Методы планирования и прогнозирования

Московский  Технический Университет Связи  и Информатики 
 

Доклад по дисциплине СИЭП

на тему

«Методы планирования и прогнозирования» 

Подготовила студентка группы №ЭУ0601

 Борисова  Анна 
 
 
 
 

Москва 2010

     Введение

     Климатические изменения на Земле могут носить не только постепенный характер. Возможен и катастрофический сдвиг, который  потребует чрезвычайных, в том  числе военных, мер реагирования. Таков основной вывод доклада "Сводка погоды: 2010-2020", подготовленного профессиональными футурологами по заказу министерства обороны США. Как утверждают эксперты, глобальные климатические изменения способны полностью дестабилизировать политическую обстановку на планете. В числе "правдоподобных" упоминаются такие сценарии, как голод в Европе и соперничество ядерных держав из-за скудных водных ресурсов.

     В своих прогнозах авторы - Питер  Шварц и Дуглас Рэндолл - исходят из возможности того, что в результате природных сдвигов по совершенно иным законам начнет внезапно жить Мировой океан. Европа, Азия и Северная Америка лишатся тогда привычного тепла. А в Южном полушарии, наоборот, станет жарче.

     «Стратегический прогноз изменений климата Российской Федерации на период 2010 - 2015 гг. и  их влияния на отрасли экономики  России». Готовили прогноз все службы Росгидромета. Руководил проектом глава  Всемирной метеорологической организации, он же начальник Росгидромета Александр  Иванович Бедрицкий. 

1. Анализ  доклада, составленного  для Управления общих  оценок Пентагона.  Питер Шварц и  Дуглас Рэндолл.

     По  словам ученых, Земля уже пережила нечто подобное 8200 лет назад. Человечеству известно, в частности, совсем недавно  происшедшее по историческим меркам явление - Малое оледенение. Оно продолжалось примерно с 1300 по 1850 год. Из-за ухудшившихся погодных условий европейцам пришлось покинуть Гренландию, увяла цивилизация  викингов. Лишь с 1315г. по 1319 год голод  выкосил десятки тысяч людей, подчеркивается в докладе. А ведь тогда человечество было куда малочисленнее.

     Несмотря  на гигантский рост научно-технической  вооруженности, человек и теперь крайне уязвим перед силами природы. Население Земли огромно, причем значительная часть его живет в нищете, а также в районах, "рискованных" с природной точки зрения. В случае, если случится катастрофическое изменение климата, в качестве основных опасностей предстают нехватка продовольствия, воды, стратегических ископаемых (не в последнюю очередь нефти). Все это создает почву для войн. "Неизбежным" представляется предсказателям и распространение ядерного оружия.

     "Поскольку  в мире насчитывается всего  пять или шесть ключевых зернопроизводящих  регионов (США, Австралия, Аргентина,  Россия, Китай и Индия), - говорится  в документе, - излишков при глобальных  поставках продовольствия оказывается  недостаточно, чтобы нейтрализовать  последствия суровых погодных  условий одновременно в ряде  регионов, разве что в четырех  - пяти. В условиях глобальной  взаимозависимости, говорится в  докладе, Соединенные Штаты становятся все более уязвимы для экономического катаклизма, вызванного местными метеорологическими изменениями в основных сельскохозяйственных и многонаселенных регионах".

     Из  доклада вырисовывается картина  разобщенности и вражды стран  и регионов, когда на земном шаре резко изменятся климатические  условия, а заодно представления  о реальном благополучии. Как считают  футурологи, в незавидном положении  может оказаться из-за нехватки продовольствия и массового исхода населения  Европа, которая "станет холоднее, суше, ветренее и будет больше походить на Сибирь". Более холодные зимы и  слишком знойное лето способны породить широкомасштабный голод в Китае.

     На  геополитической сцене, считают  ученые, открываются самые противоречивые возможности. «Соединенные Штаты и  Канада могут стать единым целым, облегчая задачу охраны границ, - рассуждают авторы. - Или же Канада может закрыть  от других свои гидроэнергоресурсы, создав энергетические проблемы для США. Север и Юг Кореи могут вступить в союз, чтобы создать единое образование, располагающее высокоразвитыми технологиями и ядерным оружием. Европа может действовать в качестве единого блока, урегулировав проблемы миграции между отдельными европейскими государствами и обеспечив оборону от агрессоров.»

