Сравнение результатов спектрального анализа временной изменчивости в период с 1856 по 2005 годы среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли и чисел Вольфа
Рассмотрены закономерности изменения в период с 1856 по 2005 годы энергетических спектров временных рядов среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли, а также соответствующих значений числа Вольфа в интервале климатической изменчивости....
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Кримський науковий центр НАН України і МОН України
2007
|
| Назва видання: | Культура народов Причерноморья |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98279 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Сравнение результатов спектрального анализа временной изменчивости в период с 1856 по 2005 годы среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли и чисел Вольфа / А.В. Холопцев // Культура народов Причерноморья. — 2007. — № 104. — С. 82-94. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-98279 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-982792016-04-12T03:02:19Z Сравнение результатов спектрального анализа временной изменчивости в период с 1856 по 2005 годы среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли и чисел Вольфа Холопцев, А.В. Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ Рассмотрены закономерности изменения в период с 1856 по 2005 годы энергетических спектров временных рядов среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли, а также соответствующих значений числа Вольфа в интервале климатической изменчивости. Розглянуті закономірності зміни у період з 1856 по 2005 роки енергетичних спектрів часових рядів сереньорічних значень аномалій середніх температур приземного шару атмосфери над Північною півкулею Землі, а також відповідних значень числа Вольфа у інтервалі кліматичної мінливості. We have revealed the conformity of temporal lines energy spectra of the average annual temperatures of low atmospheric layer over the Northern hemisphere of the Earth within the period of time from 1856 till 2005, as well as the corresponding value of Wolf number within the climatic fickleness interval. 2007 Article Сравнение результатов спектрального анализа временной изменчивости в период с 1856 по 2005 годы среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли и чисел Вольфа / А.В. Холопцев // Культура народов Причерноморья. — 2007. — № 104. — С. 82-94. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. 1562-0808 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98279 ru Культура народов Причерноморья Кримський науковий центр НАН України і МОН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ |
| spellingShingle |
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ Холопцев, А.В. Сравнение результатов спектрального анализа временной изменчивости в период с 1856 по 2005 годы среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли и чисел Вольфа Культура народов Причерноморья |
| description |
Рассмотрены закономерности изменения в период с 1856 по 2005 годы энергетических спектров временных рядов среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли, а также соответствующих значений числа Вольфа в интервале климатической изменчивости. |
| format |
Article |
| author |
Холопцев, А.В. |
| author_facet |
Холопцев, А.В. |
| author_sort |
Холопцев, А.В. |
| title |
Сравнение результатов спектрального анализа временной изменчивости в период с 1856 по 2005 годы среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли и чисел Вольфа |
| title_short |
Сравнение результатов спектрального анализа временной изменчивости в период с 1856 по 2005 годы среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли и чисел Вольфа |
| title_full |
Сравнение результатов спектрального анализа временной изменчивости в период с 1856 по 2005 годы среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли и чисел Вольфа |
| title_fullStr |
Сравнение результатов спектрального анализа временной изменчивости в период с 1856 по 2005 годы среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли и чисел Вольфа |
| title_full_unstemmed |
Сравнение результатов спектрального анализа временной изменчивости в период с 1856 по 2005 годы среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли и чисел Вольфа |
| title_sort |
сравнение результатов спектрального анализа временной изменчивости в период с 1856 по 2005 годы среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над северным полушарием земли и чисел вольфа |
| publisher |
Кримський науковий центр НАН України і МОН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98279 |
| citation_txt |
Сравнение результатов спектрального анализа временной изменчивости в период с 1856 по 2005 годы среднегодовых значений аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли и чисел Вольфа / А.В. Холопцев // Культура народов Причерноморья. — 2007. — № 104. — С. 82-94. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. |
| series |
Культура народов Причерноморья |
| work_keys_str_mv |
AT holopcevav sravnenierezulʹtatovspektralʹnogoanalizavremennojizmenčivostivperiods1856po2005godysrednegodovyhznačenijanomalijsrednihtemperaturprizemnogosloâatmosferynadsevernympolušariemzemliičiselvolʹfa |
| first_indexed |
2025-07-07T06:21:19Z |
| last_indexed |
2025-07-07T06:21:19Z |
| _version_ |
1836968083740164096 |
| fulltext |
Маслова Н.М.
СУСПІЛЬНО–ГЕОГРАФІЧНИЙ ВИМІР ДЕМОГРАФІЧНИХ ПРОЦЕСІВ В КІРОВОГРАДСЬКІЙ ОБЛАСТІ
82
місцевості, але й зміни її соціокультурної функції, пов’язаної з природним підживленням демографічних
процесів в межах регіону.
Джерела та література
1. Джаман В.О. До проблеми територіальних особливостей демографічних процесів в Україні // Ук-
раїнський географічний журнал. – 1998. – № 3. – С.13–17
2. Демографічна ситуація Кіровоградської області у 2005 році. Кіровоград: Головне управління статисти-
ки у Кіровоградській області, 2006. – 25с.
3. Заставний Ф. Всеукраїнський перепис населення 2001 р. : аналіз і оцінка // Географія та основи еко-
номіки в школі. – 2003. – № 2. – С. 34–39.
4. Заставний Ф. Демографічна ситуація в Україні // Географія та основи економіки в школі. – 2004. – № 1.
– С. 39–40.
5. Заставний Ф.Д. Населення України. – Львів: „Край”, „Просвіта”, 1993.–224 с.
6. Курач Т. М. Методика картографування динаміки населення // Український географічний журнал. –
2001. – № 4.– С.29–33.
7. Основи демографії: Посібник для студентів гуманітарних і суспільних факультетів вищих навчальних
закладів / І.М. Прибиткова. – К.: „АртЕк”,1995. – С. 28.
8. Рогожин Г., Рогожин О. Демографічний розвиток українського села: регіональний аналіз / Демо-
графічні дослідження. Вип. 20. – К.: Наук. думка,1998. – С. 158–181.
9. Романцов В.О. Українці на одвічних землях (XVIII– поч. XXI ст.) – 2-ге вид. – К.: Видавництво імені
Олени Теліги, 2005. –С.113–116.
10. 10.Романюк М. Трудові міграції регіону та особливості їх регулювання за умов перехідної економіки (
на прикладі Галиччини) / Демографічні дослідження. Вип. 20. – К.: Наук. думка,1998. – С. 194–209.
11. Рубліков А. Деякі тенденції демографічних процесів у сільській місцевості Карпатського регіону Ук-
раїни / Демографічні дослідження. Вип. 20. – К.: Наук. думка,1998. – С. 182 –193.
12. Статистичний щорічник за 2000 рік. Кіровоград: Кіровоградське обласне управління статистики, 2001.
