Введение 3
Современное представление о явлении Эль-Ниньо 5
Основные параметры, характеризующие явление Эль-Ниньо 7
Проявления Эль-Ниньо 7
Временные масштабы 11
Пространственные масштабы 12
Пространственно - временные связи явления Эль-Ниньо 13
Эль-Ниньо и Южное колебание 16
Эль-Ниньо и ледовитость Антарктики 17
Некоторые гипотезы происхождения явления Эль-Ниньо 20
Исходные данные 21
Выводы 21
Методы исследований 21
Элементарная статистика 21
Эмпирические гистограммы 22
Функция спектральной плотности и автокорреляционная функция 22
Полосовая фильтрация. Полосовой фильтр Баттерворта 24
Полосовой фильтр Баттерворта 26
Статистико-вероятностные методы экстраполяции временных рядов 34
Методическое прогнозирование 39
Выводы 39
Особенности внутренней структуры временных рядов в регионе явления Эль-
Ниньо 40
Вейвлет aнaлиз 44
Методическое прогнозирование 45
Заключение 47
Список литературы 49
«Эль-Ниньо возвращается!», «...осадки, обрушившиеся на Калифорнию нынешней зимой - результат влияния явления Эль-Ниньо...», «...явление Эль- Ниньо 1997-1998 гг. - одно из самых мощных за последние двести лет...», «.в стихийных бедствиях виновато Эль-Ниньо.»
Вот так комментируют средства массовой информации событие, происходящее в экваториальной части Тихого океана и носящее название Эль- Ниньо. Кроме тезисов, приведенных выше, Эль-Ниньо винят в штормах и ветрах, осадках и засухах, голоде и массовой гибели животных. К катастрофам подобного типа необходимо быть готовыми и чем раньше, тем лучше. Предсказывать катастрофические события очень непросто, а в данном случае ситуация усугубляется масштабами этого явления и сложнейшим характером взаимодействия океана и атмосферы в этом регионе. Учитывая ужасные последствия явления и то как явление Эль-Ниньо коррелирует с другими характеристиками климата планеты - изучение данного феномена представляется актуальной задачей.
Следует отметить, что любое прикладное исследование должно иметь практический выход. В данном случае речь идет об определении возможности предсказания явления с позиций статистико-вероятностных моделей.
Гипотеза о том, что процессы в атмосфере являются причиной долгопериодной изменчивости термических процессов в средних и низких широтах океана была выдвинута и обоснована сравнительно недавно. Собственно, именно в это время и была рождена идея о подключении к исследованиям самого совершенного аппарата прикладной статистики. В настоящее время ситуация еще более благоприятная в связи с бурным развитием вычислительной техники. Как видим, появились объективные причины использования и совершенствования методов прикладной статистики для решения самых разных проблем. К этому кугу можно отнести:
1. Познакомиться с явлением Эль-Ниньо, его природой и взаимодействием с другими характеристиками;
2. Оценить первичную статистику;
3. Рассчитать АКФ, СПФ и вейвлеты;
4. Оценить особенности внутренней структуры временной изменчивости Эль-Ниньо;
5. Оценить пространственно-временные связи явления Эль-Ниньо;
6. Выполнить методическое прогнозирование ряда интенсивности Эль- Ниньо статистическими методами.
Все определенные выше задачи можно решать и в случае исследования временной изменчивости явления Эль-Ниньо. Изучая вопрос изменения внутренних характеристик явления можно лучше понять происхождение данного феномена и его взаимосвязь с явлениями, которые происходят на соседних территориях, так же можно избежать или существенно снизить экономический и природный ущерб, наносимый явлением странам, которые находятся в существенной близости. Так же, учитывая пространственновременные масштабы и то как взаимодействуют океан и атмосфера, прогноз этого явления позволит предсказывать климатические изменения, отсюда следует, что установить возможность прогноза Эль-Ниньо статистическими методами является целью работы.
В результате первого знакомства с явлением Эль-Ниньо (ЭН) и литературой, посвященной этой проблеме можно сделать следующие заключения.
1. Ввиду того, что явление ЭН оказывает значительное влияние на характер глобальных климатических процессов и является составной частью климатической системы планеты, задача исследования явления ЭН с выходом на прогноз представляется весьма актуальной;
2. Очень важен прогноз этого явления ввиду того, что каждый тепловой эпизод, называемый ЭН влечет за собой поистине катастрофические последствия, проявляющиеся в экологии, экономике, и социологии;
3. Малая изученность, как самого явления, так и его временных связей с другими крупномасштабными процессами открывает широкие просторы в исследовательской деятельности;
4. Широкий доступ в использовании вычислительной техники открывает прекрасную возможность применения и совершенствования известных методов статистического анализа и прогноза....
Эль-Ниньо - это аномалия, возникающая в результате взаимодействия океана и атмосферы. Хотя это периодическое явление, которое происходит каждые несколько лет, каждый раз население планеты ожидают катастрофические последствия.
Последствия Эль-Ниньо ощущаются во всем мире, где нарушение нормальных погодных условий может привести к ужасным социальноэкономическим последствиям.
По мере того как теплая вода смещается на восток, большое количество тепла и влаги поднимается в атмосферу, меняя при этом атмосферные условия, что, в свою очередь, может повлиять на погодную систему по всему земному шару.
Существуют параметры, по которым можно за ранее определить явление: повышение температуры воды, заглубление термоклина, изменение интенсивности и формы атмосферных циркуляций в соседних областях, начавшиеся катастрофы. Обычная длительность явления - 5-6 месяцев.
Проделанные расчеты и их анализ показали, что мы не всегда можем определить явление, как феномен, который оказывает непосредственное влияние на климатическую систему. Отсутствуют пространственновременные связи феномена, что отменяет возможность прогноза, отсюда можно сделать выводы:
1. Во время явления Эль-Ниньо осадки на востоке приводят к дефициту осадков в западной части Тихого океана, где могут наблюдаться сильные засухи, в то время как на островах центральной части Тихого океана наблюдается избыток осадков.
2. В большинстве регионов количество тропических циклонов также зависит от Эль-Ниньо.
3. Пространственно-временные связи не показывают влияние ЭНЮК на климат в целом, что видно по отсутствию связи между рядом ЭНЮК и дендрологическим рядом.
4. Прогноз явления должен основываться на описании внутренней структуры ЭНЮК, так как пространственные и временные масштабы нельзя использовать в качестве параметров для прогноза, ввиду временного сдвига. [15]
5. Анализ внутренней структуры интенсивности ЭН показал, что прогнозировать ЭН, основываясь на закономерности периодов в 5-6 лет - нельзя. Однако, есть возможность прогнозирования явления статистическими методами, при этом качество прогноза при разделении внутренней структуры на компоненты будет гораздо выше, чем без нее.
6. По получившимся результатам можно сделать вывод, что следующий
эпизод явления Эль-Ниньо, интенсивностью 3-4 балла (из 6 возможных) следует ожидать в 2024-2025 гг.
