Уровень Каспия как индикатор влагообмена системы океан-атмосфера-суша
|
Введение
1. Связь между уровнем Каспийского моря и Северной Атлантикой.
1.1 Обзор уровня Каспия, как глобального индикатора системы «Океан - атмосфера - Суша». Прогноз приращений УКМ.
1.3 Энергоактивные зоны Северной Атлантики.
2. Исходные данные и методы расчетов.
2.1 Исходные данные
2.2 Деревья решений
3. Оценка влияния суммарных потоков тепла в энергоактивных зонах Северной Атлантики на меридиональный перенос водяного пара на 5° в.д. на основе модели деревьев решений.
4. Построение прогностических моделей зонального переноса влаги на меридиане 5° в.д. методом деревьев решений. Построение диагностической модели уровня Каспийского моря.
4.1 Прогноз зональных потоков.
4.2 Проверка гипотезы о выявленной связи от Северной Атлантики до уровня Каспийского моря.
Заключение
Список использованной литературы
1. Связь между уровнем Каспийского моря и Северной Атлантикой.
1.1 Обзор уровня Каспия, как глобального индикатора системы «Океан - атмосфера - Суша». Прогноз приращений УКМ.
1.3 Энергоактивные зоны Северной Атлантики.
2. Исходные данные и методы расчетов.
2.1 Исходные данные
2.2 Деревья решений
3. Оценка влияния суммарных потоков тепла в энергоактивных зонах Северной Атлантики на меридиональный перенос водяного пара на 5° в.д. на основе модели деревьев решений.
4. Построение прогностических моделей зонального переноса влаги на меридиане 5° в.д. методом деревьев решений. Построение диагностической модели уровня Каспийского моря.
4.1 Прогноз зональных потоков.
4.2 Проверка гипотезы о выявленной связи от Северной Атлантики до уровня Каспийского моря.
Заключение
Список использованной литературы
Актуальность работы заключается в том, что Каспийское море является уникальным водоемом, в водах которого встречается более 850 видов животных, более 450 видов растений. В недрах Каспия сосредоточены тысячи тонн полезных ископаемых, проходят границы пяти стран, добывается 90 % всей осетровой икры.
Проблема выявления генезиса колебаний уровня Каспийского моря имеет не только огромное исследовательское, но и экономическое значение. Но, несмотря на это, на текущий момент времени исследователи не дали на этот вопрос достоверный и однозначный ответ. Нестеров Е.С пишет об этом так: «...данная область знаний еще не достигла того научного уровня, при котором ее основные положения и принципы были бы окончательно установлены и общепризнаны...». В этой работе мы выдвинем гипотезу о том, что уровень Каспийского моря является интегральным показателем тепло-влагообмена системы «Океан - Атмосфера - Суша»
Целью работы является выявление влияния тепло-влагообмена в Северной Атлантике на межгодовую изменчивость уровня Каспийского моря.
Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:
1. Обоснование влияния энергоактивных зон Северной Атлантики на горизонтальный перенос влаги с океана на материк.
2. Построение диагностических моделей деревьев решений суммарной теплоотдачи в энергоактивных зонах Северной Атлантики с переносом водяного пара на меридиональном разрезе 5° в. д.
3. Выделение реперных квадратов в ЭАЗО имеющих наилучшую связь со значениями зонального потока влаги на меридиональном разрезе 5° в. д.
4. Построение прогностических моделей суммарной
Ньюфаулендской и Норвежской энергоактивных зон с зональным переносом влаги методом деревьев решений.
5. Построение диагностических моделей суммарной теплоотдачи в энергоактивных зонах Северной Атлантики с приращениями уровня Каспийского моря.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые в данной работе использовались данные суммарной теплоотдачи в атмосферу из энергоактивных зон Северной Атлантики для прогноза зонального переноса водяного пара на меридиональном разрезе 5° в. д.
