Вероятностно-статистическое моделирование годового хода температуры наружного воздуха и её значений в 2026 году на территории Пензенской области

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Гуськов Д.Е. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с. Бессоновка Бессоновского района Пензенской области

Гуськов Е.А. 1

---

1Управление образования муниципального района Бессоновский район Пензенской области

Работа в формате PDF

391.2 KB

ВВЕДЕНИЕ

Каждый год человек с нетерпением ждёт, какой будет погода, особенно когда речь идет о температуре. Будет ли лето жарким, а зима морозной? Ответы на эти вопросы помогают планировать отпуск, выбирать одежду и даже принимать решения о том, какие культуры сажать.

Наши предки жили в тесной связи с природой, и их жизнь во многом зависела от того, каким будет следующий день, месяц, год. Именно поэтому на протяжении веков накапливались и передавались из поколения в поколение народные наблюдения за погодой – приметы, которые, казалось бы, просты и незатейливы, но в своей основе несут глубокую мудрость и точное понимание природных процессов.

Эти приметы – не просто суеверия. Они основаны на многолетних наблюдениях за поведением животных, птиц, насекомых, за изменениями в растительном мире, за особенностями небесных явлений. Человек, живущий в гармонии с природой, мог "читать" ее сигналы и предсказывать погоду с удивительной точностью. Ласточки низко летают – к дождю. Это связано с тем, что перед дождем насекомые, которыми питаются ласточки, опускаются ниже к земле. Собака катается по спине – к ненастью. Считалось, что животные чувствуют изменения в атмосферном давлении и влажности. Одуванчики перед дождем складывают свои пушистые головки.Много звезд на небе – к морозу. Ясное, морозное небо часто бывает звездным. Дым из трубы идет столбом – к морозу, стелется по земле – к оттепели. Это связано с плотностью воздуха и его температурой. Не все приметы могут быть абсолютно точными в современных условиях, ведь климат меняется, и многие факторы влияют на погоду. Но в основе многих из них лежит реальное наблюдение, которое может служить интересным дополнением к прогнозам синоптиков.

Годовой ход температуры– это не просто описание того, как температура меняется в течение года: от жаркого лета к холодной зиме и обратно. Это модели, которые отражают естественную цикличность.

Вероятностно-статистическое моделирование – это научный подход, при котором не просто изучаются средние значения, а учитывается вероятность различных сценариев, что даёт реалистичную картину, потому что погода редко бывает предсказуемой до последнего градуса.

Климатические изменения все чаще становятся предметом обсуждения в обществе, так как они отражаются на природе, экономике и образе жизни людей. Для Пензенской области, как и для других регионов России, особенно важно понимать, как меняется среднегодовая температура воздуха и к каким последствиям это может привести.

В данной работе рассматривается модель столбчатой диаграммы, показывающая значения годового хода температуры наружного воздуха на территории Пензенской области хода среднегодовой температуры наружного воздуха в Пензенской области за определенный период времени. Особое внимание уделяется тому, как правильно читать такую диаграмму, какие элементы на ней являются ключевыми и какие выводы можно сделать на основе представленных данных.

Изложение материала строится от общего к частному: сначала кратко описывается значение климатических показателей для региона, затем поясняется понятие среднегодовой температуры и особенности ее графического отображения. После этого последовательно разбираются данные, представленные на столбчатой диаграмме, и формулируются основные выводы о климатических тенденциях в Пензенской области.

Цель: вероятностно-статистическое моделирование годового хода температуры наружного воздуха и её значений в 2026 году на территории Пензенской области в зависимости от сезона года посредством графического отображения- столбчатой диаграммы с пояснением значимости такого графика для понимания климатических процессов.

Задачи:

1. Охарактеризовать значение климатических показателей для Пензенской области.

2. Познакомиться с основами метода вероятностно-статистического моделирования.

3. Познакомиться с особенностями построения и чтения столбчатой диаграммы по количественным значениям климатических показателей.

4. Провести вероятностно-статистическое моделирование годового хода температуры наружного воздуха и её значений в 2026 году на территории Пензенской области в зависимости от сезона года с учётом значений за 5 предшествующих лет.

5. Сделать простые выводы о возможных климатических тенденциях в 2026 году на основе изученных данных.

ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Климатические особенности Пензенской области и понятие среднегодовой температуры

Пензенская область расположена в лесостепной зоне средней полосы России и относится к территории с умеренно континентальным климатом. Здесь наблюдаются выраженные сезоны: жаркое лето и холодная зима. По данным универсальной онлайн-энциклопедии «Руниверса́лис (сокр. Ру́ни)» зима в Пензенской области умеренно холодная и длительная, длится с начала ноября по конец марта, самый холодный месяц — февраль со средней температурой −9,1 °C. Лето тёплое, длится с конца мая по начало сентября, средняя температура июля 20,4 °C. Среднегодовая температура является важным показателем, характеризующим климатические условия региона.

Перенос воздушных масс с запада и юго-запада, удалённость от крупных морей, количество осадков, распределяемое по территории региона в зависимости от сезона года, определяют годовой ход температуры воздуха и значения её среднегодовых показателей.

Среднегодовая температура воздуха — это усреднённое за календарный год значение температуры, полученное на основе регулярных метеорологических наблюдений. На метеостанциях измерения проводятся, как правило, несколько раз в сутки, затем вычисляется среднесуточная, на её основе — среднемесячная, а затем и среднегодовая температура. Такой показатель позволяет сгладить кратковременные колебания погоды и увидеть общую термическую характеристику климата за год. Важно понимать, что среднегодовая температура отличается от максимальных и минимальных значений: она не показывает экстремальные морозы или жару, а отражает «средний фон» тепла и холода.

Для анализа климата Пензенской области по среднегодовой температуре важен не только абсолютный уровень показателя, но и его изменения за ряд лет. Небольшие колебания от года к году могут быть связаны с естественной изменчивостью атмосферы, например, с особенностями циркуляции воздуха или количеством снежного покрова. Однако устойчивый рост или снижение среднего значения в течение нескольких десятилетий уже указывает на более долгосрочные климатические тенденции. В Пензенской области, как и во многих регионах европейской части России, специалисты отмечают постепенное потепление, выражающееся в повышении среднегодовой температуры и смещении сроков наступления сезонов.

2025 год установил рекорды среднегодовой температуры в десятках российских городов, включая Пензу. По данным интернет- ресурса РИА Пензенской областисреднегодовая температура в Пензе по итогам 2025 года составила +8,1 градуса.

1.2. Построение столбчатой диаграмма как инструмент ввероятностно-статистического моделирования

Режим погоды на территории Пензенской области изменчив, не всегда имеет ряд закономерностей. Вероятностно-статистическое моделирование выступает мощным инструментом, который позволяет описывать, анализировать и предсказывать явления, где присутствует элемент случайности.

Моделирование – это создание упрощенной версии реального объекта или процесса. Вероятность- это мера того, насколько вероятно произойдет то или иное событие. Статистика- это наука, которая занимается сбором, анализом, интерпретацией и представлением данных. Статистика помогает извлечь полезную информацию из наблюдений и сделать выводы о более широкой картине.

Вероятностно-статистическое моделирование позволяет получить возможность описывать вероятность, анализировать данные, строить предсказания. Вероятностно-статистическое моделирование применяется для оценки рисков, прогнозирование цен акций, разработка инвестиционных стратегий; для оценки эффективности лекарств, прогнозирование распространения болезней, диагностика; анализа результатов экспериментов, построение теорий.

Ключевыми понятиями при вероятностно-статистическом моделировании выступают:

Случайная величина- это переменная, значение которой определяется случайным событием.

Вероятностное распределение-функция, описывающая вероятность получения тех или иных значений случайной величины.

Выборка-часть данных, которую мы наблюдаем или собираем.

Генеральная совокупность- все возможные наблюдения, из которых взята выборка.

Параметры модели- числовые характеристики, которые определяют конкретное вероятностное распределение

Оценка параметров-процесс определения значений параметров модели на основе имеющихся данных.

Проверка гипотез-процесс принятия решения о том, подтверждаются ли наши предположения (гипотезы) данными.

Этапами работы при вероятностно-статистическом моделировании выступают:

1. Сбор данных.

2. Выявление закономерностей. С помощью статистических методов определяются средние температуры по месяцам, амплитуда колебаний, частота экстремальных значений (сильная жара или сильные морозы).

3. Построение моделей. На основе выявленных закономерностей создаются графические модели. Эти модели учитывают не только средние значения, но и возможные отклонения от них.

4. Прогнозирование. Модели используются для предсказания температуры на период- 2026 год, проводится вероятностная оценка:

• Вероятность более теплого, чем в среднем, года: На основе текущих климатических тенденций и данных прошлых лет, можно оценить, насколько вероятно, что 2026 год окажется теплее среднего.

