Приложение Б (справочное). Техника статистического моделирования пространственных и сезонных распределений параметров атмосферы

Приложение Б
(справочное)

Техника
статистического моделирования пространственных и сезонных распределений параметров атмосферы

Б.1 Значения характеристик ветра на высоте 10 м моделировались по данным многолетних анемометрических измерений на государственной сети около 3600 метеорологических станций (МС), распределение которых по территории АС России, стран СНГ и Балтии приведено на рисунке Б1.

Рисунок Б1 - Схема расположения МС на территории РФ, стран СНГ и Балтии

Б.2 Значения термодинамических параметров атмосферы на высоте 10 м рассчитаны методом простого осреднения по данным МС, расположенных на круговой территории радиуса до 200 км с центрами в узлах координатной сетки.

Б.3 Значения характеристик ветра на высоте 10 м моделировались с использованием технологий "очистки" данных - приведения данных анемометрических измерений на ближайших (в радиусе до 200 км в зависимости от плотности расположения МС) к узлам координатной сетки метеорологических станциях (числом до 30-50) к условиям средних для территории секторов рельефа и подстилающей поверхности.

Методика "очистки" данных реализована статистическими методами на базе данных о ветровой открытости метеорологических станций по классификации Милевского, утвержденной Росгидрометом.

Б.3 Модели высотного и территориального (по высоте и долготе) и сезонного распределения параметров атмосферы в ПСА для высот 100-3000 м построены по данным многолетнего аэрологического зондирования ПСА на государственной сети 146 аэрологических станций (АС), карта расположение которых по территории России, стран СНГ и Балтии приведена на рисунке Б2.

Рисунок Б2 - Схема расположения АС на территории РФ, стран СНГ и Балтии

Б.4 Для анализа и моделирования использованы долговременные (за 1960-2000 гг.) ряды срочных (ежедневных 4-разовых) данных аэрологических измерений ПА: температуры, давления, плотности, влажности, скорости и направления ветра, проводившихся на 11 стандартных высотах над уровнем поверхности земли: 100, 200, 300, 500, 600, 900, 1000, 1200, 1500, 1900, 2900 м и на промежуточных высотах измерений на ряде АС. Моделирование проведено с учетом статистически достоверно выявленных закономерностей и особенностей естественной изменчивости ПА по высоте, широте и долготе.

Точность определенных в стандарте средних значений параметров атмосферы в ПСА ограничена суммарным эффектом двух факторов: их природной климатической и территориальной изменчивостью в разных регионах, описываемых в терминах среднеквадратических отклонений () и погрешностями их пространственной аппроксимации по данным привлеченных для моделирования МС и АС ():

.

(1)

Б.5 Статистическая достоверность моделей и расчетных значений ПА для описываемой в стандарте территории, обеспечена необходимым количеством привлеченных метеоданных, оптимальным выбором их базового периода и точности измерений.

Б.6 Отбор и контроль данных осуществлены с помощью компьютерных технологий, при этом сомнительные по логическим и статистическим критериям данные отбракованы. Проведенный контроль данных исключает случайные ошибки в определении средних значений и средних СКвО ПА.

Б.7 Схема и последовательность анализа экспериментальных данных и статистического моделирования пространственного и сезонного распределения ПА на высотах от 10 до 3000 м представлена на рисунке Б3.

Рисунок Б3 - Этапы статистического моделирования параметров ПСА

Схема реализована в следующей последовательности работ.

Б.7.1 По результатам проверки и сортировки срочных данных проведен отбор репрезентативных АС и данных аэрологического зондирования для последующего статистического анализа и построения глобальных моделей пространственно-временного распределения ПА в ПСА.

Б.7.2 Из многолетних данных репрезентативных АС сформированы временные ряды срочных аэрологических данных, из которых организована база данных (БД) для последующего статистического анализа.

Б.7.3 С использованием БД из временных рядов данных для изобарических уровней каждой АС были определены осредненные характеристики и среднеквадратические отклонения средних годовых и многолетних среднемесячных значений (для всех 12 месяцев) температуры, давления, плотности и влажности воздуха, скалярной скорости ветра и его зональной, меридиональной и результирующей составляющих.

Значения ПА и их среднеквадратических отклонений на промежуточных высотах между приведенными в стандарте высотными уровнями в каждом секторе получены методом высотной кубической сплайн-интерполяции по данным ближайших к данной высоте стандартных изобарических уровней.

Б.7.4 Средние месячные значения ПА сгруппированы в средние сезонные (по три зимних, весенних, летних и осенних месяца).

Примечание - Группировка данных по сезонам является стандартной процедурой при описании климатических и атмосферных параметров и позволяет повысить достоверность их статистических характеристик.

Б.7.5 Статистическое моделирование параметров ПА в ПСА по широте, долготе и высоте проведено с использованием процедур оптимальной пространственной интерполяции эмпирических данных с использованием стандартного метода наименьших квадратов.

Б.7.6 Критериями точности аппроксимации экспериментальных данных выбраны среднеквадратические отклонения среднемесячных эмпирических значений ПА от модельных среднемесячных значений ПА, полученные с использованием полиномиальной аппроксимации по эмпирическим данным.

Б.7.7 В ходе статистического анализа по эмпирическим данным пространственного распределения ПА определены характерные масштабы их высотной, широтной и долготной изменчивости с целью установления оптимальной детализации моделей пространственного распределения ПА и их максимально информативного представления в настоящем стандарте.

Б.7.8 Основные закономерности территориального и высотного распределения полей атмосферных параметров в ПСА на территории России, стран СНГ и Балтии наиболее точно описывают сезонные модели ПА, построенные для узлов географической сетки с фиксированным шагом 5° по широте и переменными шагами 10-20° по долготе, представляющие средние значения ПА для прямоугольных секторов территории России, стран СНГ и Балтии с размерами 5° широты 10-20° долготы с центрами в узлах координатной сетки с переменным шагом согласно рис.1 (п. 4.2). В промежутках между узлами значения ПА с приемлемой для практики точностью могут быть получены линейной интерполяцией по их узловым значениям.