Личный вклад автора заключается в том, что самостоятельно обработаны исходные данные зональных потоков влаги и суммарной теплоотдачи ЭАЗ Северной Атлантики, построены прогностические и диагностические модели деревьев решений зонального переноса влаги через меридиональный разрез 5° в.д., построена диагностическая модель приращений уровня Каспийского моря. Выполнен научный анализ полученных результатов. Это позволило подготовить к публикации статью «Долгосрочный прогноз уровня Каспийского моря» в сборнике «КИМО 2020.
Положения, выносимые на защиту:
1. Энергоактивные зоны океана в Северной Атлантике как важный фактор влияния на межгодовую изменчивость зонального переноса влаги с океана на материк.
2. Диагностические и прогностические модели деревьев решений с зональным переносом влаги на меридиональном разрезе 5° в.д.
3. Диагностические модели суммарной теплоотдачи в энергоактивных зонах Северной Атлантики с приращениями уровня Каспийского моря.
Практическая значимость работы состоит в разработке диагностических и прогностических моделей суммарной теплоотдачи энергоактивных зон со значениями зонального потока влаги, а также разработке диагностических моделей с приращениями уровня Каспийского моря.
Работа состоит из четырех разделов, введения и заключения.
В первом разделе представлен обзор влияния тепло-влагообмена Северной Атлантики на формирование осадков в бассейне Каспийского моря. Дается описание генетической концепции образования межгодовых колебаний увлажнения европейской части территорий России, предложенной Малининым В.Н. Обсуждается концепция энергоактивных зон Северной Атлантики.
Во втором разделе описываются исходные данные и метод деревьев решений.
В третьем разделе описывается выделение реперных квадратов в ЭАЗО, оценивается влияние суммарных потоков тепла в энергоактивных зонах Северной Атлантики на меридиональный перенос водяного пара на 5° в.д. на основе модели деревьев решений
В четвертом разделе выполнен прогноз значений зональных потоков влаги на меридиане 5° в. д. Строится диагностическая модель суммарной теплоотдачи ЭАЗ Северной Атлантики с приращениями уровня Каспийского моря.
В заключении сформулированы выводы, дан ответ на вопрос можно ли воспринимать уровень Каспия, как показатель влагообмена в системе “океан - атмосфера-суша”.
Проблема выявления генезиса колебаний уровня Каспийского моря имеет не только огромное исследовательское, но и экономическое значение. Но, несмотря на это, на текущий момент времени исследователи не дали на этот вопрос достоверный и однозначный ответ. Нестеров Е.С пишет об этом так: «...данная область знаний еще не достигла того научного уровня, при котором ее основные положения и принципы были бы окончательно установлены и общепризнаны...». В этой работе мы выдвинем гипотезу о том, что уровень Каспийского моря является интегральным показателем тепло-влагообмена системы «Океан - Атмосфера - Суша»
Целью работы является выявление влияния тепло-влагообмена в Северной Атлантике на межгодовую изменчивость уровня Каспийского моря.
Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:
1. Обоснование влияния энергоактивных зон Северной Атлантики на горизонтальный перенос влаги с океана на материк.
2. Построение диагностических моделей деревьев решений суммарной теплоотдачи в энергоактивных зонах Северной Атлантики с переносом водяного пара на меридиональном разрезе 5° в. д.
3. Выделение реперных квадратов в ЭАЗО имеющих наилучшую связь со значениями зонального потока влаги на меридиональном разрезе 5° в. д.
4. Построение прогностических моделей суммарной
Ньюфаулендской и Норвежской энергоактивных зон с зональным переносом влаги методом деревьев решений.
5. Построение диагностических моделей суммарной теплоотдачи в энергоактивных зонах Северной Атлантики с приращениями уровня Каспийского моря.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые в данной работе использовались данные суммарной теплоотдачи в атмосферу из энергоактивных зон Северной Атлантики для прогноза зонального переноса водяного пара на меридиональном разрезе 5° в. д.
