danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2023-67-6-499-507dan-1166Research ArticleНАУКИ О ЗЕМЛЕEARTH SCIENCESПространственно-временная когерентность квазипериодических компонент метеорологических полей как основа долгосрочных прогнозов погодыSpatial and temporal coherence of quasi-periodic components of meteorological fields as a basis for long-term weather forecastsЛысенкоС. А.LysenkoS. A.

Лысенко Сергей Александрович – д-р физ.-мат. наук, профессор, директор.

Ул. Ф. Скорины, 10, 220114, Минск

Lysenko Sergey A. – D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Director.

10, F. Skorina Str., 220114, Minsk

lysenko.nature@gmail.comЛогиновВ. Ф.LoginovV. F.

Логинов Владимир Федорович – академик, д-р географ. наук, профессор, гл. науч. сотрудник.

Ул. Ф. Скорины, 10, 220114, Минск

Loginov Vladimir F. – Academician, D. Sc. (Geography), Professor, Chief Researcher.

10, F. Skorina Str., 220114, Minsk

nature@ecology.basnet.byИнститут природопользования Национальной академии наук БеларусиInstitute of Nature Management of the National Academy of Sciences of Belarus202307012024676499507Copyright © Лысенко С.А., Логинов В.Ф., 20242024Лысенко С.А., Логинов В.Ф.Lysenko S.A., Loginov V.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1166

Предложен новый метод исследования дальних (телеконнекционных) связей в климате Земли, основанный на выделении в глобальных метеорологических полях температуры и давления климатически сопряженных районов по характерному для них когерентному квазипериодическому колебанию. Данный метод реализован с целью отбора предикторов зимней температуры воздуха в Беларуси с заблаговременностью 2 месяца. В качестве критерия отбора предикторов рассматривалась степень когерентности давления на уровне моря и зимней температуры в Беларуси на квази-8-летнем цикле. Прогноз реализован с использованием передовой модели глубокого машинного обучения TimesNet и показал достаточно высокие для сезонного метеорологического прогноза метрики качества: коэффициент корреляции фактических и предсказанных значений температуры составил 0,66, а взвешенные макросредние значения точности и полноты прогноза в градации «норма», «выше нормы» и «ниже нормы» составили 0,61 и 0,56 соответственно.

A new method of teleconnections studding is proposed which is based on the identification of conjugate regions in the global meteorological fields of temperature and pressure by their characteristic coherent quasi-periodic oscillation. This method was implemented in order to select predictors of winter air temperature in Belarus with an advance of 2 months. The degree of coherence of sea level pressure and winter temperature in Belarus on a quasi-8-year cycle was considered as a criterion for the selection of predictors. The forecast was implemented using the advanced deep machine learning model TimesNet and showed rather high metrics of quality for seasonal meteorological forecasting: the correlation coefficient between actual and predicted temperature values was 0.66, and the weighted macro-average values of precision and recall of the forecast in the gradations “normal”, “above normal” and “below normal” were 0.61 and 0.56, respectively.

