ДИАГНОСТИКА И ПРОГНОЗ ВЛИЯНИЯ ГЛОБАЛЬНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ОСЦИЛЛЯЦИЙ НА АКТИВНОСТЬ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ УРАГАНОВ

Актуальность и научная новизна решаемых задач
◊ Впервые экспериментальные данные, накопленные за период около 20 лет, позволяют выявить основные особенности короткопериодных изменений климата Земли, связанных с аномалиями глобального перераспределения составляющих радиационного баланса.
◊ На основе анализа характеристик уходящего излучения Земли и основных осциллирующих компонентов климата может быть исследована возможность решения одной из наиболее актуальных задач построения математической пространственно-временной модели, позволяющей осуществлять диагностику и прогноз аномальных природных явлений и, в первую очередь, мощных тропических циклонов (тайфунов).

Аномальные климатические изменения в конце ХХ века
Реконструированный временной ход длинноволновой составляющей радиационного баланса Земли в экваториальной зоне (± 20°) за последние 18 лет и основные аномальные природные явления за этот период.

Аномальные климатические изменения в конце ХХ века
Совместная эволюция аномалий коротковолновой и длинноволновой составляющих РБЗ относительно базового периода 1984-1989 гг.

Аномальные климатические изменения в конце ХХ века

Особенности циклогенеза северо-западной акватории Тихого океана
Начальная стадия развития ТЦ
Заключительная стадия существования ТЦ

Особенности циклогенеза северо-западной акватории Тихого океана

Особенности циклогенеза северо-западной акватории Тихого океана

Количество наблюдений тайфунов с 1945 по 2002 год в каждой пространственной ячейке разрешения (3°× 3°).
Особенности циклогенеза северо-западной акватории Тихого океана

Иерархический байесовский подход
Статистический анализ климатологии тропических ураганов должен учитывать пространственную изменчивость частоты их появления, авторегрессионные члены, и полный набор климатических факторов, влияющих на возникновение и эволюцию этих природных явлений (характеристики уходящего излучения, индексы основных осцилляций климата и т.п. ).
Принципиальная идея подхода к построению иерархической модели заключается в поэтапном решении сложной статистической задачи.
При этом подходе сложные структуры описания процесса представлены набором условных моделей, формально связанных между собой вероятностными правилами. Байесовский формализм позволяет оценить характеристики пространственно-временной изменчивости скрытого динамического процесса, ответственного за частоту появления ураганов.
Байесовские модели позволяют успешно интегрировать данные различных информационных источников.
В результате иерархическая модель дает апостериорное распределение пространственно-временных характеристик ураганов. Вычисление апостериорного распределения для сложной модели сопряжено со значительными вычислительными трудностями в связи большой размерностью задачи. И хотя непосредственно вычислить апостериорное распределение часто не представляется возможным, результат можно получить путем моделирования, используя вычислительный алгоритм цепей Маркова - Монте-Карло (МСМС).

Первый уровень: модель данных [данные | процесс, параметры]
Второй уровень: модель процесса [процесс | параметры]
Третий уровень: модель параметров [параметры]
Иерархическая модель

Погрешность оценки
Пространственное расположение значимых значений (с вероятностью 95%)
Пространственные характеристики основных параметров модели
Авторегрессия

Пространственные характеристики основных параметров модели
Погрешность оценки
Пространственное расположение значимых значений (с вероятностью 95%)
Индекс Южного колебания

Пространственные характеристики основных параметров модели
Погрешность оценки
Пространственное расположение значимых значений (с вероятностью 95%)
Индекс Северо-Атлантического колебания

Прогноз интегральной характеристики УДР в области зарождения тайфунов с помощью метода главных осциллирующих образов (РОР)
Прогноз годового количества тайфунов
Для выделенной области зарождения тайфунов в западной части Тихого океана была установлена статистическая значимость региональных характеристик УДР, как оптимальных предикторов годового количества тайфунов в исследуемой области.

Прогноз количества тайфунов на ближайшие 5 лет
Прогноз годового количества тайфунов
Валидация полученных результатов прогноза количества тайфунов на основе сопоставления с данными независимых наблюдений за трехлетний период показывает, что средняя относительная точность прогноза составляет около 10%.