ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2014, том 54, № 4, с. 477-484
УДК 551.515:551.501
СЕЗОННЫЕ, ДОЛГОТНЫЕ И ШИРОТНЫЕ РАЗЛИЧИЯ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ В ГОДЫ МАКСИМУМА И МИНИМУМА СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ
© 2014 г. В. А. Лаптухов, А. И. Лаптухов
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова
РАН (ИЗМИРАН), г. Москва, г. Троицк е- таИ: laptukhov@izmiran.ru Поступила в редакцию 21.03.2013 г. После доработки 25.07.2013 г.
На большом массиве данных наблюдений (за ~50—100 лет) 333-х метеорологических станций России показано, что существует отчетливо выраженное различие давления воздуха ВР в годы максимума и минимума солнечной активности по месяцам и сезонам года, по широтам и долготам. Особенно большие величины параметра ВР наблюдаются на высоких широтах и = 62.5°—67.5° в полосе долгот В = 30°—50° в марте ВР = —4.45 ± 0.5 мбар и в сентябре ВР = 2.49 ± 0.21 мбар. Сделан вывод о том, что солнечная и геомагнитная активность способна управлять развитием внутренних неустойчивостей атмосферы и, тем самым, влиять на климат.
БО1: 10.7868/80016794014040075
1. ВВЕДЕНИЕ
Исследованию влияния солнечной активности (СА) на физические параметры атмосферы Земли посвящено большое количество работ (см., например, [Пудовкин и Морозова, 2000; Распопов и др., 2008; Дергачев и Распопов, 2008; Вере-тененко и Огурцов, 2010]). Однако доказательства существования такого влияния убеждают далеко не всех исследователей и поэтому они считают, что влияние СА на климат Земли является малосущественным. По-видимому, основным аргументом противников влияния СА на климат является различие не только по величине, но и по знаку коэффициентов корреляции между параметрами атмосферы и СА в разных точках поверхности Земли и, кроме того, в разные месяцы года. Поэтому при усреднении по большим площадям и/или по многим месяцам года исследуемый эффект становится пренебрежимо малым. Используемый в этой работе метод анализа лишен этого недостатка и учитывает, что влияние СА на динамику атмосферы не может быть одинаковым в разных ее точках и в разное время года из-за неустойчивости атмосферы Земли, проявляющейся в образовании и последующем угасании циклонов и антициклонов.
В работе [Лаптухов и Лаптухов, 2010] на массиве данных наблюдений за ~ 100 лет многих российских, западноевропейских, канадских, австралийских и других метеорологических станций показано, что температура воздуха на средних широтах в годы, близкие к максимуму солнечной
активности (СА), в среднем на ВТ = 0.11°—0.15°С выше, чем в остальные годы, близкие к годам минимума СА. Вблизи экватора и полюсов параметр ВТ отрицателен и меньше по величине. Показано, что величина и знак ВТ зависят от средней скорости глобальной циркуляции воздуха на поверхности Земли. Параметр ВТ существенно отличается для разных месяцев года. Предложен физический механизм влияния солнечной и геомагнитной активности на приземную температуру воздуха.
При анализе большого массива метеорологических данных в работе [Лаптухов и Лаптухов, 2011] показано, что различие температур ВТ приземного воздуха в России в годы максимумов и минимумов солнечной активности существенно разное для разных месяцев года, широт и долгот точек наблюдения. Особенно большие величины параметра ВТ наблюдаются на высоких широтах и = 60°—83° в феврале ВТ = +2.07° ± ± 0.28°С в полосе долгот В = 170°-190° и в ноябре ВТ = -1.41° ± 0.29°С в полосе долгот В = 150°-170°.
Цель этой работы: на основе большого массива данных метеорологических станций России провести анализ различий давления воздуха ВР в годы максимума и минимума солнечной активности по трем независимым параметрам: месяцу (или сезону) года, широте и долготе точки наблюдения. Введение дифференциации ВР от трех этих параметров позволило нам существенно уменьшить погрешность расчета и получить достаточно плавные и убедительные зависимости
БР от долготы и широты для разных месяцев года, разных узких диапазонов широт и долгот.
2. МЕТОД РАСЧЕТА И АНАЛИЗИРУЕМЫЕ ДАННЫЕ
Средняя величина давления воздуха р1 на каждой метеорологической станции с номером I из-за разности их высот могут заметно отличаться. Нас будут интересовать различия давлений в разные моменты времени, в годы максимума и минимума СА, усредненные по разным станциям и по разным интервалам времени. Поэтому для исключения возможных ошибок целесообразно из каждого значения исходного массива данных атмосферного давления р!т в каждом месяце года с номером т на метеостанции с номером I вычесть среднюю величину атмосферного давления (р,т), найденную для каждого месяца т этой же станции за все годы наблюдения. В результате получим преобразованные данные атмосферного давления из исходных в виде: Ртт=ртт — (р,т), которые и будем анализировать ниже.
