Конференция_Кондове_Альфред_Лоуренсе_1

РАЙНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ТАНЗАНИИ ПО ДАННЫМ СЕЗОННЫХ И
МЕСЯЧНЫХ СУММ ОСАДКОВ
Кондове Альфред Лоуренсе
Российский государственный гидрометеорологический университет, г Санкт-Петербург
Научный руководитель - к. физ-мат.н., доцент Ольга Георгиевна Анискина
Для уменьшения количества информации и выделения областей с одинаковыми
законами изменения была использована процедура кластеризации территории Танзании по
количеству осадков.
Актуальность темы исследования. Районирование территории Танзании на
несколько климатических районов по данным сезонных и месячных сумм осадков
позволит выявить основные закономерности в распределении осадков и облегчить их
прогноз.
Целью данной работы является выявление основных закономерностей в
пространственно-временном распределении осадков и упрощение процесса прогноза
осадков.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
i)Провести районирование территории Танзании.
Количество
осадков
в
восточной
Африке
характеризуется
большой
пространственной и временной изменчивостью из-за сложного рельефа, наличия больших
внутренних озер (таких как Виктория, Ньяса, Танганьика), влияния Индийского океана на
востоке, а также особенностей циркуляции синоптического масштаба (таких как
внутритропическая зона конвергенции (ВЗК), муссонная циркуляция) и мезомасштабной
циркуляцией [1].
Эти особенности обусловливают климатические различия в количестве осадков,
режим которых меняется от влажных до засушливых районов, где серьезные
метеорологические засухи и малое количество осадков являются постоянной угрозой
жизни [2].
В качестве исходных данных были использованы месячные данные по осадкам с 15
станций, имеющие измерения в период с 1960 по 2012 гг., полученные из Танзанийского
Метеорологического Агентства.
Процедура кластеризации сделана с помощью неиерархического метода кластерного
анализа K-средних процедура, в которой проводится анализ дисперсии.
Процедура начинается с K случайных кластеров, движущихся объектов между этими
кластерами в целях:
i) Минимизировать изменчивость внутри кластеров;
ii) Увеличить изменчивость между кластерами.
В данной работе мы предлагали, что территорию Танзании можно разделить на
четыре региона. Для каждой полученной месячной суммы осадков с помощью программы,
которая написана на языке программирования ФОРТРАН, были найдены аномалии
осадков. Затем использовались девять разных способа определения меры расстояния
между станциями и также программа, которая написана на языке фортране для
кластеризации территории.
1
В ходе данного исследования была проведена кластеризация среднемесячных сумм
осадков для каждого месяца, полученные результаты, обработанные в GRADS, в качестве
примеры см. Альфред_рисунки для января месяца, сезон с Марта по Май (МАМ) и
Октября по Декабрь (ОНД). На всех рисунках сохраняется следующий порядок
определения расстояния: а) расстояние; б) сумма абсолютных разностей; в) максимальная
разница; г) расстояние Махаланобиса; д) абсолютное значение косинус угла между
векторами; е) угол в радианах (0, р) между линиями через центр, определяемые векторами;
ж) коэффициент корреляции; и) абсолютное значение коэффициента корреляции; к)
количество точных совпадений.
Станции обозначены символами, одинаковые символы принадлежат к одному
кластеру.
Анализ результатов процедуры кластеризации по данным января, при априори
заданном количестве кластеров равным четырём (K=4), не позволяет с большой
уверенностью разделить территорию Танзании, так как нет большой согласованности
между результатами. Кроме того, большинство результатов кластеризации не совпадают с
классическим разделением территории Танзании на климатические регионы [3].
Совпадение с классическим разделением примерно происходит, только если мера
расстояния определяется с помощью угла в радианах (0, р) между линиями через центр
определяемые векторами (рисунок е) см. Альфред_рисунки. В этом случае можно
выделить три стандартных климатических района.
Анализ результатов процедуры кластеризации для февраля показали аналогичные
результаты. Другие месяцы (март-декабрь) не показали лучшую структуру.
Также была проведена кластеризация по данным месячных осадков при заранее
заданном количестве кластеров равным 6, но результаты оказались прежними.
Таким образом, анализ результатов кластеризации территории Танзании по данным
средних месячных сумм осадков показал, что территорию Танзании можно разделить на
три района.
В данном исследовании также кластеризации были подвергнуты данные сезонных
сумм осадков за сезон МАМ и ОНД. Результаты кластеризации см. Альфред_рисунки.
Анализ результатов кластеризации, приведённые на рисунке 2 для МАМ, позволяет
сделать вывод о том, что однозначного разделения не происходит. Но разделение можно
провести с учётом климатических и географических особенностей Танзании, также как
было сделано ранее. При таком подходе выделяется четыре региона.
В данной работе также были найдены парные коэффициенты корреляции между
станциями для сезонных сумм осадков также с целью районирования территории
Танзании. Для достижения этой цели были использованы сезонные данные по осадкам на
15 метеостанциях. Затем с помощью программы, которая написана на языке
программировании ФОРТРАН, были найдены коэффициенты корреляции между
станциями, как для сезона ОНД (таблице 1), так и для сезона MAM (таблица 2).
