Научная статья на тему 'Приливное действие солнечной активности на колеблемость уровня вод частей мирового океана'

Приливное действие солнечной активности на колеблемость уровня вод частей мирового океана Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
21
2
Поделиться
Область наук
Ключевые слова
ЦИКЛЫ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ / ЧАСТИ МИРОВОГО ОКЕАНА / УРОВЕНЬ ВОД ОКЕАНОВ / ВРЕМЕННОЙ РЯД ДИНАМИКИ / АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ / ДОЛЕВАЯ ТЕНДЕНЦИЯ / ИНДЕКС ДОЛЕВОГО ПРИРОСТА / РЕЗЕРВ ДИНАМИЧЕСКОГО СОПРЯЖЕНИЯ

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Шутов А.Б., Мацканюк А.А.

За период с 1993 по 2003 годы методом долевых тенденций была выявлена связь в колеблемости между положительными и отрицательными амплитудами одиннадцати летних циклов солнечной активности и положительными и отрицательными амплитудами частей вод мирового океана (часть Восточно-центрального Тихого и Атлантического океанов и часть Индийского и Западноцентрального и Тихого океанов). Эта связь носит разнонаправленный циклический характер, и подчиняется она влиянию амплитудной динамики 11-ти летнего цикла солнечной активности.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Шутов А.Б., Мацканюк А.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Приливное действие солнечной активности на колеблемость уровня вод частей мирового океана»

гигиенических, экономических и технологических проблем в сфере управления отходами при участии специалистов - участников конференции

Список использованной литературы:

1. Кузнецов В.Л.. Крапильская Н.М., Юдина Л.Ф. Экологические проблемы твердых бытовых отходов. Сбор. Ликвидация. Утилизация: Учебное пособие. - М.: ИПЦ МИКХиС, 2005. - 53 с.

2. Переработка промышленных отходов. Бобович Б.Б. Учебник для вузов. — М.: "СП Интермет Инжиниринг", 1999. — 445 с.

© Джемчугинова К.А., 2018

УДК 303.733.3.

А.Б. Шутов

Преподаватель ФГБОУ «Сочинский государственный университет»,

г.Сочи, Российская Федерация abshutov@mail.ru А.А. Мацканюк

канд. тех. наук, доцент кафедры информационных технологий, ФГБОУ «Сочинский государственный университет», г.Сочи, Российская Федерация alexmatsk@mail. ги

ПРИЛИВНОЕ ДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ НА КОЛЕБЛЕМОСТЬ УРОВНЯ ВОД ЧАСТЕЙ МИРОВОГО ОКЕАНА

Аннотация

За период с 1993 по 2003 годы методом долевых тенденций была выявлена связь в колеблемости между положительными и отрицательными амплитудами одиннадцати летних циклов солнечной активности и положительными и отрицательными амплитудами частей вод мирового океана (часть Восточно-центрального Тихого и Атлантического океанов и часть Индийского и Западно- центрального и Тихого океанов). Эта связь носит разнонаправленный циклический характер, и подчиняется она влиянию амплитудной динамики 11-ти летнего цикла солнечной активности.

Ключевые слова

Циклы солнечной активности, части мирового океана, уровень вод океанов, временной ряд динамики, амплитуды колебаний, долевая тенденция, индекс долевого прироста, резерв динамического сопряжения.

Плавные, циклически повторяющиеся изменения наклона земной оси ведут к сезонной смене климата на нашей планете. Солнце по-прежнему равномерно прогревает поверхность нашей планеты, а в атмосфере за этот период происходит перераспределение теплых и холодных воздушных масс, в океанах теплые и холодные течения изменяют свои тенденции, образуя явления Эль-Ниньо и Ла-Нинья [1].

Мониторинговые исследования сезонных колебаний уровня вод Мирового океана и его частей, с помощью спутниковой альтиметрии (см.Рис.1 и Рис.2), за период с 1993 по 2004 годы выявили тенденцию повышения уровня вод [12,14].

