Статья: Оценка однородности многолетних рядов температуры и солености морской воды при изменении способов и сроков их наблюдения на морских постах дальневосточной прибрежной сети

Примечание. Т - среднемноголетнее значение температуры воды, D - дисперсия, p - число лет, t - критерий Стьюдента, t- критическое значение критерия Стьюдента, F - критерий Фишера, - критическое значение критерия Фишера.

температура соленость морская вода

Следовательно, результаты наблюдений за температурой воды на посту Находка распадаются на три неоднородных ряда: данные за 1933-1966 гг. могут быть использованы только для изучения термического режима вод зал. Находка, за 1967-1990 гг. - для бухты Находка. Среднесуточные значения температуры воды за 1991-2015 гг., помещенные в Ежегодниках (Ежегодные данные о режиме и качестве вод морей и морских устьев рек...), следует считать сомнительными для климатических расчетов.

При этом такое резкое потепление вод в бухте Находка в 1991-2015 гг. за счет климатического фактора не подтверждается наблюдениями на посту Токаревский, расположенном в этой же климатической зоне. На этом посту температура воды измеряется один раз в сутки (00 ВСВ), при отсутствии антропогенных нагрузок за исследуемый период не выявлен какой-либо значимый тренд среднегодовых значений температуры. То же отмечено по 4-срочным наблюдениям на посту Золотой, расположенном на западном побережье Японского моря севернее Находки, где также отсутствовали антропогенные нагрузки в 1990-2012 гг.

Стоит заметить, что непрерывного слива горячих вод, способного в такой мере повлиять на термический режим бухты Находка, нет. При этом в 1991-2015 гг. в зимние месяцы значимого тренда на повышение температуры практически не наблюдается, а в летние месяцы он, напротив, большой.

С 2016 г. температура воды на посту Находка измеряется автоматическим датчиком AANDERAA норвежского производства, что дополнительно обусловливает неоднородность наблюдаемых величин, так как положение датчика не обеспечивает стандартную глубину наблюдения - 0,5 м.

Значения температуры воды на постах Холмск и Углегорск (табл. 2) однородны за весь период наблюдений. Таким образом, переход с 4- на 2-срочные смежные наблюдения температуры воды не нарушает однородность ряда. Как отмечено выше, при 2-срочных смежных наблюдениях, согласно Наставлению... (см. сноску 6 на с. 65), в качестве среднесуточной в Ежегодники помещается значение температуры воды за один срок 00 ВСВ. Следовательно, в данных расчетах фактически сопоставлялись среднегодовые значения температуры воды, осредненные за четыре срока по 1990 г. включительно, и за один срок 00 ВСВ с 1991 г., которые оказались однородными на постах Углегорск и Холмск согласно полученным расчетным характеристикам. Для уточнения полученных выводов ниже (табл. 3) приведены среднемноголетние разности среднесуточных значений температуры воды и ее срочных значений для трех постов. Поскольку в бухте Пятачок 4-срочных наблюдений не было, в табл. 3 использованы данные поста Владивосток, находящегося в одной климатической зоне с Находкой.

Таблица 3

Среднемноголетние разности (АТ) температуры воды между ее среднесуточными значениями и измеренными в стандартные сроки на постах Углегорск, Холмск, Владивосток (1951--1960 гг.)

Примечание. Т_ср - среднемноголетняя температура воды по среднесуточным, Т - по срочным данным.

Как видно из табл. 3, на посту Холмск среднесуточная температура практически равна ее значению в 00 ВСВ, а в Углегорске ее значения в этот срок имеют минимальные отклонения от среднесуточной. Это подтверждает однородность температуры воды за весь период наблюдений на постах Холмск и Углегорск. Стоит отметить, что на посту Холмск температура воды измеряется в зоне антропогенного воздействия - в ковше, куда ежедневно сливается вода с приходящих паромов.

Нарушения однородности многолетних рядов солености морской воды на постах дальневосточной прибрежной сети

За весь период функционирования прибрежной морской сети в разные годы соленость измерялась тремя равно применимыми методами: физическим (ареометриче- ский), химическим (аргентометрический), электрометрическим (солемер ГМ-65).

Таблица 4

Значения критериев однородности (У) среднегодовых величин солености при различных способах определения на береговых постах

Примечание. are - ареометрический, arg - аргентометрический методы, ГМ-65 - солемер, N - критерий фон Неймана, N_Kp - критическое значение величины N.

Начиная с 1990-х годов из-за отсутствия нормальной воды все посты дальневосточной морской сети вернулись к физическому методу измерения солености. Исключение составляют посты Владивосток и Находка, где соленость в последние годы измеряется автоматическими датчиками норвежского производства AANDERAA, и однородность значений солености нарушается из-за отклонений от стандартной глубины измерения - 0,5 м.

Для анализа статистической оценки однородности среднегодовых значений солености, полученных различными методами, рассматриваются данные с шести морских постов с большим периодом измерений солености и минимальным количеством пропусков наблюдений: Посьет, Александровск, Углегорск, Холмск (Японское море), Нагаево и Охотск (Охотское море).

Статистическая оценка однородности среднегодовых значений солености проводилась по тем же критериям, что и для температуры воды.

В табл. 4 приведены данные однородности среднегодовых значений солености по критерию N, рассчитанному для каждого поста как по всему ряду в целом, так и по объединенным в один ряд двум смежным методам измерения.

