Динамико-стохастический метод пространственной экстраполяции метеорологических полей в области мезомасштаба
Вполне очевидно, что в первом случае качество оценки вертикальных профилей температуры и ветра существенно выше. Однако имеется одно важное обстоятельство, препятствующее получению достоверных данных о температуре и ветре и, следовательно, качественному решению задачи распространения антропогенных загрязнений в пределах ограниченного воздушного бассейна. Оно связано с тем, что для решения… Читать ещё >
Содержание
- 1. Современные подходы к пространственной экстраполяции и интерполяции состояния атмосферы
- 1. 1. Общие представления о пространственной экстраполяции и интерполяции состояния атмосферы
- 1. 2. Анализ существующих подходов к моделированию атмосферных объектов
- 1. 2. 1. Гидродинамический подход
- 1. 2. 2. Физико-статистический подход
- 1. 2. 3. Динамико-стохастический подход
- 1. 3. Традиционный метод оптимальной интерполяции (экстраполяции)
2. Исследование и аппроксимация эмпирических распределений и корреляционных функций геопотенциала, температуры и ветра применительно к построению динамико-стохастического алгоритма пространственной экстраполяции в области мезомасштаба.
2.1. Характеристика исходного материала.
2.2. Оценка соответствия эмпирических распределений геопотенциала, температуры, зональной и меридиональной составляющих скорости ветра закону нормального распределения.
2.3. Пространственные корреляционные функции геопотенциала, температуры и ортогональных составляющих скорости ветра в области мезомасштаба и их аналитическая аппроксимация.
2.4. Временные корреляционные функции геопотенциала, температуры и ортогональных составляющих скорости ветра и их аналитическая аппроксимация.
3. Анализ исходной модели и алгоритма пространственной экстраполяции полей метеорологических величин в области мезомасштаба.
3.1. Общая постановка задачи пространственной экстраполяции в рамках теории оптимального оценивания.
3.2. Малопараметрическая линейная разностная модель на основе корреляционных свойств атмосферных процессов и полей.
3.3. Логическое обоснование исходной малопараметрической линейной разностной модели на основе гидродинамического подхода.
3.4. Методика пространственной экстраполяции на основе аппарата калмановской фильтрации и линейной разностной модели.
4. Разработка усовершенствованной малопараметрической модели и нового метода синтеза алгоритма оценивания, его исследование и оптимизация.
4.1. Модернизация динамической модели за счет оценки её пространственно-временных параметров в процессе поступления текущих измерений.
4.2. Метод синтеза алгоритма оценивания метеорологических полей в области мезомасштаба на основе усовершенствованной модели и расширенного фильтра Калмана.
4.3. Алгоритм пространственной экстраполяции мезометеорологических полей на основе расширенного фильтра Калмана.
4.4. Оптимизация условий инициации алгоритма оценивания.
4.5. Оптимизация числа непрерывных прогнозов в одном сеансе проводимых с помощью нового алгоритма.
5. Результаты исследований качества и устойчивости разработанного алгоритма пространственной экстраполяции.
5.1. Характеристика исходного материала и методика исследований.
5.2. Результаты статистической оценки качества предложенного алгоритма.
Список литературы
- Безуглая Э.Ю. Метеорологический потенциал и климатические особенности загрязнения воздуха городов. Л.: Гидрометеоиздат, 1980, 184 с.
- Пененко В.В., Алоян А. Е. Модели и методы для задач охраны окружающей среды. Новосибирск, Наука, 1985, 257 с.
- Владимиров A.M., Ляхин Ю. И., Матвеев Л. Т., Орлов В. Г. Охрана окружающей среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1991, 423 с.
- Брюхань Ф.Ф. Методы климатической обработки и анализа аэрологической информации.- М.: Гидрометеоиздат, 1983,112 с.
- Белов П.Н., Борисенков Е. П., Панин Б. Д. Численные методы прогноза погоды. Л.: Гидрометеоиздат, 1989, 376 с.
