Анотація до роботи:

Сєрга Е.М. Відгуки аномалій характеристик клімату України у зимовий період на процеси взаємодії в системі „атмосфера - океан” у Північній Атлантиці. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук. - Спеціальність 11.00.09 – метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. –Одеський державний екологічний університет, Одеса, 2004.

До задачі встановлення зв'язку між процесами взаємодії в системі «атмосфера - океан» і аномаліями відгуків характеристик клімату України адаптована фізико-статистична модель, яка ґрунтується на нелінійних рівняннях регресії третього ступеня зі зворотними зв'язками.

З метою стискання інформації у вихідній виборці був застосований факторний аналіз. В часових рядах факторів, що впливають, за допомогою перетворень Фур'є у вікні Гиббса виявлені статистично значущі періодичності. Для визначення трендових компонентів зроблене згладжування часових рядів по 5-річному періоду на підставі змінного осереднення і косинус фільтра.

З використанням розробленого в процесі дослідження нового методу кластерного аналізу територія України була розподілена на кліматично однорідні регіони. Виконано перевірку адекватності моделі. Проведено ряд експериментів, які показують істотне розходження у відгуках характеристик регіональних кліматів України.

Було виявлено, що отримані в експериментах дані варто розглядати як можливі тенденції кліматичних змін при розвитку різних сценаріїв зміни температури поверхні океану, температури повітря, великомасштабних циркуляційних процесів в атмосфері над акваторією Північної Атлантики.

Промодельовані наслідки гіпотези «спускового гачка» для території України: зниження температури поверхневих шарів води в Північній Атлантиці внаслідок збільшення інтенсивності танення льодів Арктики і Гренландії як результату підвищення глобальної температури повітря.

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється у дослідженні характеру відгуків у різних регіонах України на процеси тепло- і вологообміну та особливостей циркуляційних процесів у Північній Атлантиці і яке дає можливість зробити такі висновки:

1. Здійснено адаптацію стосовно до поставленої задачі статистичної моделі у вигляді системи поліномів третього ступеня зі зворотними зв'язками. Як вихідні параметри моделі обрано чотири основних характеристики регіонального клімату: середньомісячна загальна кількість хмарності, місячна кількість опадів, середньомісячна температура повітря і середньомісячне значення масової частки водяної пари.

2. Фізичний аналіз процесів, які впливають на формування клімату Європи та України, у тому числі, показав, що як впливи на вході моделі доцільно використовувати такі фізичні величини: середньомісячні значення температури поверхневих шарів води, температури повітря, різниці температур „повітря-вода”, швидкості вітру, географічну широту і довготу центрів азорського максимуму та ісландського мінімуму, різниці тиску в центрах дії, індекси Північноатлантичного, Північнотихоокеанського коливань та Ель-Ніньо - Південного коливання. Для опису в моделі особливостей тепло- і вологообміну в різних широтах Північної Атлантики використані температурні характеристики та швидкості вітру в пунктах розташування дев'яти кораблів погоди. Для визначення параметрів моделі на її вході формувалися вибірки для грудня, а на виході - для січня і лютого.

3. З метою стискання інформації про температурно-вітрові характеристики в кожному з розглянутих районів акваторії Північної Атлантики був застосований факторний аналіз, що дозволило отримати загальні фактори та їх ваги в розглянутій змінній. Аналіз часових рядів загальних факторів показав, що в період з 1953 по 1992 рр. у високих широтах Північної Атлантики виявляється тренд зниження температури поверхневих вод і тренд збільшення температури повітря і, відповідно, різниці температур „повітря-вода”. На тренди накладаються 2-3 річні періодичності, які добре виявляються, а також коливання з періодом від 5 до 15 років. Коливання з такими ж періодами виявлені й в часових рядах географічних координат центрів азорського максимуму та ісландського мінімуму, різниці тиску в цих центрах, часових рядах індексів ПАК, ПТК і ЕНПК.

4. Для об'єктивного кліматичного районування України по кліматичних особливостях регіонів був застосований розроблений автором «Універсальний адаптивний ітераційний метод кластерного аналізу (УАІМКА)». Його перевагою є те, що він не вимагає як в інших відомих алгоритмах, наприклад ІСОМАД, завдання гіпотетичних кластерів та їх гіпотетичних центрів.

