К.В. Белова, В.Г. Глухов

Сокращение сети станций и качество гидрометеорологического обеспечения.

Вопросы планирования сети станций, их оптимальной плотности применительно к обширной территории с разнообразными условиями подстилающей поверхности, какой является Россия (а ранее СССР) в нашей стране стал рассматриваться сразу после войны[3]. Позднее эти вопросы рассматривались в рамках анализа пространственно-временной изменчивости основных метеоэлементов [2, 4, 5, 6].

Особую актуальность эти вопросы приобрели в последнее десятилетие, поскольку общие негативные процессы в 1986-91 гг. и далее, вначале в СССР, а затем в России привели к существенному сокращению числа метеостанций в различных районах страны. Наиболее пагубно эти тенденции отразились на арктических регионах. В [1] представлена динамика развития сети арктических метеостанций в период с 1843 по 2005 гг.

Для иллюстрации укажем, что даже в особые периоды развития страны: 1916-1920 и 1941-1945 в Арктике было открыто новых станций 12 и 14 соответственно, в то время как в период 1986-1991 гг. (без войны) было закрыто 33 станции. Сокращение числа пунктов наблюдений (метеостанций со стандартной сетевой программой) для арктических районов особенно болезненно, поскольку плотность даже той сети, которая существовала до 1985 года, была недостаточной и в периоды обеспечения навигации («арктического завоза») дополнялась системой автоматических дрейфующих метеостанций (в 60-80 гг. XX века). С 1986 года такая система отсутствует.

Цель настоящей работы – оценка воздействия сокращения числа метеостанций в Российской Арктике на качество анализа и прогноза погодных условий, а также оперативного обслуживания хозяйственной деятельности. При этом были использованы данные о динамике развития сети арктических станций, приводимые в [1].

Сокращение сети станций в первую очередь снижает точность пространственного анализа полей метеоэлементов и явлений, ввиду увеличения погрешностей проведения соответствующих изолиний. О.А. Дроздовым и А.А. Шепелевским [3] была получена формула, связывающая максимальную погрешность интерполяции с расстоянием между станциями:

(1)

Где l - расстояние между станциями; σ² - дисперсия элемента на заданном расстоянии.

Указанная формула использовалась и в дальнейшем целым рядом авторов [2, 4,6]. Основной показатель пространственной дискретности наблюдений – среднее расстояние между станциями по акваториям арктических морей дается в табл. 1.

Таблица 1.

Среднее расстояние между метеостанциями на акваториях арктических морей, км

Моря	Белое	Баренцево	Карское	Лаптевых	Восточно-Сибирское	Чукотское
Период до 1986 г.	168	192	251	219	177	366
1986-2005 гг.	230	267	418	486	354	520

Из приводимой таблицы видно, что произведенное в 1986-2005 гг. сокращение числа арктических метеостанций привело к увеличению среднего расстояния между ними в 1,5 для акваторий Белого и Баренцева морей и в 1,6 – 2 раза для остальных арктических морей.

Возрастание пространственной дискретности неизбежно влечет за собой ухудшение качества анализа гидрометеорологических полей, начиная с погрешностей интерполяции.

Наибольшие погрешности пространственной интерполяции основных метеоэлементов для акваторий морей российской Арктики до 1986 года и в период 1986-2005 гг (после сокращения сети станций) представлены в табл. 2 и 3. Сравнение указанных таблиц показывает, что сокращение (начиная с 1986 г.) числа арктических станций привело в итоге к увеличению максимальной ошибки интерполяции в среднем в 1,5 - 2 раза по всем рассматриваемым морям российской Арктики.

В свое время рядом авторов [ 2,3,5,6,7] было предложено в качестве критерия оптимальной густоты сети станций принимать равенство ошибки интерполяции и инструментальной погрешности. С этой точки зрения ситуация выглядит следующим образом.

По температуре воздуха до 1986 года погрешность интерполяции превышала инструментальную погрешность всего на 50-70%, а после сокращения сети станций – в 2-4 раза для акваторий Белого и Баренцева морей. Для Карского моря и моря Лаптевых ошибка интерполяции превышает инструментальную в 3-5 раз, для Восточно-Сибирского и Чукотского в 2-4 раза.

Погрешность интерполяции давления воздуха до периода сокращения для Белого и Баренцева морей превышала инструментальную в 1,5 -1,8 раза, для Карского и Лаптевых – в 3-5 раз, для Восточно-Сибирского и Чукотского – в 2-3 раза.

Ошибки интерполяции влажности воздуха и скорости ветра до периода закрытия ряда станций находились в пределах инструментальных погрешностей по всем арктическим морям.

Таблица 2.

Максимальные погрешности интерполяции метеоэлементов в приземном на арктических морях России при наибольшей плотности сети станций (до 1985 г.)

