Восстановление значения характеристики за один год

 

Программа предусматривает восстановление данных расчетного короткого ряда отдельно за каждый конкретный год под прямым управлением пользователя. Операции выполняются при активизации пользователем той клетки таблицы, в которую должно быть помещено восстановленное значение расчетного ряда (клетки второй колонки таблицы, следующей сразу за календарным годом). При этом происходит выделение всего горизонтального ряда таблицы и вызов окна программы, организующего расчетные операции. Активизация клетки, относящейся к следующим колонкам таблицы, приводящая к выделению вертикальной колонки данных по бассейну-аналогу, применяется для использования других возможностей программы, описание которых будет дано ниже.

Вид операционного окна программы, возникающего после указания пользователем года, дан на рисунке 3. Основную часть операционного окна занимает графический экран. Справа от него расположена панель для размещения необходимой числовой информации и средств управления. На графическом экране выполняется построение графиков связей по числу лет наблюдений в продляемом ряду. Надпись шрифтом красного цвета в верхней части каждого графика обозначает его отношение к данным за конкретный год. На шкале абсцисс графика откладываются значения гидрологической характеристики по данным бассейнов-аналогов за обозначенный год, а на шкале ординат данные по тем же бассейнам за год указанный пользователем.

Для всех связей, представленных на графиках, программа выполняет вычисление значений коэффициентов корреляции r, параметров линии связи и стандарта отклонения данных от этой линии s. Вычисленные значения этих характеристик представлены на информационной панели в форме таблицы. Если число точек графика не соответствует установленному минимуму, линия связи не строится. По умолчанию вычисление параметров линии связи производится методом «единого решения». Группа из двух радиальных кнопок на информационной панели позволяет перейти к использованию метода наименьших квадратов. Расчетная связь обозначена на графиках линией красного цвета. Пунктирные зеленые по обе стороны от нее обозначают полосы отклонений от расчетной связи на величину s и 2s.

С применением линии связи каждого графика (если она проведена) производится вычисление частного значения восстанавливаемой переменной для расчетного ряда за указанный год. Этот расчет иллюстрируется на графиках черными линиями со стрелками, а его результаты отображаются в последней колонке таблицы на информационной панели.

Если коэффициент корреляции связи, полученной на графике меньше установленного критического, или точность расчета коэффициента корреляции не удовлетворяет установленному критерию, вычисленное частное значение восстанавливаемой переменной в таблице помещается в скобках. Если число данных для построения графика меньше установленного минимума, оно помещается в скобках, а вычисление восстановленного значения по этому графику не производится.

Установка названных критических значений параметров расчета производится с помощью опции «Параметры» меню главного окна программы.

 

 

Рис. 3.3. Вид операционного окна программы.

 

Окончательно восстановленное значение характеристики за указанный год для расчетного ряда Q_расч. вычисляется осреднением представленных частных значений с применением весового коэффициента, равного 1/s². При осреднении не используются частные значения, вычисление которых по установленным критериям признано не надежным (помещенные в таблице в скобках). Восстановленное значение отображается в редакционном окне на информационной панели. Под ним приводятся оценки стандарта ошибки восстановленного значения переменной sи относительной ошибки δ = s / Q_расч.. Если ни одно из вычисленных частных значений не признано достаточно надежным поле редакционного окна оставляется пустым.

Если связи на тех или иных графиках имеют нежелательное рассеяние за счет выделяющегося положения отдельных точек, требуется выполнить дополнительное их исследование. Указывая на графиках наиболее отклоняющиеся точки, пользователь получает информацию об их принадлежности к ряду данных по конкретному аналогу, как это изображено на верхнем левом графике рисунка 3.3.

Если на разных графиках наиболее отклоняющиеся точки принадлежат данным одного и того же аналога, такой аналог целесообразно исключить из расчетов. Для этого пользователь закрывает операционное окно клавишей «Закрыть» и находит в таблице исходных данных колонку, соответствующую коду этого аналога. При активизации любой ее клетки происходит выделение всей колонки данных и возникает запрос «Исключить из использования в расчетах данные бассейна-аналога ХХХХХ?». Здесь ХХХХХ обозначает числовой код выделенного аналога, проставляемый программой. Если же выделенная колонка данных была ранее исключена, возникает запрос о ее восстановлении для использования в расчетах. На графиках сохраняется отображение исключенных данных. Однако, в отличие от используемых, соответствующие им точки изображаются крестиками.

