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

опорных станций, получились уже более надежными, чем средние из 2—5 и 7 лет. Однако колебания климата резко снижают и их точность.

Таблица 10

Ошибки (од, мб) среднего многолетнего давления воздуха

из разного числа лет при различных значениях средних квадратических отклонений (я мб)

Мы еще не знаем, каковы действительные колебания атмо­ сферного давления на побережье Антарктиды, но, судя по ближай­ шей к нему ст. Лори (Южные Оркнейские острова), можно, по-ви­ димому, дать приближенную оценку хотя бы порядка этих величин и их тенденции для западного сектора Антарктиды. Как видно из рис. Б и б и табл. 3, колебания давления воздуха в субантаркти­ ческой зоне хотя и менее резко выражены, чем в тех же широтах северного полушария, все же они имеют значительную амплитуду. Колебания скользящих 10-летних средних за 70-летний период по данным за 4 месяца на ст. Лори в апреле составляют 3,8 мб, а в октябре 6,6 мб. За другие месяцы и в других местах эти коле­ бания могут быть больше. Даже 20-летние средние в отдельные периоды могут различаться до 3,6 мб (октябрь), а 30-летние средние—до 2,7 мб (апрель). Таким образом, при средней ошибке норм из 10-летнего ряда, равной 1,6—1,9 мб (табл. 10) и завися­ щей от изменчивости среднего месячного давления воздуха, в от­ дельные циклы колебаний климата точность этих средних может быть снижена еще на весьма значительные величины. Небезынте­ ресно заметить (судя по данным за 4 месяца), что наибольшая амплитуда имеет место весной (в октябре), а осенью (в апреле) она примерно в два раза меньше.

Таблица 11

Амплитуда колебаний скользящих средних по давлению воздуха из 10, 20, 30 и 40 лет по ст. Лори за период 1903—1970 гг.

29

Скользящие средние по ст. Лори (рис. 5 и 6, табл. 11) дают основание предположить, что для получения устойчивых средних многолетних по давлению воздуха в Антарктике необходимо иметь не менее 40 лет наблюдений, т. е. надежные климатологические нормы, не зависящие от колебаний климата, для этой области мо­ гут быть получены только к концу XX в. На необходимость 40-лет­ них рядов для получения надежных норм в этой зоне уже было указано в п. 2.

5. Однородность рядов наблюдений

Одним из ючень важных этапов климатологической обработки метеорологических наблюдений является анализ однородности рядов наблюдений. Только при наличии вполне однородных рядов можно получить реальные нормы и правильные выводы при любых исследованиях по материалам давления воздуха за отдельные годы.

Несмотря на то, что при переносах станции изменение окру­ жающих ее микроклиматических условий не оказывает влияния на режим атмосферного давления, по этому элементу нередко имеют место нарушения однородности рядов наблюдений. Помимо рассмотренного в следующем параграфе влияния суточного хода давления воздуха на неоднородность данных по давлению, неодно­ родности обусловлены неточным определением высот барометра при установке и его переносах, реже — дефектами прибора и ошиб­ ками печати.

Оценка качества и однородности полученных рядов наблюдений производилась нами по разностям, как правило, с двумя ближай­ шими станциями, которые позволяют выявить все сомнительные числа и неоднородные части периодов. В случаях невозможности исправить выделявшиеся в разностях сомнительные числа, они исключались из обработки, а неоднородность в рядах наблюдений устранялась либо введением поправок, полученных из тех же раз­ ностей, либо принятием других, указанных в первоисточнике после или до нарушения однородности высот барометра, которые дают лучшие результаты. В некоторых случаях неоднородная часть ряда исключалась из обработки.

Неоднородность в рядах наблюдений была обнаружена на мно­

ций земного шара собраны материалы наблюдений за весь период действия станций.

