CC BY
26
ТЕМПЕРАТУРА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ В «НИКИТСКОМ
БОТАНИЧЕСКОМ САДУ»
Курбасова Галина Сергеевна
канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник Крымской астрофизической
обсерватории, РФ, п. Научный, Крым.
E-mail: gskurb@gmail. com Вольвач Александр Евгеньевич д-р физ.-мат. наук, зам. директора по науке Крымской астрофизической
обсерватории, РФ, п. Научный, Крым.
E-mail: volvach@meta.ua Корсакова Светлана Павловна канд. биолог. наук, начальник агрометеорологической станции «Никитский
сад», РФ, г. Ялта E-mail: korsakova@i.ua
SURFACE TEMPERATURE IN "NIKITSKY BOTANICAL GARDEN"
Kurbasova Galina
candidate of Sciences, Leading Researcher Crimean Astrophysical Observatory,
Science, Russia, Crimea Vol'vach Alexander
dr. of Sciences, Deputy Director for Science Crimean Astrophysical Observatory,
Science, Russia, Crimea Korsakov Svetlana
cand. biologist. Sciences, headAgroMeteorological Station "Nikitsky Garden",
Russia, Yalta
АННОТАЦИЯ
Обнаружено ускорение роста температуры поверхности земли в пункте «Никитский ботанический сад» после 1988 года. На основе анализа наземных измерений температур: воздуха на высоте 2 м и поверхности земли за период с 1930 г. по 2014 г., обсуждаются возможные причины ускорения.
ABSTRACT
Detected acceleration of growth the surface temperature of the earth in "Nikitsky Botanical Garden" after 1988. Based on the analysis of ground measurements of temperature: the air at a height of 2m and the earth's surface for the period from 1930 by 2014, discusses the possible causes of the acceleration.
Ключевые слова: «Никитский сад»; температура; измерения.
Keywords: "Nikitsky Garden"; temperature; measurements.
Введение. Динамическая система Земля состоит из множества различных компонент. Законы взаимодействия составляющих Землю компонент в настоящее время изучены не в полной мере. В то же время, любые события в магнитосфере, атмосфере, литосфере, гидросфере, криосфере и биосфере Земли должны рассматриваться в единой связанной системе. Происходящие в этой системе глобальные изменения не однозначно влияют на локальные климатические, геофизические и экологические характеристики. Характер их проявлений зависит от локальных геофизических и экологических условий, местоположения пункта на поверхности Земного шара. Наша планета меняется во времени и пространстве. Изучение этих изменений в различных масштабах необходимо для научного понимания системы Земля, ее реагирования на стихийные и антропогенные изменения, улучшения прогнозирования климата, погоды, и стихийных бедствий. Одним из главных показателей изменения климата является температура. Причины роста глобальной температуры за последние десятилетия продолжают оставаться предметом активных дискуссий. Поэтому анализ длительных рядов измерений температуры земной поверхности и атмосферы в различных пунктах Земного шара способствует установлению глобальных причинно-следственных связей.
В настоящей работе обсуждаются результаты анализа локальных изменений температуры земли и атмосферы на высоте 2 м в пункте «Никитский сад» (северная широта 44°30'34", восточная долгота 34°14'4Л5"). Проведено сопоставление этих изменений с локальными характеристиками геомагнитного поля, изменениями индексов глобального потепления, изменениями скорости вращения Земли (длительности суток) на интервале времени с 1930 по 2014 год.
Для анализа использовались среднегодовые данные:
а. о температуре поверхности земли ТЕ и температуре воздуха на высоте 2 м над уровнем моря ТА, полученные на агрометеорологической станции «Никитский сад» за период с 1930 г. по 2014 г.;
б. о температуре поверхности земли TE(sse) и температуры воздуха на высоте 2 м TA(sse), полученные со спутников на интервале 1983 г. — 2007 г. [15];
в. об изменении индексов глобальной температуры [11];
г. изменении параметров локального геомагнитного поля (вычислены нами с помощью Международной геомагнитной рекомендуемой модели [16]);
д. об отклонениях длительности суток от стандартных [12].
