29 Авг

ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ЭКСТРЕМАЛЬНОСТИ КЛИМАТА ДЛЯ ЗОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИЙ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

В настоящее время существенное повышение качества обеспечения метеозависимых организационно-технических систем (ОТС) может быть осуществлено путем применения теорий, базирующихся на математических идеях нечеткой логики и теории экспертного оценивания [1, с. 164], [2, с. 3]. Важное место при этом отводится вопросам поддержки принятия управленческих решений в условиях  гидрометеорологической неопределенности [3, с. 89], [4, с. 114]. Поддержка обеспечения таких систем в высокоширотных и полярных районах Арктической зоны предполагает постоянный мониторинг и оценку погодно-климатических условий, тенденции к изменению которых в последние годы наиболее отчетливо проявляются именно в указанном регионе. Вследствие того, что поля гидрометеорологических параметров имеют значительную пространственную и временную изменчивость, а их объективная оценка проводится на основе наблюдений на малочисленных станциях и постах, анализ погодно-климатических условий проводится пока с недостаточным качеством. С другой стороны, сложность процессов взаимодействия природы и человека заставляют искать новые, нестандартные пути использования информации о гидрометеорологических и климатических условиях при поддержке управления ОТС. Одним из направлений, предлагаемых для решения задачи объективного оценивания погодно-климатических условий, является использование лингвистической (экспертной) информации, получаемой от исследователя или эксперта.

По отношению к классическим структурно-детерминированным и стохастическим методам, предлагаемый подход позволяет быстро производить постановку и формализацию задач поддержки функционирования метеозависимых ОТС, а также получать управленческие решения с достаточно высокой точностью [5, с. 14]. Актуальность работы обоснована возможностью повышения качества поддержки управленческих решений в ходе функционирования метеозависимых ОТС в условиях труднопредсказуемого влияния гидрометеорологических факторов.

Алгоритм поддержки нечеткого управления метеозависимой ОТС состоит из следующих этапов [6, с. 4].

  1. Получение исходной информации и ее классификация на объективную и лингвистическую (экспертную).
  2. Преобразование объективной и лингвистической (экспертной) информации в значения функций принадлежности лингвистических переменных и определение множества альтернатив (этап фазификации).
  3. Выбор метода (оператора) нечеткой многокритериальной оценки.
  4. Определение относительной важности показателей нечеткого оценивания.
  5. Сопоставление значений функций принадлежности входных переменных для получения оценки каждой альтернативы.
  6. Преобразование значений функций принадлежности оцененных альтернатив в численное значение для принятия решения.

Поддержка управления метеозависимой ОТС предполагает использование в качестве входных переменных климатической и гидрометеорологической информации, биоклиматических индексов и другой связанной с погодными условиями информации.

Исследования, проведенные по характерным и экстремальным значениям гидрометеорологических величин характерных для Арктического региона показали, что классические биоклиматические индексы не всегда адекватно характеризуют смысловую нагрузку, заложенную в понятие этих индексов и соответственно климатические условия характерные для Арктики. Для решения данного противоречия в работе предлагается использование интегрального показателя экстремальности климата адаптированного к Арктической зоне, который хорошо согласуется с вербально-числовой шкалой Харрингтона.

Предложенный интегральный показатель экстремальности основан на погодных и климатических параметрах используемых в биоклиматических индексах: радиационной эффективной температуры, эквивалентно-эффективной температуры, ветрового охлаждения по Хиллу, патогенности метеорологической ситуации, а также экспертных характеристиках получаемых при оценке погодной и климатической обстановки.

В общем виде интегральный показатель экстремальности климата может быть записан в виде аддитивно-мультипликативной функции:

Поверхности уровня, рассчитанные по значениям интегрального показателя экстремальности климата (аддитивно-мультипликативной функции), определяют границы климатических экстремальных территорий для Арктической зоны Российской Федерации.

Возможность изменять коэффициенты относительной важности и эластичности позволяет оценивать границы территорий с различной экстремальностью климата применительно к функционированию ОТС с определенной степенью метеозависимости в рамках Арктической зоны.

Для оценки вклада каждого показателя  предлагается использовать базирующийся на теории нечеткой логики метод определения коэффициентов относительной важности и степени эластичности этих показателей. Данный метод основан на процедуре парного сравнения показателей экспертами. Данная процедура дает возможность использовать не абсолютные фиксированные величины функции принадлежности коэффициентов важности и степени эластичности, а рассчитывать значения этих функций согласно суждениям экспертов.

Таким образом, интегральный показатель экстремальности климата определяется по формуле (1) при условии, что  – числовые коэффициенты, характеризующие вклад каждой из вариаций входных параметров.

Предлагаемый алгоритм поддержки нечеткого управления метеозависимой ОТС основывается на данном интегральном показателе. В дальнейшем по значениям показателя может быть определен сценарий функционирования метеозависимой ОТС при определенных климатических условиях. Сценарии могут быть определены в ходе дальнейших исследований для шести градаций, определяемых по значениям интегрального показателя экстремальности. Характер градаций выбирается именно для Арктической зоны, а не территории России, как предложено в исследованиях [7, с.127].