– С. 219–241.
13. Статистичний щорічник за 2001 рік. Кіровоград: Кіровоградське обласне управління статистики, 2002.
– С. 285–295.
14. Статистичний щорічник за 2002 рік. Кіровоград: Кіровоградське обласне управління статистики, 2003.–
С. 303–353.
15. Топчієв О.Г., Куделіна С.Б., Яворська В.В. Геодемографічний процес: зміст і функції поняття// Ук-
раїнський географічний журнал. – 2000. – № 2. – С.25–27.
16. Топчієв О.Г. Основи суспільної географії: Навчальний посібник. – Одеса: Астропринт, 2001. – 560 с.
17. Фащевський М.І. Геодемографічна ситуація в Україні // Сучасні проблеми географії населення в Ук-
раїні. – Луцьк, 1993. – С. 118–120.
18. Формування адміністративно–територіального устрою Кіровоградської області: Наукова довідка про-
відного наукового співробітника відділу охорони пам’яток історії та культури обласного краєзнавчого
музею К. Шляхового. – Кіровоград, 1998. – 13 с.
Холопцев А.В.
СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ВРЕМЕННОЙ
ИЗМЕНЧИВОСТИ В ПЕРИОД С 1856 ПО 2005 ГОДЫ СРЕДНЕГОДОВЫХ
ЗНАЧЕНИЙ АНОМАЛИЙ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУР ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ
АТМОСФЕРЫ НАД СЕВЕРНЫМ ПОЛУШАРИЕМ ЗЕМЛИ И ЧИСЕЛ ВОЛЬФА
Введение. Согласно современным представлениям о факторах динамики геосферы [1], к числу важ-
нейших относится среднегодовое значение средней температуры воздуха в приземном слое атмосферы над
Северным полушарием планеты. Закономерности временной изменчивости этого фактора определяются
динамикой различных компонентов теплового баланса приземного слоя атмосферы [2–3]. Одним из таких
компонентов является поток тепловой энергии от слоев атмосферы, в которых происходит поглощение
солнечной и уходящей длинноволновой радиации [4–5].
В формировании этого потока принимает участие и процесс поглощения в озоновом слое коротковол-
новых составляющих спектра солнечной радиации, интенсивность которых существенно зависят от состоя-
ния солнечной активности [6–9]. Последнее позволяет предполагать, что изменения состояния солнечной
активности способны в какой–то мере влиять на динамику рассматриваемого процесса. В пользу справед-
ливости подобного предположения свидетельствуют многочисленные работы [10, 11], в которых рассмат-
риваются статистические связи с изменениями солнечной активности характеристик некоторых процессов в
живой и неживой природе нашей планеты (в том числе и изменений среднегодовых температур воздуха в
некоторых регионах Северного полушария[12]), от начала ХХ века до наших дней [13–16]).
Вместе с тем, известны факты, позволяющие сомневаться в значимости влияния на динамику поля тем-
пературы в приземном слое атмосферы солнечной активности [17, 18] и даже отрицать ее[19, 20].
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
83
Основанием для подобных утверждений в отношении синоптических процессов, является то, каких ли-
бо устойчиво– повторяющихся связей их характеристик с солнечной активностью не выявлено. Справедли-
вость их в отношении процессов, относящиеся к интервалу климатической изменчивости[21], не столь оче-
видна, поскольку закономерности связи их характеристик с изменениями солнечной активности изучены
недостаточно.
Известно[6, 9, 10 ], что в указанном интервале спектр изменчивости характеристик солнечной активно-
сти содержит две гармоники, с периодами близкими к 11 и 22 годам.
Учитывая изложенное, целью данной работы является изучение закономерностей влияния временной
изменчивости этих составляющих спектра солнечной активности на динамику энергетических спектров из-
менчивости среднегодовых значений средних температур воздуха в приземном слое атмосферы над Север-
ным полушарием планеты в интервале климатической изменчивости.
Методика и фактический материал
Для достижения данной цели изучались и сопоставлялись энергетические спектры среднегодовых зна-
чений одной из характеристик солнечной активности, а также средних температур приземного слоя атмо-
сферы над Северным полушарием планеты, рассчитанных в скользящих окнах одинаковой длины.
Количественными характеристиками состояния солнечной активности являются ее различные индексы,
к числу которых относится и относительное число Вольфа [10,22]. Инструментальные измерения значений
числа Вольфа ведутся непрерывно, начиная с 1749 года. В результате имеющийся временной ряд значений
этого индекса имеет максимальную длину. Это и определило выбор его для последующего рассмотрения.
Наблюдения за изменениями значений относительного числа Вольфа ведутся на многих астрономиче-
ских обсерваториях планеты, а их результаты представлены в Интернете. Их примером является база дан-
ных об изменениях среднемесячных значений этого числа за период с января 1749 г по сентябрь 2006 г,
представленная на сайте Пулковской государственной астрономической обсерватории (Российская Федера-
ция)– nag.@gao.spb.ru.
Закономерности временной изменчивости среднегодовых значений средних температур приземного
слоя атмосферы над Северным полушарием изучают [22–24] за период с 1856 г, когда метеорологические
обсерватории открылись на большинстве материков планеты и их число стало достаточно большим.
Установлено, что тренд временного ряда среднегодовых значений средних температур приземного слоя
атмосферы над Северным полушарием за весь этот период являлся положительным (преобладала тенденция
к потеплению).
Информация о временной изменчивости аномалий среднемесячных значений средних температур воз-
духа в приземном слое атмосферы над Северным полушарием планеты за период с января 1856 г по ок-
тябрь 2006 года представлена в Интернете (сайты kenjisan@udel.edu., dss.ucar.edu)
Основываясь на указанных временных рядах среднемесячных температур и среднемесячных значений
числа Вольфа, были вычислены соответствующие временные ряды среднегодовых значений, представлен-
ные на рис. 1.
Рис.1. Нормированные к соответствующим максимальным значениям ( Р max) зависимости от вре-
мени (N[годы]) среднегодовых значений аномалий средней температуры приземного слоя атмосферы над
Северным полушарием (ряд 1), а также чисел Вольфа (ряд 2), рассчитанные
по данным kenjisan@udel.edu., dss.ucar.edu и nag.@gao.spb.ru.
N
1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
P/Pmax
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Ряд 1
Ряд 2
mailto:nag.@gao.spb.ru
mailto:nag.@gao.spb.ru
Холопцев А.В.
СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ В ПЕРИОД С 1856 ПО 2005
ГОДЫ СРЕДНЕГОДОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ АНОМАЛИЙ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУР ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ
НАД СЕВЕРНЫМ ПОЛУШАРИЕМ ЗЕМЛИ И ЧИСЕЛ ВОЛЬФА
84
Как видим из рис.1, обе зависимости представляют собой сложно осциллирующие функции времени.
