К анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря

Из-за многофакторной зависимости формирования полей полученные обособленно оценки каждого из свойств имеют ограниченные возможности интерпретации по ним состояния морской воды. При совместном и одновременном измерении свойств выясняются взаимное расположение и характер неоднородностей, что дополните...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2005
Автори:	Прохоренко, Ю.А., Агафонов, Е.А., Кукушкин, А.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Морський гідрофізичний інститут НАН України 2005
Назва видання:	Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
Теми:	Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57000
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	К анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря / Ю.А. Прохоренко, Е.А. Агафонов, А.С. Кукушкин // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2005. — Вип. 12. — С. 188-201. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-57000
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-570002014-03-03T03:01:13Z К анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря Прохоренко, Ю.А. Агафонов, Е.А. Кукушкин, А.С. Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей Из-за многофакторной зависимости формирования полей полученные обособленно оценки каждого из свойств имеют ограниченные возможности интерпретации по ним состояния морской воды. При совместном и одновременном измерении свойств выясняются взаимное расположение и характер неоднородностей, что дополнительно вносит указания на их зависимость или независимость от развития определённых процессов появления и распространения взвеси и тепла у поверхности моря. На примере исследования измерений показателя ослабления излучения морской воды и её температуры, результатов буксировки измерителя у поверхности Чёрного моря вдоль берегов Кавказа, показано, каким образом их можно эффективно использовать для повышения достоверности выводов. 2005 Article К анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря / Ю.А. Прохоренко, Е.А. Агафонов, А.С. Кукушкин // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2005. — Вип. 12. — С. 188-201. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1726-9903 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57000 551.463.5 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 Прохоренко, Ю.А. Агафонов, Е.А. Кукушкин, А.С. К анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
description	Из-за многофакторной зависимости формирования полей полученные обособленно оценки каждого из свойств имеют ограниченные возможности интерпретации по ним состояния морской воды. При совместном и одновременном измерении свойств выясняются взаимное расположение и характер неоднородностей, что дополнительно вносит указания на их зависимость или независимость от развития определённых процессов появления и распространения взвеси и тепла у поверхности моря. На примере исследования измерений показателя ослабления излучения морской воды и её температуры, результатов буксировки измерителя у поверхности Чёрного моря вдоль берегов Кавказа, показано, каким образом их можно эффективно использовать для повышения достоверности выводов.
format	Article
author	Прохоренко, Ю.А. Агафонов, Е.А. Кукушкин, А.С.
author_facet	Прохоренко, Ю.А. Агафонов, Е.А. Кукушкин, А.С.
author_sort	Прохоренко, Ю.А.
title	К анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря
title_short	К анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря
title_full	К анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря
title_fullStr	К анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря
title_full_unstemmed	К анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря
title_sort	к анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря
publisher	Морський гідрофізичний інститут НАН України
publishDate	2005
topic_facet	Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57000
citation_txt	К анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря / Ю.А. Прохоренко, Е.А. Агафонов, А.С. Кукушкин // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2005. — Вип. 12. — С. 188-201. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
work_keys_str_mv	AT prohorenkoûa kanalizudannyhsovmestnogoraspredeleniâpokazatelâoslableniâizlučeniâitemperaturyupoverhnostimorâ AT agafonovea kanalizudannyhsovmestnogoraspredeleniâpokazatelâoslableniâizlučeniâitemperaturyupoverhnostimorâ AT kukuškinas kanalizudannyhsovmestnogoraspredeleniâpokazatelâoslableniâizlučeniâitemperaturyupoverhnostimorâ
first_indexed	2025-07-05T08:14:42Z
last_indexed	2025-07-05T08:14:42Z
_version_	1836794021702270976
