Введение.
Для анализа состояния и характеристик засухи в данной работе используется Standardized Precipitation Index (SPI) [1].
Индекс широко применяется для мониторинга засухи и определения состояния климата в большинстве стран мира:
- США - Национальный Центр Контроля Засухи (National Drought Mitigation Center, NDMC), Западный Региональный Центр контроля Климата (Western Regional Climate Center, WRCC). Оперативная карта распределения основных характеристик осадков и индексов засухи, в том числе и SPI доступна в Интернете (http: //www.wrcc.dri. edu/spi/spi.html);
- Европа - Drought Management Centre for Southeastern Europe (DMCSEE) организован в 2007г и объединяет 13 стран юговосточной Европы (Албанию, Боснию и Герцеговину, Болгарию, Ховатию, Грецию, Венгрию, Молдову, Румынию, Словению, Турцию, Сербию, Македонию, Черногорию). Основное направление работы – мониторинг, оценка рисков и уязвимостей, связанных с засухой. Издается ежемесячный бюллетень (Drought Ьи11еţт).Сайт - www.dmcsee.org.
- Австралия - Австралийское бюро метеорологии (the Bureau of Meteorology is Australia's) созданно в 1995г. Направление исследований – анализ характеристик засухи, мониторинг, прогноз. Сайт - http://www.bom.gov.au/.
Выбор индекса SPI для анализа динамики засухи основан на ряде преимуществ в расчете и использовании индекса. Для вычисления индекса необходим минимальный набор данных – количество осадков за достаточно длительный интервал времени. Индекс нормализован, что позволяет проводить как пространственно-временной, так и сравнительный анализ динамики засухи для произвольных регионов. Индекс может быть определен на широкой временной шкале – от одного до 24 месяцев, что позволяет исследовать как кратковременные, так и долговременные проявления засухи. Индекс позволяет прогнозировать
развитие динамики засухи по заданным параметрам осадков.
Методика определения индекса SPI.
SPI индекс основан на оценке вероятности осадков для любого интервала времени [1]. Индекс зависит от функции распределения, выборки, используемой, чтобы оценить параметры распределение, и на методе оценки. Алгоритм расчета индекса приведен в работе [2].
Ежемесячные данные по осадкам преобразуют (моделируют) с использованием статистического распределения. Используется гамма- распределение, функция плотности вероятности которого определена как: g(х) = 1 x' e¯x/ß для X>0 (1)
g ( Х ßɑГ(ɑ)
105
Для расчета индекса SPI, рассматриваются временные интервалы - 1-, 3-, 6-,9-, 12-, 24- и 48- месяца. В [1] определен критерий «значения засухи» для любых периодов времени. Засухой считается любой период, когда SPI непрерывно отрицательно, и достигает величины -1 или меньше. Аккумулированные значения SPI в пределах продолжительности засухи также можно рассматривать как мощность (величину) засухи.
Экспериментальные данные.
В работе используются экспериментальные данные по измерению ежедневных осадков на метеорологических станциях Республики Казахстан.
Используются метеорологические данные по осадкам для 20 метеостанций РК и периода 1950-2010гг. Данные перекрывают всю территорию Казахстана. Анализ однородности метеорологических данных по осадкам, способы коррекции данных, ошибки измерений рассмотрены в [8]. Используются метеоданные сайта ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/gsod. Результаты и выводы.
Проведен расчет индекса SPI по указанным данным . Для расчета использовались временные интервалы SPI – 1- 3-, 6-, 12- месяцев. Данные расчета по отдельным метеостанциям для 2010г. приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Индекс SPI для метеостанции #35229 Актобе и ##28952Костанай ( 2010г-расчет по периодам).
