Метод прогноза сроков окончательного разрушения припая в районах моря Лаптевых

Описание метода

Во всех известных способах прогноза сроков окончательного разрушения припая на физико-статистической основе [2], в качестве предикторов используются различные гидрометеорологические характеристики, прямо или косвенно учитывающие влияние непосредственных факторов, обуславливающих разрушение припая.
В отсутствии характеристик состояния припайного льда в период таяния, для прогноза сроков разрушения припая были предприняты попытки использовать в качестве предикторов площадь припая, его ширину на створах, площадь заприпайных полыней, полученные по данным ИСЗ, а также толщину льда на полярных станциях.
Однако для взлома припая в море Лаптевых не все эти показатели оказались информативными.

Из всех гидрометеорологических характеристик наиболее значимой в качестве предиктора для прогноза сроков разрушения припая является температура воздуха. Сроки начала таяния, как уже упоминалось, близки к дате перехода температуры воздуха через значения –1–1.5°, которая в среднем наступает в первой декаде июня. Поэтому средняя июньская температура воздуха, а иногда и майская, оказалась наиболее эфективными для прогноза сроков разрушения припая.

Наиболее важными в навигационном отношении на трассе Северного морского пути на участке моря Лаптевых являются районы подходов к проливам Дм. Лаптевых и Санникова. Поэтому совершенствование метода прогноза сроков окончательного разрушения припая было сосредоточено для этих двух районов. Тем более что восточная часть моря в большей степени, чем западная, освещена данными наблюдений на полярных станциях.


Положение средней (1), минимальной (2) и максимальной (3) границ распространения припая в южной и восточной частях моря Лаптевых в период его максимального сезонного развития
по данным ИСЗ



Карта глубин моря Лаптевых




Распространение стамух в море Лаптевых по данным за 1962-1991 гг.




Изохроны средних сроков разрушения припая в море Лаптевых по данным ИСЗ за 1980-2011 гг.



1 – район подходов к проливу Дм. Лаптевых,
2 – район подходов к проливу Санникова

Далее представлены таблицы:
- Статистические характеристики сроков окончательного взлома припая в районах 1 и 2 за период 1980-2007 гг.;
- Прогностические уравнения сроков взлома припая в районах 1 и 2 с использованием средней за июнь температуры воздуха на полярных станциях и их оценка;
- Характеристика аргументов для прогноза сроков окончательного взлома припая в районе подходов к проливу Санникова;
- Оценка прогностического уравнения для сроков окончательного взлома припая на подходах к проливу Санникова (1980-2007 гг.)


Использование автоматизированной программы «Пегас»
для прогноза сроков окончательного разрушения припая в районах моря Лаптевых

Автоматическая программа «Пегас» использовалась для прогноза сроков окончательного взлома припая в Восточно-Сибирском море [Информационный сборник № 38]. Программа позволяет определить информативность как точечных измерений (например, данные одной полярной станции), так и полей элементов, представленных в узлах сеточной области. При исследовании информативности полей, предусмотрена процедура перехода от значений элемента в узлах сеточной области к разности значений между узлами.

Обязательным компонентом программы «Пегас» является информационная система, включающая пополняемые архивы ледовой и гидрометеорологической информации. Наиболее удобной формой представления последней являются поля атмосферного давления, температуры воды, воздуха, заданные в узлах сеточной области (или в отдельных точках).

Программа позволяет оценивать статистическую связь коэффициентами корреляции по заданному критерию (не менее 0,4) игнорировать или учитывать аргумент; выбирать наиболее значимые аргументы; на основе элементарного дискриминантного анализа проводить обобщение всей информации и рассчитывать обобщенный показатель.



Программа «Пегас» находит наиболее информативные створы для расчета разностей атмосферного давления (для учета воздушных переносов) влияющих на дату разрушение припая.

Для нахождения информативных показателей и построения прогностических уравнений сроков взлома припая в районах моря Лаптевых были использованы ряды сроков взлома припая, поля среднемесячного приземного атмосферного давления с января по июнь и ряды среднемесячной температуры воздуха за апрель–июнь по близлежащим полярным станциям. Для восточной части моря Лаптевых использовались данные по температуре полярных станций Котельный, Кигилях, Тикси за период 1980–2011 гг.