fulltext	188 УДК 551 .463 .5 Ю.А.Прохоренко , Е .А.Агафонов, А .С .Кукушкин Морской гидрофизический институт НАН Украины, г.Севастополь К АНАЛИЗУ ДАННЫХ СОВМЕСТНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ОСЛАБЛЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ У ПОВЕРХНОСТИ МОРЯ Из-за многофакторной зависимости формирования полей полученные обособлен- но оценки каждого из свойств имеют ограниченные возможности интерпретации по ним состояния морской воды. При совместном и одновременном измерении свойств выясняются взаимное расположение и характер неоднородностей, что дополнительно вносит указания на их зависимость или независимость от развития определённых про- цессов появления и распространения взвеси и тепла у поверхности моря. На примере исследования измерений показателя ослабления излучения мор- ской воды и её температуры, результатов буксировки измерителя у поверхности Чёрного моря вдоль берегов Кавказа, показано, каким образом их можно эффектив- но использовать для повышения достоверности выводов. Синхронные и совместные измерения показателя ослабления излучения морской воды (ПОИ) и её температуры Т позволяют уверенно выделять из распределений коррелированные участки как испытывающие влияние оп- ределённых физических или биологических процессов. В ранее опублико- ванных работах по данным такого рода, прежде всего, объяснялось проис- хождение небольших участков пространственного коррелированного рас- пределения свойств, а не их состояния по всей трассе измерений [1]. Это имело целью делать по ним оценки других, прямо или косвенно связанных с ними океанологических полей. Остальным, некоррелированным изменени- ям свойств не уделялось достаточного внимания. Цель работы – продемонстрировать возможности более полного и эф- фективного использования такого рода информационных массивов измере- ний. Для этого предлагается использовать последовательно несколько воз- можных представлений материала. Этим может быть реализовано разносто- роннее (и качественно, и количественно) оценивание проявления особенно- стей обоих распределений отдельно и в их взаимных сочетаниях. Привлекая к анализу дополнительные сведения о возможных влияниях на наблюдае- мые поля локальных условий района, известных по другим исследованиям (например, сезонный ход и конкретные погодные условия, которые предва- ряли и сопутствовали измерениям, знания свойств источников образования или сброса примесей и характера их переноса, динамики вод), можно более полно представить картину событий. Методика первичной обработки и представления измерений. Изме- рения ПОИ на длине волны 428 нм выполнены буксируемым прибором БИПТ, разработанным в отделе оптики Морского гидрофизического инсти- тута НАН Украины. Результаты измерений снимались с диаграммных лент и табулировались со скважностью, соответствовавшей пространственному масштабу 1 км. Сформированный таким образом информационный массив © Ю .А .Прохоренко , Е .А .Агафонов , А .С .Кукушкин , 2005 189 для дальнейшего анализа может быть представлен различным образом. Ка- ждое представление обладает своими возможностями выделения особенно- стей и оценивания свойств распределений. По отдельной трассе результаты буксировки прибора можно представить профилями изменения величин вдоль пространственной оси. По серии пространственно близких трасс (на полигоне) – планами изолиний. По тому и другому представлению отдельно исследуются характерные особенности пространственных распределений, форма неоднородностей свойств, а вместе – степень пространственной и структурной согласованности неоднородностей между обоими распределе- ниями свойств. Вычисляются и сводятся в таблицы статистические характе- ристики свойств распределений, оценки положения массива. Они дают воз- можность представлять экспериментальные законы распределений (диа- граммы распределения плотности вероятности). Эти оценки исследовались как отдельно, так и во взаимосвязи. На профилях ПОИ и Т выделяются участки коррелированных измене- ний, для которых вычисляют коэффициенты линии регрессии и уровня кор- реляции. Предварительные оценки характера и уровня корреляции свойств удобно выполнять по графикам, состоящим из точек на плоскости. Коорди- наты каждой такой точки отвечают отложенным в прямоугольной системе координат величинам обоих свойств, одновременно измеренным вдоль трассы буксировки. Остальные участки измерений не привлекались к ана- лизу из-за того, что в этом случае уровень корреляции становился незначи- тельным. Однако не только коррелированные участки измерения могут быть полезны для анализа такого представления. В океанологической практике анализа данных широко и продуктивно используется такое же представление связей между гидрологическими па- раметрами. Так анализируются связи между гидрохимическими и гидроло- гическими параметрами и т.д. [2]. В этих случаях анализируемые свойства не находятся между собой в прямой зависимости. На графике, соответствующем всей последовательности измерений ПОИ и Т, получается некая совокупность точек, занимающая определённую часть его плоскости (будем называть её εt-диаграммой). Соответствуя от- дельному информационному массиву наблюдений, совокупность характе- ризует его своей формой и положением. Ввиду отсутствия до наших совместных измерений ПОИ и Т, такое представление результатов ранее не могло быть корректным, не применя- лось и не исследовалось. Поэтому остановимся подробнее на оценках свойств, которые следуют из такого представления измерений. Каждая точка наших диаграмм может считаться обозначающей как бы εt-состояние воды в каждой точке измерения (по аналогии с термохалинным состоянием). Тогда последовательность точек обозначит эволюцию состоя- ния. Вид совокупности точек εt-диаграммы для определённого массива