Введение 3
Глава 1. Описание района исследования 5
1.1 Физико-географическое положение Белого моря 5
1.2 Гидрометеорологический режим Белого моря 8
1.3 Распределение солености на акватории Белого моря 10
1.4 Циркуляция вод в Белом море 11
1.5 Ледовые условия в Белом море 13
Глава 2. Материалы и методы исследования 15
2.1 Метод анализа тренда временного ряда 15
2.2 Гармонический анализ Фурье и спектр 16
2.3 Функция автокорреляции 17
2.4 Метод кластерного анализа 19
2.5 Расчёт СГДМ 19
Глава 3. Обработка результатов расчётной части 20
3.1 Обзор исходных данных для дальнейших расчётов 20
3.2 Выделение трендовой составляющей исходных данных 21
3.3 Расчет гармонического анализа Фурье и спектра для Белого моря 25
3.4 Анализ остатков по АФК 27
3.5 Расчёт СГДМ для Белого моря 30
3.6 Реализация кластерного анализа исходных данных 32
3.7 Общие выводы 35
Заключение 44
Список литературы 45
Приложения 46
Регионы России, которые располагаются дальше шестидесятой параллели, играют важную роль в экономике и обеспечении безопасности страны. Они обладают значительными запасами природных ресурсов, например таких как: нефть, газ, уголь, леса, минералы и многие другие. Благодаря этим ресурсам, северные регионы для России являются ключевыми производителями сырья для российской экономики. В силу этого наша страна всегда имела повышенный интерес к изучению северных районов. Однако у деятелей науки на пути могут вставать неожиданные препятствия. Одно из таких - «глобальное потепление». Из него следует значительное сокращение количества льда в Арктике. В следствие этого многие комплексы мер, направленных на изучение Арктического региона, например, такие как экспедиционная деятельность, разведка и добыча полезных ископаемых, развитие военной и гражданской инфраструктур, не могут быть изучены в полной мере. Для решения всех задач, описанных ранее, необходимы знания в области ледового режима морей Арктики с долговременным прогнозом ледовых условий на них, а также оперативная гидрометеорологической информация для планирования работ в интересующих регионах.
Белое море является одним из важнейших объектов с точки зрения физических, климатических и экологических исследований. На его акватории каждый день происходит множество гидрологических, метеорологических и геологических процессов, поэтому многие исследователи уделяют особое внимание изучению этого моря.
Резюмируя все вышеперечисленные факторы, мы можем сделать однозначный вывод о том, что изучение межгодового и межсезонного изменения ледового режима является необходимым исследованием всего арктического региона.
В данном дипломной работе будет рассмотрен анализ данных о площади льда на Белом море за период с 1978 по 2022 годы, а также изучены факторы, влияющие на этот процесс. Также будут рассмотрены методы прогнозирования изменения площади льда в зависимости от различных климатических изменений.
Цель работы: рассмотреть географические и физические особенности исследуемого района Белого моря исходя из исследований в различных источниках, сформировать персональный архив ледовитости по Белому морю, а также осуществить ряд статистических расчетов и комплексных анализов пространственно-временной изменчивости ледовитой.
Для выполнения работы выполним нижеперечисленные задачи:
1. Сортировка исходных данных по ледовитости и температуре воздуха;
2. Формирование и упорядочивание полученных временных рядов;
3. Анализ выбранных временных рядов, а именно:
1) Выделить трендовую составляющую;
2) Выполнить гармонический и спектральный анализы;
3) Произвести анализ остатков по АФК;
4) Рассчитать суммы градусо-дней мороза (СГДМ);
5) Провести кластерный анализ полученных данных.
5. Общий анализ полученных расчётов и результатов, а именно:
1) Определение трёх степеней зимы суровости для выбранного района (суровая, умеренная и мягкая);
2) Сопоставление данных о ледовитости и температуре с целью нахождения зависимости между ними.
По окончании работы были изучены данные по общей ледовитости Белого моря за период за 44 года с 1978 по 2022 год. Были взяты массивы данных по температуре атмосферы за тот же период на восьми прибрежных станциях: г. Архангельск, г. Кандалакша, м. Канин Нос, Кемь-порт, г. Мезень, г. Онега, м. Святой нос, пгт. Умба.
Для полной оценки вариаций площади льда Белого моря за определенный промежуток времени были выполнены некоторые расчёты, описанные выше. Была выделена трендовую составляющую ряда. Величина линейного тренда составляет -0.33 км2/год. Отрицательное значение указывает на то, что площадь льда имеет тенденцию к уменьшению с течением времени. Был выполнен гармонический и спектральный анализы. Проведенные анализы показали, что присутствует только две значимые гармоники с периодами 0.5 и 2.24 года. Произведен анализ остатков по АФК. Результаты автокорреляционного анализа показали, что модель и исходные данные имеют общий ход, однако у модели заметно сглажены максимумы и минимумы, что можно объяснить недостаточным количеством входных характеристик, ее формула Лед1+1= 0.0133*Лед1 + 3.41.
Рассчитаны суммы градусо-дней мороза (СГДМ) на восьми взятых прибрежных метеорологических станциях. Также реализован кластерный анализ полученных данных, для оценки взаимосвязи между ледовитостью и степенью суровости зим по СГДМ. После него были отобраны три подходящие под анализ зимы: суровая зима 1978-1979 гг., умеренная 1999-2000 гг. и мягкая 2019-2020 гг. Как и ожидалось, площадь льда напрямую зависит от степени суровости зимы. Из расчётов видно, что в суровую зиму наибольшая площадь льда, в мягкую - наименьшая, а в умеренную - значения площади на графику на всем временном промежутке не выходит за пределы суровой и мягкой зим.