Значения интегрального показателя экстремальности климата перед определением сценария по шкале Харрингтона необходимо нормировать таким образом, чтобы как минимальные, так и максимальные величины не выходили за пределы интервала [0, 1].

Сценарии определяются экспертным оцениванием, при котором оценивается воздействие погодных и климатических условий на функционирование ОТС и возможности адаптационных мер при резких изменениях погоды и  климата. Каждому из сценариев ставятся в зависимость определенные условия и возможности функционирования метеозависимой ОТС при определенных гидрометеорологических условиях. Такая классификация может носить как диагностический (оценка функционирования ОТС в настоящий момент времени), так и прогностический (предварительная оценка будущего состояния ОТС) характер. Как указано в таблице 1 для классификации выделено шесть вариантов сценариев.

Для каждого варианта сценария в дальнейших исследованиях необходимо разработать типовой комплекс защитных и адаптационных мероприятий обеспечивающих наилучшее качество функционирования метеозависимой ОТС.

Таблица 1

Типы сценариев, определяемых методом экспертного оценивания

Тип состояния климата

(сценарий)

Интервал значений

интегрального показателя

экстремальности

Комфортная ситуация 0,0-0,2
Достаточно комфортная ситуация 0,2-0,3
Относительно комфортная ситуация 0,3-0,5
Умеренно экстремальная климатическая ситуация 0,5-0,7
Очень экстремальная климатическая ситуация 0,7-0,9
Чрезвычайно экстремальная климатическая ситуация 0,9-1,0

Выводы.

Исследование показало на не достаточно устойчивые результаты методов классификации климатической территорий по биоклиматическим индексам и не вполне удовлетворительное качество методик их использования при обеспечении функционирования организационно-технических систем в условиях Арктики.

Представляется крайне важным учитывать показатели экстремальности климата включающие как объективную, так и лингвистическую (экспертную) информацию для зонирования территорий Арктической зоны в целях повышения качества поддержки обеспечения метеозависимых организационно-технических систем.

Воздействие климатических условий на функционирование организационно-технических систем и возможности адаптационных мер при изменении климата представляется как набор сценариев. Для каждого сценария определяется интервал значений интегрального показателя экстремальности климата по вербально-числовой шкале Харрингтона.

Полученные результаты являются основой для дальнейших исследований по созданию модели поддержки обеспечения метеозависимых организационно-технических систем базирующейся на теории нечеткой логики для Арктического региона.

Список литературы:

  1. Матвеев М.Г., Михайлов В.В., Семенов М.Е. Использование модели Сугено для прогнозирования метеорологических показателей // Вестник Воронежского государственного университета. Серия «Системный анализ и информационные технологии». 2011. № 2. С. 164–169.
  2. Михайлов В.В., Попов В.В., Кирносов С.Л. Нечеткая динамическая система поддержки принятия метеозависимых решений при обеспечении стрельбы и управления огнем. // Наукоемкие технологии. Научно-технический журнал. М: Радиотехника. 2012. № 3. Т. 13. С. 3–8.
  3. Матвеев М.Г., Михайлов В.В., Семенов М.Е., Сирота Е.А. Модель анализа динамики векторного метеорологического процесса. // Вестник Воронежского государственного университета. Серия «Системный анализ и информационные технологии» № 1. С. 89–94.
  4. Попов В.В., Ульшин И.И., Тимофеев П.А. Методика использования нечеткой экспертной системы для оценки территорий арктической зоны по степени суровости погодных условий // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии. 2015. № 2. С. 114-120.
  5. Ульшин И.И., Первезенцев Р.Е. Метеообеспечение авиационной организационно-технической системы при решении важных задач. // Наукоемкие технологии. Научно-технический журнал.  М:  Радиотехника.    № 3. Т. 13. С. 14–20.
  6. Попов В.В., Ульшин И.И., Тимофеев П.А. Ранжирование климатических экстремальных территорий на основе теории нечеткой логики // Нелинейный мир. 2014. Т. 12. № 9. С. 4-10.
  7. Андреев С.С. Экология человека. М.: АПСН СКНЦВШ, 2004. –247 с.
    ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ЭКСТРЕМАЛЬНОСТИ КЛИМАТА ДЛЯ ЗОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИЙ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
    В статье рассматриваются методические подходы к применению аппарата нечеткой логики для повышения качества поддержки обеспечения метеозависимых организационно-технических систем. На базе анализа классических методов многокритериальной нечеткой оценки разработан алгоритм для оценки экстремальных свойств климата, предложены новые подходы к решению задачи ранжирования климатических экстремальных территорий. Применение при зонировании территорий методов нечеткой логики позволит повысить качество функционирования организационно-технических систем в Арктической зоне.
    Written by: Попова Инесса Викторовна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 02/08/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_29.08.15_08(17)
    Available in: Ebook