от- ражает степень сохранения или характер изменения контролируемых свойств вод. По большей части такие совокупности отражают независи- мость обоих свойств, но в εt-диаграмме могут быть и коррелированные уча- стки. По числу точек в них можно оценивать размеры неоднородностей распределения, определять размеры участков (пространства или периода времени измерений), где имеется существенно не меняющаяся взаимозави- 190 симость свойств. Число точек в обособленных частях совокупности, по от- ношению ко всей совокупности обозначает соотношение между ними, долю (удельный вес) отдельных неоднородностей от всего информационного массива. Положением точек на коррелированных областях εt-диаграмм предварительно оценивается степень и вид корреляционной зависимости или независимости наблюдений. По εt-диаграммам же могут оцениваться пределы изменения каждого свойства, читается диапазон, точные границы изменения ПОИ и Т для любой части массива. Общий вид совокупности точек εt-диаграмм для отдельных массивов даёт визуальные, прямые опре- деления многих статистических оценок, а также особенностей распределе- ния свойств, обуславливающих отклонения формы законов распределений от нормального закона. По величине занимаемой площади можно оценивать степень однородности объекта исследования (трассы или периода времени наблюдения), обособленность частей и доли составных частей в общей со- вокупности точек объекта. Из перечисленного выше очевидно, что представление материалов со- вместных измерений εt-диаграммами продуктивно для предварительного оценивания свойств, как качественно, так и количественно. Используя и другие виды представлений, можно многосторонне харак- теризовать данные. Первичные результаты измерений можно представлять графически и сводить в таблицы статистических характеристик. Ниже в каждом представлении первичных результатов измерений вна- чале обсуждаются особенности распределений ПОИ и Т для полосы вод, следующие из всего массива данных. Сделанные по объединённым рядам оценки каждого физического свойства дополняют анализ каждой из трасс опорными, средними, давая общую характеристику полосы в момент изме- рения. Затем характеризуется отдельно каждая трасса, но уже в связи с об- щим состоянием каждой оценки в полосе. На рис.1 помещены профили и ПОИ, и Т вдоль трасс наблюдений. На рисунке видно, как совместно меня- лись свойства вод, где и какие в них отмечены неоднородности. Планы изо- линий ПОИ и Т (рис.2) дают представление о пространственном характере полей, распределении свойств относительно элементов орографии берегов в пределах полосы вод шириной порядка 25 км. Экспериментальные законы распределений (графики плотности вероятности значений) показаны на рис.3. По ним определяются виды распределений, их положение и составные части на трассах и во всей полосе. В табл.1 помещены основные статистические оценки числовых выборок. На рис.4 показаны соответствующие εt-диаграм- мы, отражающие характер и уровень взаимосвязи наблюдаемых свойств. Условия наблюдения и географические особенности района. Для примера была выбрана серия из 4-х последовательных трасс буксировки прибора, выполненных в июне 1979 г. на НИС «Ай-Тодор» вдоль кавказского побережья, между портами Туапсе и Батуми. Расстояние между трассами (0,7 – 5 миль), в сравнении с их протяжённостью (около 390 км), незначи- тельно. Съёмка полосы прибрежных вод шириной порядка 25 км выполня- лась для оценивания хода изменчивости обоих физических характеристик Для наглядности для всех диаграмм желательно выбирать одинаковые масштабы шкал ПОИ и по Т, вмещающие полные диапазоны их вариаций. 191 района в направлении берег – открытое море. Трассы располагались на раз- ной дистанции от берега, в среднем от 2,8 до 12,5 миль. Продолжительность съёмки достаточно мало, около 5 сут. При глубине трассы измерений 2 – 4 м в результатах измерений существенно ослаблена и суточная состав- ляющая изменчивости свойств. Поэтому в них мало заметен временной, су- точный и синоптический ход изменчивости свойств вод. В связи с узким шельфом вдоль исследованного района, значительная часть трасс оказалась над материковым склоном, за пределами шельфа. Влияние берегового вы- носа, горных рек и сточных вод от населённых пунктов, даже у ближней границы исследуемой полосы вод сильно ослаблено. Известно, что в зоне наблюдений распространяются две основные струи Основного Черноморского течения (ОЧТ), от разделившегося у м.Чам единого потока – вдольбереговая, с юго-востока на северо-запад, и следую- щая через открытое море к м.