисунке 1.


Рис. 1.
Среднее положение границ припая в период его нарастания
в юго-западной части Чукотского моря по данным ИСЗ
за период 1980-2011 гг. и положение створов

Из-за глубоководности прибрежной зоны припай в юго-западной части Чукотского моря не достигает большого развития. Его становление в среднем приходится на конец октября – начало ноября. Позже всего припай образуется у крайнего восточного побережья Чукотки. Приращение ширины припая на створах характеризует развитие припая в период его формирования (рис. 2). Как можно видеть на рисунке 2, наиболее интенсивно припай нарастает в период с ноября по январь. К февралю продвижение границы припая в мористые районы замедляется, и в марте-апреле припай у чукотского побережья достигает максимального развития (рис. 2).


Рис. 2.
Изменения средней ширины припая на створах
у чукотского побережья в период формирования припая, км
(римские цифры на рисунке – месяцы)

В марте ширина припая составляет в среднем около 12 км у мыса Шмидта и может изменяться в пределах 5-20 км. Далее на восток, в районе Колючинской губы средняя ширина припая увеличивается до 30 км, где в некоторые годы может достигать 70 км. Восточнее средняя ширина припая уменьшается до 10 км.

Площадь припая у чукотского побережья, достигнув в начале ноября около 7 тыс. км2, медленно увеличивается и в марте составляет около 11 тыс. км2, сохраняясь в этих размерах до начала разрушения.

В годы, благоприятные для развития припая, его площадь более чем вдвое превышает среднюю величину (таблица 1) - таблицы.

В среднем площадь чукотского припая в конце периода развития составляет 6% от площади юго-западной части моря. В годы максимального развития припай может занимать 13 % площади моря, а в годы наименьшего развития всего 3 %.


Характеристика припая в период разрушения

Начало разрушения припая в юго-западной части Чукотского моря начинается в южной части моря во второй декаде мая, когда под влиянием беринговоморских вод происходит раннее очищение моря. В среднем в крайнем восточном районе чукотского побережья припай разрушается в середине июня, в западных районах – в начале июля. Исключение составляет Колючинская губа, где в отдельные годы припай может сохраняться до середины июля.

На рисунке 3 схематично показано изменения положения границ припая у чукотского побережья по данным о ширине припая на створах.


Рис. 3.
Изменения средней ширины припая на створах у чукотского побережья
в период разрушения припая, км
(цифры на графиках означают месяц-декаду)

Анализ многолетних наблюдения за разрушением припая у чукотского побережья позволил выделить три района отличающихся характером и сроками его разрушения:
I район – участок мыс Якан – мыс Ванкарем,
II район – мыс Ванкарем – о.Колючин,
III район – мыс Сердце Камень – Уэлен.

На рисунке 3 также можно выделить эти районы:
район I между створами 1-3,
район II – между створами 3-5 и
район III – между створами 5-6.,
различающиеся по скорости смещения границ в период разрушения.

Как видно из таблицы 2 (таблицы), многолетний размах сроков окончательного разрушения припая у чукотского побережья составляет от полутора до двух месяцев. Поэтому критерии для методической и прогностической оценки в долях среднего квадратического отклонения () также значительны – 9-12 суток.


Разработка метода прогноза

Как уже упоминалось, для разработки метода прогноза сроков окончательного разрушения припая у чукотского побережья использована автоматическая информационная программа («Пегас»), позволяющая осуществлять выбор наиболее информативных предикторов как из рядов точечных измерений (данных полярных станций), так и из полей элементов (давления, температуры), представленных в узлах сеточной области.

Из стандартных процедур программа позволяет оценивать коэффициентами корреляции статистическую связь; по заданному критерию игнорировать или учитывать аргумент; выбирать наиболее значимые аргументы; на основе элементарного дискриминантного анализа проводить обобщение всей информации и рассчитывать обобщенный показатель P. Обобщенный показатель P представляет собой сумму коэффициентов влияния К :



Аналогично получаются обобщенные показатели для нескольких полей. В этом случае суммируются коэффициенты влияния характеристик всех анализируемых полей. Окончательное прогностическое уравнение имеет вид:


Для учета атмосферного давления используется сеточная область, приведенная на рисунке 4. Программа «Пегас» находит наиболее информативные створы для расчета разностей атмосферного давления, для учета воздушных переносов, влияющих на разрушение припая посредством как динамического, так и термического воздействия вследствие адвекции тепла или холода в районы припайной зоны.


