Вклад региональных и глобальных факторов в межгодовую изменчивость гидрометеорологических условий прибрежной зоны Черного моря
Выполнен факторный анализ рядов среднегодовых и среднепятилетних значений метеорологических и гидрологических параметров по данным измерений на береговых гидрометстанциях. Получены количественные оценки вклада глобальных и региональных факторов в межгодовую и декадную изменчивость показателей гидром...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Морський гідрофізичний інститут НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56808 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Вклад региональных и глобальных факторов в межгодовую изменчивость гидрометеорологических условий прибрежной зоны Черного моря / Ю.П. Ильин // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2012. — Вип. 26, том 1. — С. 117-122. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-56808 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-568082014-02-27T03:01:42Z Вклад региональных и глобальных факторов в межгодовую изменчивость гидрометеорологических условий прибрежной зоны Черного моря Ильин, Ю.П. Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей Выполнен факторный анализ рядов среднегодовых и среднепятилетних значений метеорологических и гидрологических параметров по данным измерений на береговых гидрометстанциях. Получены количественные оценки вклада глобальных и региональных факторов в межгодовую и декадную изменчивость показателей гидрометеорологического режима черноморской прибрежной зоны Украины. Виконано факторний аналіз рядів середньорічних і середньоп’ятирічних значень метеорологічних і гідрологічних величин за даними вимірювань на берегових гідрометстанціях. Отримані кількісні оцінки внеску глобальних і регіональних факторів у міжрічну та декадну мінливість показників гідрометеорологічного режиму чорноморської прибережної смуги України. Factor analysis of the time-series of annual and five-year averaged meteorological and hydrological values measured on shore hydrometeorological stations was performed. Quantitative estimations were obtained for the global and regional factors input to the interannual and decadal variability of the Ukrainian Black Sea coastal zone hydrometeorological regimen indices. 2012 Article Вклад региональных и глобальных факторов в межгодовую изменчивость гидрометеорологических условий прибрежной зоны Черного моря / Ю.П. Ильин // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2012. — Вип. 26, том 1. — С. 117-122. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1726-9903 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56808 551.46(262.5) ru Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу Морський гідрофізичний інститут НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей |
| spellingShingle |
Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей Ильин, Ю.П. Вклад региональных и глобальных факторов в межгодовую изменчивость гидрометеорологических условий прибрежной зоны Черного моря Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу |
| description |
Выполнен факторный анализ рядов среднегодовых и среднепятилетних значений метеорологических и гидрологических параметров по данным измерений на береговых гидрометстанциях. Получены количественные оценки вклада глобальных и региональных факторов в межгодовую и декадную изменчивость показателей гидрометеорологического режима черноморской прибрежной зоны Украины. |
| format |
Article |
| author |
Ильин, Ю.П. |
| author_facet |
Ильин, Ю.П. |
| author_sort |
Ильин, Ю.П. |
| title |
Вклад региональных и глобальных факторов в межгодовую изменчивость гидрометеорологических условий прибрежной зоны Черного моря |
| title_short |
Вклад региональных и глобальных факторов в межгодовую изменчивость гидрометеорологических условий прибрежной зоны Черного моря |
| title_full |
Вклад региональных и глобальных факторов в межгодовую изменчивость гидрометеорологических условий прибрежной зоны Черного моря |
| title_fullStr |
Вклад региональных и глобальных факторов в межгодовую изменчивость гидрометеорологических условий прибрежной зоны Черного моря |
| title_full_unstemmed |
Вклад региональных и глобальных факторов в межгодовую изменчивость гидрометеорологических условий прибрежной зоны Черного моря |
| title_sort |
вклад региональных и глобальных факторов в межгодовую изменчивость гидрометеорологических условий прибрежной зоны черного моря |
| publisher |
Морський гідрофізичний інститут НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56808 |
| citation_txt |
Вклад региональных и глобальных факторов в межгодовую изменчивость гидрометеорологических условий прибрежной зоны Черного моря / Ю.П. Ильин // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2012. — Вип. 26, том 1. — С. 117-122. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу |
| work_keys_str_mv |
AT ilʹinûp vkladregionalʹnyhiglobalʹnyhfaktorovvmežgodovuûizmenčivostʹgidrometeorologičeskihuslovijpribrežnojzonyčernogomorâ |
| first_indexed |
2025-07-05T08:05:54Z |
| last_indexed |
2025-07-05T08:05:54Z |
| _version_ |
1836793467951382528 |
| fulltext |
117
УДК 551 .46(262 .5 )
Ю.П.Ильин
Морское отделение Украинского научно-исследовательского
гидрометеорологического института, г.Севастополь
ВКЛАД РЕГИОНАЛЬНЫХ И ГЛОБАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ
В МЕЖГОДОВУЮ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИЙ ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ ЧЕРНОГО МОРЯ
Выполнен факторный анализ рядов среднегодовых и среднепятилетних значе-
ний метеорологических и гидрологических параметров по данным измерений на
береговых гидрометстанциях. Получены количественные оценки вклада глобаль-
ных и региональных факторов в межгодовую и декадную изменчивость показате-
лей гидрометеорологического режима черноморской прибрежной зоны Украины.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА : температура воздуха и воды, скорость ветра, атмо-
сферные осадки, уровень моря, соленость, факторный анализ, главные компоненты.
