Долгопериодная изменчивость гидрометеорологических и рыбопромысловых характеристик в окраинных морях России

2
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
Введение.................................................. 5
1. Современное представление о долгопериодной Изменчивости характеристик климата планеты
и механизмы ее формирования............................. 13
1.1. Цикличность, периодичность, ритмика................ 13
1.2. Долгопериодная изменчивость........................ 14
1.3. Методы и способы изучения ритмики.................. 15
1.4. Основные квазиритмы и степень их
изученности...................................... 17
1.5. Стационарность квазиритмов......................... 22
1.6. Исходные данные.;.;;.-..,....................... 23
2. Методическая платформа исследовний............... 2 9
2.1. Элементарная статистика.......................... 30
2 . 2. Нормирование исходных выборок.................... 30
2.3. Вероятностные характеристики
распределения...................................... 31
2 .3 .1. Эмпирические гистограммы.................... 31
2.3.2. Вероятности перехода событий.................. 32
2.4. Функция спектральной плотности и автркорреляционная функция.............................. 33
2 . 5. Полосовая фильтрация............................. 36
2 . 6. Полосовой фильтр Баттерворта..................... 39
2.6.1. Достоинства полосозых фильтров
Баттерворта.................................. 4 2
2.7. Методы восстановления пропусков во
временных сериях................................... 50
2.7.1. Регрессия полиномоз Чебышева.................. 51
2 .7 . 2 . Тригонометрическая регрессия............ 52
2.7.3. Критерии оценки качества
восстановления............................... 58
2.8. Статистико-вероятностные методы
экстраполяции временных рядов..................... 58
3.Исследование временной изменчивости гидрометеорологических и рыбопромысловых характеристик....................................... 67
3.1. Временной ход и первичная статистика 67
3.2. Вероятностная структура исходных данных 72
3.2.1. Эмпирические гистограммы.................... 72
3.2.2. Переходные вероятности и вероятностный прогностический потенциал......................... 84
3.3. Закономерности в изменчивости временных
рядов........................................... 88
3.3.1. Функции спектральной плотности............. 88
3.3.2. Квазипериодические составляющие .......... 102
4.Исследование возможности аппроксимации и экстраполяции зременных серий
статистико-вероятностными методами.................. 107
4.1. Методическое прогнозирование гидрометеорологических и рыбопромысловых характеристик....................................... 107
4.2. Использование статистико-вероятностной
экстраполяции при анализе депрессивных состояний биолого-промысловых объектов.......... 110
4.3. Учет амплитудной нестационарности при
составлении итогового прогноза................ 114
4.4. Экстраполяция на перспективу
12
ки исторического материала, такие как вероятностный анализ, корреляционный и спектральный анализы, так и прикладные методы обработки (полосовая фильтрация, статистико-вероятностная аппроксимация и экстраполяция).
В третьей главе проводится анализ временной изменчивости исследуемых характеристик, определение особенностей вероятностной структуры, расчеты функций спектральной плотности и определение наличия закономерностей во внутренней структуре временных серий. Кроме того, здесь проводится выделение отдельных квазипериоди-ческих составляющих из исходных выборок, проводится анализ их изменчивости, так сказать чистом виде и V оценивается процентный вклад каждой квазипериодической компоненты з общую изменчивость процесса. На основании полученных результатов произведен поиск пространстзен-но-временных связей гидрометеорологических и биолого-промыслозых параметров, как на уровне оригинальных временных серий, так и на уровне отдельных квазипериодиче-ских составляющих^полученных при их отфильтровывании из ^ натурных рядов.
В четвертой главе показаны некоторые возможности использования полученных аналитических выкладок и алгоритмов при проведении аппроксимации и экстраполяции исследуемых параметров на перспективу. В этой же глазе проводится опытное прогнозирование трендов некоторых параметров (глобальная температура воздуха, уловы лососевых в дальневосточном регионе и т.д.) до 2005 года.
Каждая из глав работы сопровождается наглядной иллюстрацией результатов анализа и основными выводами.
В заключении сформулированы основные результаты решения круга представленных задач в рамках достижения цели исследований.
13
1. СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ДОЛГОПЕРИОДНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК КЛИМАТА ПЛАНЕТЫ И МЕХАНИЗМЫ ЕЕ ФОРМИРОВАНИЯ
1.1. Цикличность, периодичность, ритмика
Желание и стремление познать будущее, заложено в самой природе человека. На протяжении практически всей истории люди стремились познать завтрашний день и быть готовыми встретить его во всеоружии. Очень долгое время умение предсказывать будущее было доступно очень ограниченному кругу людей. Их называли волшебниками^ведунами или магами. Система научных знаний расширила как возможности предсказаний, так и круг людей, которые могут это делать. Современность немыслима без качественных прогнозов. Существует несколько подходов к проблеме предвидения. Одним из способов является поиск и аппроксимация закономерностей в изменчивости того или иного явления. Исследование ритмичности в природных условиях представляют собой одну из весьма важных проблем, т.к. она проявляется з подавляющем большинстве явлений. Вместе с тем интерференция различных временных ритмов по- , рождает настолько сложную структуру, / что ее исследование без привлечения специального инструментария крайне затруднительно.
Ритмичность природных явлений бесспорна и очезидна, по мнению одних исследователей [1,2,7], и малоопределе-на по мнению других. Одни говорят, что ритмичность -основа мироздания [9], другие, что ритмичность плод случайных флуктуаций [4,41]. Тем не менее, ритмичность в явлениях имеет место быть и ее следует изучать. Преж-