Влияние количества выбросов стационарных источников на повторяемость гроз на территории Украины по результатам компонентного анализа

Характеристика проблемы и актуальность задач. Грозы являются одним из опасных явлений погоды, связанных с конвективной облачностью. При современных климатических изменениях, мониторинг условий образования грозовых явлений на территории Украины является актуальным вопросом [1]. Достоверность полученных результатов обеспечивают фактические данные о повторяемости гроз и применение методов многомерного статистического анализа [2]. Целью работы является получение собственных значений и собственных векторов матицы корреляции, проведение анализа полей первых собственных векторов. В работе анализируются данные о числе дней с грозовыми явлениями на территории Украины за период 1970-2011гг., которые были разделены на два периода: 1970-1989гг. и 1990-2011гг. Использовалась база данных испанского климатического сайта о числе дней с грозовыми явлениями за теплый период года: www tutiempo net. Сжатие и фильтрация метеорологической информации производились с помощью компонентного анализа.
Результаты и их обсуждение. Использование компонентного анализа позволило определить главные компоненты для двух временных периодов. Как показал анализ полученных результатов, для исследуемого поля повторяемости гроз величины первых пяти собственных значений исчерпывают около 50 % суммарной дисперсии поля (табл. 1). Далее анализировались ряды первых трех главных компонент. С помощью скользящего сглаживания проведено избавление от шумовой компоненты во временных рядах главных компонент числа дней с грозой. Для скользящего сглаживания использовалась периодичность с максимальной энергией колебания, рассчитанная с помощью быстрого преобразования Фурье с вероятностью 68 %. Выявлено, что для первых трех главных компонент для обоих периодов характерны двухлетние и трехлетние колебания.

Таблица 1 – Охват дисперсии (%) повторяемости гроз для двух периодов: 1970-1989 гг. и 1990-2011 гг.

Проведем анализ полей первых трех собственных векторов, для этого визуализируем расчетные значения (рис. 1). Поле первого собственного вектора характеризуется зонами максимальных значений в районе Азовского моря для периода 1970-1989 гг.

Рис. 1. Поля первых трех собственных векторов для двух периодов лет 1970-1989 гг. и 1990-2011 гг.

Следующее двадцатилетие характеризуется распространением зоны максимальных значений на большую территорию Украины с максимумами в районе г. Харькова и г. Львова. Учитывая, что для второго двадцатилетия увеличился процент суммарной дисперсии поля (на 7 %) можно подтвердить явную тенденцию к увеличению площади занимаемой положительными значениями, которую можно связать с ярко выраженным притоком южного теплого и влажного воздуха.
Поле второго собственного вектора характеризуется более сложной и мелкой структурой и двумя зонами максимумов. В период 1970-1989 гг. первая зона положительных значений приходится на Луганскую и Днепропетровскую область, а точнее на Донецкий кряж, который является естественной возвышенностью, находящуюся на пути воздушных потоков, здесь наблюдается более 50 % от общего числа дней с грозой за год. Второй максимум расположен над Кременчугским водохранилищем.
В период 1990-2011 гг. произошло смещение первой зоны максимумов южнее в район Мариуполя. Как известно, грозовая активность напрямую зависит от количества ядер конденсации в атмосфере. Одним из основных поставщиков ядер конденсации являются промышленные предприятия, в том числе и металлургической отрасли.
Для Мариуполя таким предприятием является завод «Азовсталь», где за последние 18 лет (1993-2011гг.) выбросы варьируются от 315 до 425 тыс. тонн в год (рис. 2) [3]. Резкий рост с 2000 года грозовой активности на ст. Мариуполь, может быть связан с одновременным повышением температуры воздуха и ростом производственных выбросов. В свою очередь, рост грозовой активности на ст. Мариуполь на фоне ее небольшого уменьшения в районе ст. Луганск, привело к перемещению максимума в район ст. Мариуполь (рис. 3). Второй максимум, отмечаемый на карте, сместился в район г. Киева, а также появился третий максимум в районе г. Львова.

Рис. 2. Выбросы загрязняющих веществ на «Азовстале» за период 1993-2011 гг.

Поля третьего собственного вектора характеризуется значительными изменениями. Так, в период

1970-1989 гг. наблюдается малоградиентное поле, а в период 1990-201 1гг. эта же территория представлена значительными горизонтальными градиентами и характеризуется двумя зонами максимумов: в районе Азовского моря и Донецкого кряжа и в районе Карпат.

Рис. 3. Многолетние изменения повторяемости гроз: а) Луганск, б) Мариуполь

Выводы. Таким образом, с помощью компонентного анализа были определены изменения в полях собственных векторов повторяемости гроз на территории Украины за период 1970-2011гг., которые характеризуют изменение процессов разных масштабов, влияющих на повторяемость гроз в Украине. Полученные данные о производственных выбросах в г. Мариуполь подтверждают соответствие динамики выбросов предприятий металлургической отрасли современной динамике повторяемости гроз в этом районе.
Список лИтературы
1.         Данова Т.Є. Фізичні основи впливу на атмосферні процеси. Навчальний посібник. Одеса, «Екологія», 2010. – 128 с.
2.         Школьний Є.П., Лоєва І.Д., Гончарова Л.Д. Обробка та аналіз гідрометеорологічної інформації:  підручник. – К.: Міносвіти України, 1999. – 600 с.
3.         Сайт Министерства природных ресурсов

Влияние количества выбросов стационарных источников на повторяемость гроз на территории Украины по результатам компонентного анализа [Електронний ресурс]  / Мацук Ю.М., Данова Т.Е..  // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/vlyyanye-kolychestva-vybrosov-stacyonarnyh-ystochnykov-na-povtoryaemost-groz-na-terrytoryy