Пицунда – наиболее вероятного района их слияния. Известно также, что у материкового склона Чёрного моря струи ОЧТ испытывают тормозящее влияние дна. В результате у периферии пото- ка ОЧТ, со стороны берегов формируются вихревые образования обоих возможных направлений циркуляции, которые развивают в своих централь- ных областях вертикальное перемещение вод. Размеры вихрей вдоль кав- казского побережья достигают десятков километров, а скорости перемеще- ния вод в них доходят до 2 – 5 км в сутки [6]. Таким образом, в полосе вод района работ можно ожидать влияния на измерения прибрежных и «морских» источников возмущения, скорректиро- ванным элементами «прибрежных» и динамических структур открытого моря. Ко всем наблюдениям в районе и к каждой трассе можно относиться как к отдельным физическим и статистическим объектам, изменчивость ко- торых обеспечивается одними и теми же основными событиями, процесса- ми, при достаточном для статистических оценок количестве измерений. В районе работ на исследуемые физические поля могут оказывать своё влия- ние (через адвекцию и вергенции водных масс) особенности динамики ши- рокого спектра масштабов. Обсуждение результатов наблюдения. Горизонтальные профили рас- пределения ПОИ и Т на трассах. Несмотря на различия в деталях (в форме, размерах и расположении неоднородностей), в характере распределения ПОИ всех трасс имеются общие черты. На них преобладают пространства с относительно однородными и прозрачными водами. Очень и не очень мут- ные воды занимают на трассах относительно короткие участки. В.С.Боль- шаков называет вид распределения прозрачности прибрежных вод, где ос- новные пространственные структуры обеспечиваются прозрачными водами открытого моря по характеру перемешивания «морским» [4]. На фоне про- зрачных вод трассы содержат 4 – 5 обособленных участков более мутных, протяжённостью порядка 5 – 25 км. На севере, между портами Туапсе и Со- чи, протяжённость трёх мутных участков вод невелика: по 5 – 10 км каждый. Южнее оптические неоднородности оказались в несколько раз длиннее. В полосе вод отмечены два вида оптических неоднородностей. Одни, на севере, ближе 2,8 миль к берегу, меньшей протяжённости и с более мутными водами, вероятно, прибрежного происхождения. Другие, лежащие на южной 192 Р и с . 1 .Профили горизонтального распределения ПОИ и Т в полосе и на трассах. 193 половине трасс далее чем 3,5 мили от побережья, имели большую протя- жённость и выделялись меньшим контрастом. В форме неоднородностей ПОИ (наблюдаются участки мутных вод) за- метна асимметрия. Большая крутизна, резкие перепады значений определя- ют вид юго-восточных границ многих неоднородностей. Северо-западные границы плавные, растянутые. Асимметрия формы оптических неоднородно- стей, по-видимому, отражает преобладающее направление переноса приме- сей вдоль трассы на северо-запад. Некоторые термические и оптические не- однородности вдоль трасс близко соседствуют, но точного их совпадения не отмечается. В форме термических неоднородностей, пространственно близ- ких к оптическим, асимметрии не обнаруживается, что указывает на различия механизмов формирования на этих масштабах неоднородностей ПОИ и Т. На осреднённом профиле Т хорошо заметны 5 – 6 образований локаль- ного понижения температуры на участках длиной порядка 20 – 50 км. В на- правлении с севера на юг (до 174-го км) в полосе вод отмечается рост тем- пературы. Южнее его сменяет снижение Т, что передано на графике линией тренда. Возможно, это повышение Т в средней части полосы – следствие притока сюда струи вод ОЧТ непосредственно от м.Чам. На южных половинах трасс района распределение Т отличалось повышен- ным содержанием мелкомасштабных (порядка 2 – 5 км) неоднородностей. От- клонения величин Т в них заметно уменьшались с удалением от побережья. На севере и юге района структуры неоднородностей вдоль трасс имеют различия в обоих гидрофизических полях. Из осреднённых профилей трасс Р и с . 2 .Пространственное положение трасс измерения (а), распределение ПОИ (б) и Т (в) в полосе прибрежных вод. п.Поти м.Анаклия р.Кодори п.Сухуми м.Пицунда Гагры м.Адлер п.Сочи п.Туапсе п.Батуми 41.5 42 42.5 43 43.5 44 44.5 38.5 39.5 40.5 41.5 в.д. с.ш. а б в 194 (для полосы вод) также следует деление их как по оптическому, так и тер- мическому свойствам на две почти равные по протяжённости части. Тенденция к снижению степени неоднородности распределения физи- ческих свойств в направлении от берега, поперёк исследуемой полосы вод, выражена слабо. Пространственное распределение свойств. Вдоль полосы вод, в поле ПОИ обнаруживаются два рода неоднородностей (рис.2). Одни по форме напоминают языки мутных вод, внедряющиеся со стороны берега, что ука- зывает на их связь с локальными береговыми выносами примесей. Другие имеют форму изолированных эллиптических пятен. Пятна не имеют оче- видной связи с береговым выносом, хотя также состоят из мутных вод. Большие оси эллипсовидных неоднородностей мутных вод ориентированы по направлению, близкому к преимущественному направлению простира- ния береговой черты. Изолиния 0,3 м-1 на плане ПОИ ориентирована пре- имущественно вдоль полосы вод, параллельно простиранию линии берега. Иногда она прерывается, выходя за пределы исследуемой полосы в открытое море, к юго-западу. Приближаясь к восточной границе полосы вод, изолиния 0,3 м-1 указывает места подхода относительно прозрачных вод открытого моря к берегу. В полосе исследования вод изолинию 0,3 м-1 можно считать за линию раздела основных неоднородностей ПОИ двух родов – имеющих связи с берегом, «прибрежных», и зарождающихся в море, «морских». Поле Т (рис.2) выглядит заполненным вытянутыми вдоль берега замкну- тыми пятнами «холодных» и «тёплых» вод. «Тёплые» локализованы на севе- ре, до Адлера; «холодные» – южнее м.