Изменения гидрометеорологических условий прибрежной зоны моря на
временных масштабах от нескольких лет до нескольких десятилетий могут
быть описаны на основе временных рядов основных метеорологических и
гидрологических показателей, полученных с помощью соответствующего
осреднения данных наблюдений морских гидрометстанций (МГ). В [1] по-
казано, что климатические (междесятилетние) изменения параметров кли-
матической системы Черного моря удовлетворительно описываются супер-
позицией гармонических функций, полученных с помощью спектрального
анализа рядов индексов Атлантической мультидекадной осцилляции и Се-
веро-Атлантического колебания, что доказывает непосредственное воздей-
ствие глобальных изменений климата на региональный климат Черного мо-
ря. Вместе с тем показано, что характер рядов и низкочастотных колебаний
различных показателей режима неодинаков в разных регионах прибрежной
зоны Украины, например, в северо-западной части Черного моря (СЗЧМ) и
на южном берегу Крыма, что обусловлено региональными и локальными
факторами. Региональные различия в характеристиках многолетней измен-
чивости выявлены также традиционными методами анализа рядов метеоро-
логических и гидрологических элементов гидрометрежима, полученных на
основе данных наблюдений на береговых станциях и постах бывшего СССР
[2]. В связи с этим в данной работе поставлена задача количественного оп-
ределения вклада глобального и регионального факторов в межгодовую и
междесятилетнюю изменчивость гидрометеорологических условий при-
брежной зоны Черного моря.
Материалы и методы исследования. Наиболее полные ряды наблю-
дений получены для МГ Украины, расположенных вдоль берегов СЗЧМ и
Крыма: Приморское, Одесса, Хорлы, Евпатория, Севастополь, Херсонесский
маяк, Ялта и Феодосия [2]. Поэтому дальнейший анализ и его выводы отно-
сятся к прибрежной зоне Украины, являющейся самой протяженной среди
прибрежных зон стран черноморского региона. Построены временные ряды
© Ю .П .Ильин , 2012
118
среднегодовых значений скорости ветра, температуры воздуха и воды, ат-
мосферных осадков, уровня моря и солености за период 1945 – 2009 гг. (для
солености – за 1952 – 2009 гг.). Кроме того, для анализа декадной изменчи-
вости построены ряды 5-ти летних средних за период 1925 – 2009 гг.,
17 значений (для солености – за 1950 – 2009 гг., 12 значений). Следует от-
метить, что не на всех станциях получены одинаковые ряды всех перечис-
ленных показателей из-за недостаточной длительности наблюдений над не-
которыми параметрами на одних станциях, и низкой репрезентативности
отдельных параметров на других. Например, уровень моря не анализиро-
вался для Одессы и Приморского, поскольку в Одессе обнаружены значи-
тельные тренды уровня тектонического характера, а в Приморском наблю-
дения ведутся лишь с 1951 г., что делает эти данные нерепрезентативными
для исследования климатической изменчивости в масштабах региона. Да-
лее, при описании результатов по каждому параметру будут указаны МГ,
данные которых легли в основу анализа.
