CC BY
60
природная среда
УДК 504.6:55.56.574.4 ББК 28.08
Н.В. Ловелиус, А.Ю. Ретеюм
ВНУТРИВЕКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ УРОВНЯ МИРОВОГО ОКЕАНА
Выявляются внутривековые аномальные изменения уровня Мирового океана, анализируются факторы природной среды в годы его аномальных колебаний. Приводятся примеры изменений уровня Мирового океана в зависимости от положения планет.
Ключевые слова:
афелий, глобальная температура, колебание, океан, перигелий, солнечная активность, уровень, циркуляция атмосферы.
В публикациях об изменении уровня Мирового океана (УМО), как правило, связывают этот процесс с потеплением климата, но такой вывод не находит всеобщего признания. Не вдаваясь в дискуссию по столь сложной проблеме, мы попытались:
— определить даты аномалий межгодовых (внутривековых) колебаний уровня Мирового океана в период 1901-1999 гг.;
— рассмотреть глобальные факторы среды в годы аномалий как обоснование неслучайности этих колебаний.
В основу исследований были положены количественные характеристики изменения УМО (мм), полученные от профессоров В.Н. Малинина и А.М. Догановского [1; 3; 4]. В абсолютных значениях они приведены на рис. 1. Для исключения многолетнего тренда расчитаны отклонения уровня от среднего значения в каждом десятилетии в % (табл. 1). На рис. 2 приведены результаты расчетов, по которым получены даты наиболее значительных отклонений, названных нами аномальными (табл. 2).
Таблица 1
Уровень мирового океана относительно десятилетней календарной нормы (К, %)
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
0 92,7 104,7 91,2 95,5 95,5 98,3 97,3 92,7 91,7
1 102 96,7 107,9 96,2 98,3 95,8 99,2 98,0 97,9 94,8
2 105,9 92,2 96 99,2 99,9 97,8 96,8 104,2 98,2 98,9
3 109 94,7 90,4 101,7 100,6 95,4 88,6 101,8 113,5 96,8
4 100,8 107,3 93,6 94,4 97,3 96,8 91,9 100,7 101,8 96,1
5 93,7 117,3 103,3 101 97,3 100,4 100,8 100,3 96,3 102,5
6 95,9 105,8 103,8 103,4 98,6 100,1 100,8 94,2 101,6 101,7
7 102,2 93,1 102,6 106,4 100,8 106,6 107,0 96,6 104,1 108,6
8 90 99,9 99,6 107,3 107,9 109,4 106,5 107,5 97,2 108,9
9 100,4 100,4 98,3 99,5 103,7 101,8 110,1 99,3 97,2 100,1
годы
Рис. 1. Изменения УМО (мм) в период с 1901 по 1999 гг.
К% 1915
годы
Рис. 2. Внутривековые изменения УМО относительно средней 10-летней нормы
Для лет с аномальными отклонениями УМО выбраны значения глобальных факторов природной среды: солнечной и геомагнитной активности (числа Вольфа и индекс аа), галактических космических лучей (ГКЛ), глобальные температуры в северном, южном полушариях, и на Земном шаре. Также проанализированы изменения УМО в эпохи изменения скорости вращения Земли. Выявлены эффекты перигелия и афелия планет Юпитера и Сатурна.
Нормирование ежегодных значений УМО от 10-летней календарной нормы дало возможность исключить долгопериодный тренд в их многолетнем ходе (рис. 2). Диапазон межгодовых колебаний достигает 28,7 % (максимум - в 1915 г. и минимум - в 1963 г.).
Ниже представлены результаты анализа межгодовых и внутригодовых изменений глобальных факторов в годы аномальных колебаний УМО за период 1901-1999 гг. Авторы исходили из представлений о том, что процессы в гидросфере одновременно находятся под влиянием солнца и внешних планет, которые оказывают периодическое воздействие на Землю как непосредственно, так и опосредованно [2; 4].
Таблица 2
Отклонения УМО в годы максимумов и минимумов внутривековых изменений
№ п.п. Макс. К, % № п.п. Мин. К, %
1 1903 109 1 1908 90
2 1915 117,3 2 1917 93,1
3 1921 107,9 3 1923 90,4
4 1925 103,3 4 1930 91,2
5 1938 107,3 5 1940 95,5
6 1948 107,9 6 1953 95,4
7 1958 109,4 7 1963 88,6
8 1969 110,1 8 1970 97,3
9 1978 107,5 9 1976 94,2
10 1983 113,5 10 1980 92,7
11 1998 108,9 11 1990 91,7
Среднее 109,28 92,736
Анализ изменения УМО относительно дат перигелия сатурна представлен на рис. 3. За 3 года до прохождения перигелия уровень начинает увеличиваться и достигает максимума в год его прохождения; за два года после его прохождения УМО стремительно снижается. Диапазон этого колебания составляет около 10 %.