Мы не считали возможным оставлять неоднородность не заме­ ченной, так как эти нарушения могут привести к искажению много­ летних результатов. Если небольшая неоднородность, порядка 0,5—1 мб, в умеренных широтах не имеет практического значения, то в экваториальной зоне даже эти небольшие нарушения необ­ ходимо устранять, так как неоднородность такого порядка в этой зоне равна величине самой изменчивости давления воздуха и даже

30

превышает ее. Именно поэтому в субтропической, тропической и экваториальной зонах необходимо производить очень тщательный анализ однородности рядов наблюдений по давлению воздуха.

Нарушения однородности рядов наблюдений по этому элементу в названных зонах легко увидеть даже без разностей, по самим значениям давления воздуха, особенно по их годовым величинам, порядок которых очень устойчив от одного года к другому. Так, например, на ст. Мерида (табл. 12) давление воздуха в 1940— 1947 гг. заметно ниже и очень резко занижено с 1948 по 1956 г. по сравнению с первой частью периода. На ст. Илойло занижено давление воздуха в 1916 и 1917 гг. и очень завышено (примерно на 1,6 мб) в 1930—1940 и 1951—1960 гг. На ст. Арика давление занижено на 2,2 мб, в период с 1944 по 1949 г., а на острове Пасхи — примерно на 2,5 мб в 1942—1949 гг.

Таблица 12

Среднее годовое давление воздуха (мб). Неоднородные ряды наблюдений

31:

В умеренных и высоких широтах колебания даже среднего годового давления воздуха от одного года к другому довольно ве­ лики, поэтому неоднородность рядов наблюдений в этих зонах можно определить только по разностям с двумя ближайшими станциями. Если в разностях с двумя другими станциями в один и тот же период отмечается систематическое повышение или пони­ жение давления воздуха, то ряд следует считать неоднородным.

і\зк видно из табл. 12, на ст. Пунта-Аренас колебания среднего годового давления воздуха не позволяют четко отграничить неод­

32

Приведенные величины нарушений однородности рядов наблю­ дений показывают, что неоднородность на станциях, Мерида, Илойло, Арика, Пасхи, о. достигает значений, близких к значениям трех о для среднего годового давления воздуха «ли превышающих их. Совершенно очевидно, что такие ряды наблюдений без выясне­ ния причин нарушения однородности и устранения этой неодно­ родности не могут быть использованы в таких исследованиях.

Как уже было отмечено выше, нарушение однородности в рядах наблюдений по давлению воздуха не может быть результатом из­ менения микроклиматических условий, если не было изменения высоты барометра, которое должно быть учтено.

Как известно, климатологическая обработка давления воздуха производится лишь после того, как произведено приведение давле­ ния воздуха за все годы к одной высоте либо к уровню моря. Тем не менее неоднородности в рядах наблюдений встречаются, которые чаще всего являются результатом неточности высоты барометра в какой-то части периода. Так, по-видимому, на ст. Пасхи, о. указанная до 1950 г. высота барометра 21 м неточна. Если принять для этих лет высоту 41 м, принятую с 1950 г., то не­ однородность на этой станции будет устранена.

Не всегда удается четко разобраться в нарушениях однородно­ сти рядов каждой станции и устранить их должным образом при обработке материала по редкой сети станций в масштабе земного шара, так как другие станции, с которыми ведется сравнение, тоже могут иметь свои нарушения однородности. Легче всего произве­ сти такой анализ по материалам станций внутри каждого государ­ ства, привлекая данные наблюдений на ближайших станциях. В этом слѵчае имеется возможность выяснить причины, вызвавшие неоднородность, путем изучения истории барометра каждой стан­ ции с учетом изменения инструментальных поправок и высоты

барометра.

Приближенным критерием для определения неоднородности в рядах наблюдений по давлению воздуха могут служить средние годовые значения о, величины которых составляют около 0,3— 0,6 мб в экваториальной и тропических зонах, 0,7—1,0 мб в субтро­ пической, 0,8—2,0 мб в умеренных и субполярной зонах и 1,5

2,5 мб на антарктическом побережье.