     Россия, располагающая богатыми запасами минералов, нефти и природного газа, может  присоединиться к Европе. Но именно из-за своего богатства Россия, похоже, должна быть начеку.

     Авторы  доклада составили следующий "график" вероятных событий, связанных с  климатическими изменениями, для отдельных  ключевых регионов:

     Европа: 

     - 2012 г. - Жестокая засуха и холода  гонят на юг население скандинавских  государств, которое наталкивается  на сопротивление со стороны  других стран Европейского союза; 

     - 2015 г. - Возникает конфликт внутри  ЕС по поводу продовольственного  и водоснабжения, что приводит  к стычкам и напряженности  в дипломатических отношениях;

     - 2018 г. - Россия вступает в ЕС, обеспечивая  его энергоресурсами; 

     - 2020 г. - Идет миграция населения  из северных стран, таких, как  Нидерланды и Германия, в сторону  Испании и Италии;

     - 2020 г. - Нарастание стычек по поводу  водопользования и иммиграции;

     - 2022 г. - Столкновение между Францией  и Германией из- за коммерческого доступа к Рейну;

     - 2025 г. - ЕС близок к распаду; 

     - 2027 г. - Усиливается миграционный  поток в страны Средиземноморья,  такие, как Алжир, Марокко и  Израиль; 

     - 2030 г. - Почти 10 проц. европейского  населения перемещаются в другие  страны.

     Азия:

      - 2010 г. - Пограничные стычки и конфликты  между Бангладеш, Индией и Китаем  при одновременной массовой миграции  в направлении Мьянмы;

     - 2012 г. - Региональная нестабильность  заставляет Японию создавать  потенциал внешнего силового  воздействия; 

     - 2015 г. - Стратегическое соглашение  между Японией и Россией об  использовании энергоресурсов Сибири  и Сахалина;

     - 2018 г. - Китай идет на вмешательство  в Казахстане для защиты трубопроводов,  на которых постоянно совершают  акты саботажа мятежники и  преступники; 

     - 2020 г. - Незатухающий конфликт в  Юго-Восточной Азии; участвуют Мьянма, Лаос, Вьетнам, Индия, Китай. 

     - 2025 г. - Резко ухудшаются внутренние  условия в Китае, что ведет  к гражданской войне и пограничным  войнам;

     - 2030 г. - Растет напряженность между  Китаем и Японией из-за энергоресурсов  России.

     Америка:

      - 2010 г. - Разногласия с Канадой  и Мексикой в связи с растущей  напряженностью из-за водных ресурсов;

     - 2012 г. - Поток беженцев на юго-восток  США и в Мексику с островов  Карибского моря;

     - 2015 г. - Миграция европейцев в Соединенные  Штаты (в основном богатых);

     - 2016 г. - Конфликт с европейскими  странами по поводу прав на  ведение рыбного промысла;

     - 2018 г. - Защита Северной Америки  по периметру, создание интегрированной  системы безопасности совместно  с Канадой и Мексикой:

     - 2020 г. - Министерство обороны начинает  ведать вопросами охраны границ  и сдерживания потока беженцев  из стран Карибского бассейна  и Европы;

     - 2020 г. - Растут цены на нефть,  в то время как безопасности  поставок угрожают конфликты  в зонах Персидского залива  и Каспия;

     - 2025 г. - В связи с внутренней  борьбой в Саудовской Аравии  военно-морские силы Китая и  США стягиваются в Персидский  залив - для прямой конфронтации.

     По  мнению авторов доклада, достаточно успешно природному катаклизму сумеют противостоять США и Австралия, которые "окружат себя крепостью, поскольку у них есть ресурсы  и запасы, позволяющие достигнуть самообеспечения". России, по всей вероятности, защититься будет труднее. "Представьте себе страны Восточной Европы, которым все труднее прокормить население из-за падающего поступления продовольствия, воды и энергии. Они смотрят на Россию, чье население уже сокращается, и желают получить доступ к ее зерну, минералам и энергоресурсам. Или вообразите Японию, страдающую от затопления прибрежных городов и загрязнения запасов пресной воды. В качестве источника энергии она рассматривает нефтегазовые ресурсы российского острова Сахалин".