Можно видеть, что значения этого критерия в градации «Все способы» на постах Посьет, Углегорск и Александровск показывают тенденцию к однородности с различной степенью неустойчивости. Например, в Посьете в 1945-1960 гг. соленость измеряли ареоме- трическим методом, в 1961-1998 гг. - аргентометрическим, в 1999-2008 гг. - по солемеру ГМ-65, при этом самым близким к однородному является весь период измерения солености на посту Посьет. На постах Охотск, Холмск и Нагаево наблюдения для всех способов совокупно за весь период измерения резко неоднородны, максимальная неоднородность отмечена на посту Холмск.

В целом можно видеть, что при переходе от одного способа измерения к другому исходя из значений критерия N на всех постах складывается довольно неоднородная ситуация. Исключение составляет Александровск, где все значения критерия N близки, т.е. имеет место лишь некоторая неустойчивость однородности.

Для дальнейшего осмысления результатов, полученных по значениям непараметрического критерия N, выполнены расчеты однородности по двум параметрическим критериям - t и F. Основное различие непараметрических и параметрических критериев заключается в том, что первые рассчитываются по натурным данным самого ряда, а вторые - по его статистикам (параметрам). Результаты расчетов приведены в табл. 5.

На посту Посьет, как следует из табл. 5, величины солености, измеренные физическим и химическим методами в 1945-1998 гг., по критериям t и F однородны, как и следовало ожидать, исходя из значения критерия N > 2. Величины солености, полученные химическим и электрометрическим методами, по критерию t оцениваются как неоднородные, по критерию F - как однородные, по критерию N - как неустойчивые. Исходя из того, что величины солености за весь период измерения в Посьете оцениваются как близкие к однородным, с некоторыми допущениями весь многолетний ряд наблюдений можно использовать как однородный при расчете климатических характеристик. Имеющиеся отклонения предположительно могут быть связаны с ошибками солемера ГМ-65 из-за несоблюдения сроков его поверки или полного ее отсутствия за весь период эксплуатации. В то же время значительное снижение среднемноголетнего значения солености за последние 10 лет по отношению к предыдущему периоду может являться следствием увеличения объема стока бытовых вод рядом с местом взятия проб (пост расположен на территории порта с интенсивной хозяйственной деятельностью).

В 2009 г. измерения солености на посту Посьет прекращены. Подобный анализ, выполненный для остальных пяти постов, показал, что максимальная неоднородность данных практически по всем трем критериям наблюдается в Холмске. Здесь по значениям критерия N (табл. 4) весь период наблюдений (1947-2016 гг.) оценивается как крайне неоднородный. Это же относится и к объединенным смежным рядам при переходе с одного метода на другой, как это видно из значений критериев однородности, приведенных в табл. 4 и 5, - все критерии указывают на полную нестыковку этих трех рядов. Таким образом, измерения солености на посту Холмск распадаются на три неоднородных ряда: 1947-1975 гг., 1976-1998 гг., 1999-2016 гг.

Таблица 5

Статистические характеристики и значения критериев t и F среднегодовых величин солености при различных способах определения на береговых постах

Примечание. are - ареометрический, arg - аргентометрический методы, ГМ-65 - солемер, D - дисперсия, p - число лет, t - критерий Стьюдента t - критическое значение критерия Стьюдента, F - критерий Фишера, F - критическое значение критерия Фишера, Sср - среднее значение солености морской воды.

На рис. 2 представлен хронологический график колебания среднегодовых значений солености. На нем ясно виден резкий перепад величин в 1999 г. при переходе с химического на физический метод, на основании чего можно предположить наличие постоянной ошибки в одном из этих способов определения. Данное предположение требует проверки.

Рис. 2. График колебания среднегодовых значений солености на посту Холмск

Как уже отмечалось, измерения солености на посту Холмск ведутся в нерепрезентативном месте, где ежедневно сливают пресную воду со швартующихся там паромов. Кроме того, не исключено, что в более ранние годы пробы на соленость брались за пределами ковша, откуда и могли возникнуть такие разночтения в данных. Но их резкий перепад в 2000 г. при переходе на физический метод измерения скорее указывает на наличие постоянной ошибки. Таким образом, показатели солености морской воды, полученные на посту Холмск, для климатических обобщений использовать не рекомендуется.

На посту Охотск весь объем измерений солености (1942-2014 гг.) по критерию N = 0,7 оценивается как неоднородный и распадается на три ряда. Первый ряд составляют значения солености, измеренные физическим и химическим методами. Из приведенного в табл. 4 значения по критерию N = 2,14 период 1942-1987 гг. составляет один однородный ряд (второй). Измеренные в 1961-2001 гг. химическим и электрометрическим методами величины солености при критерии N = 1,4, равном его критическому значению, имеют неопределенность ряда, которая, вероятнее всего, обусловлена крайне низкими (15-18 %о) значениями солености в мае-июне 1966 и 1985 гг., в период бурного таяния снегов. Неизвестно, было ли такое распреснение естественным или это следствие ошибки измерения, но оно повлияло на величину критерия N. В табл. 5 приведены значения t = 0,69 и F = 2,48 при их критических величинах 2,03 и 2,27 соответственно. Небольшое превышение критического значения критерия F указывает на некоторый аномальный скачок солености. Имея это в виду, показатели солености, полученные физическим, химическим и электрометрическим способами, относим к общему однородному ряду (1942-2001 гг.) с признаком неустойчивости. Эта неустойчивость может быть обусловлена теми же причинами, что и на Посьете, - неточностью солемера ГМ-65 при его эксплуатации без поверки. В третьем ряду значения солености, измеренные электрометрическим и физическим методами в 1988-2014 гг. в Охотске, неоднородны по всем критериям.