Для количественного описания скрытых (не измеряемых непосредст-
венно) факторов, влияющих на межгодовую и декадную изменчивость каж-
дого из параметров, использован алгоритм факторного анализа посредством
выделения главных компонент корреляционной матрицы, реализованный в
пакете статистического анализа PAST [3] (последняя версия программы –
http://folk.uio.no/ohammer/past). На основе измеренных величин гидрометео-
рологического параметра получается набор новых переменных – скрытых
(не измеряемых непосредственно) факторов, ранжированных по их вкладу в
суммарную дисперсию изменчивости исходной переменной. Анализ фак-
торных нагрузок позволяет интерпретировать выделенные факторы как
внешние по отношению к рассматриваемому региону («глобальные»), т.е.
определяющие однонаправленные изменения параметра во всех пунктах
измерений, и внутренние («региональные»), характеризующие изменения
разного знака в различных регионах рассматриваемой области побережья.
Результаты и обсуждение. Полный набор иллюстраций результатов
анализа рядов средних годовых и 5-ти летних значений вышеперечислен-
ных показателей гидрометрежима приведен на Интернет-сайте Черномор-
ской комиссии [4].
В качестве примера на рис.1 представлены результаты факторного ана-
лиза среднегодовых значений скорости ветра W, м/с, на МГ Одесса (Ods),
Евпатория (Evp), Севастополь (Stp), Херсонесский маяк (Khs), Ялта (Ylt) и
Феодосия (Fds). Величины собственных значений корреляционной матрицы
ветра в различных пунктах побережья (рис.1, а) дают информацию о вкладе
новых переменных (факторов) в суммарную дисперсию межгодовой измен-
чивости исходных переменных, т.е. значений скорости ветра в различных
пунктах побережья. В данном случае первые две моды определяют в сумме
более 80 % изменчивости, причем первая из них описывает почти 65 %. При
этом факторные нагрузки (величины, пропорциональные коэффициентам
корреляции между исходными переменными и факторами) для первой моды
имеют одинаковую направленность (знак) и близки по абсолютным значени-
ям (рис.1, б). Эта первая мода интерпретируется как глобальный фактор из-
менчивости скорости ветра, т.е. изменения от года к году происходят в боль-
119
шой степени одинаково во всех анализируемых пунктах черноморского по-
бережья Украины под влиянием внешних причин – характера циклониче-
ской деятельности на более крупных пространственных масштабах. Вторая
мода описывает около 17 % изменчивости скорости ветра и характеризуется
разнонаправленными факторными нагрузками (рис.1, в). Для района Одессы
и мыса Херсонес факторные нагрузки положительны, в то время как для
района Евпатории и Ялты они отрицательны, а для Севастополя и Феодосии
– незначительны по абсолютной величине. Это означает, что на фоне общих
для всего региона однонаправленных межгодовых колебаний скорости вет-
ра в отдельных пунктах существуют разнонаправленные региональные из-
менения, определяемые орографическими условиями и мезомасштабными
метеорологическими процессами. Остальные факторы, дающие пренебре-
жимый вклад в общую изменчивость, объясняются локальными воздейст-
Р и с . 1 .Результаты анализа главных
компонент (факторов) среднегодовой
скорости ветра: собственные значения
корреляционной матрицы (а); фактор-
ные нагрузки первой главной компо-
ненты (PC-1) (б); факторные нагрузки
второй главной компоненты (PC-2) (в);
распределение среднегодовых показа-
телей в пространстве первых двух
главных компонент (г); временной ход
коэффициентов первых двух компо-
нент (факторов) PC-1 и PC-2 (д).
120
виями в пунктах наблюдений и шумовыми компонентами временных рядов.
