СОКРАЩЕНИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Метеорологическое явление осадки 7
1.1 Общая характеристика 7
1.2 Осадки в прогнозах погоды 8
2. Физико-географическая характеристика г. Санкт-Петербург 11
2.1 Общая характеристика 11
2.2 Природные условия 11
2.3 Водные ресурсы 12
2.4 Описание природных особенностей 12
3. Прогноз погоды 14
3.1 Классификация метеорологических прогнозов 14
3.2 Прогнозирование погоды на длительный срок 15
3.3 Долгосрочное прогнозирование с использованием метода эталонных
полей 16
4. Выявление эталонных полей давления в г. Санкт-Петербург 20
4.1 Сбор данных и формирование выборки 20
4.2 Сбор данных и формирование выборки 27
4.3 Выявление и анализ эталонных полей для теплого периода 29
4.4 Выявление и анализ эталонных полей для холодного периода 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 51
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 53
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 55
Современные прогнозы погоды опираются на решение математических уравнений, описывающих гидродинамику атмосферы. Однако вопросы оправдываемости и точности таких прогнозов до сих пор остаются недостаточно удовлетворительными для различных потребителей метеоинформации. В связи с этим развитие прогностических методов и создание новых становятся актуальными задачами в нашем современном мире.
В данном исследовании анализируются эталонные поля давления, при которых наблюдаются выпадения сильных осадков. Для этого был выбран г. Санкт-Петербург в качестве подходящего пункта для наблюдений. Обычно на метеорологических станциях проводится анализ синоптических ситуаций, которые характеризуются определенными явлениями, и такие данные фиксируются в так называемый "альбом аналогов". В обычных случаях, такие типовые поля отбираются специалистами синоптиками вручную. Однако в данном исследовании были применены численные методы для решения этой задачи.
Актуальность данного исследования имеет важное значение не только для больших городов, где правильное прогнозирование обеспечивает безопасность населения, помогает управлять городской инфраструктурой, позволяет планировать и развивать город с учетом климатических условий, а также снижает экономические потери, связанные с негативными последствиями сильных осадков, - но и для любого другого места.
Целью работы является выявление закономерностей между полями атмосферного давления у земли и выпадению сильных осадков. Для достижения этой цели был взят и рассмотрен период с 2015 по 2022 годы для метеостанций Санкт-Петербург, Кронштадт. С помощью cdo осуществлялась предварительная подготовка данных, далее согласно методу эталонов, реализованном на Fortran, отбирались типовые поля, в которых выпадают сильные осадки. Полученные результаты визуализировались с помощью программы Open GrADS.
Объектом исследования данной работы является прогноз сильных осадков в г. Санкт-Петербург. Предметом - метод эталонных полей.
Для проведения данного исследования используются следующие источники данных:
1. Архив метеорологических данных, доступный на сайте rp5.ru.
2. Поля реанализа приземного атмосферного давления ERA 5 с разрешением 2,5° х 2,5°.
Для достижения поставленной цели требуется выполнить следующие задачи работы:
• Выбрать из архивных данных случаи с выпадением сильных осадков и случаи с отсутствием осадков (для контрольной выборки) для станций Санкт-Петербург и Кронштадт.
• Выбрать и скачать соответствующие поля реанализа и осуществить их предварительную подготовку с помощью программного пакета Climate Data Operator (CDO) для последующего анализа.
• Применить метод эталонов, реализованный на Fortran, для определения сходства выбранных полей на обучающей выборке.
• Проверить метод на контрольной выборке.
Все вычисления выполнялись для теплого и холодного периода.
Выпускная квалификационная работа включает в себя 4 главы:
В первой главе описаны общие характеристики метеорологического явления осадки. Представлена информация о том, какие осадки бывают в прогнозах погоды и их термины...
В ходе данного исследования была полностью достигнута поставленная в начале работы цель - проверка метода «эталонов» для прогноза сильных осадков.
Для достижения поставленной цели были успешно решены следующие конкретные задачи:
1. Были изучены основные критерии для формирования рабочих и контрольных выборок;
2. Были изучены способы и средства для обработки и визуализации данных;
3. Был изучен метод «эталонных полей» для долгосрочного прогнозирования. Исследован метод нахождения эталонных полей;
4. Применены численные методы для определения сходства выбранных полей давления. Выделены основные даты с эталонными полями для случаев с выпадениями осадков и их отсутствием для теплого и холодного периодов;
5. Были получены и построены карты данного исследуемого пункта для большей информативности и представления, а также для сравнивания их с картами эталонных полей;
6. Был проведен анализ, полученный в результате расчетов.
Таким образом, на основании выполненного исследования можно сделать следующие выводы:
1. Метод эталонных полей давления, используемый для прогнозирования выпадения сильных осадков, демонстрирует значительный потенциал и перспективы для его применения в теплый период;
2. В ходе исследования было выявлено, что данный метод эталонных полей отлично подойдет для прогнозирования выпадения сильных осадков в теплый период. Для выпадения сильных осадков в холодный период вариантов выпадения сильных осадков значительно больше.
3. В дальнейшем планируется продолжить исследования в области долгосрочного прогнозирования атмосферных явлений в целях усовершенствования данного метода.
