Особенности термического режима Северного и Южного Казахстана

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 25 страниц
В избранное:

Введение

Преддипломная практика 2015 года проходила с 12 марта по 3 мая.
Целью преддипломной практики является подготовка дипломной работы к защите, сбор и обработка всей необходимой информации для выполнения задач дипломной работы.
Климат - важнейшая компонента природной среды, влияющая практически на все стороны человеческой деятельности. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата, в 20 веке в большинстве регионов Земного шара наблюдается повышение приземной температуры воздуха, хотя оно не было постоянным.
Таким образом, целью преддипломной практики является проведение системного анализа термического режима Казахстана на примере метеорологических станций Северного (Петропавлоск, Кокшетау, Костанай, Павлодар, Астана) и Южного (Казалинск, Кызылорда, Талдыкорган, Алматы, Тараз) Казахстана за период наблюдений 1971 - 2014 гг.
В соответствии с целью были определены следующие задачи:
1) провести сравнительный анализ временного хода температуры воздуха Северного и Южного Казахстана за теплый, холодный периоды, а также за год;
2) рассчитать статистические характеристики температуры воздуха за период 1971 - 2014 гг. по выбранным станциям и для регионов в целом;
3) определить тенденцию изменения температуры за период 1971 - 2014 гг. на севере и юге Казахстана;
4) определить периоды потепления и похолодания в Казахстане;
5) составить каталог экстремально холодных и теплых лет;
6) с помощью сборно-кинематических карт определить, какие процессы преобладали (благоприятствовали) экстремально теплому или экстремально холодному году.
Методами исследования послужили: расчетный, графический, метод описания и метод прогноза.
В процессе исследования были использованы: фактические данные наблюдений за период 1971 - 2014 гг., справочник по климату Казахстана (по Северо-Казахстанской, Акмолинской, Костанайской, Павлодарской, Кызыл-Ординской, Алматинской и Жамбыльской областям).

1 Особенности термического режима Северного и Южного Казахстана

Сравнение термического режима Северного и Южного Казахстана за последние 44 года наблюдений позволит охарактеризовать современную тенденцию изменения температуры воздуха во временном интервале и выявить влияние других факторов на величину температуры воздуха.
Для оценки средней месячной и годовой температуры воздуха приведена таблица 1 по данным многолетних наблюдений [1-7] для выбранных метеорологических станций северного и южного региона Казахстана.

Таблица 1
Средняя месячная и годовая температура воздуха (°С)

I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Год
Петропавлоск
-17,9
-16,6
-10,0
2,8
11,6
17,3
19,2
16,4
10,6
2,1
-8,0
-15,0
1,0
Кокшетау
-15,7
-15,1
-9,0
3,4
12,1
17,8
19,8
17,1
11,4
3,1
-6,8
-13,2
2,1
Костанай
-16,1
-15,3
-8,4
5,3
13,5
19,4
20,8
18,0
12,1
3,8
-6,0
-12,7
2,9
Павлодар
-17,1
-16,6
-9,1
4,8
13,4
19,4
21,5
18,4
12,3
3,6
-7,3
-14,1
2,4
Астана
-16,8
-16,3
-9,9
3,2
12,8
18,2
20,4
17,8
11,5
2,8
-7,1
-13,9
1,9
Казалинск
-10,7
-9,6
-1,5
10,8
18,9
24,3
26,4
23,9
17,1
8,3
-0,5
-7,1
8,4
Кызылорда
-9,0
-7,1
1,0
12,1
19,6
24,6
26,6
24,1
17,3
8,8
0,4
-6,0
9,4
Талдыкорган
-9,6
-7,5
0,1
10,3
16,3
21,2
23,6
21,8
16,0
8,4
-0,7
-7,1
7,7
Алматы, ОГМС
-6,5
-4,8
2,0
10,9
16,2
20,8
23,5
22,4
17,0
9,6
1,1
-4,3
9,0
Жамбыл
-4,8
-3,0
3,3
11,4
17,1
21,9
24,2
22,1
16,4
9,5
2,2
-2,7
9,8

Из таблицы 1 следует, что по данным многолетних наблюдений [1-7], станцией с наиболее высокой температурой является Жамбыл, а с наиболее низкой температурой - метеостанция Петропавлоск. Это в первую очередь объясняется широтой места. Исходя из данных таблицы 1, можно определить среднее значение температуры холодного периода и теплого периода, которые представлены в таблице 2.

