книги из ГПНТБ / Челпанова О.М. Среднее многолетнее давление воздуха над океанами

хронности в периоде осреднения, никакой синхронности не полу­ чилось. Вообще вряд ли возможно этого достичь для всего земного шара без приведения станций с неполными рядами к одному об­ щему периоду, так как всегда на каких-то станциях из утвержден­ ного списка ВМО возникают пробелы по разным причинам.

Так, в период 1931 —1960 гг. во многих государствах были продолжительные пробелы за военные годы. Кроме того, появи­ лись некоторые новые станции в ранее не освещенных районах, ряды наблюдений которых менее 30 лет. По непонятной причине многие страны представили для публикации в «СНпо» средние лишь за последние 10 лет (1951 —1960), т. е. без всяких оснований отброшены 10 довоенных лет (1931 — 1940) и 5—6 (1945—1950)

послевоенных. Помимо того, что такое округление недопустимо, так как должны быть использованы все существующие наблюде­ ния в пределах принятого периода, совершенно очевидно, что 10-летние средние никак не могут служить нормами.

Климатологические нормы должны быть таким эталоном, с ко­ торым можно сравнивать данные за все годы хотя бы текущего столетия. Такие сопоставления очень важны для составления карт аномалий, подбора аналогов и других различных исследований. При построении карт норм также требуются устойчивые средние, обеспечивающие проведение изобар через 2—3 мб, для чего ошибки норм не должны превышать 1 —1,5 мб, т. е. половины ука­ занного интервала.

В будущем всем странам-исполнителям обработки материала для подобных изданий климатологических норм необходимо стре­ миться к тому, чтобы нормы соответствовали установленному периоду. При наличии же неполных рядов наблюдений на отдель­ ных станциях или в отдельных районах имеется простой выход из положения, а именно, сделать приведение к основному периоду. Такое приведение вполне осуществимо в рамках каждого госу­ дарства и между соседними государствами. При отсутствии такой возможности необходимо показать погрешность норм из имею­ щегося периода либо дополнить ряд наблюдений годами, выходя­ щими за пределы принятого периода. Лучше иметь нормы из боль­ шого числа лет не вполне синхронных периодов, чем короткие ряды, так как в этом случае даже при наличии больших пробелов достигается устойчивость средних многолетних данных.

По-видимому, целесообразно пересмотреть и длину самого периода для получения норм с целью их опубликования в подоб­ ных международных справочниках, так как в связи с колебаниями климата 30-летний период по большинству метеорологических эле­ ментов в умеренных и высоких широтах безусловно недостаточен.

2. Точность климатологических норм давления воздуха

Ввиду значительных колебаний атмосферного давления от од­ ного года к другому, обусловленных большими непериодическими колебаниями, а также в связи с имеющими место изменениями

7

климата в умеренных и высоких широтах для получения устойчи­ вых средних многолетних данных по этому элементу необходимы длинные ряды наблюдений. Сеть метеорологических станций, на которых ведутся наблюдения над давлением воздуха, в большин­ стве государств стала расширяться примерно с 1881 г., поэтому в качестве основного периода для обработки материала по давлению воздуха нами принят период с 1881 по 1960 г. В тех районах, где на опорных станциях наблюдения были начаты позднее, использованы данные до 1965 г. Данные наблюдений на кораблях погоды и на станциях, расположенных в антарктической зоне, были обработаны даже до 1969—1970 гг., чтобы получить наиболь­ шую точность норм для этих еще слабо изученных районов.

Произведенный анализ длинных рядов наблюдений над давле­ нием воздуха в процессе климатологической обработки обширного материала для различных климатических зон позволяет сделать некоторые выводы о необходимой продолжительности периода по этому элементу для получения устойчивых норм и дать оценку точности этих норм.

Необходимая длина периода для получения надежных климато­ логических норм в различных климатических зонах различна и определяется величиной изменчивости средних месячных значений давления воздуха, т. е. величиной средних абсолютных или средних квадратических отклонений. Помимо изменчивости элемента как случайного фактора, необходимо также учитывать долю изменчи­ вости, обусловленную связностью рядов под влиянием колебаний климата, интенсивность которых очень велика в умеренных и вы­ соких широтах обоих полушарий. В этих зонах устойчивость норм как по давлению, так и по температуре воздуха определяется не столько изменчивостью элемента как фактора бессвязных рядов, сколько колебаниями климата, учет которых является решающим в выборе основного периода для вычисления норм по этим эле­ ментам.

Наибольшая изменчивость давления воздуха над океанами имеет место в субполярной зоне северного полушария. Средние квадратические отклонения (а) в зимние месяцы на севере Тихого и Атлантического океанов достигают 7—10 мб, уменьшаясь к лету до 2—2,5 мб. В антарктической зоне Мирового океана значения о зимой значительно меньше, чем в тех же широтах северного полу­ шария, и не превышают 6—7 мб. Однако в теплый сезон у по­ бережья Антарктиды сохраняется довольно значительная измен­ чивость атмосферного давления — не менее 3,5—4 мб, т. е. о здесь в этот сезон значительно больше, чем на севере Тихого и Атланти­ ческого океанов. По мере приближения к экватору изменчивость этого элемента в обоих полушариях постепенно убывает и в эква­ ториальной зоне значения а составляют всего 0,8—1 мб (табл. IV). Эти материалы позволяют оценить для каждой климатической зоны погрешность (возможную точность) средних многолетних

данных из принятого нами 80-летнего периода и других более ко­ ротких рядов наблюдений.