Адлер∗. Таким образом, неоднородности каждого свойства и ПОИ, и Т вдоль полосы вод разделялись на два рода. Хотя они имели в поле ПОИ и в поле Т разные формы, размеры, во многих случаях их положения пространственно совпадали. Отсюда следует высокая вероятность того, что те и другие име- ли в основе одни и те же формирующие процессы, но разные механизмы формирования. В прилегающей к м.Адлер акватории произошла постепен- ная смена формирующих термические неоднородности процессов. В итоге, по пространственному распределению свойств полей оценены формы и положения отдельных неоднородностей обоих гидрофизических свойств. По характерной форме их неоднородностей определены простран- ственные масштабы формирующих процессов и установлены различия их воздействия. Статистическая характеристика распределений. В таблице приведены ∗ По результатам этой съёмки ранее, в 2001 г. [1], уже описывалось пространственное распре- деление обоих физических параметров. Там, для построения планов горизонтальные профили были заменены ломаными прямыми и, таким образом, в интерполяции учтены только основ- ные неоднородности, их упрощённые образы. В расчёте планов рис.2 учитывались все величи- ны характеристик вдоль трасс, снятые с дискретностью в 1 км, что ближе к действительным горизонтальным распределениям и к другим исследуемым в данной работе представлениям результатов выполненной съёмки. Естественно, оба варианта планов подобны, но в отличие от рис.2 первые планы имеют более сглаженный вид. Поэтому рис.2 ближе к действительному распределению, точнее описывает формы неоднородностей, что позволило надёжнее интерпре- тировать их, отмечать более тонкие подробности, а результаты, выводы по ним с большей уве- ренностью сопоставлять с другими, помещёнными в данной работе способами представления. 195 одни и те же статистиче- ские оценки для обоих свойств. Одни определяют положения областей чис- ловых совокупностей, дру- гие оценивают форму экс- периментальных законов физических свойств. От- личие законов плотности вероятности значений ПОИ и Т в полосе вод от нор- мального определили ог- раничения по набору ста- тистических оценок, обес- печивающих возможность их корректного примене- ния. Медианы и средние, общие и на трассах, не совпадая друг с другом, показывают асимметрию формы большинства рас- пределений, графиков плот- ности вероятности. Асим- метрия для ПОИ создаётся каждый раз за счёт не- большой доли «мутных» вод, а по Т – за счёт преоб- ладания «холодных» вод. Характерно, что диа- пазон изменений для всего района в поле Т оказался в 1,5 раза выше, чем для лю- бой отдельной трассы. Это произошло за счёт разно- направленных смещений границ диапазонов темпе- ратуры между трассами. Числовые оценки ста- тистических характеристик на «крайних» по расстоя- нию до берегов трассах (2,8 и 12,5 миль) близки к сред- ним для района, показывая достаточно спокойное рас- пределение вдоль них фи- зических свойств. Из таблицы следует, что более высока неодноро- 196 Т а б л и ц а .Статистические оценки совместного распределения ПОИ и Т вод. ПОИ воды Т воды оценки на трассах (мили) оценки на трассах наименование статистической характеристики Σ 4-х трасс 2,8 3,5 8,3 12,5 Σ 4-х трасс 2,8 3,5 8,3 12,5 диапазон 1,32 0,49 0,99 1,32 0,16 6,05 4,15 4,35 4,25 4,9 минимум 0,18 0,20 0,21 0,18 0,21 18,45 19,2 18,45 19,7 19,6 максимум 1,50 0,69 1,20 1,50 0,37 24,50 23,35 22,8 23,95 24,5 среднее 0,300 0,319 0,330 0,288 0,260 21,65 21,99 20,80 21,94 21,95 медиана 0,283 0,315 0,320 0,255 0,255 21,55 22,30 20,80 22,25 21,65 25%-ный квантиль 0,240 0,250 0,270 0,223 0,235 20,80 21,50 20,55 20,68 21,20 75%-ный квантиль 0,330 0,350 0,345 0,311 0,280 22,50 22,60 21,35 23,00 22,40 разность квантилей 75%-25% 0,090 0,100 0,650 0,088 0,045 1,70 1,10 0,80 2,32 1,20 стандартная ошибка определения среднего 0,002 0,004 0,005 0,007 0,002 0,028 0,049 0,035 0,059 0,053 среднеквадратичное отклонение 0,098 0,084 0,103 0,128 0,033 1,098 0,960 0,686 1,167 1,037 коэффициент вариации 0,326 0,263 0,312 0,444 0,126 0,051 0,044 0,033 0,053 0,047 длина ряда 1554 386 397 385 388 1546 385 390 385 388 140 дность распределений ПОИ вдоль трасс 3,5 и 8,3 мили. Это выражается в том, что оба значения среднеквадратичных отклонений ПОИ для этих трасс близки к максимумам в районе, как и их 75 %-ные квантили и коэффициен- ты вариации. На трассе 3,5 мили отмечены максимумы для полосы вод, средних значений ПОИ и 25 %-ного квантиля. По Т трасса 3,5 миль выделя- ется: минимумами в полосе вод – величины Т, его среднеквадратичного от- клонения, 25 и 75 %-ных квантилей, коэффициентом вариации, а также низ- ким средним значением Т. На 8,3 мили у значений ПОИ самый широкий диапазон изменчивости и даже на уровне 25 % вероятности она близка к таковой для всей полосы вод. На трассе наблюдались максимумы среднеквадратичных отклонений и ко- эффициентов вариации из всей полосы вод, как для ПОИ, так и для Т. Присутствие мутных вод привело к тому, что оценки средних значений и 25 и 75 %-ных квантилей распределения вероятности ПОИ, сделанные на трассах 2,8 и 3,5 мили оказались выше, чем по всему району. В направлении от берега имеется тенденция к снижению значений ПОИ, но она выражена слабо. Только 75 %-ный квантиль ПОИ показал последовательное умень- шение оценок с удалением от берега. Ни одна другая статистическая харак- теристика, ни для ПОИ, ни для Т, не