     Авторы  доклада, составленного для Управления общих оценок Пентагона, вовсе не призывают США немедленно готовиться к военному реагированию на возможные изменения климата.

     Рекоммендации: Для начала они рекомендуют превентивные меры в основном научного свойства: улучшить модели предсказания климата, собрать во всеобъемлющую систему модели предсказания экологических, экономических, социально- политических последствий климатических изменений, разработать методики оценки уязвимости страны, связанной с возможными климатическими сдвигами, создать группы реагирования на такие катаклизмы (например, по бесперебойному обеспечению общества водой и продовольствием) и проводить соответствующие учения, изучить "геоинженерные варианты" контролирования климата.

     Вполне  возможно, что рекомендации останутся  невостребованными в течение  десятилетий. Учёные подчеркивают, что предложенные ими сценарии очень маловероятны. Но еще в 1983 году в американском военном ведомстве прикидывали, как быть в случае кончины Советского Союза, напоминает один из авторов документа П. Шварц, издавна консультирующий военных США. А в 1995 году рассматривалась возможность того, что террористы используют самолеты для нанесения удара по небоскребам Всемирного торгового центра в Нью-Йорке. 

2. «Стратегический прогноз изменений  климата Российской Федерации на период 2010 - 2015 гг. и их влияния  на отрасли экономики  России».

     Прогноз подготовлен с помощью деятельности лужб Росгидромета, над проектом работали гидрологи,  геофизики, полярники,  океанологи и специалисты по космической метеорологии. Руководил проектом лично глава Всемирной метеорологической организации, он же начальник Росгидромета Александр Иванович Бедрицкий.

     Плюс  потепления для России: реки будут  позже замерзать осенью и раньше освобождаться от льда весной. А значит, по рекам можно перевозить больше грузов. К 2010 - 2015 годах по сибирским рекам, Каме и ее притокам корабли смогут ходить на 15 - 27 дней в году больше, чем сейчас.

     В Северном Ледовитом океане ледовая обстановка ухудшится. Плавание по Северному морскому пути без ледоколов станет возможным всего 10 - 15 суток в год (по сравнению с нынешними 2 месяцами!), а в отдельные годы может вообще прекратиться. Из-за сильных волн и ветров чаще будут случаться ледовые штормы, и в северных морях увеличатся шансы встретиться с айсбергом. Ледяные плавучие горы опасны для нефтяных и газовых буровых платформ в Арктике.

     Весенние  паводки в ближайшие 10 лет могут  стать бедствием в Архангельской  области, Республике Коми, на Урале, в  городах и поселках на Енисее и  Лене и их притоках, на Северном Кавказе, в Краснодарском и Ставропольском краях, в Ростовской, Астраханской и  Волгоградской областях. На реке Лена в Якутии сильнейшие паводки будут случаться вдвое чаще, чем сейчас.

     В предгорьях Урала, на Алтае, в Западной Сибири ожидается половодье в 5 раз  сильнее обычного.

     Почти во всех регионах России есть низменные  места, которые заливает чуть ли не каждую весну. Если сейчас потоп продолжается в среднем 12 дней, а потом вода спадает, то к 2015 году на лодках по улицам придется плавать вдвое дольше, по 24 дня в год! Такая перспектива коснётся жителей центра и севера европейской части России, Восточной Сибири, северо-востока азиатской части страны и Камчатки.

     Кроме вешних вод, наводнениями грозят сильные  дожди. Катастрофическими - в Дагестане, в нижнем течении Терека.

     На  Дальнем Востоке и в Приморье (Приморский и Хабаровский края, Амурская и Сахалинская области, Еврейский округ) дождевые паводки  будут происходить в 2 - 3 раза чаще, чем сейчас. А Северный Кавказ, Ставропольский край и Саяны летом из-за дождей ждут еще сели и оползни - тоже больше и чаще, чем нынче.

