CC BY
147
Weinstein monofilament thresholds in carpal tunnel syndrome // J Hand Ther. - 1994. - Jul.-Sep. -№ 7(3). - P. 158-162.
4. Marlowe E.S., Bonner F.J. Jr., Berkowitz A.R. Correlation between two-pointdiscrimination and median nerve sensory response // Muscle Nerve. -1999. - Sep. - № 22(9). - P. 1196-1200.
5. Martina I.S., van KoningsveldR., Schmitz P.I., et al. Measuring vibration threshold with a graduated tuning fork in normal aging and in patients with polyneuropathy. European Inflammatory Neuropathy Cause and Treatment (INCAT) group // J Neurol Neurosurg Psychiatry. - 1998. -Nov. - № 65(5). - P. 743-747.
6. Weinstein S. Fifty years of somatosensory research: from the Semmes-Weinstein monofilaments
to the Weinstein Enhanced Sensory Test // J Hand Ther. - 1993. - Jan-Mar. - № 6(1). - P. 11-22.
7. Агасаров Л. Г., Чузакова Е. А., Марьяновс-кий А. А. К вопросу о диагностике туннельных синдромов рук // Журн. леч. врач. - 1999. - № 1. -С. 15-18.
8. Гланц С. Медико-биологическая статистика. -М.: Практика, 1998. - 459 с.
9. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA. - М.: МедиаСфера, 2002. -312 с.
10. СкоромецА.А., Скоромец А.П., Скоромец Т.А. Неврологический статус и его интерпретация. -МЕДпресс-информ, 2010. - 256 с.
УДК 551.5
Тощакова Галина Геннадьевна
Костромской центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (филиал Центрального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды)
МНОГОЛЕТНЯЯ ДИНАМИКА КОЛИЧЕСТВА ОСАДКОВ НА ТЕРРИТОРИИ
КОСТРОМСКОЙ ОБЛАСТИ
Проведены исследования климатических изменений режима увлажнения на территории Костромской области за весь период инструментальных наблюдений современными методами статистики. Установлено, что наиболее равномерным является распределение сумм годовых осадков с наибольшим количеством в центральной и южной частях Костромской области и с наименьшим — на севере, востоке и западе.
Ключевые слова: климатические изменения, режим увлажнения, сумма осадков, модели временных рядов.
Современное изменение климата на нашей планете стало одной из главных проблем современности. Проведенные в Росгидромете исследования показывают, что в настоящее время климатические условия на территории России существенно меняются, и тенденции этих изменений сохранятся в ближайшие 5-10 лет [10]. Подобные выводы подтверждаются результатами исследований других российских ученых, в частности Российской академии наук [1; 6; 12]. Причем можно отметить, что если в целом по планете рост температуры за счет глобального потепления составляет 0,750С за последние 100 лет, то для России этот рост является одним из наибольших на планете и равен 1,290С, а для отдельных ее регионов, таких как Западная Сибирь и Забайкалье достигает 1,50С и 1,650С соответственно по данным главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова [7].
Если до сих пор еще непонятны механизмы потепления современного климата на глобальном уровне, то еще сложнее обстоит ситуация на уровне регионов. Поэтому, чтобы с большей достоверностью говорить о климате будущего, необходимо выяснить, что происходит с изменением климатических характеристик в настоящем и не в среднем по земному шару или по России и в отдельных ее
больших частях, непосредственно на той территории, которая рядом с местом проживания. В данном случае таким объектом исследования явилась Костромская область, а в качестве климатического показателя выбраны суммы осадков в связи с тем, что режим увлажнения на региональном уровне изучен недостаточно, по сравнению с другими климатическими характеристиками. Тем более что ряды наблюдений на территории области являются одними из самых продолжительных на территории России, например, в городе Костроме начало инструментальных наблюдений за осадками началось в 1857 году. Математическим инструментом явились три простые модели временных рядов: базовая модель стационарной выборки и две конкурирующие нестационарные модели линейного тренда и ступенчатых изменений, которые отвечают двум разным откликам климатической системы на внешние воздействия или сразу же откликается или с учетом какого-то периода сопротивления этим воздействиям (триггерный механизм).