Причиной повышения уровня вод, как считает Боб Тисдэйл, является южное колебание Эль-Ниньо 1997 - 1998 года, которое показано на графике рис.2 наибольшим амплитудным скачком. В результате южное колебание Эль-Ниньо запускает высокую температуру в атмосферу и заставляет теплые воды активно транспортироваться через океанские потоки от тропиков до средних широт Тихого океана.

Атмосферные тенденции, возможно, сохраняются и после событий Эль-Ниньо [1,14].

Мнения о «глобальном энергетическом скачке» придерживается Э.Н Халилов, связывая резкое изменение уровней океанов 1997-1998 годов с началом аномальных изменений геомагнитного поля и геофизических параметров Земли [6].

яс&ми! м51_ исть ггат ос1-!992 (о рсь-2009 (тт/уеш-)

Рисунок 1 - Данные мониторинговые исследования с помощью спутниковой альтиметрии [12,14].

Существенные различия в трактовке природы изменения амплитудной динамики уровней океанов с 1993 по 2003 год [6,14], не согласуются с представлениями, о возможном суммарном приливном влиянии Солнца и планет группы Земля [2,4,5].

В результате орбитального выстраивания планет группы Земля, в ответ, на Солнце формируется 11 летний цикл солнечной активности [5]. Солнечная активность (СА) вызывает на Земле повышение геофизических и геомагнитных изменений [2]. Происходит повышение сейсмической и вулканической деятельности, в результате тенденции климата могут плавно изменяться на протяжении десятилетий и даже столетий, сопровождаясь периодами засухи и ледниковыми периодами [1,3,6].

К графикам изменения уровня вод океанов, представленных климатической обсерваторией (см.Рис.2), была добавлена динамика 11-ти летнего цикла солнечной активности [11]. Однако, из-за высоких различий в тенденциях рядов, использование методов корреляции и достоверности различий не позволяет выявить степень связи между этими процессами [10].

Рисунок 2 - Графические данные колебаний солнечной активности и уровня вод Мирового океана и его частей, [11,12,14].

Примечание: МО - мировой океан, ВЦТиА - Восточно-центральный Тихий и Атлантический океаны, ИиЗЦТ - Индийский и Западно- центральный Тихий океан.

Именно значительные расхождения в тенденциях не позволили нам ранее установить связь между активностью солнца и изменчивостью уровня вод частей мирового океана [8]. В исследованиях мы столкнулись с взаимообусловленными свойствами двух объектов, и дальнейшее наше внимание было

направлено на поиск эмерджентных качеств в «системе» взаимодействий путем использования холистического подхода [7].

В гармониках колебаний СА, состоящих из амплитуд подъема и спада, можно выделить иерархию тенденций и колеблемости, где сам 11-ти летний цикл будет представлять тенденцию, а гармоника амплитудной изменчивости вокруг этой тенденции - колеблемость. Как показали наши исследования, амплитудные колебания так же могут содержать тенденции, которые существенно отличаются от тенденций общего ряда [9].

Тенденция и колеблемость могут отражать совершенно разные причинно-следственные связи между взаимодействующими объектами и системами. Так, например, тенденции 11-ти летнего цикла солнечной активности будут представлять приливное действие планет группы Земля, а гармоника амплитудной изменчивости будет характеризовать активизацию внутри солнечных процессов [2,5].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В данной работе представлены результаты исследования свойств динамических процессов двух взаимообусловленных объектов. На различных уровнях иерархии, в динамике временного ряда, с помощью предложенного метода изучалась связь в тенденциях колеблемости [9,10].

Материалы и методы. Данные спутниковой альтиметрии по изменению уровней океанов за период с 1993 по 2003 год были перенесены нами в программу excel. Так же были перенесены данные, соответствующие этому временному периоду, по динамике солнечной активности (СА), которая включила вторую половину 22 и первую половину 23 одиннадцатилетних циклов [11,14]. Графики числовых данных динамики этих величин представлены на Рис.2.

Согласно предложенной амплитудной классификации, содержащей первичный (общий), вторичный (колеблемости), и третичный уровни [7]. Нами, для исследования различных тенденций в амплитудной динамике, был выбран второй уровень.