8

В табл. 1 приводятся как первое приближение для бессвязных, рядов погрешности, рассчитанные по известной формуле:

где о — среднее квадратическое отклонение, оЛ- — средняя ошибка* N — число лет. При этом значения ошибок даны для различных величин средних квадратических отклонений и для периодов раз­ ной продолжительности. В этой таблице ориентировочно показано,

Т а б л и ц а I

какие значения а характерны для зимних месяцев различных кли­ матических зон северного и южного полушарий. Поскольку измен­ чивость давления воздуха летом в 1,5—3 раза меньше, чем зимой, точность норм теплого периода во всех зонах соответственно выше.

Представляет интерес определить статистически необходимую продолжительность периода для получения норм с заданной по­ грешностью при различных значениях о (табл. 2). Такие вычисле­ ния по формуле

показали, что точность норм давления, равная 0,1 мб, за исклю­ чением отдельных районов, практически не достижима, так как для этого потребуется колоссальное число лет. Из существующих

не превышают 4 мб. Для холодного периода в умеренных и высо­ ких широтах требуется не менее 40—80 лет наблюдений, чтобы погрешность не превышала 1 мб.

9

Таблица 2

Необходимое число лет для получения норм давления воздуха с погрешностью (a/V) 0,1, 0,5 и 1,0 мб при различных значениях изменчивости (з мб)

Возникает вопрос: какая же точность норм атмосферного дав­ ления необходима и целесообразна? Совершенно очевидно, что в умеренной и субполярной зонах северного полушария мы не мо­ жем достигнуть точности, превышающей 0,8—1,0 мб. Безусловно, и нет никакой необходимости добиваться чрезмерно высокой точ­ ности норм в этих зонах при такой большой изменчивости самого давления. Однако в тех зонах, где давление воздуха характери­ зуется слабой изменчивостью, нельзя допускать большой погреш­ ности норм. Приемлемые значения ошибок при вычислении норм давления, по нашему мнению, должны быть не более 0,2 о, но и не выше 1 мб, так как последний допуск ограничивает точность про­ ведения изолиний на картах при интервале изобар через 2 мб. При проведении изобар через 3 мб погрешность норм не должна превышать 1,5 мб.

Величины допустимых ошибок климатологических норм в табл. 1 располагаются выше точечной линии.

Несмотря на относительно большие допуски ошибок в умерен­ ных и субполярных широтах, точность измерений давления воз­ духа для всех зон должна оставаться такой же, какую дают в на­ стоящее время ртутные барометры, т. е. не менее 0,1 мб.

Следует высказать сожаление, что в некоторых изданиях

(«World Weather Records», «Monthly climatic data for the world», «Climatic data for Antarctic») средние месячные значения атмос­ ферного давления публикуются в целых миллибарах. При таком округлении мы теряем в точности норм и аномалий, а также в опре­ делении средней изменчивости.

Устойчивость климатологических норм, помимо случайных коле­ баний самого элемента, обусловленных непериодическими колеба­ ниями давления воздуха, в гораздо большей степени зависит от колебаний климата, интенсивность которых особенно велика в тех же умеренных и субполярных широтах, где имеет место мак­ симальная изменчивость атмосферного давления.

10

Рис. Скользящие 10-летние средние давления воздуха (мб) за январь, июль, апрель и октябрь.

Будё, 67°17' с. ш., 14°24' в. д.

Как видно из рис. 1—6 и табл. 3, различия в средних за отдель­ ные десятилетия в некоторые месяцы на севере Тихого и Атланти­ ческого океанов достигают 9—11 мб, в субантарктической зоне 6—7 мб (ст. Лори). Даже 30-летние средние в северных районах океанов могут различаться на протяжении принятого нами 80-лет­ него периода на 3—4 мб, в высоких широтах южного полушария — на 2—3 мб.

м б

Рис. 2. Скользящие 30-летние средние давления воздуха (мб) за январь, июль, апрель и октябрь. Будё.

Большая амплитуда колебаний давления воздуха между от­ дельными циклами показывает, что в умеренных и высоких широ­ тах недопустимо использование средних норм, полученных не только из 10- и 20-летних рядов наблюдений, но даже из 30-летних, так как ошибки норм для таких периодов, достигающие 2—4 мб, в этих зонах обусловлены главным образом колебаниями климата. Даже в субтропических зонах обоих полушарий амплитуды 10-летних средних достигают 3—5 мб. Лишь в тропических и эква­ ториальной зонах многолетние колебания давления воздуха отно­ сительно невелики и составляют 1,5—2 мб, местами около 3 мб (Гонолулу). Таким образом, даже на фоне слабой изменчивости давления воздуха в этих широтах 10-летние средние все же недо­ статочно надежны.

Совмещенные кривые скользящих 10-летних средних по сезонам на рис. 1-—6 позволяют видеть, что в большинстве случаев имеет

место зеркальность в ходе этих кривых при сравнении зимы с ле­ том и весны с осенью.

Необходимую длину периода для получения надежных кли­ матологических норм, помимо указанных выше статистических

12

V

приемов, можно определить также другим весьма наглядным спо­ собом, предложенным О. А. Дроздовым [2]. В основу этого спо­ соба положено осреднение данных из нарастающего числа лет:

Рис. 4. Скользящие 30-летние средние давления воздуха (мб) за январь, июль, апрель и октябрь. Фуншал.

от одного последнего до самого раннего года из имеющихся на данной станции. Такие вычисления, произведенные для января и

Рис. 5. Скользящие 10-летние средние давления воздуха (мб) за январь, июль, апрель и октябрь. Лори, 60°44' ю. ш., 44044' з. д.

июля по нескольким станциям Атлантического океана, помещены в табл. 4 и 5. Из них видно, что устойчивость средних многолетних данных по давлению воздуха над океанами в субполярной и

16