Среднегодовые данные о температуре поверхности земли и температуре
воздуха на высоте 2 м над уровнем моря. На рисунке 1 приведен график исходных данных ТА о температуре воздуха на высоте 2 м. Тенденцию изменения этих данных определяет гладкая кривая TAS, вычисленная нами на основе вейвлетов 'dmey' [10]. Стандартное отклонение единичного отсчёта от этой кривой равно 0.6. Анализ графика TAS (см. рис. 1) позволяет определить даты точек поворота (перехода от возрастания к убыванию и наоборот). Последовательным максимальным и минимальным значениям на графике соответствуют даты: 1941 г., 1950 г., 1965 г., 1988 г., 2013 г. Кроме того, наблюдается ускоренный рост температуры воздуха на высоте 2 м после 1988 г и стабилизация скорости после 2011 года. Не менее важной информацией для анализа являются экстремальные значения в исходных данных. На рассматриваемом интервале времени минимальная среднегодовая температура воздуха (10.8°C) в пункте «Никитский сад» наблюдалась в 1957 году, максимальная (14.5°C) — в 2011 году.
Скачок среднегодовой температуры в 2011 году (см. рис. 1, гр. ТА) совпадает с некоторыми энергетическими событиями глобального происхождения. Например, солнечная активность начала резко возрастать с начала 2011 года, существенно превышая по амплитуде все прогнозы ряда авторитетных научных организаций в 2010—2011 годах; количество (свыше двухсот) 6-балльных землетрясений в 2011 году превысило статистику предыдущих лет [2]; наблюдалась активизация энергетических процессов в ядре Земли [6].
Рисунок 1. Графики данных о среднегодовой температуре в пункте «.Никитский сад» за период с 1930 г. по 2014 г.: ТА — температура воздуха на высоте 2 м; TAS — сглаженные вейвлетами 'dmey' данные ТА
? 3.5 <
ь ■
ш
о.
! 2.5
О С
о
о о
X
со
I? 1.5
Q-
- /ТЕ E - TA) E - TA)! f ■
— (TE (TE s L-
i íi j Wr m
vtt b iÍU í\ w \ , i i 1 ж LjJ иг 1 i / / ' '
w! V \ V \l^f 1 i w 1 /\ |/ 1 \l \ 1 1/ 1
1957 1967 1977 1987 1997 2007 Время, годы
2
Рисунок 2. Графики данных о среднегодовой температуре в пункте «Никитский сад» за период с 1947г. по 2014 г.: (ТЕ — ТА) — разности температур поверхности земли (ТЕ) и воздуха на высоте 2 м (ТА); (ТЕ — ТА)Б — сглаженные вейвлетами 'йтву'разности (ТЕ — ТА)
Повышение температуры воздуха на высоте 2 м сопровождалось ускоренным ростом температуры земли в пункте «Никитский сад». В последующем анализе нами используются данные о среднегодовой температуре земли (ТЕ) с 1947 г. по 2014 г. На рисунке 2 приведены графики разностей (ТЕ
— ТА) и сглаживающая их кривая (вейвлеты 'ёшеу') (ТЕ — ТА) 8. Анализ графика сглаженных данных показывает, что наиболее ускоренное возрастание температуры поверхности земли по сравнению с температурой воздуха на высоте 2 м происходит с 2005 года. Причём, минимальное значение разностей (ТЕ — ТА) равное 1.3°С наблюдалось в 1988 году, а максимальное 3,7 °С — в 2011 году.
о° 2.4
Q_
fe 2.3
CL
Ф П.
5 2.2 Ф i-
_Q
i- 2 1
о
0
1 2 Q. 1980
- Tnik -Tsse
1985 1990 1995 2000 Время, годы
2005 2010
Рисунок 3. Линейные тренды в данных (ТЕ — ТА) на интервале с 1983 г. по 2007 г.: Tník— наземные наблюдения, Tsse — спутниковые наблюдения
Тенденция опережающего роста температуры земной поверхности на интервале времени с 1983 г. по 2007 г. видна из графиков трендов на рисунке 3. На этом рисунке приведен график линейного тренда Tnik в данных (ТЕ — ТА) и для сравнения приведен график линейного тренда Tsse разностей температур по спутниковым измерениям [15]. На тенденцию возрастания разности температур указывают оба графика на рисунке 3. Однако, скорость роста разности температур в случае наземных измерений выше, что связано, по всей вероятности, с более точным учётом локальных условий. Факт опережающего (по сравнению с атмосферой на уровне 2 м) роста температуры поверхности земли требует обсуждения в связи с возможными экологическими последствиями.