В предложенном методе долевых тенденций показатели динамики измерялись в двумерном пространстве, представляющем собой модель прямоугольника, где тригонометрические преобразования сторон прямоугольного треугольника и их перемещения в системе координат лежат в основе измерения метода [13].

Базовым определением для долевых тенденций являются кумулятивные характеристики (см. Рис. 3). Итоговая накопительная величина кумулятивной емкости, которая выявляется в результате последовательного суммирования амплитуд ряда, будет иметь соответствующий знак. Так, положительный знак будет характеризовать в тенденциях активную форму, а отрицательный знак - пассивную.

Рисунок 3 - Кумулятивные тенденции прироста амплитуд: выпуклая дуга - активная, прямая линия

- равномерная, прогнутая дуга - пассивная.

Все волнообразные изменения кумулятивных тенденций временного ряда, которых может быть очень много, являются информационным событием. Каждая волна общего ряда содержит все три характеристики кумулятивных тенденций, которые могут быть отдельно измерены. Волнообразные изменения содержит и общий ряд и гармоники колеблемости показателей, сопровождающих этот общий ряд.

В наших исследованиях положительные и отрицательные амплитуды выделялись из общего ряда и из них формировались отдельные ряды. Выделенные амплитудные ряды представляют ниже лежащий второй

~ 168 ~

уровень иерархии, но они охраняют долевую тенденцию амплитудного ряда (см.Рис.4).

Эту тенденцию, содержащую элемент влияния на систему внешнего фактора, мы удаляем (см. формулу 2). Дальнейший ход исследований заключается в определении связи между колеблемостью солнечной активности и колеблемостью вод частей мирового океана (см. формулу 1).

Рисунок 4 - Изменение доли условного участия (ДУУ) в амплитудной динамике солнечной активности

Для вычисления показателя резерва динамического сопряжения (РДС) вначале определялась доля условного участия (ДУУ):

¡Е(ДУУ - ДУУ + )2 РДС = 1-о^—1-инт^. (1)

V п -1

где, ДУУ = Ву + Ву+г.

При удалении долевой тенденции ряда (Ву оД которая содержится так же в динамике как положительных, так и отрицательных амплитуд (см.Рис.4), мы получаем индекс долевого прироста (ИДП):

ИДП= Ву ± - Ву (ор), (2)

где, Ву= hst — В,, ^ = Рх+ Рх+г,

а В = (рм + р ) Хл/АкСОБ. (3)

Здесь В, - долевой прирост исследуемого показателя, а hst - условный динамический стандарт.

Результаты исследования и их обсуждение. В результате исследований, в проявлениях противостояния амплитудной динамики частей мирового океана, была выявлена высокая степень зависимости в колеблемости между ВЦТиА (Восточно-центральный Тихий и Атлантический океаны), и ИиЗЦТ (Индийский и Западно-центральный Тихий океаны) (см.Рис.5).

Результаты исследования динамики показателей колеблемости, после удаления главной долевой тенденции, представлены на графиках (Рис.6,7) величинами индекса долевого прироста (ИДП). Динамика сопряжения (РДС) в этих рядах, после отделения тенденций, представлена в таблицах 1 и 2.

Высокая степень сопряжения между показателями ВЦТиА и ИиЗЦТ океанов на Рис.5 обозначена пунктирными линиями. Величина сопряжения в колеблемости ВЦТиА и ИиЗЦТ океанов, до разделения общего амплитудного ряда на положительные и отрицательные ряды, по показателю РДС составила 0,39 [8].

Рисунок 5 - Динамика доли условного участия в колеблемости рядов, ранжированных по уровню мирового океана (МО) [8].

Для определения этой динамики использовались метод ранжирования и метод долевой тенденции [10]. Следует отметить, что в статистике метод ранжирования применяется достаточно широко. Если сравнить динамику графиков на Рис.5 и на Рис.7 г), то можно предположить, что между солнечной активностью и частями мирового океана существует зависимость. Одним из показателей этой связи на Рис.5 может быть смена цикличности, которая совпадает с изменениями в циклах на Рис.6 и на Рис.7.

