5. Долгосрочный прогноз. Каковы особенности межгодовых изменений гидрометеорологических характеристик?

Межгодовая изменчивость океанографических характеристик в годовом осреднении стохастична. При разработке методики прогнозирования с годовой и более заблаговременностью, в частности, осуществляется выявление скрытых периодичностей, циклов и квазициклов. Предпосылками многолетних циклических изменений в определенных частях биосферы могут служить геофизические и гелиофизические колебательные процессы с выявленными или предполагаемыми воздействиями на живые организмы. К таковым, используемым в практике прогнозирования, относятся колебания солнечной активности, изменения скорости вращения Земли, смена циркуляционных эпох в атмосфере, автоколебательные процессы в Мировом океане и некоторые другие.

Солнечная активность уже с 18-го века оценивается астрономами по среднегодовому количеству солнечных пятен, легко наблюдаемых и учитываемых. Образующийся индекс называется Цюрихским числом или Числом Вольфа (W). В его колебаниях прослеживается 11-летний цикл с отклонениями в 1-2 года. Механизм воздействия этого фактора на атмосферную циркуляцию и на биосферу пока не ясен. С увеличением количества солнечных пятен усиливаются турбулентные процессы на Солнце, увеличивается поток ионов, возбуждающий ионосферу Земли. Происходящие при этом так называемые "магнитные бури" хорошо известны радистам, так как взволнованная ионосфера существенно препятствует распространению радиоволн короткого диапазона. По общему энергетическому уровню эти воздействия незначительны. По оценке А.С. Монина их уровень сравним с энергией одного атмосферного циклона. Как "солнечный ветер" может влиять на живые организмы, тем более на состояние атмосферы - остается вопросом. Высказываются предположения о связи солнечной активности и солнечной постоянной (1,94 кал/см2*мин), однако, наблюдаемая в пределах точности оценки последней.

Тем не менее, обнаружены многочисленные зависимости между солнечной активностью и явлениями в атмосфере, гидросфере и биосфере, именуемые солнечно-земными связями. В монографии А.П. Чижевского, основоположника учения об указанных связях, собраны многочисленные факты, иллюстрирующие влияние солнечной активности на живые организмы от бактерий до человека.

Изменения скорости вращения Земли известно геофизикам. Речь идет, конечно, о тысячных долях секунды, но влияние таких колебаний обнаруживается в изменениях состояния атмосферы. Выявленная периодичность составляет примерно 70 лет. Причины колебания объясняются переменами момента вращения планеты. При накоплении льда вблизи полюсов вращение Земли ускоряется, что приводит к изменениям в циркуляции атмосферы и потоков теплых и холодных вод в океане. В результате наступает потепление в полярных районах, уменьшение массы льда и замедление вращения Земли (Н.С. Сидоренков).

По указанным и другим причинам в состоянии атмосферы происходят непериодические изменения, количественно выражаемые в виде циркуляционных эпох. Этот подход разработан Г.Я. Вангенгеймом, А.А. Гирсом и рядом других метеорологов. Они выявили более крупные, по сравнению с естественными синоптическими периодами (3-7 дней), стадии: естественные синоптические сезоны, внутригодовые стадии (2-6 месяцев), стадии циркуляционных эпох (2-6 лет) и циркуляционные эпохи (10-30 лет). Все они оцениваются количественно посредством подсчета величин повторяемости определенных форм циркуляции, которые можно выразить числом дней, занятых процессами данной формы, или отклонением от среднего многолетнего. Формы циркуляции, или типы, отражают характерное географическое распределение знака барического поля и направление основных переносов воздуха. Для атлантико-евразийского сектора это: W - западный тип, Е - восточный, С - меридиональный. Обозначения для аналогичных типов тихоокеанско-американского сектора соответственно: З, М1 и М2.

Значения повторяемости могут быть представлены за любой срок или за весь период в целом в виде колебания ее по времени или в виде интегральных кривых. Метод построения последних состоит в том, что последовательно суммируются аномалии повторяемости за определенные сроки соответствующих типов циркуляции - W, С и Е.

Для прогноза по конкретным районам используются частоты атмосферных переносов или их аномалии по восьми основным румбам, как это уже описано для краткосрочных прогнозов.

Аномалии вычисляются следующим образом:

где - повторяемость в днях типа (j=1, 2, 3….9) - всего 8 румбов плюс 5-й тип - повторяемость штилей и маловетрия в i-й месяц,

- соответственно месячная норма повторяемости (среднее многолетнее значение данного типа в данном месяце).

Для черноморского региона, в частности, принята следующая нумерация типов: 1 - СВ, 2 - В, 3 - ЮВ, 4 - С, 5 - штиль, 6 - Ю, 7 - СЗ, 8 - З, 9 - ЮЗ. С учетом того обстоятельства, что переносы северо-восточной половины (типы 1-4) и юго-западной (типы 6-9) имеют противоположные экологические последствия по ряду показателей биотической части экосистемы, сочтено целесообразным получение специального индекса, обозначающего преобладание первого над вторым:

Значимыми оказались также индексы суммарной аномальности - суммы аномалий всех типов независимо от знака в i-том месяце или в году (к):

,

Перечисленные индексы сопоставлялись с промыслово-биологическими показателями и с другими гидрометеорологическими характеристиками при наличии многолетних рядов их наблюдений. К таковым относятся например, ряды наблюдений за температурой воды в черноморских портах. Наиболее продолжительные из них - одесский (с 1915 года) и батумский (с 1925 г.)

Для экосистем некоторых морей информативными бывают ряды годовых стоков рек. В статистических моделях черноморского региона использовался антропогенный фактор в виде величин безвозвратного водопотребления (q), вычисленный для периода 1960-1986 гг как разница между объемом естественного и фактического пресного стока (данные А.В. Николенко и В.И. Решетникова).

Что же обычно прогнозируется с заблаговременностью в несколько лет?

В практике промысловой океанологии основными предиктантами являются: прежде всего урожайность промысловых видов как основа будущего запаса (а следовательно и базис для расчета допустимого вылова); во-вторых, уровень первичной продукции в качестве показателя потенциальной продуктивности на высших трофических уровнях; в третьих, условия существования донных биоценозов, в особенности в районах, где периодически возникают заморы.