Во временном ряду, отображающем динамику аномалий средних температур приземного слоя атмосферы
над Северным полушарием, отчетливо видны периоды первичного и вторичного потепления (приходящие-
ся соответственно на 1916–1946 годы, а также с 1976 г и до настоящего времени). Нетрудно видеть также,
что в период ориентировочно до 1920 года представленные на этом рисунке кривые изменяются практиче-
ски в противофазе. Позже эта закономерность не проявляется.
Члены временного ряда среднегодовых значений аномалий средней температуры отличается от соот-
ветствующих членов временного ряда среднегодовых значений средней температуры на постоянную вели-
чину (значение средней температуры приземного слоя атмосферы Северного полушария, зафиксированное
в 1968 году). В итоге спектральный анализ соответствующих фрагментов обоих рядов дает тождественные
результаты. Поэтому при исследованиях особенностей энергетических спектров различных фрагментов ря-
да среднегодовых значений средних температур использовался ряд вычисленных значений среднегодовых
значений их аномалий.
Как известно, энергетический спектр любого из рассматриваемых временных рядов может быть рас-
считан путем его цифровой фильтрации. При этом могут использоваться фильтры с конечной импульсной
характеристикой (далее КИХ–фильтры) [26], в том числе и такие, импульсные характеристики которых
описываются выражением:
)sin()( kkh ωττ = (1)
где:
ω
πτ M
k
20 ≤<
w– частота гармоники спектра , соответствующая значению ее периода от 6 до 25 лет.
τk –дискретное время (последующие моменты различаются на один год).
М– целое положительное число.
Амплитуда соответствующей гармоники энергетического спектра определялась как
2
2
0
0
*2
2
0
00 ))()(())()((),( ∑∑
==
+++=
ω
π
ω
π
ττττω
M
k
kk
M
k
kk tPhtPhtA (2)
где )cos()(*
kkh ωττ = ,
ω
πτ M
k
20 <<
to– год начала фрагмента временного ряда процесса Р(t), для которого производится оценка.
Чем больше М, тем больше длина импульсной характеристики КИХ фильтра, а следовательно, и длина
фрагмента изучаемого ряда, используемого для получения оценки амплитуды рассматриваемой гармоники
(продолжительность интервала осреднения). Очевидно, что при спектральном анализе рядов ограниченной
длины М1 значение М ограничено сверху значением М1w/2π.
Чем больше М, тем меньше погрешности оценок амплитуд гармоник стационарного процесса получае-
мых таким образом. Если процесс стационарным не является, увеличение М свыше некоторого предела не
приводит к повышению точности спектрального анализа, а даже напротив снижает ее.
Как видно из рис.1, стационарность временного ряда среднегодовых значений аномалий средних тем-
ператур приземного слоя атмосферы над Северным по-
лушарием не очевидна. Учитывая это, значение М вы-
биралось наименьшим (из всех возможных), при усло-
вии, что значение амплитудно–частотной характери-
стики(АЧХ)[27](или передаточной функции [27, 28]),
фильтра, соответствующего гармонике с периодом 11
лет, на частоте гармоники с периодом 22 года, равня-
лось 0 (что гарантирует отсутствие перекрестных ис-
кажений при одновременном присутствии в анализи-
руемом ряде гармоник с периодами 11 и 22 года).
Анализ показал, что искомое значение М, удовле-
творяющее этому условию равно 4.
Пример АЧХ фильтра с рассматриваемой импульс-
ной характеристикой продолжительностью 44 года, со-
ответствующего гармонике с периодом 11 лет, имеет
вид представленный на рис. 2.
Рис. 2 . Амплитудно частотная характеристика цифрового КИХ фильтра, с импульсной характеристикой
описываемой (1) и соответствующего гармонике с периодом 11 лет при М=4 (длине импульсной характери-
стики 44 года). N –период гармоник (число лет).
N
10 15 20 25
A
0
2
4
6
8
10
12
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
85
Как видно из рис. 2, при настройке подобного фильтра на гармонику с периодом 11 лет, значение его
АЧХ, соответствующее гармонике 22 года строго равно нулю, что позволяет исключить взаимовлияние 11–
летней и 22 – летней гармоник энергетических спектров рассматриваемых процессов.
Значения амплитуд гармоник энергетических спектров временных рядов среднегодовых значений чи-
сел Вольфа и средних температур приповерхностного слоя атмосферы над Северным полушарием вычис-
лялись для гармоник с периодами 6 – 25 лет в скользящих окнах продолжительностью равной длине им-
пульсной характеристики соответствующего фильтра (4 периода соответствующей гармоники).
Для количественной оценки силы статистической связи между соответствующими фрагментами вре-
менных рядов среднегодовых значений чисел Вольфа и средних температур приземного слоя атмосферы, а
также между фрагментами рядов отображающих динамику тех или иных гармоник их энергетических спек-
тров, рассчитывались их автокорреляционные и взаимокорреляционные функции.
Основываясь на автокорреляционных функциях того или иного ряда, определялась величина его интер-
вала корреляции, а также вычислялось значение отношение длины ряда к величине интервала корреляции,
характеризующее соответствующее этому ряду число степеней свободы [29]. При расчете значений 99% и
95% порогов достоверной корреляции по критерию Стьюдента, используемых при анализе статистической
связи между какими либо двумя рядами, значение числа степеней свободы принималось равным среднему
арифметическому значений числа степеней свободы для каждого ряда. При этом было установлено, что
число степеней свободы временных рядов среднегодовых значений рассматриваемых величин не менее 50.
Учитывая это значение 95% порога достоверной корреляции равно 0.28, а 99% порога –0.36 .
По каждой взаимнокорреляционной функции определялся временной сдвиг между рассматриваемыми
временными рядами, при котором корреляция между ними являлась максимальной.
Результаты исследований и их анализ
В соответствии с изложенной методикой был произведен анализ временных рядов среднегодовых зна-
чений числа Вольфа и аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушари-
ем Земли за период с 1856 по 2005 годы. При этом было установлено, что энергетические спектры средне-
годовых значений обоих рассматриваемых процессов за период наблюдений претерпели существенные из-
менения.
На рис 3 приведены примеры энергетических спектров среднегодовых значений числа Вольфа для
фрагментов, располагающихся в начале рассматриваемого их временного ряда.
Рис 3. Энергетические спектры А фрагментов временного ряда среднегодовых значений числа Вольфа,
начинающихся с 1856 г (ряд 1), с 1857 г. (ряд 2), с 1858 г. (ряд 3), с 1859 г. (ряд 4), с 1860 г. (ряд 5), полу-
ченные при использовании КИХ фильтра с импульсной характеристикой длиной 4 периода соответствую-
щей гармоники. N–период гармоники [годы].