     Пока  одни регионы заливает, другие будут  страдать от жажды. Дефицит воды ждет Белгородскую и Курскую области, Калмыкию. Там на одного человека будет  приходиться 1000 - 1500 м3 воды в год - по международной классификации это  считается очень низкой или даже критической водообеспеченностью. В Москве и Подмосковье население вырастет еще больше, и воды там тоже будет не хватать.

     Росгидромет предупреждает об опасности серьезных  экологических катастроф - разливов нефти и выбросов газа из-за аварий на трубопроводах. Дело в том, что  большинство российских трубопроводов  построены еще лет 25 - 30 назад, и  срок их эксплуатации заканчивается. В  первую очередь проблем нужно  ждать там, где трубопроводы пересекают реки:

- на Верхней  и Средней Волге и ее притоках  в Нижегородской, Оренбургской, Пермской, Самарской, Саратовской, Ульяновской  областях, Башкортостане, Марий Эл, Мордовии, Татарстане, Удмуртии и  Чувашии;

- на реках  Южного федерального округа;

- на реках  Сибири в Тюменской области,  в Красноярском крае, Новосибирской,  Омской, Томской и Иркутской областях;

- в Хабаровском  крае и на Сахалине.

     К 2015 году отопительный период сократится на 3 - 4 дня. На 5 дней меньше батареи  могут быть горячими у жителей  южных районов Приморского края, Сахалина и Камчатки. Казалось бы не так много - но если посчитать каждый дом в каждом городе, то выйдет достаточно высокий показатель экономии.

     А летом нам все чаще придется изнывать от зноя - на всю Россию нагрянут так  называемые «волны тепла» (по-простому - несколько дней подряд градусники будут зашкаливать за +30). Хуже всего в жару приходится жителям мегаполисов. А в смысле финансов - больше денег уйдет на кондиционирование офисов и квартир. Синоптики считают, что нужно заранее подготовить медиков - чтобы знали, какие болезни обостряются в жару. И новые дома строить с расчетом на меняющуюся погоду.

     Для сельского хозяйства потепление и полезно, и вредно. Хорошо то, что  зимой почва будет меньше промерзать. Уже сейчас озимые можно выращивать там, где они погибали от морозов: в степях Поволжья, на Южном Урале  и в некоторых районах Западной Сибири и европейской части России.

     У растений больше времени на то, чтобы  вырасти и дать плоды. На языке  агрометеорологов это называется «увеличением вегетационного периода». То есть времени, когда на улице не холоднее +5.

     В европейской части России (кроме  Южного федерального округа) и в  Сибири (кроме Ямала и Таймыра) теплое время года стало длиннее  на 5 - 10 дней.

     К 2015 году вегетационный период станет на 10 - 20 дней дольше, чем сейчас. В  итоге многие сорта кукурузы и  подсолнечника будут расти на широте Москвы, Владимира, Йошкар-Олы  и Челябинска. А на Северном Кавказе  и в Нижнем Поволжье расцветут  виноградники, хлопковые поля, чайные плантации и апельсиновые рощи - как сейчас в Узбекистане. На севере и северо-западе России, в Волго-Вятском  районе и на Дальнем Востоке урожаи вырастут на 10 - 15%.

     А плохо то, что будет больше засух - в полтора-два раза. Из-за этого на Северном Кавказе урожаи зерновых упадут на 22%, в Черноземье - на 7%.

     Во  всей стране пожароопасных дней станет больше. В среднем - на 5 дней за лето. А в самых «горючих» регионах - на 7 дней и больше. Чаще всего гореть будут леса:

на юге  Ханты-Мансийского округа,

в Курганской области,

в Омской области,

в Новосибирской  области,

в Кемеровской  области,

в Томской  области,

в Красноярском крае,

в Алтайском  крае,

в Якутии.