Метеороло-гический элемент	Моря Арктики
	Белое	Баренцево	Карское	Лаптевых	Восточно-Сибирское	Чукотское
Давление, мб	0,7	0,9	1,4	1,1	1,6	1,7
Температура воздуха у земли, 0^°	0,9	0,9	1,7	1,5	1,2	2,2
Влажность воздуха, %	2,7	2,3	2,6	2,9	1,9	2,1
Скорость ветра, м/с	0,9	0,9	1,2	1,1	0,9	1,5
Направление ветра, град	8,1	7,1	8,1	13,2	9,7	11,9

Таблица 3.

Максимальные погрешности интерполяции метеоэлементов в приземном слое на арктических морях России при сокращенной сети станций (после 1985 г.)

Метеороло-гический элемент	Моря Арктики
	Белое	Баренцево	Карское	Лаптевых	Восточно-Сибирское	Чукотское
Давление, мб	1,1	2,0	2,3	1,7	2,1	2,4
Температура воздуха у земли, 0^°	1,5	1,6	2,5	2,6	2,3	3,0
Влажность воздуха, %	4,6	2,6	5,0	5,2	2,8	5,8
Скорость ветра, м/с	1,1	1,2	1,3	1,8	1,6	1,9
Направление ветра, град	12,8	14,5	22,1	25,4	16,7	29,6

Ошибка пространственной интерполяции направления ветра при сети станций, существовавшей до 1986 года, превышала инструментальную в 1,8 – 2,2 раза. После сокращения числа станций соотношение между интерполяционной и инструментальной погрешностями существенно изменилась, поскольку ошибки интерполяции существенно возросли. Так для давления воздуха эти ошибки превысили инструментальные в 3-5 раз по всем рассматриваемым акваториям (кроме Белого моря). Для температуры воздуха погрешность интерполяции превышает ошибку измерения этого элемента в 3 раза для районов Белого и Балтийского морей и в 5-6 раз для остальных морей. Интерполяционная погрешность для влажности воздуха превышает инструментальную в 1,5 – 2 раза. По скорости ветра ошибка интерполяции превышает ошибку измерений для Белого, Баренцева и Карского морей в 2-2,5 раза, для остальных арктических морей – не менее чем в 3 раза.

И наконец, ошибка пространственной интерполяции направления ветра у земли превышает погрешность измерения в 2-3 раза для акваторий Белого и Баренцева морей и в 4-6 раз для остальных.

Другие аспекты ухудшения качества гидрометеорологического анализа и оперативного обеспечения потребителей в районах арктических морей России в связи с сокращением сети станций сводятся к следующим:

1. Нарушение своевременности подачи штормоповещений вследствие отсутствия информации с промежуточных точек (закрытых станций).

2. Существенные погрешности в определении местоположения и прогнозе метеоявлений, характеризующихся «пятнистностью» распределения в пространстве (осадки, гололедно-изморозевые явления, внутримассовые шквалы, туманы).

3. Ошибки в прогнозе места и времени появления опасных явлений погоды (ухудшение качества штормпредупредупреждений).

4. Серьезные трудности при использовании численных методов прогноза вследствие применения грубодисперсной расчетной сетки.

5. Мезомасштабные явления погоды при сокращенной сети станций могут быть не зарегистрированы наблюдателями и отсутствовать на оперативных картах погоды.

6. Ошибки в определении местоположения фронтальных разделов и как следствие – погрешности в прогнозе скорости и направления их перемещения.

7. Увеличение погрешностей в определении локальных изменений давления, вследствие чего могут быть не выявлены многие особенности барического поля, что снижает надежность как синоптических, так и численных методов прогноза.

Литература.

1. Божков А.Т., Шматков В.А. Роль стационарной сети гидрометеорологических наблюдений в арктической зоне России в обеспечении функционирования СМП// Тезисы докладов. Международная научно-техническая конференция «75 лет с начала планомерного изучения и развития Севморпути». 2008 г., СПб.

2. Гандин Л.С. Объективный анализ метеорологических полей. Л., Гидрометеоиздат, 1963.

3. Дроздов О.А., Шепелевский А.А. Теория интерполяции в стохастическом поле метеорлогических элементов и ее применения к вопросам метеорологических карт и рационализации сети. – Труды НИУ ГУГМС, 1946, сер. 1, вып. 13.

4. Заварина М.В. О рациональном размещении сети аэрологических станций. Труды ГГо, вып. 4. Л., гидрометеоиздат, 1964.

5. Машкович С.А. Объективный анализ аэрологических данных и требования к размещению сети станций. – Изв. АН СССР, сер. геофиз. 1964, № 2.

6. Решетов В.Д. Исследования изменчивости метеорологических элементов с расстоянием. – Труды ЦАО, 1965, вып. 62.

7. Решетов В.Д. Изменчивость метеорологических элементов в атмосфере. Гидрометеоиздат, Л., 1973.

8. Федоров Е.К. О рациональной системе получения гидрометеорологической информации. – Метеорология и гидрология, 1966, № 11.