Том 39, номер 07, статья № 8

Аннотация:

Периодические колебания оптических свойств атмосферы и климатические изменения зависят от интенсивности поступающей солнечной радиации. В настоящей работе представлены результаты исследования вариаций солнечной радиации, обусловленных возмущениями орбитального движения Земли Луной и планетами солнечной системы. Проанализированы короткопериодные колебания инсоляции Земли в диапазоне периодов от 3 мес. до 30 лет с 1300 по 3000 г. н.э. Оценены амплитуды, периоды и фазы основных короткопериодных колебаний для 12 астрономических месяцев и широт от 90° ю.ш. до 90° с.ш. Результаты расчетов сезонных и широтных зависимостей периодов и амплитуд солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу атмосферы, показали, что периоды колебаний от 3 до 30 лет практически постоянны и не зависят от широты и времени. Вблизи равноденствий вариации амплитуд этих колебаний, обусловленных возмущениями орбиты Земли Венерой, Марсом, Юпитером и Сатурном, примерно симметричны относительно экватора, а вблизи солнцестояний область максимальных значений амплитуд инсоляции сдвигается в сторону высоких широт летнего полушария. Вероятно, впервые показано, что для всех широтных зон существуют два близко расположенных колебания с периодами 2,6702 ± 0,0001 и 2,7154 ± 0,0001 года с различными зависимостями от широты и времени. Широтно-временные вариации колебания 2,71 года схожи с вариациями связанного с Луной нутационного колебания 18,6 года с минимумом на экваторе и максимумом в высоких широтах, а вариации колебания 2,67 года обусловлены возмущениями орбиты Земли Венерой. Результаты расчетов могут быть полезны при построении климатических моделей и анализе влияния короткопериодных вариаций инсоляции на различные геофизические и другие процессы.

Ключевые слова:

солнечная радиация, короткопериодные вариации инсоляции, спектральный анализ, пульсации Гиббса, пространственно-временная изменчивость

Список литературы:

1. Миланкович М. Математическая климатология и астрономическая теория колебаний климата. М.; Л.: ГОНТИ, 1939. 208 с.
2. Borisenkov Е.Р., Tsvetkov A.V., Agaponov S.V. On some characteristics of insolation changes in the past and the future // Clim. Change. 1983. N 5. P. 237–244.
3. Loutre M.F., Berger A., Bretagnon E., Blanc P-L. Astronomical frequencies for climate research at the decadal to century time scale // Clim. Dyn. 1992. V. 7. P. 181–194.
4. Bertrand C., Loutre M.F., Berger A. High frequency variations of the Earth`s orbital parameters and climate change // Geophys. Res. Lett. 2002. V. 29, N 18. P. 40-1–40-3. DOI: 10.1029/2002GL015622.
5. Федоров В.М. Периодические возмущения и малые вариации солярного климата Земли // Докл. РАН. 2014. Т. 457, № 2. С. 222–225. DOI: 10.7868/S0869565214200213
6. Cionco R.G., Soon W.W-H. Short-term orbital forcing: A quasi-review and a reappraisal of realistic boundary conditions for climate modeling // Earth-Sci. Rev. 2017. V. 166. P. 206–222. DOI: 10.1016/j.earscirev.2017.01.013.
7. Федоров В.М. Теоретический расчет межгодовой изменчивости солнечной постоянной // Астрономический вестник. 2012. Т. 46, № 2. С. 184–189.
8. Федоров В.М., Костин А.А. Вычисление инсоляции Земли для периода от 3000 г. до н.э. до 2999 г. н.э. // Процессы в геосредах. 2019. № 2. С. 254–262.
9. Gray L.J., Beer J., Geller M., Haigh J.D., Lockwood M., Matthes K., Cubasch U., Fleitmann D., Harrison G., Hood L., Luterbacher J., Meehl G.A., Shindell D., Van Geel B., White W. Solar influences on climate // Rev. Geophys. 2010. V. 48. P. RG4001, DOI: 10.1029/2009RG000282.
10. Scientific Assessment of Ozone Depletion: Chapter 5, Stratospheric Ozone Changes and Climate. WMO Report No. 278. Geneva, Switzerland: WMO, 2022. 509 p.
11. Kopp G., Lean J. A new lower value of total solar irradiance: Evidence and climate significance // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 37. P. L01706. DOI: 10.1029/2010GL045777.
12. Вишератин К.Н. Фазовые соотношения между квазидесятилетними колебаниями общего содержания озона и 11-летним циклом солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. 2012. Т. 52, № 1. С. 99–108.
13. Вишератин К.Н. Aналитический метод подавления боковых пульсаций при спектральном анализе // Материалы XXVII Международного симпозиума «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы». Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2021. URL: https://symp.iao.ru/files/symp/aoo/27/ru/abstr_13639.pdf.
14. Брукс К., Карузерс Н. Применение статистических методов в метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1963. 416 с.
15. Gibbs J.W. Fourier’s Series // Nature. 1899. V. 59. P. 606. DOI: 10.1038/059606a0.
16. Harris F.J. . On the use of windows for harmonic analysis with the discrete Fourier transform // Proc. IEEE. 1978. V. 66. P. 51–84.
17. Hansson M., Salomonsson G. A multiple window method for estimation of peaked spectra // IEEE Trans. Signal Process. 1997. V. 45, N 3. P. 778–781. DOI: 10.1109/78.558503.
18. Zhang J., Liang C., Chen Y. A new family of windows – convolution windows and their applications // Sci. China Ser. E Engin. Mater. Sci. 2005. V. 48, N 4. P. 468–480. DOI: 10.1360/03ye0531.
19. Zhang Y., Wang W., Wang R., Deng Y., Jin G., Long Y. A novel NLFM waveform with low sidelobes based on modified Chebyshev window // IEEE Geosci. Remote Sens. Lett. 2019. V. 17, N 5. P. 814–818. DOI: 10.1109/LGRS.2019.2930817.
20. Shriwastave S., Gupta A., Thakre V. Suggested a one variable window for improve in side lobe reduction in fir filter // Intern. J. Res. Anal. Rev. 2020. V. 7. P. 471–479.
21. Pachauri P. Spectral variability in fixed windows using fractional Fourier transform: Application in power spectral density estimation // Ind. J. Signal Process. 2023. V. 3, N 3. P. 1–9. DOI: 10.54105/ijsp.C1015.083323.
22. Ghil M., Allen R.M., Dettinger M.D., Ide K., Kondrashov D., Mann M.E., Robertson A., Saunders A., Tian Y., Varad F., Yiou P. Advanced spectral methods for climatic time series // Rev. Geophys. 2002. V. 40, N 1. P. 3.1–3.41. DOI: 10.1029/2000RG000092.
23. Вишератин К.Н., Карманов Ф.И. Практические методы оценивания спектральных параметров: учеб. пособие по курсу «Вычислительные методы в инженерных расчетах». Обнинск: ИАТЭ, 2008. 60 с.
24. Сидоренков Н.С., Сумерова К.А. Причины аномально жаркого лета 2010 года на Европейской территории России // Тр. Гидрометцентра России. 2011. Вып. 346. С. 191–205.
25. Шерстюков Б.Г. Колебательная система климата, резонансы, дальние связи, прогнозы. Обнинск: ВНИИГМИ-МЦД, 2021. 222 с.
26. Molchanov A.M. The resonant structure of the Solar System: The law of planetary distances // Icarus. 1968. V. 8. P. 203–215.
27. Morth H.T., Schlamminger L. Planetary motion, sunspots and climate // Proc. Symposium/Workshop “Solar-Terrestrial Influences on Weather and Climate”, Columbus, Ohio, 24–28 August, 1979 / B.M. McCormac, T.A. Seliga (eds). The Ohio State University, 1979. P. 193–207.
28. Scafetta N., Bianchini A. The planetary theory of solar activity variability: A review // Front. Astron. Space Sci. 2022. V. 9. P. 937930. DOI: 10.3389/fspas.2022.937930.
29. Cionco R.G., Kudryavtsev S.M., Soon W.W.-H. Possible origin of some periodicities detected in solar-terrestrial studies: Earth's orbital movements // Earth Space Sci. 2021. V. 8. P. e2021EA001805. DOI: 10.1029/2021EA001805.
30. Свириденков Н.С. Небесно-механические причины изменений погоды и климата // Геофизич. Процессы и биосфера. 2015. Т. 14, № 3. С. 3–26.
31. Borisenkov E.P., Tsvetkov A.V., Eddy J.A. Combined effects of Earth orbit perturbations and solar activity оn terrestrial insolation. Part 1: Sample days and annual mean values // J. Atmos. Sci. 1985. V. 42, N 9. P. 933–940.
32. Федоров В.М. Проблемы параметризации радиационного блока физико-математических моделей климата и возможности их решения // Успехи физ. наук. 2023. Т. 193, № 9. С. 971–988. DOI: 10.3367/UFNr.2023. 03.039339.
33. Вишератин К.Н. Межгодовые вариации и тренды среднезональных рядов общего содержания озона, температуры и зонального ветра // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2007. Т. 43, № 4. C. 67–85.
34. Cionco R.G, Valentini J.E., Quaranta N.E., Soon W.W.-H. Lunar fingerprints in the modulated incoming solar radiation: In situ insolation and latitudinal insolation gradients as two important interpretative metrics for paleoclimatic data records and theoretical climate modeling // New Astron. 2018. V. 58. P. 96–106. DOI: 10.1016/j.newast.2017.08.003.
35. Алексеев Г.В. Потепление климата Арктики: расхождения между глобальными моделями климата и наблюдениями и возможные причины // Гидрометеорология и экология. 2023. № 1. С. 07–230. DOI: 1033933/2713-3001-2023-71-207-230.
36. Сидоренков Н.С., Зотов Л.В. Квазидвухлетняя цикличность ветра в экваториальной стратосфере // Геофизические процессы и биосфера. 2024. Т. 23, № 3. С. 2–58. DOI: 10.21455/GPB2024.3-4.