Из рис. 3 видно, что в рассматриваемый период эти спектры практически не зависели от года начала
фрагмента временного ряда, по которым они вычислялись. Максимумы всех представленных энергетиче-
ских спектров приходятся на гармонику с периодом 11 лет. Значения отношения амплитуд гармоник с пе-
риодом 22 года к амплитудам соответствующих гармоник с периодом 11 лет лежат в пределах 0.022–0.024.
На рис 4 приведены примеры энергетических спектров среднегодовых значений числа Вольфа для
фрагментов, располагающихся в конце рассматриваемого временного ряда.
N
10 15 20 25
A
0
50
100
150
200
250
300
350
Ряд 1
Ряд 2
Ряд 3
Ряд 4
Ряд 5
Холопцев А.В.
СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ В ПЕРИОД С 1856 ПО 2005
ГОДЫ СРЕДНЕГОДОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ АНОМАЛИЙ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУР ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ
НАД СЕВЕРНЫМ ПОЛУШАРИЕМ ЗЕМЛИ И ЧИСЕЛ ВОЛЬФА
86
Рис 4. Энергетические спектры А фрагментов временного ряда среднегодовых значений числа Воль-
фа, полученные при использовании КИХ фильтра с импульсной характеристикой длиной 4 периода, закан-
чивающихся 2001 г (ряд 1), 2002 г. (ряд 2), 2003 г. (ряд 3), 2004 г. (ряд 4), 2005 г. (ряд 5).
N– период гармоники [годы].
Как видим из рис.4, что в рассматриваемый период эти спектры также практически не зависели от года
начала фрагмента временного ряда, по которым они вычислялись. При этом максимальные значения рас-
сматриваемых спектров приходятся на гармоники с периодом 10 лет (а не 11 лет, как было в примерах, при-
веденных на рис.3). Амплитуда гармоник с периодом 11 лет уступает амплитудам максимальных гармоник
на 20–22% от их значений. Амплитуда гармоник с периодом 22 года составляет 0.013–0.015 от амплитуд
наиболее мощных гармоник.
Зависимости амплитуд гармоник энергетических спектров среднегодовых значений числа Вольфа с пе-
риодами 9 лет, 10 лет, 11 лет и 12 лет (построенных при использовании КИХ фильтров с импульсными ха-
рактеристиками продолжительностью 4 периода) от года начала соответствующего фрагмента приведены
на рис.5.
Рис.5. Зависимости амплитуд гармоник энергетических спектров среднегодовых значений относи-
тельного числа Вольфа (A) с периодами 9 лет (ряд 1), 10 лет (ряд 2), 11 лет (ряд 3) и 12 лет (ряд 4) от года
начала соответствующего фрагмента (N).
Как видим из рис.5, расположение максимума энергетического спектра фрагментов временного ряда
среднегодовых значений числа Вольфа при изменении года их начала изменялось. Во фрагментах, начи-
N
10 15 20 25
A
0
200
400
600
800
1000
1200
Ряд 1
Ряд 2
Ряд 3
Ряд 4
Ряд 5
N
1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920
A
0
200
400
600
800
1000
1200
Ряд 1
Ряд 2
Ряд 3
Ряд 4
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
87
нающихся с 1866 г по 1896 годы максимумы энергетических спектров соответствуют гармонике 12 лет, а во
фрагментах, начинающихся с 1900 года и долее наибольшую амплитуду имеют гармоники с периодами 10
лет. Это соответствует современным представлениях о закономерностях изменения продолжительности
циклов солнечной активности[ 8 ]
На протяжение всего периода наблюдений амплитуды гармоник с наибольшей амплитудой проявляли
тенденцию к монотонному увеличению. При этом произведения соответствующих значений амплитуд мак-
симальных гармоник на их период в начале интервала наблюдения составляло 3200, а в конце –9500. Темпы
этого роста во фрагментах начинающихся с 1900 г и далее (по сравнению с предыдущими ) существенно
возросли.
На рис. 6 приведены зависимости амплитуд гармоник энергетических спектров среднегодовых значе-
ний числа Вольфа с периодами 20 лет, 21 год, 22 года и 23 года (построенных при использовании КИХ
фильтров с импульсными характеристиками продолжительностью 4 периода) от года начала соответст-
вующего фрагмента.
Рис.6. Зависимости амплитуд гармоник энергетических спектров среднегодовых значений числа
Вольфа (A) с периодами 20 лет (ряд 1), 21 год (ряд 2), 22 года (ряд 3) и 23 года (ряд 4) от года начала соот-
ветствующего фрагмента (N).
Как видим из рис.6, все представленные на нем зависимости носят осциллирующий характер. Периоды
осцилляций различных гармоник практически одинаковы и составляют в реальном времени приблизитель-
но 104–105 лет. Амплитуды осцилляций всех гармоник с течением времени увеличиваются.
Временное положение максимумов в зависимостях, соответствующих разным гармоникам, определяет-
ся их периодом. Чем период меньше, тем максимум соответствующей гармоники наступает позже.
На рис 7 приведены примеры энергетических спектров среднегодовых значений средних температур
приземного слоя атмосферы над поверхностью Северного полушария (полученных с использованием КИХ
фильтра с импульсной характеристикой длиной 4 периода) для фрагментов, располагающихся в начале рас-
сматриваемого временного ряда
Рис 7. Энергетические спектры (A) фрагментов временного ряда среднегодовых значений средних
температур приземного слоя атмосферы над поверхностью Северного полушария, начинающихся с 1856 г
N
1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920
0
10
20
30
40
50
60
Ряд 1
Ряд 2
Ряд 3
Ряд 4
N
10 15 20 25
0.0000
0.0005
0.0010
0.0015
0.0020
0.0025
0.0030
0.0035
Ряд 1
Ряд 2
Ряд 3
Ряд 4
Ряд 5
Холопцев А.В.
СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ В ПЕРИОД С 1856 ПО 2005
ГОДЫ СРЕДНЕГОДОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ АНОМАЛИЙ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУР ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ
НАД СЕВЕРНЫМ ПОЛУШАРИЕМ ЗЕМЛИ И ЧИСЕЛ ВОЛЬФА
88
(ряд 1), с 1857 г. (ряд 2), с 1858 г. (ряд 3), с 1859 г. (ряд 4), с 1860 г. (ряд 5), полученные при использовании
КИХ фильтра с импульсной характеристикой длиной 4 периода. N–период гармоник [годы].