- Комаров B.C., Солдатенко С. А., Соболевский О. М. Гидродинамический мезомасштабный прогноз эволюции облачности и аэрозольных образований.// Оптика атмосферы и океана, 1996, т.9, № 4, с. 440−445.
- Гандин Л.С., Каган Р. Л. Статистические методы интерпретации метеорологических данных. Л.: Гидрометеоиздат, 1976, 359 с.
- Гордин В.А. Математические задачи гидродинамического прогноза погоды. Л.: Гидрометеоиздат, 1987, 264 с.
- Комаров B.C. Статистика в приложении к задачам прикладной метеорологии. Томск: изд-во СО РАН, 1997, 255 с.
- Ю.Ажогин В. В., Згуровский М. З., Корбич Ю. С. Методы фильтрации и управления стохастическими процессами с распределенными параметрами. Киев. Издательство «Выща школа», 1998, 447 с.
- Динамика погоды. /Под ред. С. Манабе. Л.: Гидрометеоиздат, 1988, 420 с.
- Dee D.P. Simplification of the Kalman filter for meteorological data assimilation. // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc., 1991, vol. 117, pp. 365−384.
- СЫ1 M., Malarotte-Rizzolli P. Data assimilation in meteorology and oceanography. // Advances in Geophys. vol. 33? New York: Academic Press, 1991, pp. 141−266.
- Н.Климова Е. Г. Методика усвоения данных метеонаблюдений на основе обобщенного субоптимального фильтра Калмана. // Метеорология и гидрология, 1997, № 11, с.55−65.
- Климова Е.Г. Асимптотическое поведение схемы усвоения метеорологических данных, основанной на алгоритме фильтра Калмана. // Метеорология и гидрология, 1999, № 8, с.55−65
- Комаров B.C., Кураков В. А., Попов Ю. Б., Суворов С. С. Динамико-стохастические методы и их применение в прикладной метеорологии. Томск. Изд-во ИОА СО РАН, 2004, 236 с.
- Монин А.С., Гаврилин Б. Л. Гидродинамический прогноз погоды. Д.: Гидрометеоиздат, 1977, 56 с.
- Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988, 526 с.
- Кринберг И.А., Выборов В. И., Кошелев В. В. и др. Адаптивная модель ионосферы. М.: Наука, 1986, 134 с.
- Груза Г. В., Рейтенбах Р. Г. Статистика и анализ гидрометеорологических данных. Д.: Гидрометеоиздат, 1982, 216 с.
- Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования. М.: Статистика, 1977, 200 с.
- Багров Н.А. Статистические методы предсказания погоды. // Метеорология и гидрология. 1964, N.2, с. 10−19.
- Груза Г. В. Некоторые общие вопросы теории прогноза погоды на основе статистических данных. / Труды Среднеазиатского НИГМИ. 1967, вып.29(44), с.3−24.
- Груза Г. В. Прогностические модели в метеорологии и статистические прогнозы. Труды ВНИИГМИ-МЦД, 1977, вып.35, с.3−10.
- Рао С. Р. Линейные статистические методы и их приложения. М.: Наука, 1968, 547 с.
- Себер Дж. Линейный регрессионный анализ. М.: Мир. 1980, 456 с.
- Вызова И.Л., Лунина А. А., Хачатурова М. О восстановлении профилей ветра по данным наземной метеостанции. Труды Института экспериментальной метеорологии, 1987. Вып. 41 (126), с. 25−50.
- Верещагин М.А., НаумовЭ.И., Шанталинский К. М. Статистические методы в метеорологии. Казань: изд-во КГУ, 1990, 110 с.
- Комаров B.C. О восстановлении вертикальных профилей температуры в условиях облачной атмосферы методом многомерной экстраполяции. Труды ВНИИГМИ-МЦЦ. 1974, вып.9. с.19−24.
- Кендалл М.Дж., Стьюарт Д. Теория распределений. М.: Наука. 1966,587 с.
- Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Наука. 1972, 551 с.
- Имас Л.И. Обзор работ по дискриминантному анализу. Труды САР-НИГМИ. 1976, вып.31(112). с.3−26.