а) ИиЗЦТ.

б) ВЦТиА.

Рисунок 6 - Изменение ИДП частей ВЦТиА и ИиЗЦТ, ранжированных по МО

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Состояние асимметрии в циклах после удаления тенденции общего амплитудного ряда, в динамике частей ВЦТиА и ИиЗЦТ (см. Рис.5 и 6 а) и б)), потребовало дальнейших исследований. Особый интерес здесь представляет противоположное расположение положительных и отрицательных рядов амплитуд на графиках а) и б) Рис.6.

Удаленные тенденции из амплитудного ряда динамики, которые представлены на графиках рисунка 7 (а,б,в,г), представляют показатели динамики индекса долевого прироста (ИДП), которые дают возможность увидеть цикличность в рядах колеблемости при отсутствии общей тенденции.

Метод долевых тенденций позволяет так же выделить отдельные амплитудные ряды частей МО и СА, группировать их по знаковому признаку и проводить между ними сравнительный анализ. Для определения связи ними использовалось вычисление показателя РДС. Большая его величина предполагает и большее взаимное соподчинение от воздействующего фактора.

Особый интерес здесь представляет взаимозаменяемость в динамике рядов положительных и отрицательных амплитуд океанов ВЦТиА и ИиЗЦТ (Рис.7 а) и б)). Данная особенность наблюдается и в динамике ранжированных рядов на графиках Рис.6 а) и б).

Положительные и отрицательные амплитуды в динамике солнечной активности, представленные на Рис. 7 г), несмотря на разнонаправленность, имеют явное сходство в цикличности с динамикой ИиЗЦТ (см.Рис.5 и Рис.6 а)).

а) Индийский и Западно-центрального Тихий океаны;

б) Восточно-центральный Тихий и Атлантический океаны;

в) Мировой океан.

г) Солнечная активность.

Рисунок 7 - Изменение ИДП в показателях положительных и отрицательных амплитуд.

В результате «расщепления» основного ряда колеблемости на положительные и отрицательные амплитуды, мы получаем дополнительные сведения о тенденциях и цикличности положительных и отрицательных амплитуд.

Определить, какой амплитудный ряд солнечной активности больше приближен к тому или иному ряду части МО океана, мы сможем с помощью показателя резерва динамического сопряжения (РДС). Степень близости друг к другу различных по знаковому признаку рядов в двух взаимообусловленных объектах представлена в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Сопряжение в рядах динамики между частями мирового океана и солнечной активностью

океаны ИДП океаны ИДП

(+/+) (РДС) (-/-) (РДС)

+СА/+ВЦТиА 0,302 -СА/-ВЦТиА 0,277

+СА/+ИиЗЦТ 0,141 -СА/-ИиЗЦТ 0,126

+СА/+МО 0,236 -СА/-МО 0,154

В таблице 1 представлены результаты сопряженности в рядах, имеющих одинаковые знаки. Каждый динамический ряд представляет собой выборку, тесть, в самом начале анализа из динамического ряда были выбраны в отдельные ряды амплитуды, имеющие положительный, или отрицательный знак. Из таблицы 1 мы видим, что наибольшее сопряжение с динамикой солнечной активности имеет часть Мирового океана, состоящая из Восточно-центрального Тихого и Атлантического океанов (см. РДС 0,302 и 0,277).

Таблица 2

Сопряжение в рядах динамики между частями мирового океана и солнечной активностью

океаны ИДП океаны ИДП

(+/-) (РДС) (-/+) (РДС)

+СА/-ВЦТиА 0,129 -СА/+ВЦТиА 0,129

+СА/-ИиЗЦТ 0,394 -СА/+ИиЗЦТ 0,316

+СА/-МО 0,279 -СА/+МО 0,167

В таблице 2 представлены результаты сопряженности в рядах, имеющих разные знаки. Из таблицы мы видим, что наибольшее сопряжение с динамикой солнечной активности имеет часть Мирового океана, состоящая из Индийского и Западно-центрального Тихого океанов (см. РДС 0,394 и 0,316).