долгосрочный метеорологический прогнозквазипериодические колебаниякогерентность метеорологических полейlong-term meteorological forecastquasi-periodic oscillationscoherence of meteorological fieldsИсследование выполнено при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Х23РНФ-122)The study was carried out with financial support from the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (grant no. X23РНФ-122)ReferencesДолгосрочные метеорологические прогнозы в Гидрометцентре России / Р. М. Вильфанд [и др.] // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. – 2019. – № 4 (374). – С. 12–36.Vilfand R. M., Zaripov R. B., Kiktev D. B., Kruglova E. N., Kryjov V. N., Kulikova I. A., Tischenko V. A., Tolstych M. A., Khan V. M. Long-range forecasting at Hydrometeorological Center of Russia. Gidrometeorologicheskie issledovaniya i prognozy = Hydrometeorological Research and Forecasting, 2019, no. 4 (374), pp. 12–36 (in Russian).Долгосрочные метеорологические прогнозы / Н. А. Багров [и др.]. – Л., 1985. – 248 с.Bagrov N. A., Kondratovich K. V., Ped D. A., Ugryumov A. I. Long-term meteorological forecasts. Leningrad, 1985. 248 p. (in Russian).Dominant imprint of Rossby waves in the climate network / Y. Wang [et al.] // Phys. Rev. Lett. – 2013. – Vol. 111. – Art. 138501. https://doi.org/10.1103/physrevlett.111.138501Wang Y., Gozolchiani A., Ashkenazy Y., Berezin Y., Guez O., Havlin Sh. Dominant imprint of Rossby waves in the climate network. Physical Review Letters, 2013, vol. 111, art. 138501. https://doi.org/10.1103/physrevlett.111.138501Review of tropical-extratropical teleconnections on intraseasonal time scales / C. Stan [et al.] // Rev. Geophys. – 2017. – Vol. 55, N 4. – P. 902–937. https://doi.org/10.1002/2016rg000538Stan C., Straus D. M., Frederiksen J. S., Lin H., Maloney E. D., Schumacher C. Review of tropical-extratropical teleconnections on intraseasonal time scales. Reviews of Geophysics, 2017, vol. 55, no. 4, pp. 902–937. https://doi.org/10.1002/2016rg000538The impact of strong El Niño and La Niña events on the North Atlantic / S. C. Hardiman [et al.] // Geophys. Res. Lett. – 2019. – Vol. 46, N 5. – P. 2874–2883. https://doi.org/10.1029/2018gl081776Hardiman S. C., Dunstone N. J., Scaife A. A., Smith D. M., Ineson S., Lim J., Fereday D. The impact of strong El Niño and La Niña events on the North Atlantic. Geophysical Research Letters, 2019, vol. 46, no. 5, pp. 2874–2883. https://doi.org/10.1029/2018gl081776Gastineau, G. Influence of the North Atlantic SST variability on the atmospheric circulation during the twentieth century / G. Gastineau, C. Frankignoul // J. Climate. – 2015. – Vol. 28, N 4. – P. 1396–1416. https://doi.org/10.1175/jcli-d-14-00424.1Gastineau G., Frankignoul C. Influence of the North Atlantic SST variability on the atmospheric circulation during the twentieth century. Journal of Climate, 2015, vol. 28, no. 4, pp. 1396–1416. https://doi.org/10.1175/jcli-d-14-00424.1Seip, K. L. The North Atlantic Oscillations: cycle times for the NAO, the AMO and the AMOC / K. L. Seip, Ø. Grøn, H. Wang // Climate. – 2019. – Vol. 7, N 3. – Art. 43. https://doi.org/10.3390/cli7030043Seip K. L., Grøn Ø., Wang H. The North Atlantic Oscillations: cycle times for the NAO, the AMO and the AMOC. Climate, 2019, vol. 7, no. 3, art. 43. https://doi.org/10.3390/cli7030043Rahmstorf, S. Ocean circulation and climate during the past 120,000 years / S. Rahmstorf // Nature. – 2002. – Vol. 419, N 12. – P. 207–214. https://doi.org/10.1038/nature01090Rahmstorf S. Ocean circulation and climate during the past 120,000 years. Nature, 2002, vol. 419, no. 12, pp. 207–214. https://doi.org/10.1038/nature01090Полонский, А. Б. Североатлантическое колебание и бюджет тепла верхнего слоя Северной Атлантики / А. Б. Полонский, П. А. Сухонос // Фундаментальная и прикладная климатология. – 2019. – № 4. – C. 67–100. https://doi.org/10.21513/0207-2564-2019-4-67-100Polonsky A. B., Sukhonos P. A. North Atlantic Oscillation and upper layer heat balance in the North Atlantic. Fundamental’naya i prikladnaya klimatologiya = Fundamental and Applied Climatology, 2019, no. 4, pp. 67–100 (in Russian). https://doi.org/10.21513/0207-2564-2019-4-67-100Recent slowing of Atlantic overturning circulation as a recovery from earlier strengthening / L. Jackson [et al.] // Nature Geosci. – 2016. – Vol. 9, N 7. – P. 518–522. https://doi.org/10.1038/ngeo2715Jackson L. C., Peterson K. A., Roberts C. D., Wood R. A. Recent slowing of Atlantic overturning circulation as a recovery from earlier strengthening. Nature Geoscience, 2016, vol. 9, no. 7, pp. 518–522. https://doi.org/10.1038/ngeo2715Федоров, А. М. Локализация областей глубокой конвекции в морях Северо-Европейского бассейна, Лабрадор и Ирмингера / А. М. Федоров, И. Л. Башмачников, Т. В. Белоненко // Вестн. СПбГУ. Науки о Земле. – 2018. – Т. 63, вып. 3. – С. 345–362. https://doi.org/10.21638/spbu07.2018.306Fedorov A. M., Bashmachnikov I. L., Belonenko T. V. Localization of areas of deep convection in the Nordic seas, the Labrador sea and the Irminger sea. Vestnik SPbGU. Nauki o Zemle = Vestnik of Saint Petersburg University. Earth Sciences, 2018, vol. 63, no. 3, pp. 345–362 (in Russian). https://doi.org/10.21638/spbu07.2018.306Skillful prediction of northern climate provided by the ocean / M. Årthun [et al.] // Nature Communications. – 2017. – Vol. 8. – Art. 15875. https://doi.org/10.1038/ncomms15875Årthun M., Eldevik T., Viste E., Drange H., Furevik T., Johnson H. L., Keenlyside N. S. Skillful prediction of northern climate provided by the ocean. Nature Communications, 2017, vol. 8, art. 15875. https://doi.org/10.1038/ncomms15875Нестеров, Е. С. Североатлантическое колебание: атмосфера и океан / Е. С. Нестеров. – М., 2013. – 144 с.Nesterov E. S. North Atlantic Oscillation: atmosphere and ocean. Moscow, 2013. 144 p. (in Russian).The relation between the North Atlantic Oscillation and SSTs in the North Atlantic basin / W. Wang [et al.] // J. Clim. – 2004. – Vol. 17, N 24. – P. 4752–4759. https://doi.org/10.1175/jcli-3186.1Wang W., Anderson B. T., Kaufmann R. K., Myneni R. B. The Relation between the North Atlantic Oscillation and SSTs in the North Atlantic Basin. Journal of Climate, 2004, vol. 17, no. 24, pp. 4752–4759. https://doi.org/10.1175/jcli-3186.1McCarthy, G. D. Gulf stream variability in the context of quasi-decadal and multidecadal atlantic climate variability / G. D. McCarthy, T. M. Joyce, S. A. Josey // Geophys. Res. Lett. – 2018. – Vol. 45, N 20. – P. 11257–11264. https://doi.org/10.1029/2018gl079336McCarthy G. D., Joyce T. M., Josey S. A. Gulf Stream variability in the context of quasi-decadal and multidecadal atlantic climate variability. Geophysical Research Letters, 2018, vol. 45, no. 20, pp. 11257–11264. https://doi.org/10.1029/2018gl079336

The authors declare that there are no conflicts of interest present.