География и геология/2. Наблюдение, анализ и прогнозирование метеорологических условий

к.г.н. Затула В.І. ¹, к.ф.-м.н. Затула Н.І. ²

¹ Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна

² Національний авіаційний університет, Україна

Показник нерівномірності випадіння атмосферних опадів

на основній частині рівнинної території України

Для дослідження ступеня нерівномірності річного розподілу атмосферних опадів обрано основну частину рівнинної території України (за винятком степового Криму), яка охоплює понад 90 % її загальної території. Обґрунтування виділення цього регіону у такому складі представлено в [2]. Тут зосереджено 145 із 187, або 77,5 % найважливіших метеорологічних станцій країни.

У якості базового періоду дослідження використано стандартний кліматологічний період 1961-1990 рр. Необхідні для нього матеріали (ряди середньої місячної і річної кількості атмосферних опадів) опрацьовувалися з допомогою стандартних засобів графічного і регресійного аналізу, реалізованих в пакеті програм "Microsoft Excel".

Ступінь рівномірності випадіння атмосферних опадів протягом року оцінювався за допомогою індексу [3]

(1)

де  – показник нерівномірності (або показник періодичності) річного розподілу атмосферних опадів (у відсотках);  – середня кількість атмосферних опадів за -й місяць (мм);  – середня річна кількість опадів (мм).

У межах району дослідження показник нерівномірності випадіння опадів змінювався від 10,0 % (Стрілкове Херсонської обл.) до 36,8 % (Чортків Тернопільської обл.) і пересічно становив 22,9 %. Майже на 58 % метеорологічних станцій і постів показник дорівнював 15-25 %. Ще на 31 % станцій він коливався від 25 до 35 %.

Вплив фізико-географічних умов на показник періодичності річного розподілу атмосферних опадів оцінювався з допомогою методів регресійного аналізу – парного і множинного. Метод парної лінійної регресії використовувався для оцінки залежності ступеня нерівномірності випадіння атмосферних опадів від окремих складових географічного положення метеорологічної станції – її довготи (, град.), широти (, град.), абсолютної висоти (, м н.р.м.) та середнього ступеня закритості горизонту (, град.), а метод множинної лінійної регресії – від фізико-географічних умов розташування метеорологічних станцій в цілому.

Однофакторну залежність між розглядуваними величинами можна представити у вигляді

,

(2)

де  – показник нерівномірності річного розподілу атмосферних опадів;  – досліджуваний фактор впливу (довгота, широта, висота над рівнем моря, або середній ступінь закритості горизонту); і  – деякі сталі, значення яких визначається методом найменших квадратів .

Тіснота залежності розглядуваних величин оцінювалася за допомогою коефіцієнта детермінації , який задається співвідношенням частини варіації, зумовленої досліджуваним фактором впливу, до загальної варіації залежної величини. Чим ближче цей показник до одиниці, тим тіснішою є дана залежність [1].

Результати парного регресійного налізу представлено в табл. 1.

Таблиця 1. Параметри рівняння лінійної регресії, що описують

залежність показника нерівномірності випадіння атмосферних опадів

від окремих елементів географічного положення для основної частини

рівнинної території України (за винятком степового Криму)

Елемент географічного положення	Кількість метеорологічних станцій	Параметри рівняння лінійної регресії
Географічна довгота	145	-1,2224	61,921	0,567
Географічна широта	145	1,9628	-73,199	0,283
Висота над рівнем моря	145	0,0497	15,652	0,438
Середній ступінь закритості горизонту	140	0,2198	21,386	0,015

Як видно з табл. 1, на більшій частині території України показник нерівномірності річного розподілу атмосферних опадів з віддаленням від Атлантичного океану зменшується більш як на 1 % на 1° довготи. Велике значення коефіцієнта детермінації () вказує на значну тісноту цієї залежності. Вплив географічної широти на рівномірність випадіння атмосферних опадів помітно слабший ().

Як відомо, зі зростанням широти в помірних широтах зазвичай зростає і гумідність клімату. Одним із проявів гумідності клімату є рівномірність випадіння атмосферних опадів протягом року. Саме тому в розглядуваному регіоні зі зростанням широти показник збільшується із середньою швидкістю ≈2 % на 1° широти, тобто в 1,6 разів швидше, ніж зменшується цей самий показник з віддаленням від Атлантики.

