Введение к работе
Актхлшость_темы. В последние несколько десятилетий в гидрометеорологии формируется новое научное направление, связанное с пространственно-временным распределением жидких осадков за короткие интервалы времени. Исследованию пространственно-временной структуры дождей посвящены многочисленные работы для равнинных и, в меньшей степени, горных районов. Направленность этих исследований, как правила, ограничена определением норм или анализом одномерного распределения продолжительности и количества осадков, чаша всего не увязанных между собой.
Современный уровень научных исследований в смежных с климатологией дисциплинах таких, например, как гидрология, селеводенне требует Оолее детального и углубленного изучения структуры полей жидких осадков в горных районах. Решение целого ряда прикладных гидрометеорологических задач, в частности, исследование процессов эрозии почв и грунтов, расчет и прогноз паводков и селей доадевого происхождения зависит от знания закономерностей пространственного и временного распределений жидких осадков. Результаты широко используются при проектировании и строительстве селезаградателышх плотин, городских канализационных систем, водно-дренажных сетей.
В Казахстане наиболее густонаселенными и обжитыми районами являются предгорья хребтов, расположенные вдоль .юго-восточных государственных границ. На горной территории развита селевая деятельность. Наибольшей селевой активностью отличается Заилийс-кий Алатау. Сели возникают преимущественно от выпадения дождей
ливневого характера с количеством осадков более 30 мл. Именно поэтому данная работа, посвященная изучению статистической структуры полей жидких осадков в горных районах и разработке методики вероятностного прогноза селей ливневого происхождения, является актуальной и целесообразной. Прогнозирование селей, связанных с дождями, хотя бы с небольшой заблаговременкостью позволит предотвратить или уменьшить ущерб, наносимый ими народному хозяйству. Важность данной проблемы признана и на международном уровне: Организацией Объединенных Наций на 1990-е годы принята программа международного десятилетия по сокращению ущерба от стихийных бедствий.
Шль_и_зааачи_исследований. Основной целью проводимых исследований является изучение статистической структуры приземных полей суточных сумм жидких осадков в горных условиях и анализ закономерностей пространственно-времзнного распределения жидких осадков на территории Южного Казахстана. Предполагалось проведение статистического анализа характеристик дождей - слоя, продолжительности и интенсивности. Направленность исследований подчинена идее использования экстремальных значений интенсивности выпадения дождей при вероятностном прогнозировании стихийных гидрометеорологических явлений, в частности, селей.
В процессе исследований необходимо было решить следующие задачи:
выбрать методологию статистического анализа' характеристик доадей и оценить точность определения параметров распределения суточных сумм жидких осадков з различных физико-географических
условиях;
установить соотношение между равнообеспеченными величинами слоя и продолжительности дождей;
исследовать статистическую структуру приземных полей суточных сумм жидких осадков в горных районах Западного и Северного Тянь-Шаня, Казахстанского Алтая;
разработать аналитический способ интерполяции и экстраполя-ции количества осадков по высоте местности в условиях достаточной или ограниченной информации;
создать пакет программ на ЭВМ. для вычисления статистических параметров распределения количества (слоя) осадков в пункте и по площади, а также моделирования условного поля осадков в реальном масштабе времени выпадения дождей;
разработать методику краткосрочного вероятностного прогноза селей ливневого происхождения и наметить пути реализации.
Мвтддика_исследований. Дожди характеризуются сильно выраженной дискретностью и значительной неравномерностью выпадения количества осадков по территории. В силу этого наиболее эффективными являются методы статистического анализа данных наблюдений за дождями. Из числа существующих практических приемов оцошга статистических параметров жидких осадков, предложенных Г.А.Алексеевым, Я.Д.Алибеговой, И.В.Литвиновым, Ц.А.Швер -и другими, предпочтение отдано методике Ю.Б.Виноградова, которая наиболее полно позволяет решить вопросы вероятностного расчета и прогноза селей дождевого происхождения.
По вариационному ряду х%> хг > > хп для каждого члена
с порядковым номером m с помощью формулы
F*(x) = Р*= m/n
оцениваются вероятности р*, которые попарно со значениями xt , и представляют собой координаты эмпирической функции распределения f*(x). Предпочтение отдается всей совокупности наблюденных данных, которая дает гораздо более полное и надежное представление о повторяемости отдельных ее элементов, в том числэ и максимальных значений, чем изучение значительно более короткого ряда, составленного из годовых максимумов.
С помощью гибкой системы функционально-нормальных распределений аппроксимируются эмпирические кривые обеспеченности исходных величин: количества и продолжительности осадков. Вычисление параметров аналитической функции распределения производится по трем реперним точкам эмпирической кривой обеспеченности исследуемого элемента. В качестве эмпирической кривой обеспеченности интенсивности выпадения осадков для отдельных дождей используется вариационный ряд относительной величины продолжительности и соответствующего слоя осадков, выпавших с интенсивностью, превышающей заданный ее уровень.