Таблица 2
Средняя температура (ºС) холодного (ХП) и теплого (ТП) периодов

Северный Казахстан
Южный Казахстан
Метеостанция
ТП
ХП
Метеостанция
ТП
ХП
Петропавлоск
13,0
-10,9
Казалинск
20,2
-3,5
Кокшетау
13,6
-9,5
Кызылорда
20,7
-2,0
Костанай
14,9
-9,1
Талдыкорган
18,2
-2,7
Павлодар
15,0
-10,1
Алматы, ОГМС
18,5
-0,5
Астана
14,0
-10,2
Жамбыл
18,9
0,8

Из таблицы 2 следует, что средняя температура воздуха теплого периода для Северного Казахстана составляет 14,1 ºС, а для Южного Казахстана составляет 19,3 ºС. Средняя температура воздуха холодного периода для Северного Казахстана составляет -10,0 ºС, а для Южного Казахстана составляет -1,6 ºС. Следовательно, средняя годовая температура воздуха Северного Казахстана составляет 2,0 ºС, а Южного Казахстана составляет 8,8 ºС. Примем эти значения за норму. Данные таблицы 2 будут необходимы для дальнейшего исследования.
В процессе преддипломной практики был произведен расчет среднегодовой температуры и температуры за теплый и холодный период с 1971 года по 2014 год для 5 метеорологических станций на севере и 5 станций на юге (Петропавлоск, Кокшетау, Костанай, Павлодар, Астана, Казалинск, Кызылорда, Талдыкорган, Алматы, Жамбыл) и в среднем для Северного и Южного Казахстана.
Исходя из рассчитанных значений температур, был построен временной ход температуры воздуха в Северном и Южном Казахстане за теплый, холодный период и за год в целом.
Также проведен сравнительный анализ временного хода отдельно по периодом и в среднем за год для Северного и Южного Казахстана.
С помощью программы Statistica были построены графики распределения температуры воздуха и графики отклонения средней температуры воздуха от нормального распределения (с 1971 года по 2014 год) за теплый, холодный период и за год в целом на территории Северного Казахстана и Южного Казахстана.
В качестве примера ниже приведена информация по Северному Казахстану за теплый период.
Временной ход температуры воздуха в Северном Казахстане, построенный по данным наблюдений за последние 44 года, представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Временной ход температуры воздуха с 1971 по 2014 гг. за теплый период, холодный период и год на территории Северного Казахстана

В соответствии с рисунком 1 и таблицей А, среднегодовая температура за последние 44 года равна 2,9 +- 0,15 °С, что на 0,9 °С выше нормы. При этом, значение среднегодовой температуры воздуха каждые 10 лет увеличивалось на 0,32 °С. Средняя температура воздуха за теплый и холодный периоды за последние 44 года составила 14,6 +- 0,14 °С и -8,8 +- 0,26 °С соответственно, что на 0,5 и 1,2 °С выше нормы. Таким образом, температура воздуха в Северном Казахстане в холодный период увеличивалась в два раза быстрее (0,41 °С10 лет), чем в теплый (0,20 °С10 лет).
Среднее минимальное значение средней годовой температуры за последние 44 года было в 1972 году и составило Тmin = 0,8 °С, среднее максимальное значение: Tmax = 4,9 °С (1983 год). Амплитуда равна 4,1 °С.
Среднее минимальное значение температуры теплого периода за последние 44 года было также в 1972 году и составило Тmin = 12,7 °С, среднее максимальное значение: Tmax = 17,5 °С (2012 год). Амплитуда равна 4,8 °С.
Среднее минимальное значение температуры холодного периода за последние 44 года было в 1976 году и составило Тmin = -12,8 °С, среднее максимальное значение: Tmax = -5,1 °С (1983 год). Амплитуда равна 7,7 °С.
Статистические характеристики и близость распределения средней температуры воздуха теплого периода за выбранный период к нормальному, можно оценить с помощью рисунка 2.
fi

Т, °С
\s
Рисунок 2. Гистограмма распределения температуры воздуха (1971 - 2014 гг.) за теплый период на территории Северного Казахстана

В соответствии с рисунком 2 и таблицей А представлен график эмпирического распределения - гистограмма, из которой следует, что наибольшую частоту в теплый период имеет температура воздуха, находящаяся в пределах от 15,2 до 15,9 °С, в то время как медиана равна 14,64 +- 0,21 °С.
Коэффициент асимметрии As = 0,013 °С и является правосторонним, статистически не значимым, так как As 0,25, и меньше критического значения Asкрит для 5 % уровня значимости (0,564), которое является более точным для данной выборки. Следовательно, распределение статистически не значимо, близко к симметричному.
Коэффициент эксцесса Ex = 0,273 и является островершинным, статистически не значимым, так как Ex меньше критического значения Exкрит для 5 %-ного уровня значимости (0,852). Следовательно, распределение близко к нормальному.
По гистограмме видно, что промежуток температуры 15,2 - 15,9 ºС сильно выходит за линию нормального распределения. Это говорит о нарушении закона нормального распределения. Но тем ни менее, не зависимо от этого, значения коэффициентов асимметрии и эксцесса входят в область принятия гипотез, определенные с помощью математических таблиц Г. Ф. Лакина. Следовательно, гипотеза о нормальности распределения не отвергается.
Рассеяние и отклонение температуры от нормального распределения можно оценить по рисунку 3.
Z