Как видим из рис.7, все представленные на нем энергетические спектры содержат в рассматриваемом
интервале 4 максимума. Эти спектры подобны по своей форме. Их максимальные значения приходятся на
гармоники с периодом 10–11 лет. Максимумы наблюдаются также на гармониках с периодами 6, 15–17 лет
и 22–24 года.
Энергетические спектры фрагментов временного ряда среднегодовых значений средних температур
приземного слоя атмосферы над поверхностью северного полушария, полученные при использовании КИХ
фильтра с импульсной характеристикой длиной 4 периода, расположенных в конце соответствующего вре-
менного ряда, представлены на рис 8.
Рис.8. Энергетические спектры (A) фрагментов временного ряда среднегодовых значений средних
температур приземного слоя атмосферы над поверхностью Северного полушария, заканчивающихся 2001 г
(ряд 1), 2002 г. (ряд 2), 2003 г. (ряд 3), 2004 г. (ряд 4), 2005 г. (ряд 5), , полученные при использовании КИХ
фильтра с импульсной характеристикой длиной 4 периода. N– период гармоники [годы].
Как видим из рис.8, представленные на нем спектры также подобны по форме, но существенно отли-
чаются от представленных на рис.7. Максимальные значения рассматриваемых спектров приходятся на
гармоники с периодом 6 лет. Амплитуды гармоник, начиная с гармоники с периодом 17 лет, по мере увели-
чения периода монотонно возрастают. В этом интервале спектра амплитуда гармоники тем больше, чем
позже начинается (и заканчивается) соответствующий фрагмент временного ряда.
Стабильных максимумов рассматриваемых спектров, соответствующих периодам 10–16 лет не выявле-
но. Амплитуда гармоники спектра с периодом 11 лет тем меньше, чем позже начинается фрагмент ряда, по
которому она вычислялась. Это подтверждают зависимости амплитуд гармоник энергетических спектров
среднегодовых значений средних температур приземного слоя атмосферы над поверхностью северного по-
лушария с периодами 9 лет, 10 лет, 11 лет и 12 лет (построенных при использовании КИХ фильтров с им-
пульсными характеристиками продолжительностью 4 периода) от года начала соответствующего фрагмен-
та, приведенные на рис.9.
Как видим из рис.9, все представленные на нем зависимости подобны и проявляют тенденцию к моно-
тонному убыванию. В последнем фрагменте (завершающемся 2005 годом) амплитуда гармоники с перио-
дом 11 лет по сравнению с ее амплитудой в первом фрагменте (начинающемся с 1856 г.) уменьшилась в
425.7 раза.
На рис. 10 приведены зависимости амплитуд гармоник энергетических спектров среднегодовых значе-
ний средних температур приземного слоя атмосферы над поверхностью северного полушария с периодами
20 лет, 21 год, 22 года и 23 года (построенных при использовании КИХ фильтров с импульсными характе-
ристиками продолжительностью 4 периода) от года начала соответствующего фрагмента.
Как видим из рис.10, все представленные на нем зависимости носят осциллирующий характер. Перио-
ды осцилляций составляют приблизительно 103–105 лет. Амплитуды осцилляций всех гармоник со време-
нем увеличиваются. Наибольшее увеличение отмечается для гармоники с периодом 20 лет.
N
6 8 10 12 14 16 18 20
A
0.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
Ряд 1
Ряд 2
Ряд 3
Ряд 4
Ряд 5
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
89
Временные положения максимумов каждой представленной на рис. 10 кривой определяются периодом
соответствующей гармоники. Чем этот период больше, тем максимум наступает раньше. Как видим, имеет
место полная аналогия с закономерностями, представленными на рис. 5.
Рис.9. Зависимости амплитуд гармоник энергетических спектров среднегодовых значений средних
температур приземного слоя атмосферы над поверхностью северного полушария (А) с периодами 9 лет (ряд
1), 10 лет (ряд 2), 11 лет (ряд 3) и 12 лет (ряд 4) от года начала соответствующего фрагмента (N).
Рис.10. Зависимости амплитуд гармоник энергетических спектров среднегодовых значений средних
температур приземного слоя атмосферы над поверхностью Cеверного полушария (A) с периодами 20 лет
(ряд 1), 21 год (ряд 2), 22 года (ряд 3) и 23 года (ряд 4) от года начала соответствующего фрагмента (N).
На рис.11 представлены зависимости от года начала сопоставляемых фрагментов продолжительностью
88 лет временных рядов нормированных к соответствующим максимальным значениям амплитуд гармоник
с периодом 22 года среднегодовых значений числа Вольфа, а также средних температур поверхностного
слоя атмосферы над Северным полушарием.
Как видим из рис.11, сопоставляемые на нем зависимости весьма близки по форме. Обе зависимости
носят осциллирующий характер и имеют практически одинаковые периоды 104–105 лет (в реальном време-
ни). Максимумы зависимости от времени амплитуды 22–х летней гармоники спектра среднегодовых значе-
ний средних температур запаздывают по времени по отношению к максимумам зависимости от времени та-
кой же гармоники спектра числа Вольфа.
Для определения величины сдвига между этими гармониками, при которой корреляция между их вре-
менными рядами наиболее сильна, были рассчитаны взаимнокорреляционные и автокорреляционные функ-
N
1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920
A
0.0000
0.0005
0.0010
0.0015
0.0020
0.0025
0.0030
Ряд 1
Ряд 2
Ряд 3
Ряд 4
N
1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920
A
0.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
Ряд 1
Ряд 2
Ряд 3
Ряд 4
Холопцев А.В.
СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ В ПЕРИОД С 1856 ПО 2005
ГОДЫ СРЕДНЕГОДОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ АНОМАЛИЙ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУР ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ
НАД СЕВЕРНЫМ ПОЛУШАРИЕМ ЗЕМЛИ И ЧИСЕЛ ВОЛЬФА
90
ции этих рядов (при длине фрагментов 50 лет). По автокорреляционным функциям каждого ряда было оп-
ределено число степеней их свободы. Среднее арифметическое значение числа степеней свободы оказалось
равно 13, что позволило определить значения 99% и 95 % порогов достоверной корреляции по критерию
Стьюдента, равных соответственно 0.67 и 0.65.
Рис.11. Зависимости от года начала сопоставляемых фрагментов временных рядов (N), нормирован-
ных к соответствующим максимальным значениям амплитуд гармоник с периодом 22 года энергетических
спектров временных рядов среднегодовых значений средних температур приповерхностного слоя атмосфе-
ры над Северным полушарием (A)(ряд 1), а также числа Вольфа (ряд 2). Продолжительность фрагментов,
по которым вычислялись амплитуды гармоник– 88 лет.