Приведенные величины можно считать предельным допуском в соответствующих зонах для определения однородности рядов на­ блюдений. Систематические отклонения среднего годового давле­ ния воздуха на величины большего порядка допускать нельзя. В тех случаях, когда в какой-то части периода среднее годовое давление воздуха, а также разности среднего месячного и среднего годового давления отличаются от соответствующих значений в дру­ гой части периода на величины, превосходящие среднюю годовую изменчивость, необходимо производить устранение неоднородности либо исключать из обработки неоднородную часть периода. Чтобы оценить, какая часть периода является репрезентативной для дан­ ной станции, необходимо сопоставить средние многолетние данные

33

из каждой части периода хотя бы для двух месяцев (января и июля) и средние за год с нормами близлежащих станций.

Вопросу о неоднородности рядов наблюдений мы уделили не­ сколько больше внимания по той причине, что даже в таком известном издании, как «World Weather Records», встречаются су­ щественные упущения в этом отношении.

Для данного издания вся обработка материала производилась лишь с помощью счетно-вычислительных машин, на которых было выполнено вычисление разностей и отклонений, суммировка и по­ лучение средних многолетних норм, средних абсолютных и средних

Понта-Делгада, 37°8 'с.ш.

Бомбей, 1в°3'с.ш.

Рис. 8. Амплитуда суточного

квадратических отклонений. Анализ однородности рядов наблю­ дений, приведение к многолетнему периоду и другие вычисления выполнены авторами вручную. При внедрении в практику климато­ логической обработки широкой механизации необходимо преду­ смотреть составление программ для проведения на машинах ана­ лиза однородности рядов наблюдений по давлению воздуха и оценки точности средних многолетних норм. Как было указано выше, критерием для определения однородности рядов наблюде­ ний при машинной обработке могут служить значения о среднего годового давления воздуха, свойственные данной климатической зоне, порядок которых приведен в табл. IV.

34

Следует при этом иметь в виду, что вычисление средних абсо­ лютных и средних квадратических отклонений, как и получение любых других выводов из ежегодных данных, можно производить только по станциям, имеющим однородные ряды наблюдений. Не-

ИЗЖнов п о л у ш а р и е Дзкакарта, 6 е2'ю.ш..

Коварт , 42°9'ю.ш.

Марион, 46°8'ю.ш.

однородными рядами наблюдений нельзя также пользоваться при

определении высот барометров по давлению воздуха соседних станций.

6. Необходимость учета влияния суточного хода давления воздуха при вычислении норм давления

Как известно, суточные колебания атмосферного давления ха­ рактеризуются правильной двойной волной. Двойные планетарные волны в суточном ходе давления воздуха как бы обегают земной

35

шар с востока на запад по широтным кругам, следуя за местным временем. Особенно ярко проявляются эти колебания с двумя мак­ симумами (около 10 и 22 ч.) и двумя минимумами (около 4 и 16 ч.) в тропических и экваториальной зонах, где они хорошо выражены даже в записях барографа за каждый день. В Названных зонах суточные амплитуды давления воздуха достигают 2—4 мб (табл. 13 и рис. 8, Джакарта, Апиа, Бомбей, Памплемоуссес, о. Маврикий), при этом величина суточной амплитуды в одной и той же клима­ тической зоне над океаническими островами меньше, чем на побе­ режье материка, а на побережье меньше, чем внутри материка. Особенно велики суточные амплитуды давления воздуха в назван­ ных зонах больших материков. Даже в глубине больших островов суточная амплитуда больше по сравнению с береговыми станциями.

По мере удаления от тропиков суточные колебания уменьша­ ются. Суточный ход давления воздуха для субтропических широт северного полушария представлен данными ст. Понта-Делгада (табл. 13, рис. 8). В субполярных и умеренных зонах обоих полу­ шарий суточные амплитуды давления воздуха измеряются деся­ тыми долями и не превышают 1 мб (табл. 13 и рис. 8, Гринвич, Хобарт, Лори, Марион, Санаэ). В этих зонах суточный ход практи­ чески почти отсутствует, так как суточные колебания здесь маски­ руются большими непериодическими колебаниями давления воз­ духа, обусловленными быстрым прохождением циклонов и антициклонов, когда давление воздуха в течение нескольких часов может упасть или подняться на десятки миллибар. Даже средние многолетние значения междусуточной изменчивости давления воз­ духа, например в районах исландской депрессии и Ньюфаундленда, составляют 10—11 мб [12, 18] зимой и 5—6 мб в летние месяцы. Суточные колебания давления воздуха в этих зонах можно обнару­ жить лишь путем статистической обработки материала за месяц или несколько лет.