     В ближайшие десятилетия «весна»  наступит на южной границе зоны вечной мерзлоты. В Иркутской и Архангельской  областях, Хабаровском крае, Коми оттает полоса шириной в несколько десятков километров. А в Ханты-Мансийском округе и Якутии - до 100 - 150 км. Подтаивание грунта опасно для дорог и зданий - фундаменты может «повести». В первую очередь могут пострадать Чукотка, населенные пункты в верхнем течении Индигирки и Колымы, юго-восток Якутии, Западно-Сибирская равнина, Карское побережье, Новая Земля и европейский Крайний Север. Земля может «утечь» из-под Билибинской АЭС, нефтедобывающих комплексов и - что самое страшное - хранилищ радиоактивных отходов на Новой Земле. 

3. Прогноз погоды до 2015 года

     Первый  вывод «Стратегического прогноза»: в России действительно стало  теплее, причем в основном в последние 15 лет. За весь XX век средняя температура в стране поднялась на 1 градус. И почти половина прироста температурных рекордов пришлась на последнее десятилетие века (1990 - 2000 гг.).

     Потепление  заметно в основном зимой и  весной. А к востоку от Урала - сильнее, чем на европейской части  страны. Зато вот осень какой была сто лет назад, такой и осталась! А в западных областях России даже стала холоднее, чем раньше.

     К 2015 году средняя температура поднимется еще на 0,6 градуса. Зимы станут теплее на 1 градус, а лето - всего на 0,4. Снега к 2015 году практически во всей России будет выпадать больше (на 4 - 6%). А на севере Восточной Сибири - аж на 7 - 9%.

Опасных гидрометеорологических явлений прибавляется с каждым годом на 6,3% . Эта тенденция сохранится и до 2015 года. Но теперь узнавать об очередном катаклизме мы будем заранее. Скоро наши синоптики запустят новый суперкомпьютер. И обещают, что уж тогда смогут точно предсказывать 90% напастей. 

4. Изменения климата за 15 лет: прогнозы и реальность

         В 90-е годы XX столетия были предложены  довольно совершенные математические модели, позволяющие прогнозировать состояние климата на Земле в ближайшие десятилетия. Недавно группа ученых из разных стран сравнила эти прогнозы с тем, что реально происходило за последние 15 лет. Выяснилось, что хорошо были предсказаны изменения содержания в атмосфере углекислого газа и приемлемо — ход температуры. Оба эти показателя возрастали в соответствии с ранее выявленными трендами. А вот средний уровень Мирового океана рос быстрее, чем ожидалось. С 1990-го по 2005 год он увеличился примерно на 4 см, а предсказывалось прибавление только на 2 см.

         Для того чтобы  предсказать ожидающие  нас климатические  изменения, ученые  опираются на довольно  сложные математические  модели. А модели  строят на основе  того, что уже наблюдалось  в предшествующие  годы, и на понимании  взаимосвязей физических  процессов, происходящих  на поверхности  нашей планеты.  Нужно знать, к  примеру, как связаны  между собой содержание  в атмосфере парниковых  газов и температура,  или как от температуры  зависит состояние  крупнейших ледников (а  они могут не  только таять при  потеплении, но и  нарастать, например в центральных районах Гренландии и Антарктиды, поскольку там начинает выпадать больше осадков). Состояние ледников, в свою очередь, прямо сказывается на уровне Мирового океана. Чем больше воды на планете связано во льдах, тем ниже уровень океана.

         Сопоставить предсказания моделей,  предложенных в 1990-е годы, с  тем, что действительно произошло  за последние 15 лет, решила  группа ученых из разных стран  во главе со Стефаном Рамсторфом (Stefan Rahmstorf) из Потсдамского института изучения влияния климата (Potsdam Institute for Climate Impact Research, Германия). За основу были взяты сценарии, предложенные Межправительственной группой экспертов по изменению климата (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change). Хотя прогнозы эти были опубликованы в 2001 году, основывались они на данных, полученных до 1990 года, и не учитывали более поздних наблюдений. Результаты сопоставления реальности с модельными расчетами суммированы Рамсторфом и его коллегами в статье, опубликованной недавно в журнале Science.Изменения содержания в атмосфере СО2 (вверху), средней температуры на поверхности Земли (в середине) и среднего уровня Мирового океана (внизу) с 1973 года по настоящее время. Тонкие сплошные линии — реальные данные, толстые сплошные — усредненные реальные данные, показывающие основной тренд. Пунктирными линиями обозначены данные прогнозов и даваемые при этом доверительные интервалы (области, закрашенные серым цветом). Изменения температуры и уровня океана даны как отклонения от линии тренда в месте пересечения ею отметки 1990 года (принято за нуль). Рис. из обсуждаемой статьи в Science.

