Исследование пространственно-временной динамики засухи по регионам Казахстана на основе индекса SPI

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

  1. 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.
  2. Hayes, M.J., Alvord, C. and Lowrey, J. (2007). Drought indices. Intermountain West Climate Summary, 3(6): 2-6.
  3. 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.
  4. Thom H.C. (1958). A note on the gamma distribution. Monthly Weather Review 86: 117–122.
  5. Wilks D.S. (1995). Statistical Methods in the Atmospheric Sciences. Academic Press: London. Copyright. – Р. 45.
  6. Press W.H., Flannery B.P., Teukolsky S.A., Vetterling W.T., (1986). Numerical Recipes. Cambridge University Press: Cambridge.- Р 189.
  7. Abramowitz M., Stegun A., (1965). Handbook of Mathematical Formulas, Graphs, and Mathematical Tables. Dover Publications, Inc.: New York.
  8. 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.
Год: 2011
Город: Костанай