Рис. 4.
Схема центров сеточной области для учета атмосферного давления

При выборе информативных показателей (предикторов) для прогноза сроков разрушения припая необходимо учитывать наиболее ранние сроки для обеспечения необходимой заблаговременности прогноза равной 15-30 суткам. Как видно из рисунка 5, эти показатели необходимо использовать не позже апреля-мая, так как в начале июня, а в восточном районе иногда в мая, происходит разрушение припая.



Рис. 5.
Гистограммы распределения сроков разрушения припая в районах чукотского побережья
за период 1980-2012 гг.

Для нахождения информативных показателей и построения прогностических уравнений для сроков взлома припая в каждом из районов чукотского побережья были использованы поля среднемесячного приземного атмосферного давления с января по май, ряды среднемесячной температуры воздуха за апрель–май на полярных станциях Шмидт, Ванкарем, Уэлен, а также ширина припая на репрезентативных для районов створах.

Результаты корреляционного анализа сроков взлома припая с различными показателями для каждого района сведены в таблицу 3 (таблицы). В таблице незначимые коэффициенты корреляции выделены курсивом.

В результате преобразования информативных показателей программа рассчитала коэффициенты (A и B) и обобщенный показатель (P) для результирующих корреляционных уравнений для каждого из районов и произвела расчет по этим уравнениям для каждого года рядов сроков взлома припая в районах. Пример расчета для района I приведен в таблице 4 (таблицы).

Таблица 4 содержит коэффициенты корреляции результирующего прогностического уравнения (R), квадрат коэффициента корреляции (R2), характеризующий степень учета уравнением изменчивости сроков взлома припая и обеспеченность расчетного уравнения.

Уравнения для прогноза сроков разрушения припая (D) для каждого района, полученные в результате расчетов по программе «Пегас», представлены в таблицах 5 и 6 (таблицы).
Таблицы отличаются критериями (0.8 и 0.674 ) для методической оценки разработанного прогноза и их эффективности.

Как можно видеть из таблиц 5 и 6, методическая обеспеченность прогностических уравнения на зависимых рядах сроков разрушения припая для обоих критериев оценки достаточно высокая – в пределах 86-93% при эффективности в сравнении с природной обеспеченностью равной 29-36%.


Результаты испытаний метода прогноза для периода 2008-2012 гг.

Разработанные прогностические уравнения были использованы для прогнозов сроков взлома припая в период 2008-2012 гг. Результаты представлены в таблицах 7 и 8 (таблицы).

Как видно из таблицы 7, при оценки оправдываемости прогноза по критерию 0.8 не оправдался прогноз в 2012 году, когда во всех районах наблюдалось аномально раннее разрушение припая, обусловленное краткосрочным выносом тепла и ранним развитием Чукотской заприпайной прогалины. В среднем за пять лет по всем районам оправдываемость прогноза составила 80%.

При более строгой оценке прогноза по критерию 0.674 в районе I средняя оправдываемость за пять лет осталась на уровне 80%, в двух других районах – понизилась до 60%.

Разработанный метод долгосрочного прогноза сроков разрушения припая в районах Чукотского моря может быть уточнен краткосрочными прогнозами, методики которых изложены в монографии [2].


Список литературы

1. Карклин В.П., Карелин И.Д., Юлин А.В. Метод прогноза сроков окончательного разрушения припая в Восточно-Сибирском море заблаговременностью до одного месяца. М. 2011. Информационный сборник №38 «Результаты испытаний новых и усовершенствованных технологий моделей и методов гидрометеорологических прогнозов», с. 88-103

2. Горбунов Ю.А., Карелин И.Д, Кузнецов И.М, Лосев С.М, Соколов А.Л. Основы физико – статистических методов ледовых прогнозов и расчетов для арктических морей заблаговременностью до 30 суток. Л. Гидрометеоиздат, 1983, 288 с.


Авторы

Карклин В.П., Юлин А.В.


Контакты

Карклин В.П., отдел ледового режима и прогнозов, ААНИИ
Тел.: (812) 337-31-61
E-mail: karklin@aari.ru

Юлин А.В., зав. лабораторией ледового режима и долгосрочных прогнозов СЛО, ААНИИ
Тел.: (812) 337-31-54
E-mail: icefor@aari.nw.ru


© Методический кабинет Гидрометцентра России