Методы исследований
При выполнении работы применялись следующие методы:
- статистические критерии Диксона, Смирно-ва-Граббса, Стьюдента и Фишера для оценки од-
Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 1, 2014
© Тощакова Г.Г., 2014
» Л I £
Рис. 1. Схема размещения пунктов наблюдений за осадками на территории Костромской области
Г-\, мм
80 70 605040 30 20-
Ш.1|>ья
10-
0J
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
Период
Рис. 2. Неоднородный ряд сумм осадков за декабрь по метеостанции Шарьи
нородности экстремумов эмпирических распределений и стационарности средних значений и дисперсий;
- методика восстановления пропусков и приведения непродолжительных временных рядов к многолетнему периоду, основанная на уравнении множественной линейной регрессии между рассматриваемым непродолжительным рядом и более продолжительными рядами в пунктах-аналогах;
- метод оценки эффективности нестационарных моделей по отношению к стационарной, основанный на сравнении остаточных дисперсий моделей; К стандартным характеристикам увлажнения относятся суммы осадков за каждый месяц года и в целом за год. К прикладным климатическим характеристикам режима увлажнения относятся:
- наибольшие в году суммарные месячные осадки;
- наименьшие в году суммарные месячные осадки;
- суммы осадков за зимний сезон;
- сумы осадков за летний сезон;
- суммы осадков за теплую половину года (апрель - октябрь);
- суммы осадков за холодную половину года (ноябрь - март).
Региональная база данных многолетних рядов осадков
За основу формирования региональной базы данных приняты данные месячной дискретности: многолетние ряды сумм месячных осадков, на основе которых были получены суммы осадков за год.
1850 1870
1890 19 10
1930 1950 1970 1990
Рис. 3. Хронологический график сумм годовых осадков по метеостанции Костромы
Е_ 100 CL 90
Л
I
i
1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
Рис. 4. Неоднородные ряды сумм осадков за январь и февраль по метеостанции Костромы
-1000
1960 1965 1970 1975
1985 1990 1995 2000 2005 2010
1960 1965 1970 1975 1980 1985
2000 20)5 2010
Рис. 5. Коэффициенты и параметры пространственной модели годовых сумм осадков
для Костромской области
9 0 0
800
700
6 0 0
500
4 0 0
20 10
На территории Костромской области осадки за весь исторический период наблюдались в 34 пунктах. Причем 32 пункта наблюдений действуют по настоящее время, а всего два были закрыты: Не-рехта - в 1987 г. и Островское - в 1992 г. Схема размещения метеостанций и постов с наблюдениями за осадками приведена на рисунке 1.
Как следует из рисунка 1, пункты наблюдений размещены достаточно равномерно по территории, что создает условия для эффективного восстановления данных по аналогам и последующего пространственного обобщения результатов анализа.
Период наблюдений на метеорологических станциях составляет 75-100 лет, на гидрологических постах - 20-25 лет.
В 1950-1960-х годах была осуществлена замена регистрирующих приборов для измерения осадков (замена дождемера на осадкомер системы Третьякова). Хотя в данные по осадкам и вносились соответствующие поправки, но они могли не полностью исключить неоднородность, когда по дождемеру данные наблюдений были систематически занижены за счет ветрового выдувания, особенно в холодный период года. Поэтому была осуществлена дополнительная проверка однородности рядов наблюдений во времени по критериям Фишера и Стьюдента [9, 11]. Типичный пример неоднородного ряда осадков за декабрь по метеостанции Шарья приведен на рисунке 2. Из графика видно, что примерно с 1957 г. произошло ступенчатое увеличение среднего многолетнего значения.
Отдельно произведена оценка исторических изменений осадков с середины XIX века по дан-
ным наблюдений в Костроме, где начало регулярных наблюдений относится к 1857 г. Хронологический график годовых сумм осадков по метеостанции Кострома приведен на рисунке 3, из которого следует, что средние многолетние годовые осадки также увеличились ступенчато с начала 1950-х годов.
Графики нестационарных рядов осадков за январь и февраль приведены на рисунке 4.
Результаты оценки однородности рядов осадков во времени полностью совпадают с установленным видом моделей их временных рядов:
- ряды месячных сумм осадков в холодный период года (октябрь - февраль) неоднородны из-за смены регистрирующих приборов в начале 1950-х годов;
- моделью рядов месячных сумм осадков теплого периода с марта по сентябрь является стационарная выборка, также как и рядов осадков за месяцы холодного периода и годовых сумм осадков после приведения их к однородным условиям или рассмотрения периода наблюдений с 1960 г.
В связи с тем, что были установлены квазистационарные периоды для осадков (весь период наблюдений для жидких осадков и период с 1960 г. по настоящее время для твердых осадков), за эти периоды были рассчитаны уточненные нормы осадков или средние многолетние значения осадков для каждой станции и построены их пространственные модели.
