СПОСОБ ПРОГНОЗА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Российский патент 1999 года по МПК G01W1/10 

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для прогноза с благовременностью в несколько десятков лет температура воздуха, осадков, засух и переувлажненных сезонов; годового и месячного стока рек, теплых и холодных зим; годичного прироста древесных колец, уровня замкнутых водоемов, урожайности сельскохозяйственных культур, промысловых запасов рыбы и других элементов.

Известны способы прогноза геофизических величин, основанные на поиске аналогов [1], использовании цикличности (периодичности) в колебаниях температуры воздуха и осадков [2 - 4], применении для прогнозов корреляционных функций гидрометеорологических элементов [5].

Недостатком известных способов является сравнительно небольшое количество данных за предшествующие года для подбора надежных аналогов в целях составления прогнозов с большой заблаговременностью, превышающей 1 - 2 года; квазипостоянство установленных ритмов (периодов), что может приводить к существенным ошибкам прогнозов; сравнительно малая заблаговременность прогнозов, не превышающая 1 - 2 года; непостоянство во времени весовых коэффициентов и возможность, в основном, прогнозирование только величин, близких к норме, - при использовании синоптико-статистических и физико-статистических методов, основанных на применении корреляционных функций.

Прототипом предлагаемого изобретения выбран способ /6/, при котором для прогноза температуры воздуха используются ритмы космоса, возникающие при соединении планет.

Недостатком прототипа является то, что с его помощью нельзя давать регулярные прогнозы, а также давать прогнозы для реализации сочетаний и положений планет. Эти обстоятельства не позволяют обеспечить также получение оптимального, с точки зрения точности, прогноза.

Задача, на решение которой направлено изобретение - повышение достоверности прогноза, увеличение его заблаговременности и обеспечение возможности получения условий для составления систематических прогнозов. Сущность изобретения состоит в следующем.

Способ прогноза геофизических величин, включающих ряд наблюдений за конкретной геофизической величиной и положением планет, в гелио- или геоцентрической системе координат, и Луны, отличающийся тем, что для каждой планеты и Луны по наблюдениям за предшествующие десятки лет находят зависимость между значениями конкретной геофизической величины и соответствующими им долготами каждой планеты и Луны, для i = 1, 2, 3,..., N, где N - длина исходного ряда, определяют ожидаемую геофизическую величину по известной долготе планеты и Луны на i-й год исходного ряда геофизической величины отдельно для каждой планеты по зависимости, установленной без учета в исходном ряду геофизической величины в i-й год; отдельно для каждой планеты и Луны определяются для каждого прогноза отклонение ожидаемой прогностической величины от фактической с учетом знака и оправдываемость отклонения прогностической величины от средней многолетней по знаку; восстанавливают в исходном ряду геофизическую величину i-го года; определяют среднюю многолетнюю оправдываемость прогнозов для каждого варианта прогнозы отдельно по известным показателям оценки оправдываемости прогнозов: показателю ρ, коэффициенту корреляции, среднему квадратическому отклонению, относительной ошибке прогноза; находят разность между каждым из полученных прогностических значений геофизической величины и средним многолетним значением этой величины; суммируют эти разности для конкретного момента времени для каждого сочетания планет и Луны; определяют прогностическое значение геофизической величины для каждого сочетания планет и Луны путем суммирования каждой из полученных сумм разностей и средней многолетней величины; определяют среднюю многолетнюю оправдываемость прогнозов для каждого варианта по известным показателям оценки оправдываемости прогнозов, используя вновь для этой цели наблюдения исходного ряда; используя полученные материалы, выбирают сочетания планет с наилучшими показателями оправдываемости прогнозов и используют эти сочетания для прогноза геофизической величины на предстоящие годы.

Совокупность существенных признаков заявленного изобретения достаточна для достижения технического результата - повышение достоверности прогноза, увеличения его заблаговременности и обеспечения возможности получения условий для составления систематических прогнозов.

Пример реализации способа прогноза геофизических величин
Излагается один из простейших способов составления прогноза, в котором не проводится выбор оптимального сочетания планет, позволяющий повысить точность прогнозов. Реализация способа, предусматривающего определение наиболее эффективного, с точки зрения точности прогноза, сочетания планет возможно лишь с помощью электронной вычислительной машины.

Допустим, необходимо составить прогноз средней температуры воздуха в январе 1925 года по станции Санкт-Петербург.

Для этого необходимо сделать следующее.

1. По измененным значениям температуры воздуха и положению планеты за весь период измерений определить среднее значение температуры, соответствующее конкретному положению или диапазону положений планеты.

2. Соединить среднее значение температуры воздуха непрерывной линией.

3. Выполнить указанное построение для каждой планеты (см. фиг. 1 - 6, которые получены более простым способом).

4. Снять с графиков 1.1 - 1.6 значения температур, соответствующие долготе планет на 15 января 1925 года.

4.1. Долготы планет: Меркурий 190^o, Венера 237^o, Марс 57^o, Юпитер 273^o, Сатурн 218^o, Уран 351^o.

4.2. Температура, соответствующая долготам планет:
Меркурий - (-8.2)^oC, Венера - (-7.0)^oC, Марс - (-9.0)^oC, Юпитер - (-8.0)^oC, Сатурн - (-5.8)^oC, Уран - (-7.0)^oC.