• Ожидаемые температурные диапазоны: можем предсказать, в каких диапазонах, скорее всего, будет находиться температура в разные сезоны. Например, "вероятность того, что средняя температура лета 2026 года будет выше 25 градусов, составляет 60%".

• Возможность экстремальных явлений: Модели также помогают оценить вероятность возникновения аномально жарких или холодных периодов, засух или сильных осадков.

Столбчатая диаграмма — один из наглядных способов представить изменения температуры воздуха в течение года. Она позволяет наглядно отобразить конкретные значения температуры для каждого месяца, сравнить их между собой, определить самый холодный и самый тёплый месяцы, а также оценить амплитуду температур (разницу между максимальной и минимальной температурой за период).

ГЛАВА 2 ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГОДОВОГО ХОДА ТЕМПЕРАТУРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА И ЕЕ ЗНАЧЕНИЙ В 2026 ГОДУ

В процессе сбора данных, изучения и анализа информации о температуре воздуха, влажности и скорости ветра в Пензенской области в 2025 году, сформированной на основе данных статистики, размещенной в интернет-ресурсе «Погода в мире», составлена информационная таблица 1.

Таблица 1 -Средние месячные температуры воздуха в Пензенской области в зависимости от времени суток в 2025 году, ℃

Средние месячные данные температуры воздуха в Пензенской области подтверждаются сведениями, опубликованными в разделе «Средние месячные и годовые температуры воздуха в Пензенской области» интернет-ресурса «Погода и климат», указанные в таблице 2.

Таблица 2­­ - Средние месячные и годовая температуры воздуха в Пензенской области за 2025 год,℃

Особенности изменения температуры воздуха в Пензенской области в зависимости от сезона года предоставляется логичным графически отобразить посредством составления столбчатой диаграммы 1.

Диаграмма 1. Среднегодовой ход температуры наружного воздуха в Пензенской области в 2025 году

В соответствии с рекомендациями по построению столбчатой диаграммы, приведённых в учебниках по статистике и визуализации данных по горизонтальной оси откладываются месячные значения наблюдений. Каждый месяц представлен отдельным столбиком. По вертикальной оси указываются значения температуры в градусах Цельсия, с равными интервалами шкалы. Высота каждого столбика показывает, насколько тёплым или холодным был конкретный месяц в среднем. При построении важно использовать единый шаг шкалы и не искажать пропорции, для корректного анализа (сравнения) значения.

Для построения диаграммы среднегодовой температуры в Пензенской области берутся данные наблюдений за выбранный период- 2025 год. Каждый месяц превращается в числовое значение, которое переносится на диаграмму в виде столбика.

С целью визуализации в настоящем исследовании применен метод сравнения данных среднегодовой температуры в Пензенской области за период с 2023 года по 2025 год, опубликованных в разделе «Средние месячные и годовые температуры воздуха в Пензенской области» интернет-ресурса «Погода и климат», указанные в таблице 3.

Таблица 3 - Средние месячные и годовые температуры воздуха в Пензенской области,℃

Диаграмма 2. Ход средних месячных и годовых температур наружного воздуха

в Пензенской области за период с 2023 по 2025гг., ℃

При чтении столбчатой диаграммы 2. важно обращать внимание не только

В процессе проведения вероятностно-статистического моделирования годового хода температуры наружного воздуха и её значений за период с 2023 по 2025гг. предоставляется возможным рассчитать среднюю температуру по каждому месяцу за обозначенный период по формуле: С =(С1+С2+С3):3, где С- средняя температура месяца в 2026 году, С1- средняя температура месяца в 2023 году, С2- средняя температура месяца в 2024 году, С3- средняя температура месяца в 2025 году; и взять средние значения для прогноза температуры наружного воздуха в 2026 году (Таблица 4.).

Таблица 4- Вероятностно-статистические значения температуры наружного воздуха в 2026 году,℃

Вероятностно-статистическая модель годового хода температуры наружного воздуха и её значений в 2026 году представлена в диаграмме 3.

Диаграмма 3. Вероятностно-статистическая модель годового хода температуры наружного воздуха и её значений в 2026 году, ℃

.

При анализе диаграммы полезно сопоставлять её с текстовыми климатическими обзорами и картами аномалий температуры, публикуемыми Росгидрометом и на научных порталах, таких как cyberleninka.ru, где размещены статьи по климату средней полосы России.