- Кендалл М., Стьюарт А. Многомерный статистический анализ и временные ряды. М.: Наука. 1976, 736 с.
- Кудашкин А.С., Кудрявая К. И. Теория вероятностей и математическая статистика в метеорологии. М.: Воениздат. 1985, 324 с.
- Айвазян С.А., Бухштабер В. М. и др. Прикладная статистика. Классификация и снижение размерности. М.: Финансы и статистика. 1989, 608 с.
- Ивахненко А.Г. Долгосрочное прогнозирование и управление сложными системами. Киев: Техника. 1975, 311 с.
- Ивахненко А.Г., Мюллер Й. А. Самоорганизация прогнозирующих моделей. Киев: Техника. 1980, 183 с.
- Ивахненко А.Г. Индуктивный метод самоорганизации моделей сложных систем. Киев: Наукова думка. 1982, 296 с.
- Комаров В. С., Попов Ю. Б. Оценивание и прогнозирование параметров состояния атмосферы с помощью алгоритма фильтра Калмана. Часть 1. Методические основы // Оптика атмосферы и океана. 2001. Т. 14, № 4. с. 255−259.
- Комаров В. С., Попов Ю. Б. Оценивание и прогнозирование параметров состояния атмосферы с помощью алгоритма фильтра Калмана. Часть 2. Результаты исследований // Оптика атмосферы и океана. 2001.Т. 14, № 4. с. 260−264.
- Вальд А. Последовательный анализ / Пер. с англ. М.: Мир, 1960.
- Kalman R.E., Bucy R.S. New results in Linear Filtering and Prediction Theory// Trans. ASME. Ser. D. V. 83, 1961, pp. 95−108.
- СЫ1 M., Todling R. Tracking atmospheric instabilities with the Kalman filter. Part 2.: Twolayer results. Mon. Wea. Rev., 1994, vol. 122, pp.417−424.
- Саркисян A.C., Демышев С. Г., Коротаев Г. К. и др. Пример четырехмерного анализа данных наблюдений программы «Разрезы» для ньюфаундлендского ЭАЗО. В кн.: Итоги науки и техники. Атмосфера. Океан. Космос. М., 1986, т. 6. с. 88−89.
- Покровский О.М., Иваныкин Е. Е. Численный анализ поля геопотенциала по данным дистанционного зондирования атмосферы // Метеорология и гидрология. 1976, № 2. с.39−48.
- Покровский О. М. Оптимизация метеорологического зондирования атмосферы со спутников. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 264 с.
- Марчук Г. И. Основные и сопряженные уравнения динамики атмосферы и океана. В кн.: Разностные и спектральные методы решения задач динамики атмосферы и океана. Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1974. с. 3−31.
- Pitcher E.J. Application of Stochastic Dynamic Prediction to Real Data // J. Atmos. Sci. V.34, No 1, 1977. p. 3−21.
- Комаров B.C., Креминский A.B. Объективный анализ трехмерной структуры мезометеорологических полей на основе оптимального комплекси-рования альтернативных методов пространственной интерполяции. Оптика атмосферы и океана. 1996. Т.9. N.4. с.413−423.
- Комаров B.C., Креминский А. В., Попов Ю.Б.. Модифицированный метод группового учета аргументов и опыт его применения в задачах трехмерной пространственной экстраполяции мезометеорологических полей. Метеорология и гидрология. 1999, № 8. с.37−45.
- Зуев В.Е., Комаров B.C. Метеорологические иследования в ИОА СО РАН в период 1980—1999 гг.. Оптика атмосферы и океана. 1998. Т.П. N.8 с. 18−31.
- Кобышева Н.В., Наровлянский Г. Я. Климатическая обработка метеорологической информации. Д.: Гидрометеоиздат, 1978, 295 с.
- Климатология. / Под ред. О. А. Дроздова, В. А. Васильева, Н. В. Кобышевой и др. JL: Гидрометеоиздат, 1989, 567 с.