Зависимости средних значений коэффициента корреляции между временными рядами 22–х летних
гармоник энергетических спектров среднегодовых значений чисел Вольфа и средних температур приземно-
го слоя атмосферы над Северным полушарием, рассчитанных по их фрагментам продолжительностью 50
лет, от величины сдвига по времени между соответствующими фрагментами, а также значения 99% и 95%
порогов достоверной корреляции приведены на рис. 12.
Рис.12. Зависимость средних значений коэффициента корреляции между временными рядами 22–х
летних гармоник энергетических спектров среднегодовых значений чисел Вольфа и средних температур
приземного слоя атмосферы над Северным полушарием (ρ), рассчитанных по их фрагментам продолжи-
тельностью 50 лет, от величины сдвига по времени между соответствующими фрагментами (N) (ряд 1), а
также значения 99% и 95% порогов достоверной корреляции (соответственно ряд 2 и ряд 3).
N
1860 1870 1880 1890 1900 1910
A
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Ряд 1
Ряд 2
N
0 2 4 6 8 10
ρ
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Ряд 1
Ряд 2
Ряд 3
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
91
Как видим из рис.12, наиболее сильная корреляция между рассматриваемыми временными рядами от-
мечается при условии, что фрагмент ряда значений амплитуды 22–х летней гармоники энергетического
спектра среднегодовых значений чисел Вольфа опережает соответствующий фрагмент ряда значений ам-
плитуды 22–х летней гармоники энергетического спектра среднегодовых значений средних температур
приземного слоя атмосферы над Северным полушарием на 6 лет. Последнее, а также сопоставление
рис.1,3–11 позволило предположить, что между временными рядами среднегодовых значений числа Воль-
фа и аномалий средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием существует
статистически значимая связь: корреляция между их фрагментами продолжительностью 50 лет должна
быть наиболее сильной при сдвиге между рядами, близком к половине средней продолжительности цикла
солнечной активности – 6 годам.
Для подтверждения этого предположения были рассчитаны автокорреляционные и взаимнокорреляци-
онные функции рассматриваемых рядов среднегодовых значений. По автокорреляционным функциям каж-
дого ряда были определены значения их интервалов корреляции и соответствующие значения числа степе-
ней свободы. Последнее позволило рассчитать по методике, рассмотренной [29] значения 99% и 95% поро-
гов достоверной корреляции по критерию Стьюдента.
На рис. 13 приведены зависимости коэффициентов корреляции сдвинутых на то или иное количество
лет фрагментов продолжительностью 50 лет временных рядов среднегодовых значений числа Вольфа и
средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием планеты, от года начала фраг-
мента ряда числа Вольфа. Также на нем показаны 99% и 95% пороги достоверной корреляции.
Рис 13. Зависимости коэффициентов корреляции (ρ)сдвинутых на то или иное количество лет фраг-
ментов продолжительностью 50 лет временных рядов среднегодовых значений числа Вольфа и средних
температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием планеты от года начала фрагмента ряда
числа Вольфа (N). Ряд 1 – 95% порог достоверной корреляции, ряд 2 – 99% порог достоверной корреляции,
ряд 3 –сдвиг 6 лет, ряд 4– сдвиг 7 лет, ряд 4 – 8 лет.
Из рис.13 видно, что корреляция между фрагментами рассматриваемого временного ряда, близких к его
началу, (в которых, как видно из рис. 7, присутствует мощная 11–летняя гармоника, которая является наи-
более мощной и в соответствующих фрагментах ряда чисел Вольфа) существенно превосходит как 95%, так
и 99% пороги достоверной корреляции. При этом корреляция между фрагментами тех же рядов близких к
их концу, в которых, как видно из рис.8 и 4, расположения максимумов их энергетических спектров суще-
ственно различаются, значимой не является.
Из примеров, приведенных на рис.13, видно также, что постепенное ослабление статистической связи
между фрагментами рассматриваемых временных рядов по мере их смещения от начала периода наблюде-
ния к его концу является общей тенденцией, проявляющейся при различных сдвигах между ними. Та же за-
кономерность имеет место и при использовании в ходе спектрального анализа фрагментов временных ря-
дов другой длины (в ходе проводившихся исследований их длина изменялась в пределах от 6 до 100 лет).
Анализ расчетов показал, что корреляция между фрагментами протяженностью 50 лет рассматривае-
мых временных рядов, начинающимися после 1906 года, значимой не является при любых сдвигах между
ними. При этом дольше всего корреляция сохраняется значимой, если фрагмент ряда средних температур
запаздывает по отношению к фрагменту ряда числа Вольфа на 6 лет (что видно из примеров рассмотренных
на рис.13).
N
1860 1880 1900 1920 1940
ρ
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
Ряд 1
Ряд 2
Ряд 3
Ряд 4
Ряд 5
Холопцев А.В.
СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ В ПЕРИОД С 1856 ПО 2005
ГОДЫ СРЕДНЕГОДОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ АНОМАЛИЙ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУР ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ
НАД СЕВЕРНЫМ ПОЛУШАРИЕМ ЗЕМЛИ И ЧИСЕЛ ВОЛЬФА
92
Причина этого явления становится понятной, если допустить, что значимым фактором изменчивости
среднегодовых значений средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием явля-
ется взаимодействие солнечной радиации с озоновым слоем Земли.
Известно, что озоновый слой является эффективным поглотителем солнечной радиации[ 30 ]. Погло-
щение им солнечной радиации приводит к существенному ослаблению в первую очередь ее коротковолно-
вых составляющих (с длинами волн менее 300 нм), поток которых зависит от солнечной активности .
На эти составляющие приходится в среднем около 3% суммарного потока солнечной радиации, входя-
щего в земную атмосферу. Несколько менее 40% этого потока приходится на видимый свет– электромаг-
нитные волны с длинами волн от 400 до 700 нм, основные потери энергии которого при прохождении атмо-
сферы обусловлены рассеянием. Тем не менее, часть этих потерь обусловлена частичным поглощением в
стратосфере видимого света с длинами волн близкими к 600 нм, в котором участвует и озон[3].
При увеличении солнечной активности увеличивается поток коротковолновых составляющих, что при-
водит к увеличению интенсивности фотохимических реакций цикла Чепмена, приводящих к образованию
стратосферного озона[31].
Увеличение общего содержания стратосферного озона делает озоновый слой менее прозрачным для
солнечной радиации (не только ультрафиолетового диапазона, но и видимого света), что вызывает сниже-
ние среднегодового потока суммарной солнечной радиации, поступающего к земной поверхности. При
этом поток энергии поглощенной земной поверхностью и частично преобразуемый в уходящую длинно-
волновую радиацию уменьшается. В результате среднегодовое значение средней температуры приземного
слоя атмосферы снижается.