Т, °С
\s
Рисунок 3. Отклонение средней температуры воздуха теплого периода (1971 - 2014 гг.) от нормального распределения на территории Северного Казахстана

В соответствии с рисунком 3 и таблицей А, значение средней температуры теплого периода близко к нормальному распределению. Величина среднего квадратического отклонения равна 0,902; дисперсия равна 0,815. Коэффициент вариации слабый, так как меньше 10 %, и составляет всего 6 %.
В результате построения графика, если распределение совпадает или близко к нормальному, что соответствует параметру Z (стандартизованнму значению нормального распределения), то все точки лежат на прямой линии, или максимально рядом с ней.
Если значения не являются нормально распределенными, то они будут отклоняться от прямой линии.
Кривые пунктирные линии - это 95 %-ный доверительный интервал, который представляет собой интервальную оценку для единичного наблюдения [8].
Также за границы интервала можно было принять значение Т +- σ или Т +- 1, 5 σ. Тогда большее количество вариант (значений) вошло бы в данный интервал.
Как видно из рисунка, чем ближе значения температуры к норме, тем ближе их распределение к нормальному, и тем больше вероятности того, что эти значения попадут в 95 %-ный доверительный интервал.
Таким образом, чем дальше значения от среднего, тем меньше их вероятность возникновения.
Статистические характеристики средней температуры воздуха холодного периода за последние 44 года можно оценить с помощью рисунка 4.
fi

Т, °С
\s
Рисунок 4. Гистограмма распределения температуры воздуха (1971 - 2014 гг.) за холодный период на территории Северного Казахстана

В соответствии с рисунком 4 и таблицей А представлен график эмпирического распределения - гистограмма, из которой следует, что наибольшую частоту в холодный период имеет температура воздуха, находящаяся в пределах от минус 8,4 до минус 7,3 °С, что подтверждает медиана, которая равна минус 8,70 +- 0,37 °С.
Коэффициент асимметрии отрицательный и равен минус 0,113 °С и является левосторонним, статистически не значимым, так как As 0,25 и меньше критического значения Asкрит для 5 % уровня значимости (0,564). Следовательно, распределение статистически не значимо, близко к симметричному.
Коэффициент эксцесса равен минус 0,145 и является плосковершинным, статистически не значимым, так как Ex меньше критического значения Exкрит для 5 %-ного уровня значимости (0,852). Следовательно, распределение близко к нормальному.
Рассеяние и отклонение температуры от нормального распределения можно оценить по рисунку 5.
Z

Т, °С
\s
Рисунок 5. Отклонение средней температуры воздуха холодного периода (1971 - 2014 гг.) от нормального распределения на территории Северного Казахстана

В соответствии с рисунком 5 и таблицей А, значение средней температуры холодного периода близко к нормальному распределению. Величина среднего квадратического отклонения равна 1,716; дисперсия равна 2,944.
Коэффициент вариации умеренный, так как находится в пределе от 11 до 25 %, и составляет минус 19 %.
В результате построения графика, если распределение совпадает или близко к нормальному, что соответствует параметру Z (стандартизованнму значению нормального распределения), то все точки лежат на прямой линии, или максимально рядом с ней. Если значения не являются нормально распределенными, то они будут отклоняться от прямой линии.
Кривые пунктирные линии - это 95 %-ный доверительный интервал, который представляет собой интервальную оценку для единичного наблюдения [8].
Таким образом, температура воздуха в Северном Казахстане повышается. Изменение температуры в теплый период происходит более устойчиво, чем в холодный, так как средний коэффициент вариации за теплое полугодие составил только 6 %, а за холодное полугодие - минус 19 %.
Статистические характеристики средней годовой температуры воздуха за последние 44 года можно оценить с помощью рисунка 6.
fi

Т, °С
\s
Рисунок 6. Гистограмма распределения средней годовой температуры воздуха (1971 - 2014 гг.) на территории Северного Казахстана