Температура воздуха и поверхности земли — одна из главных характеристик климата — зависит от количества солнечной энергии поступающей на землю. Циклические процессы на Солнце, астрономические и
геофизические факторы определяют циклический характер её изменений. Эти изменения предсказуемы [1]. Неравномерное вращение Земли вокруг оси и геофизические процессы глобального и регионального происхождения (вулканы, землетрясения, явление Эль-Ниньо, аномалии гравитационного и геомагнитного полей и пр.) порождают вариации локальных климатических характеристик на ограниченных интервалах времени отличные от изменений глобальных характеристик. На рисунке 4 приведены графики: а) — глобального индекса температуры поверхности земли — океана СТ и б) — температуры поверхности земли ТЕ в пункте «Никитский сад» на интервале с 1947 г. по 2014 г.
о
о
О
0.6 0.4
о 0.2
о
5 0
-0.2
О
ш 17
I—
« 16 о.
^ 15
ге
£ 14
С
^ 13
о
- _ _ /\ Л/
а) Л / \уГ
Л Л^УП АП/
Л ГЛ Л""\ А 1
^л! \ Т * 1 ' 1 V
1950 1960 1970 1980 1990 2000
11
б]
Л и А 1 1 \л л к г
\гч !и>гт Т \ 1 /\ Ь 1 А ¿г и и
1 V /V I V \ 11
■
1950 1960 1970 1980 1990 2000 Время, годы
Рисунок 4. Графики: а) — глобального индекса температуры поверхности земли — океана ОТ и б) — температуры поверхности земли ТЕ в пункте «.Никитский сад» на интервале с 1947 г. по 2014 г. Жирными линиями представлены сглаженные величины ОТ и ТЕ
Сравнение графиков на рисунке 4 показывает, что совпадение тенденций роста глобальной и локальной температур наблюдается только после 1980 года.
Когерентные колебания. Установление когерентных колебаний методом двухканального авторегрессионного анализа спектральной плотности мощности описано ранее в работах [5; 14]. Оценкой когерентности служит квадрат модуля
когерентности: если равен 0 — когерентность на данной частоте отсутствует, если равен 1 — колебания полностью когерентны.
Рисунок 5. Когерентные вариации в данных об изменениях из года в год температуры поверхности земли в пункте «Никитский сад» и изменениями из года в год: а) — глобального индекса температуры поверхность земли — океан; б) — горизонтальной составляющей геомагнитного поля в пункте «Никитский сад»; в) — отклонений длительности суток от стандартных (86400 с)
Согласно графику на рисунке 5 а в данных об изменениях из года в год температуры поверхности земли в пункте «Никитский сад» и изменениями из года в год глобального индекса температуры поверхности земли — океан наиболее статистически согласованны колебания с периодом 3 года.
Недавние исследования показывают, что на временных шкалах от десятилетий до столетий и больше прослеживается связь между изменениями параметров геомагнитного поля и климата [8]. Установленные нами когерентные колебания вариаций с периодами 33 года в данных об изменении из года в год температуры поверхности земли и горизонтальной составляющей геомагнитного поля в пункте «Никитский сад» (см. рис. 5б) подтверждают возможность существования связи температуры земли и горизонтальной составляющей геомагнитного поля в данном пункте земного шара.
Связь изменений климатических характеристик с изменениями солнечной активности и скорости вращения Земли — установленный факт [1; 7]. При этом возможно влияние локальных факторов на формирование когерентных лидирующих вариаций. Как следует из рисунка 5в, в сопоставляемых данных о изменениях длительности суток и температуры поверхности земли в пункте «Никитский сад» наибольшая когерентность определяется для вариаций с периодом 2,4 года.
