Проект по внедрению метода подобия в систему долгорочного прогнозирования погоды в зонах чрезвычайных ситуаций

Проект по внедрению метода подобия в систему долгосрочного прогнозирования погоды в зонах чрезвычайных ситуации

Проект подготовлен:

Маловой Юлией Александровной,

Учащейся СФТИ НИЯУ МИФИ

Снежинского городского округа

Научные руководители:

Закутнева Лала Низамиевна,

 ст.преподаватель кафедры ВТ и СА СФТИ НИЯУ МИФИ;

Мякушко Валерий Васильевич,

Доцент, к.т.н., зав.кафедрой ВТ и СА СФТИ НИЯУ МИФИ

г.Снежинск

2014 г.

1. Краткая аннотация проекта………………………………………3
2. Степень реализации проекта……………………………………..5
3. Описание проекта…………………………………………………5
4. Рабочий план реализации………………………………………...8
5. Результаты выполнения проекта………………………………...8
6. Перспективы дальнейшего развития проекта…………………..9
7. Средства, необходимые для реализации проекта………………9

   ---

   Проект по внедрению метода подобия в систему долгосрочного прогнозирования погоды в зонах чрезвычайных ситуации.

1. Краткая Аннотация проекта

«Проект по внедрению метода подобия в систему долгосрочного прогнозирования погоды в зонах чрезвычайных ситуации» разрабатывается на базе СФТИ НИЯУ МИФИ (г.Снежинск), по инициативе кандидата технических наук, доцента,заведующего кафедрой Вычислительной Техники и Средств Автоматики доцента Мякушко Валерия Васильевича. Проект выполняет студентка группы УТС-23Д Малова Юлия Александровна под руководством старшего преподавателя кафедры Вычислительной Техники и Средств Автоматики Закутневой Лалы Низамиевны

В настоящее время не существует методик долгосрочного прогнозировании погоды, состояние которой необходимо учитывать при проектировании и размещении АЭС, планировании работ, ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Их последствия можно свести к минимуму, если мы заранее будем иметь представление о погодных условиях в период ЧС. Другими словами, в настоящее время необходимо предупреждать возможные последствия чрезвычайных ситуаций, для чего необходимы упреждающие действия, основанные на долгосрочном прогнозе. Долгосрочное прогнозирование погоды является также важной задачей для жизни человека, экономики, хозяйства страны.

Предсказание погоды с научной точки зрения – одна из сложнейших задач физики атмосферы. Существуют различные методы для прогнозирования, но в полном объеме, ни один метод не обеспечивает пока точного прогноза. И не существует эффективных официально принятых методов прогнозирования на большие сроки (на год и более). В этой области требуется проведение трудоёмких научных исследований.

• Цели и задачи проекта:

1. Разработка программного модуля для поиска интервала подобия;
2. обеспечение большой заблаговременности прогнозов;
3. обеспечение высокой оперативности получения прогностической информации;
4. обеспечение независимости составления прогноза от наличия данных с других метеостанций, позволяющей работать в условиях дефицита метеорологической информации;
5. обеспечение экономичности, определяемой отсутствием необходимости в сборе огромного объёма информации и применения суперкомпьютеров;
6. обеспечение автономности прогнозирования.

• Реализация проекта осуществляется на базе СФТИ НИЯУ МИФИ с использованием технологичного оснащения компьютерных классов.

2. Степень реализации проекта

1. Собранны данные по состоянию погоды в городе Снежинск, Челябинской области с 1937 по настоящее время;
2. ведется разработка программного модуля для выявления интервала подобия собранных данных.

3. Описание проекта.

На сегодняшний день имеются базовые методы, с помощью которых проводится прогнозирование.

Синоптический метод  прогнозирования погоды состоит в одновременном обзоре состояния атмосферы на обширной территории, позволяющем определить характер развития атмосферных процессов и дальнейшее наиболее вероятное изменение погодных условий в интересующем районе. (На карты погоды наносятся данные метеорологических наблюдений на различных высотах и поверхности земли, производимых одновременно по одной программе в различных точках земного шара). Недостатком данного метода является его трудоёмкость.

Численные (гидродинамические) методы прогнозирования погоды основаны на математическом решении системы полных уравнений гидродинамики и получение прогностических полей давления, температуры на определенные промежутки времени. Точность численных прогнозов зависит от скорости расчета вычислительных систем, от количества и качества информации, поступающей с метеостанций.