5. За допомогою методу кластерного аналізу УАІМКА, на базі даних 33-х метеорологічних станцій, що рівномірно розподілені по території, були виділені регіони (кластери) з подібними характеристиками середньомісячної загальної кількості хмарності, місячної кількості опадів, середньомісячної температури повітря і середньомісячного значення масової частки водяної пари, а також побудовані узагальнені кластери, яких у січні виявилося п'ять, а в лютому – чотири. Для цих узагальнених кластерів розраховані їх центри, що являють собою для кожного кластера систему з чотирьох сорокавимірних векторів. Вони й склали нарівні з векторами факторів, що впливають, основу для розрахунку параметрів моделі.

6. Відповідно до алгоритму, що наданий у дисертаційній роботі, розраховані коефіцієнти системи регресійних рівнянь моделі для січня і лютого. З урахуванням внеску кожного фактора в загальну дисперсію відгуку за критерієм Фішера здійснювалась оцінка статистичної значущості при заданій довірчій імовірності 0,8 для коефіцієнтів при лінійних і квадратичних членах і довірчій імовірності 0,9 для коефіцієнтів при третіх ступенях. Це дозволило здійснити добір статистично значущих факторів, що впливають, для кожного з чотирьох відгуків. Виявилося, що рівняння для кожного відгуку і для кожного кластера мають різну структуру.

7. Для кожного з відгуків з метою дослідження ступеня адекватності моделі розраховані множинні коефіцієнти кореляції. Множинні коефіцієнти кореляції для всіх модельних відгуків виявилися статистично значущими. Цей факт і високі значення коефіцієнтів кореляції підтверджують, що побудовані математичні моделі мають необхідний ступінь адекватності. Через те, що в більшості випадків множинні коефіцієнти кореляції для лютого мали більші значення, ніж для січня, подальші чисельні експерименти на моделях проводилися безпосередньо для лютого.

8. Чисельні експерименти проводилися для декількох планів. У першому з них розглядалися дві можливі ситуації розподілу температурного режиму поверхневих вод, температури повітря в приводному шарі і швидкості вітру в грудні в акваторії Північної Атлантики при різних циркуляційних умовах, що визначаються положенням та інтенсивністю центрів дії. Ці ситуації відповідають сучасним умовам потепління клімату, що спостерігається. Чисельні експерименти показали, що відгуки на ці ситуації в різних регіонах України істотно відрізняються. Із двомісячною післядією найбільш чуттєвими до процесів, що розвиваються в Північній Атлантиці, є кліматичні характеристики в західному регіоні України і найменш - у південному регіоні.

У чисельному експерименті проаналізований сценарій можливого похолодання глобального клімату, у якому сучасне потепління клімату розглядається як «спусковий гачок» для похолодання. Показано, що післядії для регіональних кліматів виявляться вкрай негативними, особливо для південного, західного і центрального регіонів України.

Публікації автора:

1. Школьный Е.П., Серга Э.Н. Факторный анализ характеристик, определяющих взаимодействие атмосферы и океана в акватории Северной Атлантики // Міжвідомчий науковий зб. України: Метеорологія, кліматологія та гідрологія. – 2002. – Вип.45. – С.25-30.

2. Школьный Е.П., Серга Э.Н., Хохолькова Е.А. Исследование откликов климатических характеристик на территории Украины на процессы в системе «атмосфера-океан» Северной Атлантики // Міжвідомчий науковий зб. України: Метеорологія, кліматологія та гідрологія. – 2002. – Вип.46. – С.13-24.

3. Серга Э.Н. Универсальный адаптивный итерационный метод кластерного анализа // Міжвідомчий науковий зб. України: Метеорологія, кліматологія та гідрологія. – 2003. – Вип.47. – С.83-89.

4. Сєрга Е.М. Результати чисельних експериментів по статистичній моделі динаміки клімату України // Міжвідомчий науковий зб. України: Метеорологія, кліматологія та гідрологія. – 2004. – Вип.48. – С.25-35.

5. Серга Э.Н. Факторный анализ характеристик, определяющих взаимодействие атмосферы и океана // Тези доповіді Наук. конф. молодих вчених. – Одеса. – 2001. – С.15.