В соответствии с рисунком 6 и таблицей А представлен график эмпирического распределения - гистограмма, из которой следует, что наибольшую частоту в годовом ходе имеет температура воздуха, находящаяся в пределах от 3,1 до 3,7 °С. Медиана равна 2,95 +- 0,21 °С.
Коэффициент асимметрии равен минус 0,373 °С и является левосторонним, статистически значимым, так как As 0,25, но меньше критического значения Asкрит для 5 % уровня значимости (0,564), определяемого по таблице и являющегося более точным. Следовательно, распределение является статистически не значимо, и достаточно близко к симметричному.
Таким образом, изменчивость значений температуры воздуха, а следовательно и коэффициента вариации, средняя величина которого для среднегодового распределения составляет 34 % и является сильной, будучи больше 25 %.
Коэффициент эксцесса равен минус 0,425 и является плосковершинным, статистически не значимым, так как Ex меньше критического значения Exкрит для 5 %-ного уровня значимости (0,852). Следовательно, распределение близко к нормальному.
Рассеяние и отклонение температуры от нормального распределения можно оценить в соответствии с рисунком 7.
Z

Т, °С
\s
Рисунок 7. Отклонение средней годовой температуры воздуха (1971 - 2014 гг.) от нормального распределения на территории Северного Казахстана

В соответствии с рисунком 7 и таблицей А, значение средней годовой температуры воздуха близко к нормальному распределению. Величина среднего квадратического отклонения равна 0,999; дисперсия равна 0,999. Коэффициент вариации, как уже отмечалось выше, сильный, так как больше 25 %, и составляет 34 %.
Таким образом, среднегодовая температура в Северном Казахстане за период с 1971 года по 2014 год составила 2,9 ºС, и с течением времени повышается, являясь выше нормы, рассчитанной по климатическому справочнику, на 0,9 °С.
Описав термический режим северной территории Республики Казахстан, основываясь на данные пяти станций этого региона (Петропавлоск, Кокшетау, Костанай, Павлодар, Астана), переходим к описанию термического режима южной части Республики Казахстан.
Для расчетов по Южному Казахстану были выбраны метеорологические станции, расположенные в городах (пригородах): Казалинск, Кызылорда, Талдыкорган, Алматы, Жамбыл.
На рисунке 8 представлен временной ход температуры воздуха для года, теплого и холодного периодов с 1971 года по 2014 год на территории Южного Казахстана.

Рисунок 8. Временной ход температуры воздуха с 1971 по 2014 гг. за теплый период, холодный период и год на территории Южного Казахстана

В соответствии с рисунком 8 и таблицей А среднегодовая температура за последние 44 года на территории Южного Казахстана составляет 9,8 +- 0,14 °С, что на 1,0 °С выше нормы по климатическому справочнику (8,8 ºС).
При этом значение среднегодовой температуры воздуха каждые 10 лет увеличивалось на 0,42 °С.
Средняя температура воздуха за теплый и холодный периоды за последние 44 года составила 20,1 +- 0,13 °С и -0,6 +- 0,25 °С соответственно, что на 0,8 и на 1,0 °С выше нормы.
Таким образом, температура воздуха в Южном Казахстане, также как и в Северном Казахстане, в холодный период увеличивалась несколько быстрее (0,58 °С10 лет), чем в теплый (0,41 °С10 лет).
Среднее минимальное значение средней годовой температуры за последние 44 года было в 1972 году и составило Тmin = 7,4 °С, среднее максимальное значение: Tmax = 11,6 °С (2013 год). Амплитуда равна 4,2 °С.
Среднее минимальное значение температуры теплого периода за последние 44 года было в 1972 году и составило Тmin = 18,2 °С, среднее максимальное значение: Tmax = 22,2 °С (2012 год). Амплитуда равна 4,0 °С.
Среднее минимальное значение температуры холодного периода за последние 44 года было в 1984 году и составило Тmin = -4,3 °С, среднее максимальное значение: Tmax = 2,4 °С (2013 год). Амплитуда равна 6,7 °С.
Статистические характеристики и близость распределения средней температуры воздуха теплого периода за последние 44 года к нормальному, можно оценить с помощью рисунка 9.
fi

Т, °С
\s
Рисунок 9. Гистограмма распределения температуры воздуха (1971 - 2014 гг.) за теплый период на территории Южного Казахстана