Статистические пространственные модели были получены для каждой из 19 характеристик режима осадков, но за разные интервалы времени. Так осадки холодного периода (ноябрь - февраль, мини-
Таблица 1
Нормы (средние многолетние) осадков по метеостанциям Костромской области
Метеостанция Ха рактеристика осадков
Р1 Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 Р7 Р8 Р9 Р10
Чухлома 38 30 27 32 51 75 77 70 65 57
Кологрив 37 30 31 34 49 71 83 70 59 62
Пыщуг 43 32 30 35 55 77 78 74 59 63
Вохма 39 29 27 31 50 67 75 68 56 55
Буй 40 32 32 37 52 72 79 78 60 61
Галич 41 31 31 36 50 70 71 71 62 61
Николо-Полома 33 27 30 35 53 81 79 68 60 63
Макарьев 47 37 32 38 53 78 87 66 61 65
Шарья 41 31 28 33 52 77 81 65 57 58
Кострома 37 30 26 32 47 67 73 69 62 60
Метеостанция Ха рактеристика осадков
Р11 Р12 Ргод Рмакс Рмин Рлето Рзима Ртп пер. Рхл пер.
Чухлома 47 45 618 115 16 222 112 426 188
Кологрив 45 45 605 116 14 224 111 425 185
Пыщуг 53 50 651 119 16 226 125 438 213
Вохма 49 44 610 108 15 210 111 403 189
Буй 49 46 629 117 16 229 118 435 199
Галич 48 46 614 110 15 211 118 412 196
Николо-Полома 45 39 (621) 112 (14) 218 99 422 171
Макарьев 55 55 676 119 16 231 138 436 226
Шарья 52 49 637 114 14 223 121 423 201
Кострома 49 45 610 112 14 209 111 405 187
Рис. 6. Пространственное распределение норм годовых осадков (в мм)
Рис. 7. Пространственное распределение норм сумм осадков за лето (в мм)
Рис. 8. Пространственное распределение норм сумм осадков за зиму (мм)
мальные в году, зима, холодный период) и годовые были выбраны с 1960 по 2010 гг., чтобы исключить влияние неоднородности за счет смены приборов. Для остальных осадков теплого периода (март - октябрь, наибольшие в году, лето, теплый период года) ряды были выбраны за весь период наблюдения и восстановленных данных. В качестве примера на рисунке 5 приведены хронологические графики коэффициентов А1 и А0, параметра SЕ а также коэффициентов корреляции (Я) пространственной модели годовых сумм осадков.
Из рисунков следует, что каких-либо направленных тенденций увеличения или уменьшения рассматриваемых характеристик не наблюдается. Имеют место лишь циклические колебания, причем асинхронные для коэффициентов А1 и А0. Между коэффициентами и параметрами пространственной модели установлены следующие соотношения:
А0=-652.1А1 + 652.4, г=0.989 (1)
A=2.289R + 0.0035, г=0.911, (2)
где г - коэффициент корреляции зависимостей между переменными.
Из уравнения (1) следует, что между коэффициентами А1 и А0 существует практически функциональная обратная связь, свидетельствующая о том, что чем больше пространственный градиент поля осадков, тем меньше их средние территориальные значения. Иными словами, если в данный год ожидаются большие осадки, то они равномерно распределены по территории и пространственный градиент практически отсутствует, а если осадков в среднем немного, то условия их выпадения по территории области неравномерны: в одних местах наблюдается много осадков, в других - мало, что приводит к увеличению пространственного градиента. Уравнение (2) характеризует тесную линейную взаимосвязь между пространственным градиентом и коэффициентом корреляции уравнения, связывающее среднее многолетнее поле осадков и поле конкретного года. Поэтому, если связь между средним полем и полем данного года высокая, то и градиент будет большой, а параметр Sе, характеризующий внутреннюю неоднородность поля, - маленький. Если же поле осадков данного года имеет большую внутреннюю неоднородность, то тогда и градиент (А1) маленький и связь со средними многолетними территориальными условиями слабая.
Примеры полученных пространственных закономерностей рассчитанных норм осадков суммарных за год, за лето и зиму приведены на рисунках 6-8.