Закономірним є також збільшення загального зволоження і посилення океанічності клімату з висотою. При цьому велику роль відіграє орієнтація схилів височин щодо вітрів, якими переноситься волога (підвітряні і навітряні схили). У нашому випадку вплив цього чинника виявляється у зростанні ступеня нерівномірності випадіння атмосферних опадів з висотою (додатне значення параметра ). У межах розглядуваного регіону країни відповідний параметр рівняння лінійної регресії становить близько 5 % на 100 м висоти при коефіцієнті детермінації . Важливо, що коефіцієнт детермінації розглядуваного рівняння регресії поступається тільки коефіцієнту детермінації для географічної довготи.

Регресійний аналіз вказує також на слабку тенденцію () до зростання показника при збільшенні середнього ступеня закритості горизонту . Цей зв'язок виявився найслабшим з усіх.

Застосування методики множинного регресійного аналізу щодо вихідної інформації на території України в цілому дозволило побудувати трифакторну модель регресії:

(3)

де  – показник нерівномірності річного розподілу атмосферних опадів, %; і  – географічні координати (довгота і широта) метеорологічної станції, град.;  – висота над рівнем моря, м.

Коефіцієнт детермінованості рівняння регресії (3) дорівнює 0,749, що вказує на тісний зв'язок між чинниками впливу і залежною від них величиною показника нерівномірності річного розподілу атмосферних опадів. Висновок щодо невипадковості виявленого взаємозв’язку між залежною і незалежними величинами підкріплюється і високим значенням -статистики (140,0). Обчислені емпіричні значення -статистики значно перевищують критичний рівень цієї статистики (1,977) для рівня значущості і вказують на статистичну значущість отриманих коефіцієнтів та корисність усіх змінних для практичного використання запропонованої моделі. Разом з тим, значення сталої -перетину рівняння множинної регресії є статистично значущим тільки для рівня значущості , оскільки воно обчислюється з відчутною похибкою (16,3±9,4).

Середня абсолютна похибка оцінки показника за рівнянням множинної лінійної регресії дорівнює 2,55, а середня відносна похибка – 12,1 %.

Побудувавши нормовану модель множинної регресії [1], вдалося оцінити ступінь впливу окремих елементів географічного положення на показник . З’ясувалося, що внесок географічної довготи у загальну дисперсію показника нерівномірності випадіння атмосферних опадів протягом року на основній частині рівнинної території України (за винятком степового Криму) за моделлю регресії (3) найбільший – 51,3 %. Внесок висоти над рівнем моря становить 32,6 %, географічної широти – 16,1 %.

Висновки. Представлені вище результати дослідження дозволяють сформулювати деякі висновки. Ступінь нерівномірності випадіння атмосферних опадів протягом року може використовуватися в якості важливого показника континентальності клімату, оскільки він визначається особливостями географічного положення.

Рівномірність випадіння атмосферних опадів протягом року в Україні найбільше залежить від географічної довготи, широти та абсолютної висоти. Водночас, середній ступінь закритості горизонту в більшості випадків виявився малоінформативною ознакою.

З огляду на значні зміни кліматичного режиму в Україні протягом останніх десятиліть, актуальною залишається статистична оцінка сучасних тенденцій річного розподілу атмосферних опадів методами регресійного аналізу.

Література:

1. Жлуктенко В.І. Теорія ймовірностей і математична статистика: У 2-х ч. – Ч. II. Математична статистика / В.І. Жлуктенко, С.І. Наконечний, С.С. Савіна. – К.: КНЕУ, 2001. – 336 с. 2. Затула В.І. Дослідження залежності ступеня континентальності клімату України від географічного положення методами регресійного аналізу / Затула В.І., Затула Н.І. // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія: Наук. збірник / Гол. редактор В.К. Хільчевський. – 2015. – Т. 1(36). – С. 130-136. 3. Швер Ц.А. Атмосферные осадки на территории СССР / Ц.А. Швер. – Л.: Гидрометеоиздат, 1976. – 302 с.