Погода на лето

Прогнозы и предсказания часто вызывают ассоциации  с пророчествами и прозрениями,
внося ненужный мистицизм. А прогноз погоды, причём не только в России, всегда
вызывает усмешку — ироническую, а то и циничную. Дескать, что эти учёные понимают…
Однако, те же учёные с большим уважением и вниманием относятся к т.н. народным
приметам, отметая, конечно, заведомые суеверия.
Весной всегда интересно, каким будет лето.
Вот некоторые народные наблюдения;
некоторые явно в стиле «Кошка много спит — к дождю» (^__^), но есть и нетривиальные:

  • Если ранней весной сверкает молния, а грома не слышно — летом будет сухо.
  • Если весной летит много паутины — лето окажется жарким.
  • Птицы вьют гнезда на солнечной стороне — к холодному лету.
  • Если снег по весне тает с северной стороны муравейника — лето будет теплым и
    продолжительным, а с южной стороны — холодным и коротким.
  • Каков январь, таков июль: много снега в январе — часты дожди в июле, если январь
    холодный, то июль будет сухой и жаркий.
  • Морозы на последней неделе января обещают холодное лето.
  • Если на Новый год тепло и снег, лето будет теплое.
  • Поздняя весна предвещает хорошую погоду летом.
  • Когда снег бойко тает и вода бежит сильным ручьём — лето будет дождливым.
  • Весна очень теплая — лето будет холодное.
  • Сухой и легкий снег — к сухому лету.
  • Если береза распустит листья раньше клена или ольхи — лето будет сухое, а если клен
    выбросит листья раньше березы, то лето будет мокрое.
  • Если ольха выбросит листья раньше березы, ожидай холодного дождливого лета.
  • Если дуб зазеленел раньше ясеня, ожидай сухого лета.
  • Если первые грибы — сморчки появились на возвышенных местах — к дождливому лету, на
    низинных к сухому.
  • Если одуванчик зацвел ранней весной, лето будет коротким.
  • Обильное выделение березового сока в апрельские дни — к дождливому лету.

Но я всё же больше доверяю статистическим методам. И любой человек, мало-мальски
знакомый с математикой, испытает такое же искушение. Вот график средних температур в
 Москве за июнь:
Июни
Есть элементы хаотичности, но и периодичность видна. Нельзя ли по уже
имеющимся данным предсказать температуры на следующие 2-3 года?
Да, можно…попробовать ;)
В начале — обязательное уточнение понятия «среднее». Сейчас метеостанции ведут
непрерывный мониторинг погоды. С помощью Wolfram Mathematica можно получить данные с сотен метеостаний, начиная с 50-х, а иногда и с 30-х годов.
Вот, например, последние 3 дня в Москве:

 Last3
Среднесуточной температурой считается сумма всех отсчётов за сутки, делённая на их
количество. Такое усреднение имеет важное значение. Например, бывают мартовские дни,
когда днём около +10°. Но ночью при этом заморозки; и вегетация растений не начнётся,
пока среднесуточная температура не превысит +6°.
Остальные средние определяются подобным образом. Так, сумма всех измеренных
температур за год, делённая на количество измерений даст среднегодовой показатель.
Вот его значения для Москвы:

Потепление в Москве

Прямая проведена т.н. методом наименьших квадратов и показывает явную тенденцию к
потеплению, несмотря на сильные отклонения.

Вернёмся к средним температурам летних месяцев. Несмотря на всю сложность
климатических механизмов Земли, определяющее значение для них имеет вращение
Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси. Конечно, это не просто круговой хоровод.
Можно сказать, что каждое из этих движений состоит из множества периодических
компонент. Одни из них имеют выраженный характер (например, движение Земли по
эллипсу). Другие (например, изменение формы эллипса, прецессия земной оси) очень
малы или имеют огромные периоды.
Тем не менее, любые изменения климата можно с успехом аппроксимировать
периодическими функциями. Наиболее точные результаты получатся с использованием
т.н. эллиптических функций. Но мы ограничимся простыми синусами.
Посмотрим на модельный пример. Высокочастотные, но слабые колебания накладываются на основной период.

Синусы

Даже неискушённый человек опишет этот процесс как «сумму колебаний, частоты которых отличаются в ~5 раз,
а амплитуды в ~3 раза».

Примерно так можно проанализировать и колебания температур. Конечно, я опускаю
подробности  и сложности.
Упомяну лишь один парадокс, поразивший меня в своё время.
Если мы используем абсолютно все точки спектра колебаний за последние 30 лет и
построим на их основе кривую на следующие 30, то получим … периодическое
повторение уже известных данных. Ничего нового, никаких предсказаний!
Чтобы сделать прогноз, нужно определённым образом обработать данные, выделить
наиболее «весомые» колебания. Вот пример аппроксимации для июня:
Prognoz

А вот мои предсказания. Напомню, что они касаются среднемесячных температур.

Месяц 2010 2011 2012 2013 2013 real 2014
Июнь 18.8 19.2 17.2 15.6 19.8 17.2
Июль 26.2 23.5 21.1 19.1 18.8 20.5
Август 21.2 18.9 17.8 17.7 18.2 18.6

Т.е. прошёл июнь, взяли все измеренные температуры, сложили, поделили на число
измерений. С Wolfram Mathematica в этом нет проблем. Так что подождём 30 июня…

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s