«

»

ДОСЛІДЖЕННЯ РОЛІ АТМОСФЕРНИХ ПРОЦЕСІВ У ФОРМУВАННІ ГІДРОЛОГІЧНИХ ЯВИЩ НА ОСНОВІ МЕТОДІВ БАГАТОВИМІРНОГО СТАТИСТИЧНОГО АНАЛІЗУ

Лобода Н.С., д.геогр.н., Божок Ю.В., к.геогр.н., Куза А.М., к.геогр.н.

Одеський державний екологічний університет


Водні ресурси території та просторово-часовий розподіл гідрологічних характеристик визначаються характером атмосферних процесів, які діють над досліджуваною територією. Для аналізу взаємозв’язків між атмосферними та гідрологічними процесами необхідні стиснення та фільтрація досить великого об’єму вихідної гідрометеорологічної інформації, зведення отриманих характеристик до ряду узагальнюючих показників, які відображають найбільш значущі та закономірні властивості. Шлях до досягнення цієї мети полягає у застосуванні методів багатовимірного статистичного аналізу, які базуються на дослідженнях внутрішньої структури та статистичних властивостей коваріаційних або кореляційних матриць. Ці методи дозволяють значно розширити та уточнити відоме уявлення про об’єкти, які досліджуються. У гідрометеорологічній практиці фізична інтерпретація результатів застосування різних методів багатовимірного статистичного аналізу (факторного, регресійного, кластерного, компонентного та дискримінантного) наведена у роботах Д. Лоулі, А. Максвелла (1967); А.В. Мещерської та інш. (1970); Сh. Obied & J.Creuten (1986); Н.П. Смірнова, В.Л. Скляренко (1986); В.А. Жука, В.М. Євстигнєєва (1987); І.Ф. Карасьової, Л.Н. Савєльєвої (1992); I.Krasovskaia, L. Gottshalk (1998) та інших. Вагомий внесок у розвиток та прикладне застосування методів багатовимірного статистичного аналізу у гідрометеорології зроблений д.техн.н., проф. ОДЕКУ Є.П. Школьним (1999). Для оцінки відгуку водних ресурсів та гідрологічних характеристик на зміни клімату, які пов’язані із великомасштабними атмосферними процесами, авторами у ряді наукових досліджень установлювалися закономірності формування гідрологічних полів в залежності від кількісних показників атмосферної циркуляції та клімату.

Застосування методів факторного аналізу та головних компонент дозволило виявити зв’язки між статистичною структурою полів стоку та атмосферних процесів на території України. Розкладанню за природними ортогональними функціями були піддані кореляційні та коваріаційні матриці річного стоку, за якими визначалися закономірності його просторового та часового розподілу, установлювалися зв’язки із певними показниками атмосферних процесів (індекси атмосферної циркуляції). Такого роду дослідження дозволили установити суттєвий вплив Північно-Атлантичного коливання (ПАК) на формування річного стоку західної частини України та вплив Скандинавського коливання (Лобода Н.С., 2011) на формування річного стоку північної частини України (верхня течія Дніпра, Десна та Прип’ять). Надалі індекси ПАК та СКАНД осінніх місяців було залучені до випуску прогнозів дат появи льодових явищ на річках Дністер та Десна, відповідно. Сама ж прогнозна методика була побудована на основі дискримінантного аналізу, який широко застосовується при вирішенні задач класифікації та альтернативних прогнозів (Лобода Н.С., Куза А.М., 2010).

Стік, як відомо, перш за все є результатом взаємодії кліматичних чинників його формування, до яких відносяться опади та температури повітря. Опади визначають зволоженість території, температури повітря – його випарну здатність. Температура повітря є головним предиктором під час визначення теплоенергетичних ресурсів клімату. Співвідношення ресурсів вологи та тепла обумовлює формування водних ресурсів території. На основі результатів розкладання полів річних опадів, максимально можливого випаровування та річного стоку було розроблено методику відновлення рядів стоку невивчених у гідрологічному відношенні річок, де застосовувалися узагальнені у просторі вагові коефіцієнти перших трьох компонент розкладання та амплітудні (часові) функції, які змінюються лише у часі і є однаковими для усіх об’єктів (Лобода Н.С., 2001). Необхідні для відновлення рядів дані про середні арифметичні значення та дисперсії досліджуваних річок встановлювалися за моделлю “клімат-стік”, розробленою проф. Є.Д. Гопченко та проф. Н.С. Лободою. Методика передбачає визначення статистичних параметрів природного та побутового річного стоку на базі використанням метеорологічних даних та наступного стохастичного моделювання (Лобода Н.С., Гопченко Є.Д., 2005). В умовах змін глобального та регіонального клімату на півдні України почала зростати посушливість клімату, що вплинуло на водність річок, призводячи до гідрологічної посухи. Як кількісний показник атмосферної посухи був використаний стандартизований індекс опадів та сумарного випаровування (SPЕI). За методом покрокової множинної регресії установлено, що після 1989 року (переламний рік, з якого починається суттєва зміна температурного режиму в Україні) індекс SPEI може розглядатися як статистично значущий предиктор при визначенні середнього місячного стоку та мінімального добового стоку за кожен місяць періоду межені для річок Північно-Західного Причорномор’я (Лобода Н.С., Божок Ю.В., 2015).

На основі застосування методів багатовимірного статистичного аналізу у гідрологічних дослідженнях виконано районування територій за синфазністю та синхронністю коливань стоку; проведено виділення статистично однорідних районів для параметрів стоку, що визначаються за даними спостережень із недостатньою точністю; виконано наукове обґрунтування ряду розрахункових та прогностичних методик.