Главная > Моделирование, обработка сигналов > Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

6.5. Глобальные температуры и ЮКЭН

На рисунке 18 представлены график изменения аномалий среднегодовых значений приповерхностной температуры воздуха за период с 1850-го по 1990 гг. и соответствующая картина коэффициентов вейвлет-преобразования в диапазоне масштабов, охватывающем практически все крупномасштабные детали процесса, описываемые рядом (масштаб линейно растет до 85 лет).

Рис. 18. Аномалии среднегодовой глобальной температуры и картина коэффициентов вейвлет-преобразования.

Обращает на себя внимание тот факт, что масштаб 25-30 лет разделяет картину коэффициентов на две заметно различающиеся области. В нижней части картины видны всего лишь две крупномасштабные детали. Совершенно отличная структура наблюдается в верхней части картины, где сосредоточена практически вся временная динамика анализируемых данных.

Нижняя часть картины коэффициентов отражает наличие в анализируемых данных крупномасштабной компоненты, похожей на положительный тренд, — светлая область слева соответствуют отрицательным значениям коэффициентов, которые с течением времени (при движении направо) возрастают, и в правой нижней части картины формируется почти равноценная область положительных значений коэффициентов (темная).

Структура гораздо более сложная и, на первый взгляд, без какого-либо заметного порядка наблюдается на масштабах до 25-30 лет. Более подробное рассмотрение позволяет, однако, выделить повторяющиеся характерные детали: существует диапазон временных масштабов, на которых картина имеет практически квазипериодическую структуру. Можно сказать, что если самой крупномасштабной составляющей анализируемого процесса является почти линейный положительный тренд, то на "мезомасштабах" процесс представляется составленным из небольшого набора гармонических колебаний.

На рисунке 19 в том же масштабе и за тот же период времени представлены графики аномалий среднегодовых значений приповерхностной температуры воздуха отдельно для Северного (рис. 19а) и Южного (рис. 19б) полушарий и картины коэффициентов вейвлет-преобразования полушарных данных: на рис. 19в показана картина коэффициентов для Северного полушария, на рис. 19г — для Южного полушария.

Рис. 19. Аномалии среднегодовой температуры для Северного и Южного полушарий и соответствующие картины коэффициентов вейвлет-преобразования.

Картины коэффициентов полушарных данных имеют качественно схожую структуру. Наиболее заметное различие между полушариями состоит в запаздывании тренда в Южном полушарии: глобальное потепление в Северном полушарии и начинается раньше, и более значительно, чем в Южном. Основной причиной такого различия является, по-видимому, неравномерное распределение суши, большее количество которой приходится на Северное полушарие. Нельзя сбрасывать со счетов и антропогенный фактор, влияние которого более заметно также в Северном полушарии. Необходимо принимать во внимание также тот факт, что метеостанций в Южном полушарии меньше и, возможно, данные менее представительны. Отметим, что тренд, полученный после вычитания из исходных данных реконструированного с помощью обратного вейвлет-преобразования ряда, не имеет в начале столетия характерного излома, связываемого обычно с техногенной нагрузкой.

Так же, как и для аномалий глобальной температуры вся временная динамика анализируемых полушарных данных сосредоточена на масштабах приблизительно до 25-30 лет.

Рис. 20. Фрагменты картин коэффициентов для Северного и Южного полушарий.

На рисунке 20 показаны фрагменты полушарных картин с более подробным разрешением по масштабу: масштаб растет до 30 лет на рис. 20а и до 8 лет на рис. 20б (временная ось осталась той же, что и на рис. 18, 19). Чтобы удобнее было сравнивать полушарные данные, картины совмещены малыми масштабами — в нижней половине каждого рисунка показана картина коэффициентов для Южного полушария, а в верхней половине показана зеркально отраженная картина для Северного полушария (масштаб в верхней половине, соответственно, растет вверх).

