Связь между солнечно-магнитосферной активностью, явлением Эль-Ниньо и эволюцией тропических циклонов

Представлены результаты статистического анализа следующих временных рядов:

• •    активности тропического циклогенеза (ТЦ) в северо-западной части Тихого океана;

• •    солнечной активности и вызываемых ею возмущений в магнитосфере Земли;

• •    мощного климатообразующего фактора - явления Эль-Ниньо.

Results are presented of the statistical analysis of the following time sets:

• •    tropical cyclogenesis (TC) activity in the north-west region of the Pacific Ocean;

• •    solar activity and disturbances induced by it in the Earth magnetosphere;

• •    powerful climate forcing - El-Nino phenomenon.

Исходные данные и их обработка

В настоящее время считается доказанным влияние на динамику развития ТЦ солнечномагнитосферной активности и явления Эль-Ниньо – Южного колебания (ЭНЮК). Однако количественные оценки глубины связей затруднены из-за возможного взаимовлияния, т. е. тропический циклогенез в своем развитии может приводить к высыпаниям заряженных частиц из магнитосферы и к усилению ЭНЮК. В связи с этим для анализа взаимовлияния указанных явлений была выделена зона тропического циклогенеза северо-западной части Тихого океана, где ярко выражено наличие всех трех явлений:

• •    наибольшей активности тропического циклогенеза;

• •    ночных высыпаний заряженных частиц вдоль геомагнитного экватора, проходящего через северо-запад Тихого океана;

• •    Эль-Ниньо.

Количественный поиск указанных выше взаимосвязей и их глубины проводился с помощью взаимного анализа временных рядов данных.

Все временные ряды были получены по сети «Интернет» из Мировых центров данных и охватывали период 1945–2005 гг.

Зона зарождения ТЦ была разделена на три региона: 100-120 ° в.д. (Южно-Китайское море, ограниченное на востоке Филиппинскими островами и не подверженное влиянию пассатного течения), 120-145 ° в.д. (Филиппинское море - район наибольшего влияния пассатного течения на ТЦ ввиду торможения и поворота течения вдоль островных дуг и, соответственно, подверженный в наибольшей мере возможному влиянию явления Эль-Ниньо) и 145-180 ° в.д. (центральная часть Тихого океана). Активность ТЦ характеризовалась максимальной и средней скоростью ветра в циклоне за год.

Солнечная активность характеризовалась среднегодовыми числами Вольфа. Магнитосферная активность – среднегодовыми геомагнитными индексами аа и А р . Активность Эль-Ниньо – среднегодовым SOI-индексом.

Все временные ряды были нормализованы: высокочастотный шум сглаживался трехточечным треугольным окном, а низкочастотные вариации – путем устранения полиномиального тренда. Далее рассчитывались взаимные корреляции на интервале 25 лет с последовательным сдвигом на один год по всей доступной длине каждого временного ряда. В исходных данных временных рядов тропического циклогенеза видно изменение в характере активности, происходящее в середине 70-х гг. На наш взгляд, это связано с изменением активности Солнца и характера явления Эль-Ниньо.

Известно, что с 1976 г. наметилась тенденция падения амплитуд трех последовательных 11-летних солнечных циклов, связанная с началом нового столетнего солнечного цикла. Эта же периодичность отмечается и в спектрах температуры воздуха на земном шаре.

До середины 70-х г. происходило каноническое развитие явления Эль-Ниньо:

• •    Ноябрь - разрушение Южно-Атлантического циклона, ослабление юго-восточного пассата.

• •    Май - июнь следующего года - максимум температуры поверхности океана (ТПО) у берегов Южной Америки.

• •    Сентябрь - октябрь - исчезновение явления.

• •    После положительной фазы аномалии ТПО каждый раз наблюдалась отрицательная аномалия, связанная с фазой Ла-Нинья.

С 80-х гг. характер ЭНЮК существенно изменился:

• ♦    Крупномасштабное потепление теперь возникает в окрестности линии смены дат (180º) в середине года.

• ♦    Положительная аномалия ТПО распространяется на восток и достигает максимума в конце года.

• ♦    Через несколько месяцев аномалия ТПО исчезает.

• ♦    Повторяемость холодных фаз цикла Ла-Нинья стала значительно меньшей.

Теперь эти холодные аномалии не следуют за каждым явлением Эль-Ниньо: ТПО либо возвращается к норме, либо остается выше среднеклиматической. С

А.А. Лазарев, В.М. Панков, В.Л. Прохин середины 70-х гг. Тихий океан можно рассматривать как нагревающийся термостат. В связи с изложенными изменениями в активности Солнца и Эль-Ниньо в середине 70-х гг. и был выбран анализируемый интервал длительностью 25 лет.

Были получены следующие статистически значимые результаты:

• 1.    Для Южно-Китайского моря обнаружена отрицательная корреляция между активностью ТЦ и геомагнитными аа-/ А р - индексами, достигающая значения -0.59 ± 0.12 для центра выборки в 1966 г. (т. е. для интервала 1954–1978 гг.) с нулевым сдвигом. Для этого региона также была обнаружена отрицательная корреляция между активностью ТЦ и числами Вольфа: – 0.75 ± 0.12 для центра выборки в 1957 г. (т. е. для интервала 1945–1960 гг.) с задержкой на 1 год.

• 2.    Для Филиппинского моря была обнаружена отрицательная корреляция между активностью ТЦ и SOI-индексом, достигающая значения -0.64 ± 0.12 для центра выборки в 1973–1975 гг. с задержкой на 2 года, что примерно соответствует времени релаксации ТПО после явления Эль-Ниньо. В этот период солнечная активность находилась на спаде 52–57- или 100-летнего циклов, а 21, 22 и 23 циклы еще не достигли своего максимума.

• 3.    Для центральной части Тихого океана (145– 180 ° в.д.) была обнаружена положительная корреляция 0.67 ± 0.12 между активностью ТЦ и явлением Эль-Ниньо для центра выборки в 1992 г. (т.е. для интервала 1980–2005 гг.) с задержкой на 1–2 года.

Выводы

Полученные результаты характеризуют глубину взаимосвязей проанализированных факторов с ТЦ, в особенности магнитосферной активности, сопровождающейся высыпанием заряженных частиц вдоль геомагнитного экватора. Эта активность была максимальна в конце 100-летнего цикла и в 18–19 солнечных циклах была больше, чем в последующих. Высыпание частиц подавляет ТЦ за счет понижения прозрачности атмосферы и, соответственно, снижает поглощение солнечной энергии в атмосфере Земли.

• 1.    ТЦ Южно-Китайского моря подвержен в большей мере влиянию солнечно-магнитосферной активности ввиду близости к геомагнитному экватору и исключения влияния Эль-Ниньо, так как регион изолирован от действия пассатного течения.

• 2.    Напротив, в Филиппинском море солнечномагнитосферная активность оказывает более слабое влияние на ТЦ ввиду переноса тепла пассатным течением.

• 3.    Влияние Эль-Ниньо на ТЦ также существенно и в центральной части Тихого океана.

Институт космических исследований РАН , Москва