Комплексный анализ временных рядов ветра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Комплексный анализ временных рядов ветра

Жабелов Самат Тахирович - магистрант

Хоконов Ислам Мухамедович - магистрант

Кадырова Альбина Аслановна - магистрант

Ниязов Ильяс Алиевич - магистрант

Аннотация

погодный прогнозирование метеорологический ветер

Одной из ключевых позиций устойчивого развития экономики является возможность прогнозирования метеопараметров с целью сокращения совокупного ущерба от погодных аномалий. Решение того вопроса невозможно без учета изменения природно-климатических факторов региона, а также ожидаемых погодных условий на предстоящий год. Происходящие в климатической системе процессы глобального потепления у поверхности земли, резкие перепады значений климатических характеристик оказывают существенное влияние на агропромышленное производство и другие отрасли экономики. В статье приведен комплексный анализ временных рядов многолетних метеорологических наблюдений ветра. На их основе разработан программный модуль для вычисления статистических характеристик на территории Кабардино-Балкарской Республики.

Ключевые слова: ветер, временные ряды, асимметрия, статические наблюдения, дисперсия, математическое ожидание.

Abstract

One of the key positions of sustainable economic development is the ability to forecast weather parameters in order to reduce the total damage from weather anomalies. This issue cannot be resolved without taking into account changes in the region's natural and climatic factors, as well as expected weather conditions for the coming year. The processes of global warming occurring in the climate system near the earth's surface, as well as sharp changes in the values of climate characteristics, have a significant impact on agro-industrial production and other sectors of the economy. The article presents a comprehensive analysis of time series of long-term meteorological observations of wind. Based on them, a software module has been developed for calculating statistical characteristics on the territory of the Kabardino-Balkar Republic.

Keywords: wind, time series, asymmetry, static observations, variance, mathematical expectation.

Ветры имеют большое значение в экосистеме нашей планеты. Они оказывают воздействие и на формирование рельефа, вызывая аккумуляцию эоловых отложений, формирующих различные виды грунтов. Они могут переносить пески и пыль из пустынь на большие расстояния. Ветры разносят семена растений и помогают передвижению летающих животных, что приводит к расширению разнообразия видов на новой территории. Связанные с ветром явления разнообразными способами влияют на живую природу. Ветер возникает в результате неравномерного распределения атмосферного давления, он направлен от зоны высокого давления к зоне низкого. Вследствие непрерывного изменения давления во времени и пространстве скорость и направление ветра также постоянно меняются. С высотой скорость ветра изменяется ввиду убывания силы трения [2].

Для исследования климатических изменений на региональном уровне была взята территория Кабардино-Балкарской Республики, которая подразделена: предгорная зона - Нальчик и Баксан, степная зона - Прохладный и Терек.

Для анализа изменений метеопараметров в системе «приземный слой атмосферы - подстилающая поверхность» можно воспользоваться следующими методами: статистический, нормированного размаха (R/S-анализ), отклонения от климатической нормы, скользящих средних, спектрально-сингулярного разложения (SSA). Мы будем рассматривать статистический метод.

Статистический метод. Данный метод заключается в анализе статистических характеристик, которые определяются в два этапа. На первом этапе временные ряды значений метеопараметров разбиваются на три части и для каждой из них вычисляются статистические характеристики: среднее значение за рассматриваемый период (математическое ожидание), среднеквадратическое отклонение (дисперсия), коэффициенты асимметрии и эксцесса, минимальное и максимальное значения и их разброс. На втором этапе эти же характеристики вычисляются и для случая, когда исходные временные ряды метеопараметров представлены в виде двух частичных рядов. Затем проводится анализ результатов расчетов [1]. Такой подход позволяет исследовать трансформацию статистических характеристик временных рядов во времени.

Показатель Херста свидетельствует о том, что временной ряд первого квартала близок к нормальному распределению, а размах между максимальным и минимальным значениями является наибольшим [3].

Таблица 1. Суммарное количество Осадков (мм)

Результаты анализа максимальной скорости ветра в летнее время указывают на то, что все статистические характеристики, за исключением коэффициента эксцесса, меняются одинаково: сначала увеличиваются, а затем уменьшаются. Среднее значение, коэффициент асимметрии, минимальное и максимальное значения резко возрастают, потом убывают меньшими темпами. Среднее значение возросло на 5,06 м/с с первого интервала к второму и уменьшилось на 1,31 м/с со второго к третьему. Такое резкое колебание приводит к тому, что, по показателю Херста, третий интервал является нестабильным, непредсказуемым, антиперсистентным, хотя в целом весь ряд на всем времени упреждения является стабильным, и степень персистентности высока. Коэффициент эксцесса на всех интервалах является отрицательным, что указывает на плосковершинность, т.е. на интервалах и во все время упреждения вспышек не наблюдается.

Поведение коэффициента асимметрии в летние сезоны для последних двух частичных рядов может свидетельствовать о том, что число дней с относительно сильным ветром еще какое-то время может увеличиваться, и, наоборот, возможна тенденция его уменьшения в зимние и весенние сезоны.

Результаты анализа годовой максимальной скорости ветра показывают, что наименьшее значение наблюдается на первом интервале, далее повышается на 4,67 м/с, а затем уменьшается на 1,84 м/с. Все остальные характеристики, за исключением коэффициентов асимметрии и эксцесса, меняются по такому же принципу. В случае второго варианта все характеристики повышаются. Показатель Херста указывает, что ряды всех интервалов и во времени являются персистентными.

Максимальной скорости ветра с порывами, как показывают графики, наиболее благоприятным является период с 1988 года, хотя показатель Херста немного уменьшается, но сохраняет характер персистентности и в среднем ^0,84.

Рис. 1. Окно выполнения программы

Список литературы /References

1. Василевский А.С. Курс теоретической физики. Термодинамика и статистическая физика. Дрофа. Москва, 2006. 240 c.

2. Бурдаков В.П., Дзюбенко Б.В., Меснянкин С.Ю., Михайлова Т.В. Термодинамика. В 2 частях. Часть 2. ДРОФА, 2009. 368 c.

3. Зыков С.В. Программирование. Объектно-ориентированный подход: учебник и практикум для академического бакалавриата / С.В. Зыков. М.: Издательство Юрайт, 2019. 155 с.

Размещено на Allbest.ru