В соответствии с рисунком 9 и таблицей А, представлен график эмпирического распределения - гистограмма, из которой следует, что температура воздуха, находящаяся в пределах от 19,9 до 20,5 °С является наиболее вероятной и имеет наибольшую частоту. Медиана составляет 20,05 +- 0,21 °С.
Коэффициент асимметрии As = 0,127 °С и является правосторонним, статистически не значимым, так как As 0,25 и меньше критического значения Asкрит для 5 % уровня значимости (0,564). Следовательно, распределение статистически не значимо, близко к симметричному, т.е. к нормальному.
Коэффициент эксцесса равен минус 0,370 и является плосковершинным, статистически не значимым, так как Ex меньше критического значения Exкрит для 5 %-ного уровня значимости (0,852). Следовательно, распределение близко к нормальному.
Построение графика зависимости между значениями температуры воздуха и ее нормального распределения производится следующим образом.
Во-первых, вариационный ряд подвергается ранжированию. После чего, рассчитывается значение параметра Z (стандартизованного значения нормального распределения), в предположении, что ряд имеет нормальное распределение.
В результате построения графика, если распределение совпадает или близко к нормальному, то все точки лежат на прямой линии, или рядом с ней. Если значения не являются нормально распределенными, то они будут отклоняться от прямой линии.
Кривые пунктирные линии - это 95 %-ный доверительный интервал, который представляет собой интервальную оценку для единичного наблюдения [8].
Таким образом, диаграмма рассеяния и отклонение температуры от нормального распределения можно оценить с помощью рисунка 10.
Z

Т, °С
\s
Рисунок 10. Отклонение средней температуры воздуха (1971 - 2014 гг.) от нормального распределения за теплый период на территории Южного Казахстана

В соответствии с рисунком 10 и таблицей А значение средней температуры воздуха в теплое полугодие колеблется около нормального распределения.
Величина среднего квадратического отклонения равна 0,902; дисперсия равна 0,814.
Коэффициент вариации слабый, т.к. меньше 10 %, и составляет 9 %.
Такие статистические характеристики как средняя и медиана, их ошибки можно оценить с помощью рисунка 11, на котором представлены частоты распределения средних температур воздуха для холодного периода на территории Южного Казахстана за последние 44 года.
С помощью рисунка 11 можно оценить близость средней температуры воздуха к нормальному распределению с помощью коэффициентов асимметрии и эксцесса.
fi

Т, °С
\s
Рисунок 11. Гистограмма распределения температуры воздуха (1971 - 2014 гг.) за холодный период на территории Южного Казахстана

В соответствии с рисунком 11 и таблицей А представлен график эмпирического распределения - гистограмма, из которой следует, что температура воздуха, находящаяся в пределах от минус 0,5 до плюс 0,5 °С имеет наибольшую частоту. Медиана равна 0,41 +- 0,35 °С.
Коэффициент асимметрии As равен минус 0,405 °С и является левосторонним, статистически значимым, так как As больше грубого критерия, равного 0,25, но при этом не больше критического значения Asкрит для 5 % уровня значимости, равного 0,564. Критическое значения Asкрит, определяемое по таблице и учитывающее объем выборки, является более точной характеристикой, чем грубая оценка, равная 0,25. Поэтому коэффициент асимметрии является статистически не значимым.
Коэффициент эксцесса равен минус 0,233. Следовательно, коэффициент эксцесса является плосковершинным, статистически не значимым, так как Ex меньше критического значения Exкрит для 5 %-ного уровня значимости, равного 0,852. Следовательно, распределение близко к нормальному.
Оценку значимости коэффициентов асимметрии и эксцесса можно производить и другими способами. Например, с помощью среднего абсолютного отклонения или по методу Пирсона, или с использованием размаха варьирования.
Рассеяние и отклонение температуры от нормального распределения можно оценить по рисунку 12.
Z

Т, °С
\s
Рисунок 12. Отклонение средней температуры воздуха (1971 - 2014 гг.) от нормального распределения за холодный период на территории Южного Казахстана

В соответствии с рисунком 12 и таблицей А, значение средней температуры воздуха за холодное полугодие отдаляется от нормального распределения. Величина среднего квадратического отклонения довольно высокая и равна 1,635, а дисперсия в свою очередь составила 2,674.
Коэффициент вариации отрицательный, так как значения температуры в холодный период принимают отрицательные значения.
Коэффициент вариации по модулю в холодный период на юге Казахстана очень сильный так как больше 25 %, и составляет минус 273 %.
Такой значительный коэффициент вариации может быть объяснен с нескольких позиций.
Первая - это связь с величиной самой температуры, среднее значение которой на южной половине Республики Казахстан колеблется около нуля градуса Цельсия.
Вторая - это связь с увеличивающейся неустойчивостью, то есть разбросом, значения температуры в холодное полугодие на территории Южного Казахстана, что в свою очередь связано с потеплением климата и опустыниванием больших площадей.
Таким образом, температура воздуха на территории Южного Казахстана повышается. Изменение температуры в теплый ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.