Личный вклад автора заключается в том, что самостоятельно обработаны исходные данные зональных потоков влаги и суммарной теплоотдачи ЭАЗ Северной Атлантики, построены прогностические и диагностические модели деревьев решений зонального переноса влаги через меридиональный разрез 5° в.д., построена диагностическая модель приращений уровня Каспийского моря. Выполнен научный анализ полученных результатов. Это позволило подготовить к публикации статью «Долгосрочный прогноз уровня Каспийского моря» в сборнике «КИМО 2020.
Положения, выносимые на защиту:
1. Энергоактивные зоны океана в Северной Атлантике как важный фактор влияния на межгодовую изменчивость зонального переноса влаги с океана на материк.
2. Диагностические и прогностические модели деревьев решений с зональным переносом влаги на меридиональном разрезе 5° в.д.
3. Диагностические модели суммарной теплоотдачи в энергоактивных зонах Северной Атлантики с приращениями уровня Каспийского моря.
Практическая значимость работы состоит в разработке диагностических и прогностических моделей суммарной теплоотдачи энергоактивных зон со значениями зонального потока влаги, а также разработке диагностических моделей с приращениями уровня Каспийского моря.
Работа состоит из четырех разделов, введения и заключения.
В первом разделе представлен обзор влияния тепло-влагообмена Северной Атлантики на формирование осадков в бассейне Каспийского моря. Дается описание генетической концепции образования межгодовых колебаний увлажнения европейской части территорий России, предложенной Малининым В.Н. Обсуждается концепция энергоактивных зон Северной Атлантики.
Во втором разделе описываются исходные данные и метод деревьев решений.
В третьем разделе описывается выделение реперных квадратов в ЭАЗО, оценивается влияние суммарных потоков тепла в энергоактивных зонах Северной Атлантики на меридиональный перенос водяного пара на 5° в.д. на основе модели деревьев решений
В четвертом разделе выполнен прогноз значений зональных потоков влаги на меридиане 5° в. д. Строится диагностическая модель суммарной теплоотдачи ЭАЗ Северной Атлантики с приращениями уровня Каспийского моря.
В заключении сформулированы выводы, дан ответ на вопрос можно ли воспринимать уровень Каспия, как показатель влагообмена в системе “океан - атмосфера-суша”.
В ходе работы были полностью решены поставленные задачи:
1) Теоретически и практически выявлено и обосновано влияние энергоактивных зон Северной Атлантики на горизонтальный перенос влаги с океана на континент. Энергоактивные зоны Северной Атлантики вносят серьезный вклад в крупномасштабное взаимодействие океана с атмосферой, они фактически полностью определяют климат в Северной Атлантике. Норвежская ЭАЗ генерирует практически все атлантические циклоны, которые в свою очередь приводят к мощным осадкам на материке, таким образом, и на европейской части России.
2) Построено 13 полных диагностических моделей деревьев решений суммарной теплоотдачи энергоактивных зон Северной Атлантики с переносом влаги на меридиональном разрезе 5° в. д. Из этих полных моделей деревьев, на основе анализа статистических х-к: R2и вклада ошибки в СКО, для оценки общего качества моделей и выделения энергоактивных зон имеющих наилучшую связь со значениями зонального потока влаги, выбран единый шаг - шаг №5, который обеспечивает высокий коэффициент детерминации модели и малую ошибку СКО. При этом средний коэффициент детерминации составляет 0.72, а средняя ошибка по 13 моделям составляет 0.44 в долях СКО. В среднем наиболее высокая точность модели свойственна северной части меридионального разреза, R2составляет 0.78.
3) На основе полученных оптимальных моделей было выделено 29 реперных квадратов, в том числе в Норвежской ЭАЗ - 15, в Ньюфаулендской - 14, дающих максимальный вклад в межгодовую изменчивость зонального переноса влаги на меридиональном разрезе 5° в. д. При этом на северный участок зонального разреза, оказывает влияние 5 станций из Ньюфаудендской ЭАЗО, 9 из Норвежской, на центральную 7 и 8, на южную 11 и 5 соответственно.