На рис. 4 приведены результаты анализа изменений УМО относительно дат прохождения перигелия и афелия Юпитера, позволяющие проследить наибольшие амплитуды колебаний УМО в эпохи перигелия с максимумом за год до его прохождения. В эпохи афелия также имеет место синхронный отклик, но его амплитуда значительно меньше (3,9 и 0,7 соответственно). Колебания УМО в эпохи перигелия Сатурна и Юпитера (рис. 3 и 4) дают
основание судить о значительном влиянии движения планет солнечной системы на состояние вод Мирового океана. Такого рода воздействие на УМО может быть объяснено системой его полиритмических внутривековых колебаний, которые меняют диапазон в зависимости от скорости вращения Земли и других глобальных факторов природной среды.
На рис. 5 приведены результаты анализа глобальной температуры в годы
Рис. 4. Отклонения УМО в эпохи афелия (А) и перигелия (П) Юпитера (в интегральном исчислении)
относительно 10-летней нормы, %.
высоких УМО. Высокое согласование ее изменений в интервале пяти лет свидетельствует о чертах единства этого процесса в северном, южном полушариях и на земном шаре. При этом амплитуда колебаний наибольших значений достигает в северном полушарии (табл. 3), коэффициенты корреляции от 0,93 до 0,99 являются ярким тому подтверждением.
Иное распределение температуры наблюдается в годы низких УМО (рис. 6, табл. 4). Положительное согласование в ходе температуры накануне минимумов УМО сменяется противофазой температуры в северном и южном полушарии, о чем свидетельствует низкий коэффициент корреляции (0,30).
Еще одним из факторов, влияющих на гидросферу и атмосферные процессы, является изменение скорости вращения Земли [7; 8]. На рис. 7 приведены результаты анализа УМО относительно дат экстремумов дисперсии приливных колебаний скорости вращения Земли
Как следует из рис. 7, с увеличением скорости вращения Земли УМО имеет тенденцию к снижению, и его уровень достигает самых низких значений (-65,8) за год до даты экстремума. В эпохи минимумов амплитуда изменений УМО почти
в три раза меньше (-22,3) и приходится на (-3)-й год до минимума. На материале анализа УМО относительно реперов Сатурна и Юпитера можно было проследить изменения в пределах 6 и 9 лет, тогда как относительно реперов скорости вращения Земли проявляется ритм около 20 лет.
Наряду с межгодовыми характеристиками среды в годы высоких и низких УМО представляет интерес внутригодовое распределение таких элементов, как галактические космические лучи (ГКЛ), солнечная (W) и геомагнитная (аа) активности, циркуляция атмосферы (ЭЦМ). На рис. 8 приведен результат анализа внутригодового распределения ГКЛ в годы высоких (В) и низких (Н) УМО. Обращает на себя внимание хорошо выраженное внутригодовое распределение потока ГКЛ с минимумом обеих кривых в теплое время года - в июле. В годы высоких УМО минимальные значения ГКЛ с самой большой амплитудой различий - также в июле.
Анализ чисел Вольфа показал, что в годы высоких УМО солнечная активность имеет высокие значения с максимумом в июле при абсолютной противофазе линейных трендов ГКЛ и солнечной активности (рис. 9).
Рис. 6. Температура воздуха в северном (С.П.), южном (Ю.П.) полушариях и на Земном шаре (З.Ш.) в годы низких УМО.
Таблица 3
Температура воздуха в годы высоких УМО в северном (С.П.), южном (Ю.П.) полушариях и на Земном шаре (З.Ш.) в годы высоких УМО
Макс. Годы до и после Коэф. корреляции температуры в годы высоких УМО
-2 -1 0 1 2
С.П. -0,122 -0,084 -0,0385 -0,067 -0,115 с.п. - ю.п. 0,93
Ю.П. -0,194 -0,116 -0,055 -0,129 -0,156 с.п. - з.ш. 0,96
З.Ш. -0,157 -0,08 -0,008 -0,098 -0,136 ю.п. - з.ш. 0,99
Распределение индекса геомагнитной активности в годы высоких и низких УМО имеет разную конфигурацию аномалий и только внутригодовой минимум у обеих кривых попадает на июль. Для лет с высокими УМО характерна высокая геомагнитная активность с максимумом в мае (рис. 10) и более высоким положением линейного тренда, который имеет противоположную направленность по сравнению с трендом солнечной активности (рис. 9).