В результате преобразования информативных показателей программа рассчитывает коэффициенты (A и B) и обобщенный показатель (P) для результирующих корреляционных уравнений для каждого из районов и производит расчет по этим уравнениям для каждого года анализируемого ряда сроков взлома припая.


Коэффициенты корреляции сроков взлома припая в районе
на подходах к проливу Дм. Лаптевых с различными показателями




Схема положения центров сеточной области
для учета атмосферного давления

Программа рассчитывает коэффициенты A и B и обобщенный показатель P для результирующих уравнений и производит расчет для каждого года.

Расчет сроков окончательного разрушения припая в районе на подходах к проливу Дм. Лаптевых (сутки от 30 июня)




Расчет сроков окончательного разрушения припая в районе на подходах к проливу Санникова (сутки от 30 июня)

Расчетные уравнения и оценка эффективности метода


Результаты испытаний метода

Испытания усовершенствованного метода прогноза сроков окончательного разрушения припая в районах моря Лаптевых заблаговременностью до одного месяца проводилось в отделе ледового режима и прогнозов ФГБУ ААНИИ в период 2009-2011 гг. Методика прогноза основана на физико-статистическом подходе, при котором статистическая связь между предиктантом и предикторами обосновывается физически.

Прогнозы для районов на подходах к проливам Дм. Лаптевых и Санникова разработаны двумя способами:
– на основе уравнений множественной регрессии с разным количеством аргументов;
– с использованием автоматической информационной программы «Пегас», которая подбирает наиболее информативные аргументы по мере накопления архива данных.

Для оценки средней эффективности прогнозов сравнивалась оправдываемость прогнозов по методу и по норме.

Испытания метов проводились с использованием следующих параметров:
- температуры воздуха на полярных станциях,
- температуры воздуха, площади припая и полыней.

Также испытания метода проводились при помощи программы «Пегас».

Обобщенные результаты испытаний метода прогнозов сроков окончательного взлома припая в районах моря Лаптевых за период 2007-2011 гг. приведены в таблице.


Выводы

Как показывают испытания метода, разработанные физико-статистические модели позволяют достаточно надежно прогнозировать сроки окончательного разрушения припая в районах на подходах к проливам Дм. Лаптевых и Санникова. Метод характеризуется высокой эффективностью по сравнению с прогнозами по норме и может быть использован в оперативной практике.

ЦМКП Росгидромета на заседании от 27 марта 2012 г. рекомендовала ФГБУ «ААНИИ»:
- учесть высказанные на ЦМКП замечания (при подготовке июньского долгосрочного прогноза не использовать июньские предикторы);
- рекомендовать ФГБУ «ААНИИ» внедрить метод в оперативную практику ФГБУ «ААНИИ» в качестве основного.


Литература

1. 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.

2. Гудкович З.М, Кириллов А.А, Ковалев Е.Г, Сметанникова А.В, Спичкин В.А. Основы методики долгосрочных ледовых прогнозов для арктических морей. Л. Гидрометеоиздат, 1972, 348 с.

3. Ковалев Е.Г., Николаев Ю.В. Применение дискриминантного анализа для долгосрочного прогноза ледовитости арктических морей. - Тр. ААНИИ, 1976, т.320, с. 4-26.

4. Ковалев Е.Г., Юлин А.В. Автоматизированная прогностическая система для целей научно-оперативного обеспечения навигации в Арктике. - Тр. ААНИИ, 1998, т.438, с.73-82.


Авторы

В.П. Карклин, И.Д. Карелин, А.В. Юлин


Контакты

Карклин Валерий Павлович
вед. научный сотрудник, ААНИИ
karklin@aari.ru

Карелин Игорь Дмитриевич
вед. научный сотрудник, ААНИИ
karklin@aari.ru

Юлин Александр Викторвич
зав. лабораторией, ААНИИ
icefor@aari.ru


© Методический кабинет Гидрометцентра России