Пусть мы имеем данные среднемесячных значений атмосферного давления воздуха р;т(0 и Р,т(0 за многие годы на метеорологических станциях с номером I = 1, 2, ..., географической широтой Ц и долготой Б. Проведем сортировку этих данных каждой станции наблюдения по четырем параметрам: номеру месяца года т = 1, 2 .12, номерам широтного ] = 1 + [(Ц — и0)/Ии], ] = 1, 2, ...]к и долготного к = 1 + [(Б; — Б0)/Иб], к = 1, 2, ...кк интервалов и номеру группы по солнечной активности п = 1, 2. Здесь и0 и Б0 — минимальные значения соответственно широты и долготы рассматриваемых метеорологических станций, Иц и ИБ — ширина ячейки дискретизации соответственно по широте и долготе, квадратные скобки обозначают оператор взятия целой части от числа, стоящего внутри их, например: [0.63] = 0, [3.99] = 3. При этом, если станции с номером I соответствуют определенные выше числа] и к, а рассматриваемый момент времени ? относится к номеру месяца т и удовлетворяет неравенству ?тах + < ? < ?тах + ?2 (где ^ = —1 год, 12 = 4 года, ?тах — любой из моментов максимума СА по числам Вольфа в годах), то соответствующее этому моменту времени атмосферное давление Р(1) отнесено в ячейку с номерами т,], к и п = 2. Остальные данные измерений отнесены в ячейки с номерами т,], к и п = 1.
Пусть максимальный номер группы по широте ]к = 4, а по долготе — кк = 17. Тогда после такой сортировки всего массива наших данных в каждой из 12 х 4 х 17 х 2 = 1632-х ячеек мы можем подсчитать количество данных измерений К(т, ], к, п), сумму атмосферного давления и среднее для этой ячейки значение атмосферного давления
(P(m, j, к, и)). Наконец, можно найти разность этих средних атмосферных давлений воздуха DP(m, j, к) = <P(m, j, к, 2)) - <P(m, j, к, 1)) для каждого набора чисел m, j, к. Параметр DP(m, j, к) характеризует влияние СА на атмосферное давление приземного воздуха. Если бы влияние СА на атмосферное давление было пренебрежимо мало, то годы максимума и минимума СА не отличались бы заметным образом друг от друга. Тогда параметр DP(m, j, к) был бы равен нулю в пределах погрешности расчета и измерений. Но если величина DP(m, j, к) существенно выше погрешности, то, значит, влияние СА на приземную атмосферное давление воздуха реально существует. Погрешность расчета параметра DP(m, j, к) находится по
формуле а = (а^х + inin)1/2 [Яворский и Детлаф, 1990], где amax и amin — погрешности расчета средних величин (P(m, j, к, 2)) и (P(m, j, к, 1)) соответственно. Напомним, что чем большее число точек Njк используется при расчете средних величин (P(m, j, к, 2)), тем меньше величина погрешности среднего: amax ~ l/NlJk [Корн и Корн, 1978].
В этой работе мы анализировали среднемесячные значения атмосферного давления воздуха для 333-х метеорологических станций России, взятые в Интернете по электронному адресу: http://aisori. meteo.ru/climateR. Каждая из этих станций вела измерения за промежуток времени от 50 до 100 лет. К сожалению, по этому адресу не указаны широта и долгота станций, а только их кодовые номера. Поэтому нам пришлось взять географические координаты исследуемых метеорологических станций с известными кодовыми номерами из Интернета по адресу: ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/ghcn/ daily (программа Global historical climatology network). Однако и по этому адресу для некоторых станций России их географические координаты отсутствуют, и поэтому мы их не рассматривали. Кстати, большинство из этих ~120 станций имеют короткие ряды наблюдений, поэтому не учитывая их мы немного потеряли, так как для наших целей важно использовать длинные временные ряды наблюдений.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА
Рассмотрим метеорологические станции, находящиеся в диапазоне долгот от 30° до 50°, и проведем сортировку их по широте (в диапазоне 40°—70°) на 6 равных интервалов по 5° в каждом. В выбранном интервале широт j = 1, 2 .6 найдем средние по всем станциям, входящим в эти интервалы, значения DP для каждого месяца года m, которые будем обозначать [DP]my-. Для нахождения погрешности а величины [DP]mj мы вычислили для каждого месяца года m в каждом интервале широт j погрешности средних величин давления в годы максимума amax и в годы минимума amin сол-
нечной активности. Тогда имеем а = (ст^ + а шт)1/2 [Яворский и Детлаф, 1990]. Далее к рассчитанным [ВР]щ для каждого интервала] и месяца года т прибавляем и вычитаем вычисленную величину а. Полученные таким образом результаты расчета представлены на рис. 1а и 1б. На рисунке 1а отображены 6 месяцев с октября по март, а на рисунке 1б отображены 6 теплых месяцев с апреля по сентябрь. Жирными линиями обозначены [ВР]щ для разных месяцев года, а пунктирными линиями обозначены диапазоны их погрешностей ±а. Номер жирных линий на этих рисунках соответствует номеру месяца года. Пунктирные линии "1—" и "1+" есть границы диапазона погрешности для средних ВР января, "2—" и "2+" — для февраля, и т.д.
Рассмотрим метеорологические станции, находящиеся в диапазоне широт от 50° до 60° и проведем сортировку их по долготе на 7 равных интервалов по 20° в каждом в диапазоне 30-170°. В каждом выбранном интервале долгот к = 1, 2...7 найдем средние по всем станциям, входящим в эти интервалы, значения ВР для каждого месяца года т, которые будем обозначать [ВР]тк. Погрешность а величины [ВР]тк рассчитываем аналогично вышеизложенн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.