Определить аномалии температур, т.е. из указанных значений температур вычесть среднюю многолетнюю температуру января по станции Санкт-Петербург (-8.6^oC). Получаем следующие значения:
Меркурий - (0.4)^oC, Венера - (1.6)^oC, Марс - (-0.4)^oC, Юпитер - (0.6)^oC, Сатурн - (2.8)^oC, Уран - (1.6)^oC.

6. Просуммировать полученные аномалии температуры воздуха:
0.4+1.6-0.4+0.6+2.8+1.6=6.6
7. Определить прогностическое значение температуры на январь 1925 года путем алгебраического прибавления к суммарной аномалии средней многолетней температуры воздуха:
T_{прогноз}=6.6-8.6=-2.0^oC
Фактическая температура в январе 1925 года в г. Санкт-Петербурге составила - (-3.7)^oC.

8. Таким образом, можно составить прогноз на десятки лет. При составлении таких прогнозов считается достаточным, чтобы он оправдался по знаку. Например, если по прогнозу ожидалась температура выше средней многолетней и фактически была выше нормы, как в нашем примере, то прогноз считается оправдавшимся.

Литература
1. Гирс А.А. Основы долгосрочных прогнозов погоды. Учебное пособие для гидрометеорологических институтов и университетов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1960
2. Дроздов О.А., Полозова Л.Г., Рубинштейн Е.С. Прогноз многолетнего хода температуры воздуха и осадков по территории СССР на 2 - 3 десятилетия //В сб. "Климатология и сверхдолгосрочный прогноз". Изд. Геогр. общества СССР, 1977.

3. Вительс Л.А. Аномалии циклического хода солнечной активности и тенденции современных колебаний климата //Труды ГГО. - 1962. - Вып. 133.

4. Полозова Л. Г. Анализ цикличности колебаний средней месячной температуры воздуха в северном полушарии //Труды ГГО. - 1970. - Вып. 269
5. Борисенков Е.П. Физико-статистические методы анализа и предвычисления метеорологических полей. Под ред. А.П.Юргенсона. - Л.: Морской транспорт, 1963. - 243 с.

6. Михайлова Н. И. Циклические колебания температуры воздуха и ритмы поанет //Труды ГГО. - 1979. - Вып. 428. - прототип.

Изобретение относится к геофизике. Способ прогноза геофизических величин заключается в том, что при наблюдении за конкретной геофизической величиной, положением планет и Луны для них по наблюдениям за предшествующие годы находят зависимость между значениями геофизической величины и соответствующими долготами каждой планеты и Луны для i=1,2..N, где N - длина исходного ряда, определяют ожидаемую геофизическую величину по известной долготе планеты и Луны на i-й год для каждой планеты по зависимости, установленной без учета этой величины в i-й год, для каждого прогноза определяется отклонение ожидаемой прогностической величины от фактической, восстанавливают в исходном ряду геофизическую величину i-го года, определяют среднюю многолетнюю оправдываемость прогнозов, определяют прогностическое значение геофизической величины для каждого сочетания планет и Луны, путем суммирования каждой из полученных сумм разностей между каждым из полученных прогностических значений геофизической величины и средним многолетним ее значением и средней многолетней величины, определяют среднюю многолетнюю оправдываемость прогнозов для каждого варианта по известным показателям оценки оправдываемости прогнозов, выбирают сочетания планет с наилучшими показателями оправдываемости прогнозов и используют эти сочетания для прогноза геофизической величины на предстоящие годы. Изобретение позволяет повысить достоверность прогнозов, увеличить его заблаговременность и обеспечить возможность получения условий для составления систематических прогнозов. 6 ил.

Способ прогноза геофизических величин, включающих ряд наблюдений за конкретной геофизической величиной и положением планет в гелио- или геоцентрической системе координат и Луны, отличающийся тем, что для каждой планеты и Луны по наблюдениям за предшествующие десятки лет находят зависимость между значениями конкретной геофизической величины и соответствующими им долготами каждой планеты и Луны для i = 1, 2, 3 ... , N, где N - длина исходного ряда, определяют ожидаемую геофизическую величину по известной долготе планеты и Луны на i-й год исходного ряда геофизической величины отдельно для каждой планеты по зависимости, установленной без учета в исходном ряду геофизической величины в i-й год, отдельно для каждой планеты и Луны определяются для каждого прогноза отклонение ожидаемой прогностической величины от фактической с учетом знака и оправдываемость отклонения прогностической величины от средней многолетней по знаку, восстанавливают в исходном ряду геофизическую величину i-го года, определяют среднюю многолетнюю оправдываемость прогнозов для каждого варианта прогноза отдельно по известным показателям оценки оправдываемости прогнозов, показателю ρ, коэффициенту корреляции, среднему квадратическому отклонению, относительной ошибке прогноза, находят разность между каждым из полученных прогностических значений геофизической величины и средним многолетним значением этой величины, суммируют эти разности для конкретного момента времени для каждого сочетания планет и Луны, определяют прогностическое значение геофизической величины для каждого сочетания планет и Луны путем суммирования каждой из полученных сумм разностей и средней многолетней величины, определяют среднюю многолетнюю оправдываемость прогнозов для каждого варианта по известным показателям оценки оправдываемости прогнозов, используя вновь для этой цели наблюдения исходного ряда, используя полученные материалы, выбирают сочетания планет с наилучшими показателями оправдываемости прогнозов и используют эти сочетания для прогноза геофизической величины на предстоящие годы.