Распределение среднегодовых значений скорости ветра в пространстве
первых двух факторов позволяет сравнить их по степени проявления и со-
отношения в отдельные годы и определить близкие или существенно разли-
чающиеся по ветровым условиям годы (рис.1, г). Наконец, межгодовые ва-
риации глобального и регионального факторов (рис.1, д) иллюстрируют ин-
тенсивность их влияния от года к году и могут быть подвергнуты дальней-
шему анализу как временные ряды обобщенных показателей для всего рас-
сматриваемого района, а не отдельных пунктов наблюдений.
Среднегодовые значения температуры воздуха и воды подвергнуты
факторному анализу по данным МГ Одесса, Евпатория, Севастополь, Ялта и
Феодосия. Межгодовая изменчивость этих показателей определяется преиму-
щественно глобальным фактором, описывающим более 92 % общей диспер-
сии. Этот факт не вызывает удивления, поскольку пространственные масшта-
бы межгодовых колебаний температуры воздуха явно превышают размеры
рассматриваемого региона, а температура поверхности моря у берега в
среднем за год успевает приспособиться к термическому фону атмосферы.
Уровень моря по данным станций Хорлы, Черноморское, Евпатория,
Севастополь, Ялта и Феодосия также изменяется синхронно от года к году,
т.е. может быть описан единственной (глобальной) модой, описывающей
более 95 % суммарной дисперсии.
Уровень моря систематически повышался в послевоенный период, од-
нако на фоне этого повышения отмечались периоды резких понижений
уровня в середине 70-х, 80-х и начале 90-х гг., связанных с пониженным
притоком пресной воды в море.
Для годовых сумм атмосферных осадков по данным МГ Одесса, Сева-
стополь, Херсонесский маяк, Ялта и Феодосия характерны общие (глобаль-
ные) межгодовые изменения, вклад которых составляет около 64 %. Поми-
мо этого, значимый вклад в межгодовую изменчивость вносит региональ-
ный фактор (более 15 %), выражающийся в разнонаправленных факторных
нагрузках Одессы и юго-западного Крыма (Севастополь и мыс Херсонес).
Временной ход первых мод изменчивости температуры воздуха, воды и
уровня моря представлен на рис.2, из которого видно, что термические ус-
ловия воздуха и морской воды в прибрежной зоне Украины характеризова-
Р и с . 2 .Временной ход показателей глобальных факторов межгодовой измен-
чивости температуры воздуха (а), воды (б) и уровня моря (в) по данным берего-
вых станций украинского побережья Черного моря за 1945 – 2009 гг.
121
лись общим похолоданием 80-х гг., после которого наблюдался общий рост
температуры. На фоне этих долгопериодных изменений отмечаются межго-
довые колебания с периодами от 2 до 7 лет.
Наименьший вклад глобального фактора (около 45 %) обнаружен в
межгодовой изменчивости солености морской воды по данным МГ При-
морское, Одесса, Херсонесский маяк, Ялта и Феодосия. В этом случае ре-
гиональные факторы описываются двумя модами (РС-2 и РС-3), вклад ко-
торых составляет около 21 и 17 % соответственно (в сумме 38 %). Вторая
мода описывает разнонаправленные изменения солености в придунайском
районе (максимальная положительная факторная нагрузка) и у берегов Одес-
сы и Феодосии (отрицательные нагрузки), причем вклад этой моды в измен-
чивость солености у м.Херсонес и в Ялте незначим. Третья мода описывает
более четкие региональные различия, связанные с воздействием речного сто-
ка: в СЗЧМ (Приморское, Одесса) факторные нагрузки отрицательные, а у
юго-западного (м.Херсонес), южного (Ялта) и юго-восточного (Феодосия)
побережий Крыма – положительные. При этом глобальный фактор влияет на
общее систематическое понижение солености воды в период 1952 – 2009 гг.