При уменьшении солнечной активности описанный механизм должен приводить к увеличению средней
температуры приземного слоя атмосферы.
Несмотря на простоту и очевидность описанного механизма изменения средних температур приземного
слоя атмосферы над Северным полушарием, вопрос о его значимости до сих пор оставался открытым.
Выявленные факты , а именно:
1. наличие наивысшей достоверной корреляции между любыми фрагментами временных рядов средне-
годовых значений аномалий средних температур Северного полушария и чисел Вольфа, приходящимися на
период с 1856 по 1956 годы, при условии, что начало фрагмента ряда чисел Вольфа опережает фрагмент
ряда средних температур на 6 лет;
2. наличие наивысшей достоверной корреляции между любыми фрагментами временных рядов значе-
ний амплитуд гармоник с периодом 22 года этих рядов, на протяжение всего периода инструментальных
наблюдений, при том же условии;
являются существенными аргументами в пользу его значимости .
Вероятность того, что указанные факты есть результат простого совпадения, может быть оценена сле-
дующим образом.
Допустим, что члены ряда среднегодовых температур являются случайными величинами, независящи-
ми как от состояния солнечной активности, так и от членов ряда температур в предыдущие моменты вре-
мени. Предположим, что как увеличение, так и уменьшение значения последующего члена ряда температур
по отношению к предыдущему равновероятны. В таком случае вероятность случайного изменения члена
ряда температуры в сторону, противоположную происходящему в тоже время изменению ряда чисел Воль-
фа 0.5. Так как мы предположили, что все члены ряда температур независимы, то вероятность подобных
случайных совпадений одновременно в 70 последующих точках, с 1856 по 1926 г, см. рис 1, и отсутствия
этих совпадений в последующих 90 точках есть произведение вероятностей этих событий в каждой точке,
т.е.
159)5.0(=P
Столь ничтожная вероятность случайного совпадения позволяет утверждать, что выявленная связь ме-
жду временными рядами среднегодовых значений числа Вольфа и аномалий средних температур приземно-
го слоя атмосферы над Северным полушарием (см. рис.11 и рис.13) была не только статистической, но и
причинно– следственной.
Обсуждение
Полученные результаты в целом соответствуют современным представлениям об особенностях воздей-
ствия на земную атмосферу потока солнечной радиации, формирующегося в различных фазах цикла сол-
нечной активности. Они подтверждают выводы [32], согласно которым поглощение зависящих от состоя-
ния солнечной активности коротковолновых составляющих спектра солнечной радиации озоновым слоем
относится к числу значимых факторов динамики среднегодовых температур воздуха в приземном слое ат-
мосферы.
Существенной новизной обладают выявленные закономерности временной изменчивости в период с
1856 по 2005 годы амплитуд различных гармоник энергетических спектров временных рядов среднегодо-
вых значений средних температур приземного слоя атмосферы над Северным полушарием, а также соот-
ветствующие закономерности изменчивости энергетических спектров фрагментов ряда чисел Вольфа.
Такая закономерность, как монотонное уменьшение с течением времени амплитуды гармоники энерге-
тического спектра температур, соответствующей максимальной гармонике энергетического спектра чисел
Вольфа, в то время как амплитуда последней с течением времени увеличивается, является непосредствен-
Проблемы материальной культуры – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
93
ной причиной выявленного ослабления корреляции между фрагментами этих рядов по мере их продвиже-
ния от их начала к концу.
Причины данного явления нуждаются в дополнительном изучении. Рассмотренные выше его качест-
венные закономерности позволяют предполагать, что одной из основных его причин является усиление
парникового эффекта.
Увеличение общих содержаний в атмосфере диоксида углерода, метана, закиси азота, фреонов на про-
тяжение ХХ века монотонно возрастало, что приводило к уменьшению ее теплопроводности. Это вызывало
увеличение вкладов в тепловой баланс приземного слоя атмосферы, таких его составляющих как потоки
уходящей длинноволновой радиации и обратного теплового излучения атмосферы. В тоже время вклад по-
тока тепла, формирующийся в атмосфере при поглощении в ней солнечной радиации изменялся в соответ-
ствии с состоянием солнечной активности и также увеличивался, но медленнее. В результате соотношение
между этими вкладами изменилось в пользу первых двух потоков настолько, что в наши дни статистиче-
ская связь между изменениями солнечной активности и средних температур приземного слоя атмосферы
значимой не является.
В наши дни тенденция к усилению влияния парникового эффекта сохраняется, поскольку рост объемов
выброса в атмосферу парниковых газов и их общих содержаний в ней продолжается. Поэтому влияние пар-
никового эффекта на динамику среднегодовых значений средних температур поверхности Северного по-
лушария планеты в последующем будет усиливаться, а влияние изменений солнечной активности умень-
шаться. Последнее вовсе не означает, что аналогично будет уменьшаться влияние изменений солнечной ак-
тивности и на геосферу.
Причины того, что изменения амплитуд 22-х летних гармоник энергетических спектров скользящих по
времени фрагментов временных рядов среднегодовых значений числа Вольфа и средних температур при-
земного слоя атмосферы над Северным полушарием планеты происходят согласованно и взаимосвязано, по
колебательному закону с периодом 103–105 лет (см. рис.11) требуют дополнительного изучения.
Представляет существенный интерес также изучение влияния указанной закономерности на динамику
озонового слоя, формирование ландшафтов и другие процессы в физико–географической оболочке плане-
ты.
Выводы. Таким образом, установлено, что во второй половине XIX и первой половине ХХ века макси-
мумы энергетических спектров, рассчитанных по любым фрагментам, продолжительностью 4 периода со-
ответствующих гармоник, временных рядов среднегодовых значений числа Вольфа и средних температур
приземного слоя атмосферы над Северным полушарием Земли практически совпадали. Следствием этого
являлась достоверная корреляция соответствующих фрагментов, которая являлась максимальной при усло-
вии, что начало фрагмента ряда средних температур отставало от начала фрагмента ряда чисел Вольфа на 6
лет. Последнее является веским аргументом в пользу того, что связь между динамикой солнечной активно-
сти и изменчивостью средних температур приземного слоя атмосферы над полушарием являлась не только
статистический, но и причинно-следственной. Эта связь, вероятно, осуществляется путем воздействия сол-
нечной радиации на озоновый слой, что приводит к изменению его прозрачности в ультрафиолетовом и ви-
димом диапазонах.