повторяет её. Это значит, что доля му- тных вод в направлении в море снижается, но только при их оценке на уро- вне более чем 25 %-ная вероятность. Плотность вероятности распределения (экспериментальные законы распределения). Для всей полосы графики плотности вероятности распреде- лений ПОИ и Т (ниже, гистограммы) асимметричны, отличны по форме от нормального закона распределения. В них заметно формирование на основе двух отдельных, но близких совокупностей ( рис.3). Гистограмма ПОИ имеет пологий склон со стороны больших значений и крутой – со стороны малых значений. Гистограмма Т характеризуется плавными вариациями во всем диапазоне изменения: максимум частости значений в разрядах мод у Т в два раза меньше, чем у ПОИ. При этом оба графика, для ПОИ и для Т, имеют по две не равноценные моды. Первой модой ПОИ полосы (более острый и узкий максимум) выделяются относительно «прозрачные» воды (в разрядах 0,23 – 0,25 м-1). Вторая мода (в разрядах 0,31 – 0,33 м-1) выделена небольшим превышением над соседними разрядами. Первая мода Т («холодные» воды) в отличие от ПОИ выделена максиму- мом с пологими склонами, мало меняющейся частостью в пределах 4 разря- дов, 20,8 – 21,5 °С. Зато вторая мода («тёплые» воды) отделенная широким провалом частости (в 3 – 4 разряда) от максимума «холодных» вод (разряд 22,5 °С) хорошо выделяется. Гистограммы трасс различны, но имеют и «родственные», связывающие В интересах большей наглядности анализа графическое представление графиков плотно- сти вероятности гидрофизических характеристик сделано с соблюдением определённых пра- вил. Графики не нормированы, что оправдывается близким объёмом каждой выборки на трассах или общих совокупностей ПОИ и Т, а также возможностью проследить изменения уровня частости гистограмм. Число разрядов для построения графиков, на которые разбиты диапазоны общих совокупностей ПОИ и Т, и соответствующие выборки для отдельных трасс выбраны равными или очень близкими. Для каждой из гидрофизических характеристик на всех трассах выбраны одинаковые шкалы частости и величин значений. 141 их черты. На гистограммах ПОИ выделяется преобладание доли относи- тельно «прозрачных» вод (разряды 0,24 – 0,28 м-1). С самой высокой часто- стью они проявляются на трассе 12,5 мили. В направлении к берегу величи- на частости этих вод на гистограммах снижается. На трассе 2,8 мили это уже только воды второй моды. Таким образом, «прозрачные» воды откры- того моря в заметном количестве приближаются к берегу ближе 5 км. Отно- сительно «мутные» воды имеют меньшее распространение в обратном на- правлении. Как первая мода, они представлены только на трассе 2,8 мили. На 3,5 милях они уже только вторая мода распределения. Доля их на трассе 8,3 мили оцениваться ещё ниже. А второй модой здесь становятся наиболее прозрачные воды района (разряд 0,18 м-1). На трассе 12,5 мили ПОИ одно- модально, «мутные» воды уже не выделяются отдельным максимумом. Ве- личины частости максимумов гистограмм ПОИ остаются на одном уровне, порядка 80, что является свидетельством устойчивого влияния формирую- щего оптические свойства механизма во всей полосе вод. Гистограммы Т отдельных трасс указывают на преимущественное со- держание в них «холодных» вод. Выделяющие их значения максимумов колеблются от трассы к трассе в диапазоне 20 – 21 °С. «Тёплые» воды вы- Р и с . 3 .Экспериментальные законы распределения ПОИ (слева) и Т (справа) по 4-м трассам (а) и на трассах 2,8 (б); 3,5 (в); 8,3 (г) и 12,5 (д) мили. 0 100 200 300 0, 17 0, 25 0, 33 0, 41 0, 49 0, 57 0, 65 0, 73 0 20 40 60 80 100 0, 18 0, 24 0, 3 0, 36 0, 42 0 20 40 60 80 100 0, 18 0, 24 0, 3 0, 36 0, 42 0 20 40 60 80 100 0, 18 0, 24 0, 3 0, 36 0, 42 0 20 40 60 80 100 0, 18 0, 24 0, 3 0, 36 0, 42 0 100 200 300 18 ,3 19 ,3 20 ,3 21 ,3 22 ,3 23 ,3 24 ,3 0 40 80 120 160 18 ,5 20 21 ,5 23 24 ,5 0 40 80 120 160 18 ,5 20 21 ,5 23 24 ,5 0 40 80 120 160 18 ,5 20 21 ,5 23 24 ,5 0 40 80 120 160 18 ,5 20 21 ,5 23 24 ,5 а б в г д 142 делены первой модой только на 8,3 мили (разряд 23 – 23,5 °С). На трассе 2,8 мили основной максимум составляют воды близкие к «тёплым» – мак- симум в разряде 22 – 22,5 °С (в сравнении со средним для района распреде- лением этот разряд лежит между основными модами). На трассах 3,5 и 12,5 мили среди основных мод отсутствуют «тёплые» воды. Максимум час- тости на отдельных гистограммах Т по направлению от берега колеблется, но, в общем, снижается. Из последовательности изменений вида гистограмм ПОИ и Т для трасс (рис.3) следует, что в направлении поперёк полосы (от 2,8 к 3,5 мили) воды стали прозрачнее, но доля относительно «мутных» вод осталась значитель- ной. При этом от 2,8 к 3,5 мили произошло «остывание» (гистограмма сме- стилась к «холодному» концу диапазона, стала одномодальной), с появле- нием наиболее «холодных» вод. Затем от 3,5 к 8,3 мили появились наиболее «прозрачные» воды и ещё более снизилась доля «мутных». «Прогрев» от 3,5 к 8,3 мили сопровождался одновременным появлением «холодных» вод (распределение вероятностей вновь стало двухмодальным). Далее (от 8,3 к 12,5 мили) «прозрачные» воды стали преобладающими, а доля «мутных» вод сократилась. «Прогрев» здесь продолжался. В результате на 12,5 милях появились самые «тёплые» для полосы воды. Поля