2
а
б
в
г
ж
д
и
е
к
Рисунок 2 – Результаты процедуры кластеризации по данным сезоных сумм
осадков, сезон МАМ.
Анализ корреляционных связей сезонных сумм осадков между станциями для сезона
ОНД является статистическим значимым при уровне значимости 5%, где критическое
значение коэффициента корреляции по критерию Стьюдента (26%), кроме метеостанций
Танга и Занзибар, где тесной связи с другими станциями не существует и в некоторой
степени, метеостанция Иринга.
Анализ показал, что в основном коэффициенты корреляции сезонных (MAM) сумм
осадков между станциями не является статистическим значимым при уровне значимости
5%.
Таким образом, в данном исследовании территории Танзании была выделена на
четыре региона.
3
Станц
№ 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Аруша
1
100
Букоба
2
71
100
Дар эс
3
71
65
100
Додома
4
57
57
52
100
Кигома
5
51
56
64
41
100
Мбея
6
61
66
59
69
46
100
Мтвара
7
44
46
51
51
54
53
100
Мусома
8
73
65
72
73
52
72
53
100
Мванза
9
56
56
53
57
41
51
58
74
100
Рувума
10 59
62
56
53
55
62
68
54
54
100
Саме
11 84
74
72
62
55
62
51
80
62
54
100
Табора
12 50
53
45
58
47
72
62
60
53
67
51
100
Танга
13 -2
-5
-7
6
1
1
-1
2
-1
-3
-9
7
100
Занзибар 14 -4
-5
-5
-21 -3
-6
-8
-10 -6
-12 -5
0
-6
100
Иринга
15 61
58
56
69
49
77
54
63
63
72
61
70
-8
-20
П р и м е ч а н и е – курсивом обозначены значения, являющиеся статистически значимые
15
100
Таблица 1– Парные коэффициенты корреляции (в процентах) между станциями
сезонных сумм осадков с октября по декабрь
Станц
№ 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Аруша
1
100
Букоба
2
17
100
Дар эс
3
44
17
100
Додома
4
8
-6
-12 100
Кигома
5
44
-2
1
15
100
Мбея
6
25
7
20
19
8
100
Мтвара
7
17
5
28
4
2
35
100
Мусома
8
13
-9
-1
-12
22
-5
-20
100
Мванза
9
18
24
-8
7
27
-17 -19
46
100
Рувума
10 -5
25
0
19
9
38
29
-33 -21 100
Саме
11 66
3
28
33
41
23
18
9
-2
-3
100
Табора
12 18
-29 5
36
50
-8
2
29
34
-12 24
Танга
13 38
18
22
23
38
20
14
14
30
20
20
Занзибар 14 -11 9
-2
11
4
-3
4
2
10
14
-11
Иринга
15 19
0
11
38
41
21
2
7
26
17
37
Примечание–курсивом обозначены значения, являющиеся статистически значимые
12
13
14
15
100
28
8
34
100
26
12
100
1
100
Таблица 2–Парные коэффициенты корреляции между станциями сезонных (МАМ) сумм осадков
4
Выводы
В ходе выполнении данной работы, процедуры кластеризации территории Танзании
были проделаны по данным месячных и сезонных сумм осадков, при K=4. Результаты
исследования показали, что по данным месячных осадков по данным январского и
февральского месяца территория Танзании можно разделить на 3 района.
Анализ результатов процедуры кластеризации по данным сезонных сумм осадков для
сезона МАМ, показали что, при K=4, можно выделить 4 климатические районы.
Другие месяцы (март-декабрь) и сезон ОНД не показали лучшую структуру
изменчивости осадков на Территории Танзании при K=4 и также при K=6.
Оценка корреляционной связи сезонных сумм осадков между станциями при уровне
значимости 5%, для сезона ОНД является статистическим значимыми, где критическое
значение коэффициента корреляции по критерию Стьюдента (26%), кроме метеостанций
Танга и Занзибар, где тесной связи с другими станциями не существует и в некоторой
степени, метеостанция Иринга.
Анализ показал, что в основном коэффициенты корреляции сезонных (MAM) сумм
осадков между станциями не является статистическим значимым при уровне значимости
5%.
Таким образом, учитывая, что на территории Танзании существует два сезона
дождей, сезон МАМ и ОНД, можно сделать вывод, что территории Танзании можно
разделить на 4 районы.
Список литературы:
1. Ogallo L. J. The statistical prediction of East African rainfalls using quasi-biennial oscillation
phases information. Natural Science, 2, 1407-1416.
2. Ntale H. E Prediction of East Africa Seasonal Rainfall Using Simplex Canonical Correlation
Analysis. Journal of Climate 16:12, 2105-2112.
3. Кондове А.Л., Анискина О.Г. Гидродинамическое моделирование атмосферных
процессов в Танзании. //VI Всероссийская научно-практическая конференция апреля 2013
г., Сборник докладов Т.1.:c. 84-88.
5