Статистические методы прогнозирования позволяют по прошлому и настоящему состоянию атмосферы определить на будущий период времени состояние погоды.

Народные приметы дают точность ~50%.

В оперативной практике синоптики используют комплексный подход. Но ни один из методов, включая комплексный подход, не может обеспечить долгосрочный прогноз, который необходим для предотвращения последствий чрезвычайных ситуаций.

По сообщениям СМИ, приморские синоптики, опираясь на долголетний опыт, предсказывают погоду с высокой степенью оправдываемости. Приводятся результаты успешного предсказания погоды на основании прошлогодних данных с учётом смещения от вращения Земли (С. Станиславский, Витебская область). Предсказание погоды по цикличности солнечной активности предлагает методика профессора Е. Капустина (Мариуполь, Украина): если в какой-то календарный период колебания температуры совпадают с колебаниями давления, можно предполагать, что погода совпадёт с той, что наблюдалась в данном районе ровно 24 года назад. В СМИ приводился пример точного предсказания аномально жаркой летней погоды 2012 года энтузиастами-челябинцами на основе предшествующих наблюдений погоды в 90-е годы.

Всё это позволяет искать решение задачи долговременного прогнозирования на основе предшествующих наблюдений - нет более точной модели атмосферы, чем её истинное состояние в некотором интервале времени. А так как не бывает абсолютно точного совпадения состояния атмосферы и соответственно погоды, применить методы теории.

Характеристики любого явления в группе подобных могут быть получены с помощью теории подобия. Подобие - взаимнооднозначное соответствие между двумя процессами, при котором функция перехода параметров, характеризующих один из них, к другим параметрам известны, а математическое описание может быть преобразовано в тождественное. Это означает, что исследуемое явление можно получить подобным заданному путём такого его преобразования, когда размер каждой его величины поменяется в определённое число раз (подобное преобразование явлений). Детерминированные критерии отражают физическое подобие по функциям, параметрам, процессам. Стохастические критерии подобия отражают в обобщённом смысле наличие случайных факторов, разброс параметров, и т.д. Нечёткое подобие – при отсутствии числовых точных оценок и применении семантических оценок явлений.

Ознакомившись с методом подобия, решено использовать именно его для долгосрочного прогнозирования погоды в чрезвычайных ситуациях. Обосновать выбор можно следующим.

Метод основан на оригинальном способе анализа и обработки временных рядов и выделении устойчивых временных циклов различного масштаба и различной физической природы. Найдены связанные с циклами солнечной активности закономерности в последовательности смены различных типов полугодий с различными типами погоды. Каждый из типов полугодий охарактеризован определённым набором синоптических периодов. Эти закономерности дают возможность построить принципиально новую физико-статистическую модель для составления долгосрочных прогнозов погоды.

4. Рабочий план реализации проекта

5. В результате выполнения проекта будет разработан программный модуль для определения интервала подобия собранных данных, который будет обеспечивать большую заблаговременность прогнозов; высокую оперативность получения прогностической информации; независимость составления прогноза от наличия данных с других метеостанций, позволяющая работать в условиях дефицита метеорологической информации; экономичность, определяемая отсутствием необходимости в сборе огромного объёма информации и применения суперкомпьютеров; автономность прогнозирования.

6. Перспективы дальнейшего развития.

Перспективы программного модуля для долгосрочного прогнозирования погоды в зонах чрезвычайных ситуаций заключаются в следующем.

Программный модуль может найти широкое применение в самых различных областях народного хозяйства как в чрезвычайных ситуациях (в период ведения боевых действий или при стихийных бедствиях, когда внешняя информация отсутствует), так и в обычных условиях (планирование работ военной и гражданской авиации, военных и промысловых судов, доставка грузов и топлива в отдалённые районы, в строительстве, медицине, сельском хозяйстве, экономике, экологии и др.) Даже однократное его использование применительно к нуждам большого города, а тем более страны, может многократно окупить все затраты на его разработку.

Использование программного модуля в прогностической практике позволит создать принципиально новую систему прогнозирования погоды.

7. Средства необходимые для реализации проекта:

• Компьютер(монитор, мышь, клавиатура, системный блок)
• Программное обеспечение (Microsoft Visual Studio)