- Идье В., Драйард Д., Джеймс Ф., Рус М., Садуле Б. Статистические методы в экспериментальной физике, (перевод с английского Курбатова B.C.) М.: Атомиздат, 1976, 335 с.
- Иванова В.М., Калинина В. Н., Нешумова Л. А., Решетникова И. О. Математическая статистика. М.: Высшая школа, 1975, 398 с.
- Манита А.Д. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебное пособие. М.: Издат. Отдел УНЦ ДО, 2001, 120 с.
- Лемешко Б.Ю., Постовалов С. Н. О зависимости распределений статистик непараметрических критериев и их мощности от метода оценивания параметров // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2001. -Т. 67.-№ 7.
- Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебное пособие для втузов. М.: Высшая Школа, 1997. — 497с.
- Ханевская И.В. Температурный режим свободной атмосферы над северным полушарием. Л.: Гидрометеоиздат, 1968, 299 с.
- Кобышева Н.В. Косвенные расчеты климатических характеристик. JL: ^ Гидрометеоиздат, 1971, 190 с.
- ГОСТ Р ИСО 5479−2002. Статистические методы. Проверка отклонения распределения вероятностей от нормального распределения. М.: Изд-во стандартов, 2002, 30 с.
- Болыпаков В.Д. Теория ошибок наблюдений: Учебник для вузов 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1983, 223 с.
- Durbin J. Kolmogoriv-Smirnov test when parameters are estimated // Lect. Notes Math., 1976, Vol. 566, pp. 33−44.
- Брукс К., Карузерс H. Применение статистических методов в метеорологии. Пер. с англ. Гидрометеоиздат, JL, 1963, 415 с.
- Наровлянский Г. Я. Климатология, ч.1. Методы климатологической обработки метеорологических наблюдений с элементами математической статистики. ЛВИКА им. Можайского, Л., 1964, 265 с.
- Ильин С.Н. Исследование эмпирических распределений параметров состояния атмосферы и оценка их соответствия нормальному закону. // Оптика атмосферы и океана, 2004, Т. 17, № 10, с. 854−856.
- Комаров B.C., Попов Ю. Б. Пространственная статистическая структура мезомасштабных полей температуры и ветра. // Оптика атмосферы и океана, 1998, Т.11, № 8, с. 801−807.
- Казакевич Д.И. Основы теории случайных функций и их применение в гидрометеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1977, 319 с.
- Либерман Ю.М. Об информативности аэрологических наблюдений первого глобального эксперимента ПИГАП в низких широтах. В сб. «Применение статистических методов в метеорологии». М.: Московское отделение гидрометеоиздата, 1978, с. 162−165.
- Панчев С. Случайные функции и турбулентность. Д.: Гидрометеоиздат, 1967, 447с.81 .Казакевич Д. И. Основы теории случайных функций и их применение в гидрометеорологии. Д.: Гидрометеоиздат, 1977, 319 с.
- Первачев С.В. Радиоавтоматика: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1982. -296 с.
- Арсенин В.Я. Методы математической физики и специальные функции. М.: Наука, 1984. 383 с.
- Фильтрация и стохастическое управление в динамических системах. -Под ред. К. Т. Леондеса, М., Мир, 1980, 407 с.
- Зуев В.Е., Комаров B.C., Ильин С. Н., Попов Ю. Б., Попова А. И., Суворов С. С. Пространственный прогноз состояния параметров атмосферы в области мезомасштаба на основе динамико-стохастического подхода. // Доклады академии наук, 2002, Т.385, № 1, с. 110−112.
- Решетов В.Д. Требования к точности измерения, разрешению в пространстве и во времени для информации о состоянии атмосферы. Труды центральной аэрологической обсерватории, 1978, вып. 133, с. 55−64.
- Герман М.А. Спутниковая метеорология. Д.: Гидрометеоиздат, 1975, 367 с.
- Технический регламент. Т.1 (Общая часть). Изд.2-е, ВМО, № 49. ОД.2. Женева, 1959. Дополнения 2, Женева, 1963.1. УТВЕРЖДАЮ
- Начальник научно-технического сектора1. Главный физик