По результатам анализа и произведенных расчетов можно сделать вывод о том, что средняя температура наружного воздуха каждого месяца в 2026 году , вычисленная выше по формуле, максимально близка к исходным показателям. Чтобы рассчитать вероятность события, нужно определить общее число возможных исходов и количество исходов, которые считаются благоприятными. В данном случае все исходы равновозможны.

Целесообразно применить классическую формулу: P(A)=m\n, где:

-P(A)-вероятность события А;

-m- число благоприятных исходов;

-n- общее количество всех равновозможных исходов.

Вероятность достижения средней температуры наружного воздуха на примере июня месяца в 2026 году +18,6 ℃ составляет: P(A)= 1\1 месяцев=1, или 100%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотрение столбчатой диаграммы среднегодовой температуры воздуха в Пензенской области позволяет связать общие представления о климате региона с конкретными числовыми данными. Умеренно континентальный климат области, характеризующийся выраженной сезонностью, формирует определённый диапазон годовых температур, а показатель среднегодовой температуры служит удобным интегральным индикатором этого диапазона. Графическое представление данных в виде столбчатой диаграммы делает заметными как отдельные аномально тёплые или холодные годы, так и долгосрочные тенденции. При внимательном чтении диаграмм можно увидеть общий сдвиг температурного фона в сторону потепления, что соответствует выводам национальных климатических обзоров.

Понимание изменений среднегодовой температуры важно не только с теоретической, но и с практической точки зрения. От климатических тенденций зависят сроки сельскохозяйственных работ, состояние водных ресурсов, нагрузка на коммунальную и транспортную инфраструктуру, а также комфорт и здоровье населения. Поэтому умение читать и интерпретировать простые графики, такие как столбчатые диаграммы, становится необходимым навыком для школьников и всех, кто интересуется состоянием окружающей среды своего региона. Наглядный анализ температурных рядов помогает осознавать масштабы происходящих климатических изменений и задумываться о мерах адаптации к ним на уровне Пензенской области.

Вероятностно-статистическая модель годового хода температуры наружного воздуха и её значений, построенная с использованием инструмента столбчатой диаграммы позволяет наглядно увидеть, как менялся термический режим региона за рассматриваемый период. На диаграммах прослеживается тенденция к повышению среднегодовой температуры. При этом важна не только разница между отдельными годами, но и смещение всего «среднего уровня» вверх относительно климатической нормы. Такой характер изменения согласуется с общероссийскими оценками Росгидромета, согласно которым за последние десятилетия в большинстве регионов страны отмечается потепление.

На диаграммах выделены годы с высокой или низкой среднегодовой температурой, которые проявляются в виде отдельных очень высоких или, наоборот, низких столбиков. Это часто связано с особенностями атмосферной циркуляции, длительными периодами засухи или обильных снегопадов и вторжениями арктического воздуха. В Пензенской области, как и в соседних регионах Приволжского федерального округа, климатические обзоры фиксируют увеличение повторяемости тёплых лет и сокращение числа холодных зим.

Повышение среднегодовой температуры воздуха имеет практические последствия для разных сфер жизни региона. Более тёплые зимы могут приводить к уменьшению толщины и продолжительности снежного покрова, что влияет на запасы влаги в почве и на весеннее половодье. Удлинение тёплого периода с положительными температурами потенциально благоприятно для некоторых сельскохозяйственных культур, но одновременно повышает риски засух и тепловых волн летом. Для городов Пензенской области возрастают требования к адаптации инфраструктуры к жарким периодам и к изменению режима осадков.

Вероятностно-статистическая модель годового хода средних температур наружного воздуха и её значений за период с 2023 по 2025 год, построенная с использованием инструмента столбчатой диаграммы позволяет наглядно отследить температурный режим сезонов 2026 года, чтобы учесть погодные условия, в том числе температуру наружного воздуха при осуществлении своей жизнедеятельности и планировании отдыха.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кукушкин Г.И. Статистика с основами эконометрики. 2012. С. 88–95

2. Росгидромет Климатический атлас Пензенской области. 2014. С. 12–25

3. Росгидромет Климат России. 2008. С. 30–37

4. Сидоренко Е.В. Методы обработки и визуализации статистических данных. 2010. С. 54–60

5. URL: https://meteoinfo.ru. Пензенский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды

6. URL: https://www.roshydromet.ru

7. URL:https://cyberleninka.ru/article/n/izmenenie-klimata-i-ego-vliyanie-na-hozyaystvo-rossii

8.URL:https:\\руни.рф

9. URL:https://world-weather.ru (погода в мире)