ПОИ и Т согласуются между собой в том, что оба свойства выде- ляют трассы 3,5 и 8,3 мили в полосе вод как проявляющие наиболее высо- кую изменчивость. При том, что максимумы значений ПОИ и Т оказались на разных трассах, смещение в направлении поперёк полосы достигает де- сятка километров. Таким образом, и графики плотности вероятности подтверждают деле- ние общей совокупности и по ПОИ, и по Т на две почти равные половины. По гистограммам качественно и количественно прослеживается, что и как изменяется от трассы к трассе в каждой из двух составляющих, в термиче- ской и оптической характеристике вод. εt-диаграммы. В районе наблюдается широкий спектр разнообразия по- следовательностей сочетания ε и t на плоскости диаграмм (рис.4). Коррели- рованные последовательности точек образуют вытянутые под некоторым углом к осям координат сгущения. Покажем, что и вся остальная часть со- вокупностей не менее информативна. В рассматриваемой примере отмечаются участки, где точки выражают два различных вида корреляции: с относительно слабой зависимостью ПОИ от Т (в диапазоне Т 18,5 – 22,5 °С и ПОИ 0,30 – 0,35 м-1, на трассе 3,5 мили) и с более сильной (вдоль трассы 8,3 мили, Т 21 – 22 °С и ПОИ 0,35 – 0,55 м-1). В диапазоне Т 21 – 22 °С, значения ПОИ 0,25 – 0,55 м-1 наблюдались редко, при этом, самые прозрачные воды имели именно такую Т (трасса 8,3 мили). На εt-диаграммах выделяются участки, где при изменениях Т в диапа- зоне величиной до 1,5 – 2,5 °С значения ПОИ остаются неизменными: вер- тикальные цепочки до 30 – 50 точек. Наблюдаются такие независимые от Т, случайные значения ПОИ в диапазоне изменений Т 20 – 21 и 22 – 23 °С. Все эти особенности распределения сразу выделяются на диаграммах из совокупностей отдельных трасс. Затем их можно чётко определить и на го- ризонтальных профилях ПОИ и Т (рис.1). По εt-диаграмме выявляется вид и 143 уровень взаимосвязи, характер и длина одинакового уровня коррелирован- ности участков. Затем их можно выделить на профиле. Как правило, совокупности точек неравномерно заполняют плоскость диаграмм. Это свидетельствует о существенном отличии распределений свойств от нормального закона. Преобладающая часть точек совокупностей диаграмм, как для полосы, так и для каждой трассы, сосредоточена в облас- ти более прозрачных вод диапазона. В диапазоне от 0,17 до 0,35 м-1 около 90 %, при полном диапазоне изменчивости ПОИ в несколько раз большем (до 1,6 м-1) (рис.4). В отличие от «мутных», «прозрачные» воды распределе- ны в диапазоне Т = 20 – 23 °С более или менее равномерно и вытянуты па- раллельно оси Т (по ординате), что утверждает независимость в них значений ПОИ и Т. При этом, в области с «прозрачными» водами выявились неодно- родности плотности совокупности их распределения. Например, величины ПОИ ≈ 0,2 и ≈ 0,28 м-1 в них почти не встречаются. Эта особенность не обна- ружила себя в других представлениях. «Мутные» воды (> 0,4 м-1) неравно- мерно заполняют на εt-диаграмме почти такое же пространство, что и «про- зрачные». Так, часть пространства в средней части диапазона Т = 21 – 22 °С, между значениями ПОИ = 0,35 – 0,55 м-1 осталось незаполненной. Значитель- ные помутнения вод сосредоточены только в двух отдельных температурных интервалах (22 – 23 и 20 – 21 °С), что, вероятно, отвечает тому же числу существующих в исследованной полосе вод видов источников примесей. При полном диапазоне изменения Т около 6 °С (18,45 – 24,5 °С), основ- ная доля точек сконцентрирована только в пределах 3 °С (20 – 23 °С). У кон- цов диапазона Т интервал значений ПОИ сужается, стремясь к величинам 0,28 – 0,30 м-1, что соответствует второй моде распределения для района 4 трассы Туапсе-Батуми 18 20 22 24 0,15 0,35 0,55 0,75 0,95 1,15 1,35 1,55 ПОИ Т Р и с . 4 .εt- диаграммы ПОИ и Т. 8,3 мили 18 20 22 24 0,15 0,35 0,55 0,75 0,95 1,15 1,35 1,55 ПОИ , Е 2,8 мили 18 20 22 24 0,15 0,35 0,55 0,75 0,95 1,15 1,35 1,55 ПОИ, Е T 3,5 мили 18 20 22 24 0,15 0,35 0,55 0,75 0,95 1,15 1,35 1,55 ПОИ , Е Т 12,5 мили 18 20 22 24 0,15 0,35 0,55 0,75 0,95 1,15 1,35 1,55 ПОИ , Е 144 (рис.3). Более широкий, полный диапазон Т – свидетельство воздействия динамических процессов небольших масштабов: прибрежных источников сброса вод или локальных динамических вихревых образований вблизи ма- терикового склона (прибрежные сгонно-нагонные явления, процессы подъ- ёма и опускания вод в вихревых элементах динамики вод). Обычно воды внешних источников обладают коррелированностью изменений ПОИ и Т. Доля «мутных» вод на трассах 2,8; 3,5 и 8,3 мили изменяется незначитель- но (рис.4). Относительно «тёплые» и «мутные» воды были отмечены для трасс 2,8 и 8,3 мили. «Холодные» (20,5 – 21,5 °С) – на трассах 3,5; 8,3 и 12,5 мили. С ростом величины ПОИ увеличивается разряжение точек, что указывает на не- большую протяжённость вдоль трасс источников (точечный характер) концен- трированного содержания примеси, что согласуется с рис.1. Доля относительно «мутных» вод уменьшалась в направлении от берега в море. Вместе с этим, в неоднородностях существенно снижались величины максимумов ПОИ (рис.4). Равенство количества точек на трассах, одинаковые масштабы делений на координатных осях графиков делают εt-диаграммы удобным инструмен- том сравнения трасс. Например, степень