Хорошо заметная цикличность периодов потепления и похолодания на масштабах около 10-11 лет (рис. 20б) формирует более длительные эпохи потепления и похолодания климата. Повторяющиеся относительно крупномасштабные детали на рис. 20а свидетельствуют о том, что более или менее длительные эпохи (продолжительностью от до лет) с повышением и понижением среднегодовой температуры сменяли друг друга в течение всего анализируемого периода времени без ярко выраженной регулярности. Так, эпохи потепления можно наблюдать примерно в 60-е и 80-е годы прошлого столетия и на рубеже столетий, в середине нашего столетия и в конце ряда.

Здесь, как и в результатах анализа характеристик ЮКЭН, выделяются локальные периодичности. Относительно устойчивый 10-11-летний цикл наблюдается в начале ряда. Затем структура этого цикла начинает претерпевать некоторые изменения, но можно наблюдать установление относительно устойчивого 5-6-летнего цикла (особенно в картине для Северного полушария). Этот период времени соответствует ветвям дерева на картине коэффициентов вейвлет-преобразования ряда значений индекса Южного Колебания (раздел 6.3). Более крупномасштабная динамика среднегодовых аномалий температуры не показывает какой-либо устойчивой периодичности.

Большой интерес к истории ЮКЭН связан также с тем, что частота процесса Эль-Ниньо иногда ассоциируется с глобальным потеплением климата [28]. Автор [21] отмечает, однако, что тесной связи между частотой событий Эль-Ниньо и глобальным потеплением им не замечено.

На самом деле, о прямой связи между частотой событий Эль-Ниньо и глобальным потеплением судить сложно, поскольку важна, по-видимому, не только частота, но и длительность и интенсивность событий. Как уже упоминалось, изменение этих характеристик явления Эль-Ниньо хорошо описывается значениями индекса Южного Колебания.

На рисунке 21 для сравнения в одинаковом масштабе приведены картина коэффициентов вейвлет-преобразования ряда аномалий среднегодовой температуры Южного полушария (она расположена в верхней части рисунка, масштаб растет вверх) и картина коэффициентов для индекса Южного Колебания (она в нижней части, масштаб растет вниз). Картины черно-белые; черные области соответствуют положительным значениям коэффициентов (и связаны с теплыми эпохами в картине для аномалий температуры), белые — отрицательным (напомним, что отрицательные значения индекса ассоциируются с событиями Эль-Ниньо).

Рис. 21. Фрагменты картин коэффициентов вейвлет-преобразования среднемесячных значений индекса Южного Колебания и аномалий среднегодовых значений температуры для Южного полушария.

Треугольниками отмечены лишь наиболее значительные за этот период события Эль-Ниньо 1899-1900, 1902, 1913-1914, 1940-1941, 1970 и 1982-1983 годов. Легко видеть, что все более или менее продолжительные теплые периоды связаны с наиболее интенсивными событиями Эль-Ниньо (даже структура черных деталей в верхней картине повторяет структуру белых в нижней). Однако частота событий Эль-Ниньо, по-видимому, не оказывает решающего влияния на глобальное потепление.

Вообще же Эль-Ниньо могут оказывать не только непосредственное влияние на климат, но и опосредованное. Непосредственное влияние (через атмосферу) происходит на временных масштабах порядка 1-2 лет — в течение действия события Эль-Ниньо. Опосредованное влияние (через океан), как оказалось [29], может происходить на временах порядка десятилетия и даже, возможно, больших временных масштабах.

Спутниковые наблюдения показали [29], что волны планетарного масштаба, отраженные от американского побережья во время очень интенсивного Эль-Ниньо 1982-1983 гг., пересекли Тихий океан и десятью годами позже оказали воздействие на Куросио, в результате чего большое количество теплой воды растеклось от южного побережья Японии в средние широты Тихого океана и привело к заметному росту поверхностной температуры на высоких широтах в северо-западной части Тихого океана. Таким образом, переработанные океаном последствия событий Эль-Ниньо могут оказаться очень долгоживущими.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>