В тропических и экваториальной зонах междусуточная измен­ чивость давления воздуха очень мала (в среднем она не превы­ шает 0,5—1 мб), к тому же суточные колебания температуры в этих зонах весьма значительны, поэтому суточный ход давления воздуха выражен там очень четко и суточная амплитуда атмо­ сферного давления очень велика. В связи с этим при обобщении материала по этому элементу для различных государств необхо­ димо обращать внимание на сроки наблюдений. Особенно это' важно для экваториальной, тропических и субтропических зон обоих полушарий.

Различия в сроках наблюдений по давлению воздуха соседних государств вносят существенную неоднородность в нормы давления воздуха, а нередко и в ряды наблюдений на отдельных станциях, когда происходит изменение срока внутри периода. Значительное влияние суточного хода на климатологические нормы давления воздуха имеет место в тех случаях, когда наблюдения произво­ дятся только один или два раза в сутки.

36

Чаще всего односрочные и двухсрочные наблюдения произво­ дились как раз в странах, расположенных в тропических и эквато­ риальных широтах, поэтому при использовании материала наблю­ дений по давлению воздуха в этих зонах необходимо обращать внимание, к каким срокам относятся наблюдения и было ли изме­ нение сроков на протяжении всего периода. К сожалению, во мно­ гих исследованиях и климатологических справочниках этому во­ просу не уделяется должного внимания и зачастую даже не дается указаний, из каких сроков получены нормы.

Неоднородность, обусловленную неудачным выбором сроков наблюдений, мы старались устранить в самом начале обработки материала путем введения соответствующих поправок в данные за те годы и для тех станций, когда и где наблюдения производи­ лись один или два раза в сутки. В тех случаях, когда наблюдения в течение всего принятого нами периода производились в один и тот же срок, поправки вводились не в данные за отдельные годы,

ав средние многолетние результаты.

ВЮжной Азии (Индия, Пакистан и др.) наблюдения почти для всего периода опубликованы для одного срока по индийскому

стандартному времени, в часы, близкие к утреннему максимуму в суточном ходе давления воздуха. По этой причине наблюдения названных стран в метеорологических ежегодниках и других из­ даниях оказываются завышенными на 1,5—2 мб в зимние месяцы и около 1 мб в летний сезон по сравнению со средними суточными значениями из 24 сроков наблюдений.

Поправки для индийских станций и станций некоторых других стран, заимствованные из «Reseau Mondial» за 1928 г. [25] и при­ нятые в данной работе при вычислении норм, приведены в табл. 14. В этом издании наряду со средними месячными значениями основ­ ных метеорологических элементов приводится большой и обстоя­ тельный перечень поправок к давлению воздуха для некоторых станций земного шара. Особенно полный перечень таких поправок

всутки, причем приняты самые разные комбинации сроков. Поря­ док величин поправок к двухсрочным наблюдениям также показан

втабл. 14. В отдельных государствах на протяжении всего периода наблюдений сроки изменялись от одного к двум либо два срока одной комбинации заменялись двумя сроками иного сочетания, например, на станциях Сямынь, Ошен, Молден (табл. 14).

Во всех перечисленных выше случаях нами были введены соот­ ветствующие поправки в отдельные годы.

Как правило, любые комбинации из трех, четырех и более сро­ ков наблюдений дают средние месячные значения давления воз­ духа, близкие к средним из 24 ч., поэтому данные таких наблю­ дений принимались нами без введения каких-либо поправок.

К тому же наблюдения в три срока и более обычно производятся

встранах, расположенных во внетропических широтах, где суточ­ ные колебания давления воздуха очень малы.

38