4) С заблаговременностью 1 год были построены прогностические модели энергоактивных зон Северной Атлантики с зональным потоком влаги, разбитым на три участка с выбранными 29 станциями ЭАЗО. Во всех трех случаях модель обучалась на зависимой выборке (1981-2009гг.). Для полных деревьев R2= 0.88, 0.87, 0.94 для северной, центральной и южной частей меридионального разреза соответственно. Стандартная ошибка моделей деревьев для независимой выборки довольно сильно варьируется, можно сказать, что имеет случайный характер, но, несмотря на это выбрать наилучшие деревья представляется возможным, что и было сделано.
5) Также была построена диагностическая модель значений суммарной теплоотдачи энергоактивных зон Северной Атлантики с приращениями уровня Каспийского моря, для оценки качества диагностической модели были рассчитаны коэффициенты детерминации и стандартная ошибка для каждого дерева. Уже шестом шаге R2оказался равен 0.74, а стандартная ошибка = 0.49 в долях СКО, 6 терминальных вершин.
На наш взгляд полученные результаты подтверждают гипотезу о роли уровня Каспия, как индикатора влагообмена системы «океан-атмосфера-суша».
1) Теоретически и практически выявлено и обосновано влияние энергоактивных зон Северной Атлантики на горизонтальный перенос влаги с океана на континент. Энергоактивные зоны Северной Атлантики вносят серьезный вклад в крупномасштабное взаимодействие океана с атмосферой, они фактически полностью определяют климат в Северной Атлантике. Норвежская ЭАЗ генерирует практически все атлантические циклоны, которые в свою очередь приводят к мощным осадкам на материке, таким образом, и на европейской части России.
2) Построено 13 полных диагностических моделей деревьев решений суммарной теплоотдачи энергоактивных зон Северной Атлантики с переносом влаги на меридиональном разрезе 5° в. д. Из этих полных моделей деревьев, на основе анализа статистических х-к: R2и вклада ошибки в СКО, для оценки общего качества моделей и выделения энергоактивных зон имеющих наилучшую связь со значениями зонального потока влаги, выбран единый шаг - шаг №5, который обеспечивает высокий коэффициент детерминации модели и малую ошибку СКО. При этом средний коэффициент детерминации составляет 0.72, а средняя ошибка по 13 моделям составляет 0.44 в долях СКО. В среднем наиболее высокая точность модели свойственна северной части меридионального разреза, R2составляет 0.78.
3) На основе полученных оптимальных моделей было выделено 29 реперных квадратов, в том числе в Норвежской ЭАЗ - 15, в Ньюфаулендской - 14, дающих максимальный вклад в межгодовую изменчивость зонального переноса влаги на меридиональном разрезе 5° в. д. При этом на северный участок зонального разреза, оказывает влияние 5 станций из Ньюфаудендской ЭАЗО, 9 из Норвежской, на центральную 7 и 8, на южную 11 и 5 соответственно.
4) С заблаговременностью 1 год были построены прогностические модели энергоактивных зон Северной Атлантики с зональным потоком влаги, разбитым на три участка с выбранными 29 станциями ЭАЗО. Во всех трех случаях модель обучалась на зависимой выборке (1981-2009гг.). Для полных деревьев R2= 0.88, 0.87, 0.94 для северной, центральной и южной частей меридионального разреза соответственно. Стандартная ошибка моделей деревьев для независимой выборки довольно сильно варьируется, можно сказать, что имеет случайный характер, но, несмотря на это выбрать наилучшие деревья представляется возможным, что и было сделано.
5) Также была построена диагностическая модель значений суммарной теплоотдачи энергоактивных зон Северной Атлантики с приращениями уровня Каспийского моря, для оценки качества диагностической модели были рассчитаны коэффициенты детерминации и стандартная ошибка для каждого дерева. Уже шестом шаге R2оказался равен 0.74, а стандартная ошибка = 0.49 в долях СКО, 6 терминальных вершин.
На наш взгляд полученные результаты подтверждают гипотезу о роли уровня Каспия, как индикатора влагообмена системы «океан-атмосфера-суша».