Показатель связи, превышающий 0,3, в двух взаимно обусловленных объектах является достаточно высоким. Даже в показателях, имеющее явное сходство в тенденциях и в колеблемости, а это динамика части ВЦТиА и части ИиЗЦТ, показатель РДС составил ) 0,39 (см.Рис.5).

Исследование свойств динамики с помощь метода долевых тенденций позволило статистически установить, что в части ВЦТиА и части ИиЗЦТ существует разнонаправленная динамика, то есть, в результате влияния СА происходит повышение уровня одной части МО, на другой его части в это время происходит абсолютно противоположная динамика.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Раскачивание частей МО, безусловно, связано с фактором сезонности, сопровождающимся изменением наклона земной оси. А вот тенденция увеличения уровней на протяжении 10 лет, напрямую связана с 11-ти летним циклом солнечной активности (см.Рис.8 и Табл. 1 и 2).

а) РДС между СА и ИиЗЦТ составил 0,394

б) РДС между СА и ВЦТиА составил 0,129. Рисунок 8 - Взаимосвязь динамических рядов, представленная показателем ИДП

~ 172 ~

На графиках Рис.8 мы видим сближенные и отдаленные ряда солнечной активности и частей МО. Разнонаправленное влияние солнечной активности на динамику частей мирового океана наглядно проявляется в выделенных из общего ряда, и сформированные в отдельные динамические ряды, амплитуды положительных и амплитуды отрицательных приростов. Данная динамика была оценена показателем динамического сопряжения (РДС). Данные взаимосвязи динамических рядов, содержащих различные амплитуды, представлены в таблицах 1 и 2.

Исследования показали, что колеблемость и тенденции на различных уровнях иерархии отражает совершенно разные причинно следственные связи между объектами.

Приливное действие планет группы Земля формирует знакомую нам структуру солнечной активности в 11-ти летнем цикле. Возможно фактор перестроения планет группы Земля у нас совпал с временным уровневым скачком океанов в 1998 году (См.Рис.2). Такие скачки совпадают с явлениями Эль-Ниньо, сопровождающимися сильными засухами в различных районах Земли [1,14]. Температурные режимы 11 -ти летних циклов солнечной активности, безусловно, усиливают кумулятивных климатический эффект, а сложные структурные взаимодействия геофизических явлений всегда будут вносить поправки в долговременный прогноз событий.

Визуально, по показателям динамики ИДП приливное действие имеет два цикла. На Рис.6 а) и б) мы видим два цикла, в которых динамика положительных и отрицательных амплитуд разнонаправлена. На Рис.7 а) и б) мы так же наблюдаем два цикла в разнонаправленной динамике положительных и отрицательных амплитуд частей МО, но эти циклы динамики получены без применения ранжирования. В таблицах 1 и 2 разнонаправленное приливное и тепловое действие 11-ит летнего цикла СА на части Мирового океана представлено величиной связи РДС по динамике ИДП.

Предлагаемый метод дает возможность устанавливать связи в сложных структурных взаимодействиях. Длительный мониторинг событий в цепочке явлений позволит выявить факты, которые могут быть предвестниками тех или иных событий, и это, в свою очередь, даст возможность выстраивать более точный долгосрочный прогноз.

Выводы:

1. Разделение амплитуд колеблемости на уровни иерархии позволяет получать дополнительные динамические ряды. По этим рядам можно установить новые причинно-следственные связи между взаимодействующими объектами в системах.

2. В исследованиях колеблемости методом долевых тенденций на различных уровнях иерархии осуществляется выделение амплитуд. Амплитуды представляют общий ряд со всеми характеристиками долевых тенденций. Общий амплитудный ряд уровня, в свою очередь, может быть разделен на ряды из положительных и отрицательных амплитуд. Чтобы освободиться от тенденций амплитудного ряда проводят вычисление индекса долевого прироста (ИДП). Связь в рядах выделенных амплитуд характеризует резерв динамического сопряжения (РДС).