Факторный анализ рядов 5-ти летних средних значений гидрометеоро-
логических показателей в целом подтверждает выводы анализа среднегодо-
вых величин: температура воздуха и воды, а также уровень моря на мас-
штабах декадной изменчивости изменяются под воздействием внешних
(глобальных) факторов, а в изменения скорости ветра, осадков и солености
от пятилетки к пятилетке вносят вклад и региональные факторы. При этом
несколько изменяется соотношение вкладов глобальных и региональных
факторов (табл.1). За счет сглаживания высокочастотных межгодовых ва-
риаций при осреднении по пятилетиям снижается вклад локальных и шумо-
вых компонент изменчивости временных рядов и соответственно увеличи-
вается вклад глобальных факторов в изменчивость показателей, за исклю-
чением температуры воздуха и воды. Кроме того, временные ряды выде-
ленных факторов позволяют описать более длительный отрезок времени –
от 1925 до 2009 гг. (для солености этот интервал не увеличивается) и более
гладкие долгопериодные вариации (рис.3).
Выводы. Выполнен факторный анализ рядов среднегодовых и средне-
пятилетних значений показателей гидрометрежима черноморской прибреж-
Т а б л и ц а 1 . Вклад (%) в общую изменчивость гидрометеорологиче-
ских параметров глобального и регионального факторов.
переменная
среднегодовые 5-ти летние средние
глобаль-
ный
регио-
нальный
глобаль-
ный
регио-
нальный
скорость ветра 65 17 70 17
температура воздуха 92 – 92 –
температура воды 92 – 91 –
осадки 64 15 67 14
уровень моря 95 – 98 –
соленость 45 38 56 33
122
ной зоны Украины. Анализ проводился посредством выделения главных
компонент корреляционных матриц по каждому из показателей.
Выявлены и проанализированы основные скрытые (неизмеряемые)
факторы, каждый из которых линейно связан с исходными данными во всех
пунктах измерений. Эти факторы интерпретированы как глобальный и ре-
гиональный факторы, определяющие межгодовую и декадную изменчи-
вость гидрометеорологических условий в рассматриваемом регионе.
Установлено, что на масштабах межгодовой и декадной изменчивости
температура воздуха и воды, а также уровень Черного моря в прибрежной зо-
не Украины подвержены влиянию главным образом внешних (глобальных)
факторов, связанных с крупномасштабными метеорологическими процессами.
Показано, что на вариации скорости ветра, осадков и солености мор-
ской воды у черноморских берегов Украины, в дополнение к глобальным
факторам, воздействуют и региональные компоненты, определяемые разли-
чиями в орографии берегов, стоке рек и характером мезомасштабных гид-
рометеорологических процессов в различных частях побережья.
Получены количественные оценки вклада глобальных и региональных
факторов в межгодовую и декадную изменчивость показателей гидрометео-
рологического режима черноморской прибрежной зоны Украины.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ильин Ю.П. Климатические изменения гидрометеорологических условий Чер-
ного моря // Глобальные и региональные изменения климата.– Киев: Ника-
Центр, 2011.– С.247-254.
2. Ильин Ю.П., Репетин Л.Н. Климатические изменения гидрометеорологическо-
го режима северного и восточного побережий Чёрного моря // Экологическая
безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ре-
сурсов шельфа.– Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2012.– вып.25.– С.157-169.
3. Hammer О., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: Paleontological statistics software
package for education and data analysis // Palaeontologia Electronica.– 2001.– 4(1).–
9 p. http://palaeo-electronica.org/2001_1/past/issue1_01.htm
4. Ilyin Yu. Global and Regional Factors of Inter-Annual and Inter-Decadal Variability
of Hydrometeorological conditions on the Black Sea Ukrainian Shores.
http://81.8.63.74/Downloads/3BSCConf/Presentations/
Материал поступил в редакцию 16 .10 .2012 г .
АНОТАЦІЯ . Виконано факторний аналіз рядів середньорічних і серед-
ньоп’ятирічних значень метеорологічних і гідрологічних величин за даними вимі-
рювань на берегових гідрометстанціях. Отримані кількісні оцінки внеску глобаль-
них і регіональних факторів у міжрічну та декадну мінливість показників гідроме-
теорологічного режиму чорноморської прибережної смуги України.
ABSTRACT . Factor analysis of the time-series of annual and five-year averaged meteo-
rological and hydrological values measured on shore hydrometeorological stations was
performed. Quantitative estimations were obtained for the global and regional factors in-
put to the interannual and decadal variability of the Ukrainian Black Sea coastal zone hy-
drometeorological regimen indices.
|