Поле осадков педставляется нормализованными величинами, что упрощает решение любых статистических задач, особенно при применении разного рода критериев и при многомерном анализе, по-настоящему эффективном лишь,для нормальных совокупностей случайных величин. При этом зона выпадения осадков в пределах заданного за?жнутого контура определяется "особенностью взаиморасположения
точек в рамках моделирования полей", используя аппарат теории марковских цепей.
На основе выявленных статистических закономерностей пространственно-временного распределения жидких осадков и изучения механизма формирования селевих потоков разработана методика краткосрочного вероятностного прогноза селей ливневого происхождения.
Материалы.В процессе исследований были использованы измеренные количества осадков за сутки, а также слои, продолжительности и интенсивности дождей на стационарной осадісомерной сети Госкомгидромета СССР. Осуществлена выборка архивных данных о жидких осадках с апреля по октябрь за период наблюдений с момента открытия станции до 1975 г. Дополнительно собраны данные о жидких осадках по территории северного склона Заилийского Алатау по 1989 г. включительно.
Привлечены материалы специализированных исследований за условиями формирования селей в низкогорном поясе Заилийского Алатау, полученные специалистами КазНИГМИ и Казгидромета в период
1972 - 1993 гг.
Нау_чная_новизна исследований состоит в том, что впервые:
определены статистические параметры пространственного и временного распределений суточных сумм жидких осадков в различных физико-географических условиях на горной территории СССР, включая Казахстан;
уточнены значения параметров связи между равнооОеспеченными величинами слоя и продолжительности дождей;
выполнен статистический анализ суточных сумм жидких осадков на ЭВМ с использованием методов нормализации и выравнивания
эмпирических функций распределения по трем реперним точкам;
разработан аналитический способ интерполяции и экстраполяции количества осадков по высоте местности в условиях достаточной или ограниченной информации;
построены на единой методической основе карты пространственного распределения суточных сумм жидких осадков IS обеспеченности для горной территории Казахстана;
разработана методика краткосрочного вероятностного прогноза селевых явлений при наличии количественного прогноза жидких осадков для бассейна р.Акжар.
На_задитї_внносятся:
аналитический способ интерполяции и экстраполяции количества осадков различной обеспеченности по высоте местности в условиях'достаточной или ограниченной исходной информации;
карты пространственного распределения суточных сумм жидких осадков I % обеспеченности для горных районов Казахстана (масштаба 1:1000000);
методика краткосрочного вероятностного прогноза селевых явлений ливневого происхождения для бассейна р.Акжар.
Шэкткческая_ценкость выполненных исследований состоит в использовании выявленных закономерностей пространственно-временного распределения суточных сумм жидких осадков для решения за-' дач прогноза к моделирования случайного процесса выпадения дождей в условиях горного рельефа местности. Построенные карты изолиний суточных сумм жидких осадков 1%-ной обеспеченности на территории Южного Казахстана позволяют определять критериальные зна-
чения для расчета максимальных расходов дождевых паводков, повторяющихся в среднем один раз в сто лет, на малых водосборах. Суточные слои жидких осадков, вероятностью превышения Р=1%, применяются в качестве косвенного показателя территориального распространения селей ливневого цроисхоздения и их расходных характеристик на мелкомасштабных картах селевой опасности территории.
Полученные результаты позволяют осуществлять разработку методик краткосрочного вероятностного прогноза селевих явлений при наличии количественного прогноза жидких осадков. В частности, разработана методика, позволяющая по прогностическим значениям количества осадков на двенадцатичасовой интервал времени в пункте Алмати, составлять вероятностный прогноз селеоСразования на текущий день с заСлаговременностью 12 часов "и последующую ночь с заблаговременностью 24 часа в бассейне р.Акжар.
?элиэация_работы. Результаты статистической обработки и обобщения суточных сумм жидких осадков использованы 19 подразделениями Госкомгидромета СССР при составлении мелкомасштабных карт селевой опасности на территории их деятельности. В частности, ЗакНИГЖ подготовлена и издана карта селевой опасности Закавказья и Дагестана, на которой автором построена система изолиний суточных сумм жидких осадков, вероятностью превышения Р=1% / 7 /.
Методика краткосрочного вероятностного прогноза селеобразо-вания для бассейна р.Акжар применяется в оперативной практике Казгидромета (в качестве консультативного прогноза).
МВОбация_рабрты. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции по селевым потокам в
г.Ташкенте (1978 г.), второй научной конференции по проблемам гидрологии Дальнего Востока и БАМа (1983 г.), Международном симпозиуме: Водные ресурсы Центральной Азии и проблемы охраны окружающей среды (1993 г.), конференции молодых специалистов, заседаниях Ученого совета КазНИГМИ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, включая одну монографию (в соавторстве), общий объем которых составляет 9 печатных листов.
Стру_кту_ра_и_объем_работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы - 184 с, включая 18 рисунков, 16 таблиц и список литературы из 141 наименования, в том числе 34 зарубежных авторов.