3. За период с 1993 по 2003 год приливное действие солнечной активности на динамику частей мирового океана сопровождалась двумя циклами. Во втором цикле, по отношению к первому, в динамике положительных и отрицательных амплитуд произошла взаимозамена.

4. Приливное действие между солнечной активностью и уровнем вод частей мирового океана сопровождается динамическим сопряжением. Причем, характер влияния солнечной активности на динамику положительных и отрицательных амплитуд уровня вод частей мирового океана имеет разнонаправленный характер.

Список использованной литературы

1. Бондаренко А.Л. Эль-Ниньо - Ла-Нинья: механизм формирования // Природа. 2006. №5, С. 39 - 47.

2. Зельдович Я.Б., Рузмайкин А.А. Гидромагнитное динамо как источник планетарного, солнечного и галактического магнетизма // Успехи физических наук. - 1987. -Т. 152.- Вып. 2. - С. 263-284.

3. Меньшиков В.А. МАКСМ - глобальная система прогнозирования природных и техногенных катастроф,2010г. URL: http://WWW.FEDERALSPACE.RU/12382/

4. Одинцов С. Д., Иванов-Холодный Г. С., Георгиева К. Солнечная активность и глобальная сейсмичность земли. // Известия РАИ, серия ФИЗИЧЕСКАЯ, 2007, том 71, № 4, С. 608-610. URL:HTTP://NAUKARUS.C0M/S0LNECHNAYA-AKTIVN0ST-I-GL0BALNAYA-SEYSMICHN0ST-ZEMLI

5. Пономарева О.В. Роль планет и планетных групп в активности солнца. URL: http://www.emsd.ru/k0nf071112/pdf/t2/str212.pdf

6. Халилов Э.Н. Глобальные изменения окружающей среды: угроза для развития цивилизации. // Научно-технический журнал «Природные и техногенные риски. Безопасность сооружений» 2012 №1, С.22-47.

7. Шутов А.Б. Свойства долевых тенденций в иерархии динамики временного ряда. // Известия Соч.ГУ. 2013.№ 4-2(28).С.133-136. URL: http://vestnik.sutr.ru/journals_n/1393075825.pdf

8. Шутов А.Б. Исследование свойств колеблемости уровня вод мирового океана и его частей. // Научно -Образовательное Содружество «Evolutio», Естественные науки, ГЕОГРАФИЯ, 2016. №2, С.22 - 31.

9. Шутов А.Б., Мацканюк А.А. Роль индекса долевого прироста в определении связи между землетрясениями и солнечной активностью в периоде 11 -ти летнего цикла. // сборн. науч. трудов Междунар. Науч.- практ.конф., « Современные тенденции развития естествознания и технических наук», секция «ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ» - Белгород: ООО АПНИ, 29 марта 2018. - С. 56 - 64. URL: http://issled0.ru/wp-c0ntent/upl0ads/2018/04/sb_k-29.03.18.pdf

10.Шутов А.Б. Роль возрастающего ранга в выявлении асимметрий динамики сопряженных переменных. // Известия Соч.ГУ, 2015. № 1 (34), С.18-23.

11. Ежемесячные данные по солнечной и геомагнитной активности в числах Вольфа. URL: http://www.astr0n0m2000.inf0.

12. AVISO - сервер климатической обсерватории (Climate Observations/ URL:HTTP://TRANSLATE.G00GLE.RU/TRANSLATE?HL=RU&SL=EN&U=HTTP://WWW.AVIS0.0CEA NOBS.COM/EN/NEWS&PREV=SEARCH.

13.Яглом И.М. Параллельный перенос // Геометрические преобразования. М.: ГИТТЛ, 1955. Т. I. Движения и преобразования подобия. С. 19—25.

14. Bob Tisdale. ENSO Is A Major Component Of Sea Level Rise Posted on August 29, 2009 by. URL: http://b0btisdale.bl0gsp0t.ru/2009/08/ens0-is-maj0r-c0mp0nent-0f-sea-level.html.

© Шутов А.Б., Мацканюк А.А., 2018

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.