Саратовский государственный университет, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ДОЛГОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ

ГОДОВЫХ СУММ ОСАДКОВ И ИХ СВЯЗИ

С СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТЬЮ

Проведен статистический анализ ряда годовых сумм осадков, измеренных в метеопункте Kew Gardens (Англия) с 1697 по 1987 г. Оценены первые моменты и функция распределения, которая с вероятностью 0,981 является гауссовской. Попытка обнаружения линейного тренда не показывает значимого изменения влажности климата за прошедшие почти триста лет. Значимой линейной корреляции со среднегодовыми значениями чисел Вольфа также не обнаружено.

Такие характеристики климата как температура и влажность являются основными факторами окружающей среды. Изучение и прогноз их изменения имеет большое значение для жизнедеятельности человека. Однако, учитывая медленность изменения климата и сравнительно малую длину точных рядов инструментальных измерений, данная задача является достаточно сложной. Целью настоящей работы был анализ уникального временного ряда годовых сумм осадков, измеренных в метеопункте Kew Gardens (Англия) с 1697 по 1987 г., и изучение возможной связи количества осадков с солнечной активностью.

Данный ряд, наряду со своей продолжительностью, был выбран нами для оценки возможных изменений климата по двум причинам. Во первых, сравнительная простота измерений количества осадков уменьшает вероятность погрешности, в том числе и для ранних наблюдений. Во вторых, характер осадков на юге Англии (в основном, дождь и мокрый снег) снижает влияние неопределенности, вызванной выдуванием снега.

В результате статистического анализа ряда годовых сумм осадков x_i были найдены его первые моменты: среднее значение 615,1 ± 5.9 мм; среднеквадратическое отклонение 101,4 ± 4,2 мм; коэффициенты асимметрии 0,1671 и эксцесса 0,0877. Для оценки плотности вероятности распределения была построена гистограмма частот. Применение критерия согласия Колмогорова-Смирнова [1] позволяет считать распределение годовых сумм осадков нормальным с вероятностью 98,1 %.

Для поиска линейного тренда, связанного с возможным изменением климата, была проведена аппроксимация зависимости годовых сумм осадков x от времени t выражением x = a t + b, коэффициенты которого находились по методу наименьших квадратов [1]. Полученные значения коэффициентов оказались равными a = -0.035 ± 0,071 мм/год и b = 680,4 ± 130 мм. Таким образом, коэффициент a , определяющий линейный тренд во времени, значимо не отличается от нуля. Поэтому можно сделать вывод, что по крайней мере в отношении степени увлажненности, климат на юге Англии на протяжении последних трехсот лет не изменялся.

Для изучения возможной связи годичных сумм осадков с солнечной активностью был рассчитан коэффициент линейной корреляции нашего ряда с рядом среднегодовых значений чисел Вольфа. При этом длина ряда была уменьшена, для обеспечения совпадения начального момента с 1700 годом, с которого имеются измерения этого индекса солнечной активности. Полученное значение коэффициента корреляции 0,021 ± 0,059 статистически незначимо, что свидетельствует об отсутствии какой-либо простой линейной связи рассматриваемых временных рядов.

Известно, что в ходе основного 11-летнего цикла солнечной активности происходят небольшие (на уровне 0,1 %) изменения величины солнечной постоянной, а также значительные вариации уровня УФ-радиации и потоков частиц высоких энергий, как приходящих от Солнца, так и галактических космических лучей. Влияние этих факторов на атмосферные процессы в последнее время интенсивно изучается [2-4]. Отсутствие линейной корреляции исследованного нами ряда годовых сумм осадков с рядом чисел Вольфа говорит о том, что факторы солнечной активности, по-видимому, не оказывают заметного влияния на циклонические процессы, определяющие влажность климата данного географического пункта. Возможно, что выяснить наличие связей более сложного характера удастся при анализе взаимного спектра этих временных рядов.

Таким образом, анализируемый нами ряд годовых сумм осадков проявляет себя как реализация узкополосного случайного процесса, среднее значение которого на протяжении почти трехсот лет практически не изменяется. Линейная корреляционная связь с таким простым индексом солнечной активности как среднегодовые числа Вольфа отсутствует.

Список литературы

1. Пановский Г.А., Брайер Г.В. Статистические методы в метеорологии. Л.: Гидрометеоиз-

дат, 1972.

2. Мирошниченко Л.И. Солнечная активность и Земля. М.: Наука, 1981.

3. Витинский Ю.И. Солнечная активность. М.: Наука, 1983.

4. Авдюшин С.И., Данилов А.Д. // Геомагнетизм и аэрономия. 2000. Т.40. № 5. С. 3-14.