месяц |
#35229 Актобе |
#28952 Костанай |
||||
1-месяц |
3-месяца |
6 месяцев |
1-месяц |
3-месяца |
6 месяцев |
|
1 |
-0.52 |
0.6 |
0.45 |
0.87 |
0.71 |
0.01 |
2 |
0.66 |
-0.02 |
0.02 |
-0.34 |
1.16 |
-0.38 |
3 |
0.64 |
0.35 |
0.52 |
0.64 |
0.51 |
0.3 |
4 |
0.6 |
0.78 |
0.79 |
-0.83 |
-0.56 |
0.08 |
5 |
-2.77 |
-0.24 |
-0.29 |
-0.76 |
-0.86 |
0.08 |
6 |
-1.57 |
-1.32 |
-0.75 |
-2.09 |
-2.23 |
-1.35 |
7 |
-1.58 |
-3.38 |
-1.12 |
-0.11 |
-1.29 |
-1.37 |
8 |
-1.13 |
-1.65 |
-1.18 |
-1.26 |
-1.6 |
-1.85 |
9 |
0 |
-1.42 |
-1.49 |
-0.88 |
-1.36 |
-2.28 |
10 |
-0.32 |
-1.05 |
-1.65 |
-1.29 |
-2.54 |
-2.47 |
11 |
0.82 |
0 |
-1.37 |
1.32 |
-0.53 |
-1.72 |
12 |
0.68 |
0.4 |
-0.81 |
0.28 |
0.17 |
-1.16 |
Рисунок 1а - Временное изменение индекса
Динамика индекса SPI имеет достаточно сложное и неравномерное временное изменение. Более информативно пространственное распределение рассчитанных изолиний значений индекса SPI по регионам РК (июнь 2010г, интервал расчета 1 месяц) приведенное на рис.3. Сопоставительный анализ динамики индекса SPI для регионов РК за июль 2010г. приведен на рис.2 (временной интервал – 1 месяц). Однозначно выделяется существенная засуха, особенно в Западном и Центральном Казахстане (SPI ~ -2.0). Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что индекс SPI в достаточной мере характеризует динамику изменения состояния засухи по регионам РК. Имеющиеся метеорологические данные, позволяют проводить анализ только в целом по областям Казахстана. Для большей детализации, в частности анализа пространственного распределения индекса SPI по отдельным районам регионов РК, необходимы данные за длительный интервал времени (~50 лет) по районам соответствующих регионов.
Индекс SPI позволяет прогнозировать развитие засухи как в краткосрочной (1-2 месяца), так и среднесрочной перспективе (3-4 месяца). Прогноз засухи может основываться на данных по осадкам прогностических моделей атмосферных процессов.
Методика, изложенная в данной работе, полученные результаты, программы адаптированные для расчета и визуализации распределения индекса SPI позволяет реализовать разработку сайта мониторинга засухи для Республики Казахстан.
Литература
- McKee, T.B., Doesken, N.J. and Kleist, J. (1993). The relationship of drought frequency and duration to time scale. In: Preprints Eighth Conference on Applied Climatology, American Meteorological Society, Anaheim (CA), 17-22 January 1993. AMS, p. 179-184.
- Hayes, M.J., Alvord, C. and Lowrey, J. (2007). Drought indices. Intermountain West Climate Summary, 3(6): 2-6.
- Edwards D.C., McKee T.B. (1997). Characteristics of 20th century drought in the United States at multiple timescales. Colorado State University: Fort Collins. Climatology Report No. 97-2.
- Thom H.C. (1958). A note on the gamma distribution. Monthly Weather Review 86: 117–122.
- Wilks D.S. (1995). Statistical Methods in the Atmospheric Sciences. Academic Press: London. Copyright. – Р. 45.
- Press W.H., Flannery B.P., Teukolsky S.A., Vetterling W.T., (1986). Numerical Recipes. Cambridge University Press: Cambridge.- Р 189.
- Abramowitz M., Stegun A., (1965). Handbook of Mathematical Formulas, Graphs, and Mathematical Tables. Dover Publications, Inc.: New York.
- Богданова Э. Г., Ильин Б. М., Драгомилова И. В. (2003). «Опыт применения усовершенствованной методики корректировки суточных сумм осадков в различных климатических условиях», 2003,Труды ГГО, вып. 551, с. 23–50.