Выводы.
1. Анализ графиков на рисунке 4 показывает несовпадение тенденций изменения глобальной и локальной температур поверхности земли до 1988 года. Причём, максимальная синхронизация наблюдается для вариаций с периодом 3 года (см. рис.5а).
2. Более чем 90 % измеряемого геомагнитного поля в любой точке Земного шара, как и в пункте «Никитский сад», генерируется внутри планеты и в земной коре. Движения в твёрдых и жидких фракциях Земли, энергетические процессы в ядре влияют на кратковременные и долговременные вариации геомагнитного поля. Высокая когерентность колебаний с периодом 33 года (рис. 5б) допускает возможность синхронных изменений локального геомагнитного поля и изменений температуры поверхности земли в пункте «Никитский сад».
3. Связь изменений глобальных и региональных климатических характеристик с солнечной активностью и вращением Земли всесторонне освещена в многочисленной литературе. Установленные нами когерентные колебания относятся к наиболее согласованным вариациям в данных о локальных измерениях температуры и в данных о соответствующих глобальных процессах.
4. Принимая во внимание предыдущие наши работы [3; 4; 13], допускаем возможность внутри земного происхождения аномалии температуры поверхности земли в пункте «Никитский сад».
Список литературы:
1. Берри Б.Л. Синхронные процессы в оболочках Земли и их космические причины // Вестник МГУ. — 1991. — Сер. 5, — № 1. — С. 20—27.
2. Графики землетрясений магнитудой 6 и более баллов. — 2015. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://www.google.com
3. Курбасова Г.С., Вольвач А.Е. Mноголетние изменения геомагнитного поля Крыма./ Сб.ст. по материалам XXVI МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «Естественные и математические науки в современном мире». Новосибирск: Изд. «СибАК», 2015. № 1(25). — С. 184—192.
4. Курбасова Г.С., Вольвач А.Е. Mноголетние изменения геомагнитного поля Крыма./ Сб.ст. по материалам XXVI МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «Естественные и математические науки в современном мире». Новосибирск: Изд. «СибАК», 2015. № 1(25). — С. 184—192.
5. Марпл С.Л. мл. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М: Мир, 1990. — 584 с.
6. Международное Информационное Агентство WOSCO: Зарегистрирован мощный энергетический выброс, исходящий из ядра земли. — 2011. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.liveinternet.ru/users
7. Сидоренков Н.С. Атмосферные процессы и вращение Земли. СПб.: Гидрометеоиздат. 2002, — 200 с.
8. Dickey, Jean O., Steven L. Marcus, Olivier de Viron Air Temperature and Anthropogenic Forcing: Insights from the Solid Earth. //J. Climate. 2011. № 24 — P. 569—574.
9. Data Files, SILSO. Royal Observatory of Belgium 2015, April 1. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.sidc.be/silso
10. For use with MATLAB. User's Guide // The MathWorks, Inc. -2002. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http :// www. m athworks. com
ociFreezer
created by free version of
11. Global Land — Ocean Temperature Index. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL http://data.giss.nasa.gov/
12. IERS Data — 2015. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http:// www.iers.org
13. Kurbasova G.S., Volvach A.E. The insolation anomalies on the Crimean peninsula with observations from space // CriMiCo2014, Conference Proceedings - Sevastopol: Weber Publishing. — 2014. — Vol. 2. — P. 1085.
14. Kurbasova G.S., Korsakova S.P., Rybalova M.N., Shlikar G.N. Correlations of Changes in the Earth's Rotational Velocityand Some Climate Characteristics: Spectral Estimation in Two_Channel Autoregression Models.//Bulletin of the Crimean Astrophysical Observatory, — 2011, — Vol. 107, — pp. 90—97.
15. NASA Surface meteorology and Solar Energy. Annual Monthly Averaged Earth Skin Temperature — 2015. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://eosweb.larc.nasa.gov/
16. NGDC Geomagnetic Calculators. — 2015. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http:// www.ngdc.noaa.gov
