Сверхдолгосрочный прогноз ледовитости Японского моря

Для целей долгосрочного планирования несомненный интерес представляет фоновый долгосрочный и сверхдолгосрочный прогноз ожидаемого количества льда на той или иной акватории региона, на основании которого можно уже делать определенные заключения о возможном характере развития ледовых процессов в наиболее перспективных районах и пытаться детализировать прогноз. При прогнозах большой заблаговременности (год и более), как правило, трудно отыскать внешние по отношению к ледяному покрову предикторы, обладающие достаточной информативностью, поэтому наиболее перспективным путем построения моделей долгосрочного и сверхдолгосрочного прогноза является поиск скрытых периодичностей в самом прогнозируемом процессе и их использование при разработке прогностических рекомендаций. Накопленный многолетний ряд наблюдений за ледовитостью Японского моря позволил выделить в общем процессе изменчивости ледовитости ряд скрытых периодичностей, оптимальная суперпозиция которых и сделала возможным осуществить экстраполяцию этого процесса.

Алгоритм прогноза

Прогноз осуществляется по формуле:

Здесь i = 0, 1, ..., N-1, а Р - количество выделенных гармоник, a, b - коэффициенты Фурье, вычисляемые методом наименьших квадратов.

где n = 3, ...., N, а N - длина ряда. Амплитуда той или иной гармоники соответственно рассчитывается:

Все гармоники ранжировались по величине амплитуды. Для дальнейшего анализа и прогноза отбиралась совокупность гармоник, удовлетворяющих условию:

где R - доля (%) размаха временного ряда, определяющая количество учитываемых гармоник, то есть подробность восстановления многолетнего хода ледовитости.

Анализ результатов прогноза

Используя предложенный алгоритм, была сделана попытка фонового прогноза ледовитости Японского моря на период с 1991-1992гг.до 1994-1995гг. Учитывая постоянный приток информации о ледовом состоянии морей, оптимальной является процедура прогноза на год вперед с последующим включением данных прошедшего года в архив информации, но в принципе, модель не ограничивает заблаговременность прогноза. Используя данные возможности, по данным с 1960 по 1991 гг. (обучающая выборка) была рассчитана средняя месячная ледовитость дальневосточных морей на 1992-1996 гг. (проверочная выборка), то есть, был получен ряд прогнозов с заблаговременностью один год (зима 1992-1993гг.), с заблаговременностью два года (зима 1993-1994гг.) и т.д. до заблаговременности четыре года (зима 1995-1996гг.). Здесь же приведены оценки метода на зависимом материале (обеспеченность прогнозов), а также аналогичные оценки (оправдываемость прогнозов) на независимом материале (за период 1992-1995 гг.). Все расчеты выполнялись для R = 5%, то есть учитывалось около 95% изменчивости исходного процесса. Количество отбираемых гармоник при такой точности прогноза варьировалось от 5 до 9.

Оценки обеспеченности прогностических рекомендаций на зависимом материале (данные за 1960-1990 гг., включительно) в основном не опускались ниже 73%-го уровня, а в ряде случаев и значительно превышали его. Средняя оправдываемость же прогнозов на независимом материале (данные за 1991-1996 гг.), как и следовало ожидать, оказалась несколько ниже и в среднем составила 71%, что, впрочем, для сверхдолгосрочных прогнозов является достаточно хорошим показателем. Наиболее низкие оценки прогнозов падают на начальный период, когда льда еще мало и ледовые процессы отличаются крайней неустойчивостью. В дополнение к этому следует отметить, что обеспеченность климатологических прогнозов составляет около 59%, т.е. эффективность метода достаточно очевидна. Здесь следует отметить, что основные ошибки прогнозов, а следовательно и понижение оправдываемости, связаны с аномальностью ледовых процессов, наиболее ярко проявившиеся на Охотском море, а, учитывая связность ледовых процессов - и на всем дальневосточном бассейне, в зимы 1994-1995 гг. В эти годы активное развитие ледовитости продолжалось лишь до середины февраля, после чего количество льда в море резко уменьшилось, что, как оказалось при дальнейшем анализе, по-видимому, связано с трансформацией основных центров действия атмосферы северного полушария и, в частности - тихоокеанского максимума и алеутской депрессии. Тем не менее, базируясь на полученных оценках можно предполагать, что в целом предложенная схема прогноза достаточно адекватно отражает многолетнюю изменчивость ледовитостей морей дальневосточного бассейна и может быть использована при решении прикладных задач долгосрочного планирования морских операций.