Применять технические возможности исключения ранее предусмотренных аналогов следует с осторожностью, сообразуясь с признаками гидрологической аналогии бассейнов. Не исключена возможность того, что ряд, исключаемый по формальным признакам, в действительности является наилучшим аналогом для расчетного ряда.

Полагая полученный результат удовлетворительным, пользователь закрывает операционное окно клавишей «Применить». В указанной клетке таблицы основного окна программы восстановленное значение отображается со знаком «)», обозначающим в системе комплекса HydroStatCalc, что это значение восстановлено по данным исходного короткого ряда.

Описанная операция восстановления значения гидрологической характеристики повторяется для всех лет, по которым для бассейнов-аналогов имеется достаточное число фактических данных.

 

Применение преобразования значений расхода воды в значения модуля расхода и обратно

Как уже отмечалось в разделе 1.1 включением бассейнов, резко отличающихся по площади, в число аналогов мы автоматически достигаем повышения корреляции связей, используемых в расчетах по данному методу. При этом, единственная точка графика, далеко отстоящая от прочих, предопределяет положение расчетной линии связи, игнорируя свойства остальной группы данных. Однако рекомендация 1.1, не включать такие бассейны в число аналогов, далеко не всегда выполнима. Выбор аналогов с рядами наблюдений, включающими период наблюдений продляемого ряда, зачастую весьма ограничен. Особенно это относится к районам с редкой сетью гидрологических постов.

Отмеченное затруднение в известной мере преодолевается преобразованием рядов данных о расходах воды к значениям модуля расхода. В этом случае данные всех аналогов приобретают равный вес при определении положения линии расчетной связи, независимо от различий бассейнов-аналогов по площади. Такое преобразование доступно программе, если сведения о площади расчетного бассейна и всех выбранных аналогов имеются в записи файла «Список постов.txt». При нажатии на клавишу «Готово» программа проверяет наличие данных о площади бассейна для всех выбранных постов и, в случае положительного результата, открывает доступ к заданию главного меню «Преобразовать к q».

Если возможность такого преобразования открыта, пользователь может воспользоваться ею в любой момент производства расчетов. Обнаружив в процессе восстановления очередного значения продляемого ряда при рассмотрении графиков, что резко выделяющаяся точка перетягивает на себя положение расчетной линии связи, следует зарыть операционное окно программы клавишей «Закрыть» и обратиться к заданию меню «Преобразовать к q». При этом производится перерасчет всей таблицы значений продляемого ряда и рядов выбранных аналогов с приведением их к значениям модуля расхода q. Выполненное преобразование остается действительным в процессе восстановления данных за все другие годы. Надпись этого задания меню изменяется на «Преобразовать к Q», чем открывается возможность обратного преобразования.

Рассмотрим применение изложенного преобразования на примере продления данных о годовом стоке бассейна р. Утка – с. Утка Камчатского УГМС (рис. 3.4). Как видно из приведенного рисунка, один из выбранных аналогов существенно отличен по площади водосбора от пяти других, и его данные действительно предопределяют положение расчетных линий связи. После преобразования рядов к значениям модуля расхода q корреляция расчетных связей существенно снижается (рис.3.5).

 

 

Рис. 3.4. Вычисление восстановленного значения расхода годового стока Q

для бассейна р. Утка – с. Утка за 1987 год.

 

Такое снижение корреляции связей при переходе к значениям модулей расходов в целом закономерно. В данном примере снижение корреляции расчетных связей ведет к повышению стандарта ошибки восстановления значения расхода за конкретный 1987 год с 9% до 11%. В связи с этим и принимая во внимание, что положение выделяющейся точки не противоречит расположению на графике остальных, следует признать применение выполненного преобразования к модулям расходов q не целесообразным. Однако в других случаях, при возможности более удачного подбора аналогов применение подобного преобразования не снижает точность восстановления данных, но повышает его обоснованность. В этом можно убедиться на примере восстановления значения модуля годового стока в ряду данных поста р. Облуковина – с. Нижнее Облуковино Камчатского УГМС за 1955 год, для которого значение стандарта ошибки восстановления составляет всего 5% (рис. 3.6).

 

 

 

Рис. 3.5. Вычисление восстановленного значения модуля расхода годового стока q

для бассейна р. Утка – с. Утка за 1987 год.

 

 

Рис. 3.6. Вычисление восстановленного значения модуля расхода годового стока q

для бассейна р. Облуковина – с. Нижне Облуковино за 1955 год.