Во второй половине ХХ века расположения максимумов энергетических спектров рассматриваемых
временных рядов, рассчитываемых по таким же их фрагментам, существенно изменились и перестали сов-
падать. Это привело к существенному ослаблению статистической связи между соответствующими фраг-
ментами при любых сдвигах между ними. В наши дни корреляция между рядами среднегодовых значений
чисел Вольфа и значений средних температур Северного полушария значимой не является. Это свидетель-
ствует о возрастании на протяжении рассматриваемого периода значимости влияния на изменения средних
температур приземного слоя атмосферы иных составляющих ее теплового баланса. Выявленные законо-
мерности позволяют предполагать, что важнейший фактор обуславливающим это явление – это усиление
парникового эффекта.
Изменения амплитуд 17–25–х летних гармоник энергетических спектров скользящих по времени фраг-
ментов временных рядов среднегодовых значений числа Вольфа и средних температур приземного слоя ат-
мосферы над Северным полушарием планеты происходят согласованно и взаимосвязано, по колебательно-
му закону с периодом 103–105 лет с одинаковым сдвигом 6 лет, что также подтверждает причинно–
следственный характер этого явления.
Источники и литература
1. Физическая география материков и океанов. Учебник для географических специальностей университе-
тов/ Ю.Г.Ермаков, Г.М. Игнатьев, Л.И.Куракова и др.. Под общей редакцией А. М. Рябчикова. –М.
«Высшая школа», 1988. –592 с.
2. Берлянт А. М. Физическая география. – М. : «Просвещение», 1994. – 384с.
3. Иванов А. Введение в океанографию. Пер. с французского Е.А.Плахина, Е.М.Шифриной. Под ред.
Ю.Е.Очаковцева, К.С.Шифрина. – Москва, «Мир», 1978. – 574с.
4. Мирошниченко Л.И. Солнечная активность и Земля. – М.: «Наука», 1981. – 276 с.
5. Иванов–Холодный Г.С., Цусинов А.А. Коротковолновое излучение Солнца и его воздействие на верх-
нюю атмосферу и ионосферу. В сб. «Исследование космического пространства». т.26 (Итоги науки и
техники. ВИНИТИ). – М. , 1987. – С. 80–154.
6. Иванов Е. В. Физика солнечной активности. – М. «Наука», 1983. – 160 с.
7. Поток энергии Солнца и его измерения, под ред. О. Уайта. – М. «Мир», 1980. – 558 с.
Холопцев А.В.
СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ В ПЕРИОД С 1856 ПО 2005
ГОДЫ СРЕДНЕГОДОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ АНОМАЛИЙ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУР ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ
НАД СЕВЕРНЫМ ПОЛУШАРИЕМ ЗЕМЛИ И ЧИСЕЛ ВОЛЬФА
94
8. Physics jf the Sun. Ed. P.A. Sturrock, T.E. Holzer, D.M. Mihalas, R.K. Ulrich. Vol . II. The solar atmosphere.
D. Reideel Publishing Company Dordrecht/ Boston/Lancaster/Tokyo, 1986, 386 p.
9. Leibacher J. W., Stein R. F. Oscilations and pulsations in the Sun as a star. Ed. S. Jordan. Wash.. 1981, p.263–
288.
10. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. – М. : «Наука», 1974. – 342 с.
11. Марков К. К. О связи между изменениями солнечной активности и климата Земли // Вопросы геогра-
фии. – 1949. – №12.
12. Федоров Е. Е. Влияние солнечных пятен на температуру и давление воздуха // Изв. Главной физиче-
ской обсерватории» X» 3. – Л., 1921.
13. Сухов А.А., Чехлан А.Е. Аномалии осадков в Украине в связи с 11 – летним циклом солнечной актив-
ности// Морской гидрофизический журнал. –2004. – №1. – С. 41.
14. Егоров А.П. Солнечная активность, барическая волна в приземной атмосфере Арктики и многолетние
изменения арктического колебания // Метеорология и гидрология. – 2004. – №2. – С.27.
15. Сизов А.А. Изменчивость гидрометеорологических полей в районе Черного моря в разные фазы 11 –
летнего цикла солнечной активности // Метеорология и гидрология. – 2000. – №10. – С. 85–92.
16. Максимов И.В., Слепцов– Шевлевич Б.А. О связи солнечной активности и барического поля Северного
полушария // Доклады АН СССР. – 1971. – №2. – С. 339–341.
17. Воейков А. И. К вопросу о колебании климата // Метеоролог. Вестн. – СПб., 1902. – №1.
18. Брукс Ч. Климаты прошлого. – М. 1952.
19. Монин А.С., Шишков Ю.А. Дилеммы потепления в ХХ веке /Человек и стихия. – СПб: Гидрометеоиз-
дат, 1991. – С. 47–49.
20. The Global Climat System Review. Climat System Monitoring. June 1991–November 1993//WMO. –1995. –
№ 819. –150 р.
21. Монин А.С., Шишков Ю.А. Циркуляционные механизмы колебаний климата атмосферы // Физика ат-
мосферы и океана. – 2000. – №1. – Т 36. – С. 27.
22. Solar–Geophysical Data, cjmprehensive reports, January 2000. – N 665. – Pt2.– Р.65.
23. Jones P.D., New M., Parker D,E, Surface air temperature and its variations over the last 150 years. Reviews of
Geophysics. 1999. 37, 173–199 pp.
24. Folland C.K., Rayner N.A. and ather . Global temperature change and its uncertainties since 1861. Geophysical
Research Letters, 2001, 28, 2620–2624рр.
25. Legates D.R., Willmott C.J. Mean Seasonal and Spatial Vaiability Global Surface Air Temperature. Theoreti-
cal and Applied Climatology. 1990. 41, 11–21рр
26. Адаптивные фильтры/ Под ред. К. Ф. Н. Коуэна и П. М. Гранта. М. «Мир». 1988 г., 384с.
27. И.С.Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы. Часть1. – М. «Советское радио», 1987. – 326с.
28. Дж. Бокс , Г. Дженкинс. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. Выпуск 2. Пер с англ.
Л.Л.Левшина, Под ред. В. Ф. Писаренко. – М. «Мир».1974. – 197 с.
29. Кендал М.Дж., Стьюарт А. Многомерный статистический анализ и временные ряды. /Пер. с англий-
ского Э.Л. Пресмана, В.И. Ротаря, под редакцией А.Н. Колмогорова, Ю.В. Прохорова. М.: «Наука»
Главная редакция физик-математической литературы. 1976 . – 736 с.
30. В.Л.Сывороткин Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы. – М.: ООО «Геоинформцентр»,
2002. – 249 с.
31. Перов С.П., Хргиан А.Х. Современные проблемы атмосферного озона. – Л. : «Гидрометеоиздат», 1980.
–287 с.
32. Пономарь В.В. «О механизме изменения климата и усиления аномально-катастрофических проявлений
погоды из-за истощения озонового слоя» Вестник Приднестровского Университета. №1(15). – Тирас-
поль, 2002. – С. 141–150.
|