Из трех пространственных распределений наиболее равномерным является распределение норм годовых осадков (рис. 6) с наибольшими осадками в центральной и южной частях и с наименьшими -на севере, востоке и западе. Нормы годовых осадков изменяются по территории почти на треть: от
572 мм до 724 мм. Крайне неравномерными по территории являются распределения норм летних и зимних осадков. Так летние осадки (рис. 7) минимальны на западе и востоке области, хотя есть локальный минимум в центральной южной части территории. Летние осадки варьируют по территории несущественно, всего на 10-13%: от 206 мм до 234 мм, в среднем составляют 220 мм. Наименьшие зимние осадки наблюдаются в большей степени в западной части территории области (рис. 8), хотя распределены крайне неравномерно, изменяясь от 96 мм до 153 мм, т.е. почти на 60%. Поэтому по территории меньше всего изменяются летние осадки, а больше всего зимние, хотя их пространственные распределения значительно менее однородны по сравнению с распределением годовых осадков.
Анализ и моделирование осадков позволило установить, что их ряды являются практически стационарными, а нестационарность осадков холодного периода года обусловлена сменой регистрирующих приборов в 1950-х годах, на который дополнительно накладывается естественный период снижения осадков в 1940-1950-е годы. Из 646 рядов различных характеристик осадков нестационарные модели имеют место только в 8 случаях или для 1% от общего их числа. Все нестационарности относятся к 4 метеостанциям (Вохма, Ма-карьев, Нерехта и Кологрив), причем в 4 случаях нестационарные модели имеют место для станции Вохма (твердые и жидкие осадки), а в двух (твердые и годовые) - для станции Макарьев.
Полученные региональные закономерности параметров пространственных моделей осадков свидетельствуют о том, что чем больше средние региональные осадки, тем меньше пространственный градиент и тем меньше внутренняя неоднородность поля.
В целом, проведенное исследование позволило установить что осадки на территории Костромской области пока остаются практически стационарными.
Библиографический список
1. Анисимов О.А., Белолуцкая М.А., Лобанов В.А. Современные изменения климата и природной среды в области высоких широт Северного полушария // Метеорология и гидрология. - 2003. -№ 1. - С. 18-30.
2. Богданова Э.Г., Ильин Б.М., Драгомило-ва И.В. Опыт применения усовершенствованной методики корректировки суточных сумм осадков в различных климатических условиях // Труды ГГО. - Вып. 551. - 2003. - С. 23-50.
3. ГрузаГ.В., Клещенко Л.К., Ранькова Э.Я. Об изменениях температуры воздуха и осадков на территории СССР за период инструментальных наблюдений // Метеорология и гидрология. - 1977. -№ 1. - С. 66-185.
4. Лобанов В.А., Шадурский А.Е. Применение эмпирико-статистических методов для моделирования и анализа климатических изменений // Ученые записки РГГМУ - 2010. - № 14. - С. 73-88.
5. Малинин В.Н. Статистические методы анализа гидрометеорологической информации: учебник. - СПб.: изд-во РГГМУ, 2008. - 408 с.
6. Мелешко В.П. и др. Возможные антропогенные изменения климата России в XXI веке: оценки по ансамблю климатических моделей // Метеорология и гидрология. - 2004. - № 4. - С. 38-49.
7. Мелешко В.П., Катцов В.М., Мирвис В.М., Говоркова В.А., Павлова Т.В. Климат России в XXI веке. Ч. 1. Новые свидетельства антропогенного воздействия на климат и новые возможности оценки его изменений на территории России // Метеорология и гидрология. - 2008. - № 6. - С. 5-19.
8. Платова Т.В. Климатическая характеристика некоторых показателей экстремальности температуры приземного воздуха и атмосферных осадков на территории России // Использование и охрана природных ресурсов в России. - 2007 - № 1. -С. 38-47.
9. Рекомендации по статистическим методам анализа однородности пространственно-временных колебаний речного стока. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 78 с.
10. Росгидромет, 2008: Первый оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации.
11. СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. - М.: Госстрой России, 2004. - 73 с.
12. Школьник И.М., Мелешко В.П., Катцов В.М. Возможные изменения климата на европейской части России к концу 21 века: расчет с региональной моделью ГГО // Метеорология и гидрология. -2006. - № 3. - С. 5-16.
13. Lobanov V.A., Lobanova H. V. Trends in cold climate characteristics // Urban Drainage in specific Climates in Cold Climate // IHP-V, Technical Documents in Hydrology. - № 40. - Vol. II. - Paris: UNESCO, 2000. - P. 171-199.
14. Lobanov V.A. Empirical-statistical methodology and methods for modelling and forecasting of climate variability of different temporal scale // Advances in Atmospheric Sciences. - Beijing: Science Press, 2001. - P. 844-863.
15. Lobanov V.A. Application of models of nonstationary processes for hydrological computations // IHP-V, Technical Documents in Hydrology. - № 9. - Paris: UNESCO Publ., 1999. -P. 155-164.