результаты анализа характеристик циркуляции атмосферы по каталогу типизации Б.Л. Дзердзеевского [6] представлены на рис. 11. По ходу кривых количества дней с северной меридиональной циркуляцией атмосферы в годы высоких УМО наблюдается большее количество дней, чем в годы низких. Обращает на себя внимание высокое согласие в снижении количества дней с мая по
октябрь в годы противоположных аномалий с минимумом в июле.
Сравнение внутригодового распределения ГКЛ (рис. 8) и меридиональной северной группы циркуляции (рис. 11) показывает высокое согласие в их распределении, но только с обратным знаком. В обоих случаях на июль приходится максимум солнечной и минимум геомагнитной активности.
Установленные различия в изменении глобальных факторов среды, представленных на рис. 3—11, подтверждают реальность межгодовых (внутривековых) колебаний УМО, часть из которых в перспективе может быть использована в качестве прогностических признаков.
Авторы признательны и благодарны профессорам А.М. Догановскому, В.Н. Ма-линину за представленные для работы материалы и консультации во время ее выполнения.
Рис. 7. Изменение УМО в эпохи максимумов (А) и минимумов (Б) дисперсии приливных колебаний скорости вращения Земли в интегральном исчислении относительно 10-летней нормы.
214 Таблица 4
Температура воздуха в годы высоких УМО в северном (С.П.), южном (Ю.П.) полушариях и на Земном шаре (З.Ш.) в годы низких УМО
Мин. УМО -2 -1 0 1 2 Коэф. корреляции температуры в годы низких УМО
С.П. -0,042 -0,114 -0,079 -0,086 -0,118 С.П. - Ю.П. 0,30
Ю.П. -0,136 -0,153 -0,149 -0,172 -0,143 С.П. - З.Ш. 0,94
З.Ш. -0,089 -0,134 -0,114 -0,129 -0,131 Ю.П. - З.Ш. 0,61
ГКЛ
II III IV V V I V II V III IX X XI XII месяцы
Рис. 8. Галактические космические лучи в годы высоких (В) и низких (Н) УМО.
Коэф. корр. 0,68.
Рис. 10. Геомагнитная активность в годы высоких (В) и низких (Н) УМО.
Рис. 11. Меридиональная северная группа циркуляции (ЭЦМ 8а-12г) в годы высоких (В) и низких (Н) внутривековых колебаний УМО. Коэф. корр. 0,83.
Список литературы
1. Догановский А.М., Малинин В.Н. Гидросфера Земли. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. - 630 с.
2. Ловелиус Н.В., Ретеюм А.Ю. Озеро Виктория как индикатор связей в солнечной системе // География: проблемы науки и образования. LXI Герценовские чтения. Мат. ежег. Всероссийской научно-метод. конф. (9-10 апреля 2009 г., Санкт-Петербург). Том I. - СПб.: Астерион, 2009. - С. 371-380.
3. Малинин В.Н. Изменчивость глобального водообмена в условиях меняющегося климата // Водные ресурсы. Том 36. - 2009, № 1. - С. 1-14.
4. Малинин В.Н., Шевчук О.И. Эвстатические колебания уровня Мирового океана в современных климатических условиях // Изв. РГО. Т. 140. - 2008, вып. 4. - С. 20-30.
5. Ретеюм А.Ю. Периодические возмущения окружающей среды, прогнозирование и планирование // Экологическое планирование и управление. - 2007, № 4 (5). - С. 4-13.
6. Продолжительность ЭЦМ и групп ЭЦМ для Северного полушария (типизация по методу Б.Л. Дзер-дзеевского) / Интернет-ресурс. Режим доступа: http://climate.igras.ru/index и http://www.iers.org/IERS
7. Сидоренков Н.С. Атмосферные процессы и вращение Земли. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2002. - 200 с.
8. Сидоренков Н.С. Лунно-солнечные приливы и атмосферные процессы // Природа. - 2008, № 2. - С. 23-31.