неоднородности можно количест- венно оценивать по разнице в величине площадей, занимаемых соответст- вующими совокупностями (рис.4). Диаграмму трассы 8,3 мили выделяет из остальных наибольшая степень неоднородности: наибольший разброс точек на εt-плоскости. Без учета этой трассы уменьшение степени неоднородности в направлении от берега в море происходило бы в последовательности 2,8 → 3,5 → 12,5 мили. Отсюда следует, что в направлении берег – открытое море в полосе вод обнаруживаются две зоны локализации неоднородностей или два рода источников примесей. Условно их можно называть «морски- ми», с максимумом вблизи трассы 8,3 мили и «прибрежными» – ближе трассы 2,8 мили. «Холодным» «морским» источникам примесей, вероятнее всего, отвечают подъёмы вод вихревыми циклоническими структурами, «тёплым» – сгон прибрежных вод, более прогреваемых в летний период у берегов. По εt-диаграммам отмечается, что длина участков «тёплых» («при- брежных») «мутных» вод снижается с удалением трассы наблюдений от берега. На расстоянии в 12,5 миль их не отмечено вовсе. Согласно εt-диаграммам, в районе преобладали источники примесей «морского» формирования – с «холодными» водами (εt-диаграмма трассы 8,3 мили). «Прибрежные» источники относительно остальной части сово- купности были «тёплыми» (εt-диаграмма трассы 2,8 мили). Таким образом, через εt-диаграммы удаётся наглядно оценивать и срав- нивать в целом уровень однородности, положение и состав каждого массива данных друг относительно друга, а также обнаруживать структурные осо- бенности распределений. По εt-диаграммам устанавливаются формальные признаки общности и различия свойств, механизмов проявления неодно- родностей ПОИ у поверхности. Наглядность представления материалов буксировки как статистических объектов в виде εt-диаграмм позволяет выделять особенности собственных и взаимных распределений обеих физических характеристик. С их приме- нением сравнение статистических массивов становится более простым и продуктивным, а анализ данных – более эффективным и надёжным. С при- менением диаграмм неоднородности вод получают более полное описание 145 различий или общности свойств на каждом участке наблюдений, что даёт возможности более подробно и точно их интерпретировать. Основные выводы. В работе показано, что изучение состояния вод по одновременным измерениям ПОИ и Т гораздо продуктивнее, чем если бы эти характеристики были бы получены по отдельности. Впервые, благодаря своему составу, материалы измерений использова- ны для представления в виде εt-диаграмм. Наглядное и простое по исполне- нию представление данных на εt-плоскости по взаимному состоянию или изменению обоих свойств на трассах наблюдений даёт возможности одно- временного оценивания и общих, и локальных особенностей распределений свойств в морской среде. Последовательное применение различных методов анализа позволяет разносторонне использовать результаты совместных и одновременных из- мерений двух океанологических характеристик, выделить из всех неодно- родностей те, которые формируются определёнными процессами. При этом особенности состояния вод используются полнее, с большей надёжностью выделяются, получая свои оценки в зависимости от состояния обоих кон- тролируемых свойств морской среды. Различным образом выделенные осо- бенности распределения оцениваются объективнее, что повышает уровень надёжности выводов. В полосе вод и вдоль трасс наблюдений исследована пространственная изменчивость свойств в направлении от берега и вдоль побережья в зависи- мости от дистанции и от происходящих в пределах полосы вод динамиче- ских процессов. Установлено, что с удалением от берега постепенно снижается доля бо- лее «мутных» вод. Выделены два рода источников примесей, на отдельных участках. Отмечены участки проникновение «прозрачных» вод открытого моря ближе 5 км. Вдоль полосы обнаружено постепенное изменение харак- тера неоднородностей. Оценены характер и форма неоднородностей, свя- занных с прибрежным сбросом вод, а также под влиянием динамики – вер- генциями вод в вихревых образованиях вдольберегового потока. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Агафонов Е.А., Кукушкин А.С., Прохоренко Ю.А. Структура поля прозрачности и особенности её формирования в поверхностном слое вод прибрежной зоны кавказского побережья в весенне-летний период // Океанология.– 2001.– 41, №6.– С.815-826. 2. Иванов А. Введение в океанографию.– М: Мир, 1978.– 574 с. 3. Безносов В.Н. Воздействие антропогенных нарушений гидрологической струк- туры на водные экосистемы и их возможное влияние на биохимический цикл углерода // Метеорология и гидрология.– 1998.– 12.– С.73-77. 4. Большаков В.С. Трансформация речных вод в Чёрном море.– Киев: Наукова думка, 1970.– 328 с. 5. Справочник по вероятностным расчётам.– М.: Воениздат, 1970.– 536 с. 6. Кривошея В.Г., Овчинников И.М., Титов В.Б., Удодов А.И., Лаптев С.Ю. Дина- мика вод и изменчивость температуры вод у северокавказского побережья Чёр- ного моря // Океанология.– 1996.– 36, №3.– С.355-363. Материал поступил в редакцию 2 .02 .2005 г . После доработки 28 .03 .2005 г .

К анализу данных совместного распределения показателя ослабления излучения и температуры у поверхности моря

Репозитарії

Схожі ресурси