         Как видно из графиков, динамика  содержания углекислого газа (верхняя  панель) с 1990 года хорошо соответствовала  предсказанному тренду. Данные по  СО2 взяты из длинного ряда измерений, проведенных геофизической обсерваторией на горе Мауна-Лоа (Mauna Loa Observatory) на Гавайских островах. А поскольку это всё же Северное полушарие, то средние значения для всего Земного шара должны быть чуть меньше в силу незначительной, но устойчиво сохраняющейся разницы между северной и южной половинками нашей планеты (в Южном полушарии содержание СО2 несколько ниже).

     На  графике хорошо видны также ежегодные  небольшие, но в высшей степени регулярные колебания содержания СО2, возникающие как результат сезонных изменений в активности наземной растительности. Интенсивный фотосинтез растений в конце весны и летом приводит к тому, что СО2 в воздухе снижается и достигает минимума в начале осени. Процессы же, ведущие к поступлению углекислого газа в атмосферу, в отличие от фотосинтеза, продолжаются круглый год: это и дыхание всех организмов (в первую очередь бактерий и грибов, разлагающих основную массу отмершего органического вещества), и сжигание человеком топлива. Именно поэтому сезонный максимум содержания СО2 в атмосфере приходится на начало весны. 

             Среднегодовая температура (средняя  панель графика) возрастает, совершая  при этом некие колебания, которые  трудно предсказать, поскольку  они являются результатом случайного  стечения разных обстоятельств  в динамике атмосферы и океанических  течений. За 16 лет, начиная с  1990 года, средняя температура на  Земле возросла на 0,33°C. Эта величина, в общем соответствует прогнозам модели IPCC, но находится у верхней границы коридора допустимых значений.

         Центральная линия возможного  тренда изменения температуры  была рассчитана в модели исходя  из того, что при увеличении  содержания СО2 в атмосфере в два раза температура возрастет на 3°, а крайние значения доверительных интервалов (границы «коридора неопределенности») соответствуют возрастанию средней температуры на 1,7° и 4,2° при удвоении концентрации СО2 в атмосфере. Возможно, что некоторое расхождение между прогнозом модели и действительностью связано с тем, что углекислый газ на самом деле оказывает более сильный эффект на температуру, чем ожидалось. Другое возможное объяснение — следствие недооценки охлаждающего воздействия аэрозолей, которые могут быть как естественного происхождения, так и образованные в результате хозяйственной деятельности человека . Наконец, не исключено, что некоторое отклонение наблюдаемых величин от прогнозируемых объясняется внутренней вариабельностью самой климатической системы, следствием неизвестной нам динамики взаимодействия ее компонентов.

         Наименее удовлетворительным оказался  прогноз уровня Мирового океана (нижняя панель графика). За последнее  время этот уровень возрастал  заметно быстрее, чем предполагалось  моделью IPCC. Реальное увеличение (по данным спутниковых измерений)  с 1993-го по 2006 год составило  в среднем 3,3 ± 0,4 мм за год,  тогда как модель в качестве  наиболее вероятной величины  давала менее 2 мм за год.  Авторы статьи отмечают, что рост уровня океана за последние 20 лет был более быстрым, чем за любое двадцатилетие в течение предшествующих 115 лет. Наблюдавшиеся значения соответствуют крайним цифрам, которые даны в модели как маловероятные и связанные с так называемой «неопределенностью в состоянии льда на суше». И хотя основной вклад в подъем уровня океана вносит простое тепловое расширение водной массы при увеличении глобальной температуры, значительную и, видимо, недооцененную роль играет и таяние ледников. Впрочем, самые последние публикации на эту тему вроде бы свидетельствуют о незначительном влиянии таяния ледников Гренландии и Антарктиды на уровень океана.