70891-1 (Изменчивость общего содержания озона в атмосфере и горизонтального ветра в нижней термосфере (Центральная Европа)), страница 2

Таблица 3

Коэффициенты корреляции между вариациями ОСО на ст. Ланденбрук и Vox, рассчитанные отдельно для каждого зимнего (11.-1., 12.-2., 1-3), весеннего (2.-4., 3.-5., 4.-6.), летнего (5.-7., 6.-8., 7.-9.) и осеннего (8.-10., 9.-11., 10.-12) месяцев и для каждого года (N=90 значений).

Рис.3. Карты изменения корреляционных функций в интервале с 1999 г. по 2002 г. для ОСО на ст Дрезден и параметров горизонтального ветра.

Особенно отчетливо знакопеременность коэффициентов корреляции можно видеть на так называемых корреляционных полях. Для примера, на рис.3 представлены карты изменения корреляционных функций (т.е. их динамика) в интервале с 1999 г. по 2002 г. для ОСО на ст. Дрезден и параметров горизонтального ветра. Знакопеременность коэффициентов корреляции наиболее ярко выражена для зависимости типа OCO=f(Vox): каждый год значимая отрицательная корреляция в зимне-весенний период в летние месяцы меняется на значимую положительную корреляцию при любом сдвиге по фазе от -15 сут. до +15 сут. Для зависимости типа OCO=f(Voу) смена знака от значимой отрицательной корреляции к значимой положительной корреляции происходит в основном при положительных сдвигах по фазе. Аналогично и для корреляционных функций типа OCO=f(V2x) и OCO=f(T2x).

Интересно было бы оценить, насколько связаны между собой периодические составляющие вариаций рассматриваемых величин. Для этого был проведен множественный корреляционный периодограмманализ их ежесуточных значений и выявлены наиболее характерные значимые периоды колебаний.

Результаты периодограмманализа рассматриваемых величин (табл.4) показывают наличие в их вариациях колебаний с одинаковыми или близкими периодами, а именно: колебаний в области периодов  27 сут., 31-35 сут., 42-47 сут., 86-95 сут., 121-131

Таблица 4.

Результаты периодограмманализа 4-х летнего ряда измерений ОСО (1999-2002 гг.) на широте  52 N, динамических параметров и гелио-геомагнитных индексов.

Номера станций соответствуют таблице 1.

сут., 175-188 сут.,260-288 сут., 363-390 сут. и 630-756 сут. Сходство периодограмм рассматриваемых величин хорошо видно на рис.4, а, б, в.

Рис.4. Периодограммы рассматриваемых величин в области планетарных волн и сезонных вариаций (а), полугодовых и годовых (б) и квазидвухлетних (в) вариаций.

Особенно ярко оно проявляется в области сезонных вариаций (рис.4,а) , полугодовых, годовых (рис.4,б) и даже квазидвухлетних (рис.4,в). Следует отметить слабо выраженную периодическую структуру колебаний планетарного индекса геомагнитной активности Ap. Интересно, что в вариациях индекса F10.7 довольно четко выражены квазидвухлетние колебания, хорошо выделяющиеся также на периодограммах ОСО для всех 5-ти станций и в вариациях параметров зонального Vox и меридионального Voy преобладающего ветра.

Естественно, что подобное сходство периодических структур вариаций обусловливает более высокую корреляцию между периодограммами рассматриваемых величин по сравнению с корреляцией между исходными рядами. В табл.5 приведены значимые (со значимостью по критерию Фишера 0.95) коэффициенты корреляции между периодограммами ОСО на ст. Ланденбрук, с одной стороны, и периодограммами параметров ветра и индексов гелио-геомагнитной активности, с другой стороны (длительность коррелируемых рядов N=1250 значений).

Как видно из табл.5, коэффициенты корреляции r между периодограммами для всех типов связи, действительно, достаточно высокие и положительные, за исключением связи периодограмм ОСО с периодограммами индекса Аp, для которой при нулевом сдвиге по фазе отрицательные значения коэффициентов корреляции невысокие, хотя и значимые, а максимальные значения r наблюдаются при отрицательных сдвигах по фазе порядка 3 мес. Коэффициенты корреляции периодограмм ОСО с периодограммами динамических параметров более высокие, чем коэффициенты корреляции их с периодограммами гелио-геомагнитных индексов: для связи между периодограммами ОСО и меридионального преобладающего ветра Voy коэффициенты корреляции достигают значения r 0.9.

Таблица 5

Коэффициенты корреляции между периодограммами ОСО на ст. Ланденбрук и параметров ветра на обс. Коллм и индексов гелио-геомагнитной активности.

На рис.5 в дополнение к таблице 5 представлены графически корреляционные

Рис.5. Корреляционные функции между периодограммами ОСО в Ланденбруке и д инамическими параметрами в Коллме.

функции между периодограммами: ОСО в Ланденбруке, динамическими параметрами и индексами гелио-геомагнитной активности. Интересно отметить тот факт, что общий вид корреляционной функции между периодограммами ОСО в Ланденбруке с периодограммами индекса F10.7 значительно отличается от вида корреляционной функции типа OCO=f(W).

При расчете корреляции между отдельными фрагментами периодограмм: а. в области периодов планетарных волн (3-40 сут.), б. сезонных вариаций (41-140 сут.), в. полугодовых (141-290 сут.), г. годовых (291-500 сут.) и д. квазидвухлетних (>501 сут.) колебаний мы пришли к заключению, что наиболее чётко связь между периодограммами ОСО и параметрами горизонтального ветра (особенно, преобладающего зонального и меридионального) проявляется в области периодов 3-40 сут. (рис.6), 41-140 сут. и 141-290 сут. . При этом при некоторых конкретных сдвигах по фазе наблюдаются максимальные коэффициенты корреляции . Квазипериодический характер корреляционных функций наиболее отчетливо заметен на рис.6,а, на котором представлены функции корреляции между периодограммами в области периодов 3-40 сут.

Рис.6. Функции корреляции между периодограммами в области периодов планетарных волн 3-40 сут.

Заключение.

Таким образом, в выполненном на основе большого статистического материала анализе показано наличие четко выраженной и статистически значимой отрицательной корреляции общего содержания озона с динамическими параметрами нижней термосферы. В вариациях ОСО наряду со значимыми периодами колебаний 13 сут. и 27 сут., обнаружены и более долгопериодные значимые колебания с периодами: сезонных и межсезонных (или внутрисезонных) вариаций 47 сут., 53 сут., 61-62 сут., 86 сут., 93-94 сут. и 125 сут., полугодовых и близких к ним вариаций (184-185 сут., 219 сут. и 267-268 сут.), а также колебания с периодом 370 сут. (близким к периоду годовой волны) и  630 сут. (близким к квазидвухлетним колебаниям). Такая периодическая структура вариаций общего содержания озона присуща всему региону. Полученные для каждой из пяти станций результаты отличаются друг от друга весьма незначительно, при этом общая картина связи сохраняется. Близкие к отмеченным в вариациях ОСО периодам видны в вариациях динамических параметров. Наличие четко выраженных квазидвухлетних осцилляций в индексе F10.7 особенно интересно с точки зрения возможного влияния вариаций солнечной активности на стратосферу, для которой квазидвухлетние колебания характерны.

Однозначно интерпретировать наблюдаемые корреляции как доказательство наличия непосредственной физической связи между ОСО и динамикой нижней термосферы или между ОСО и уровнем гелио-геомагнитной активности, конечно, нельзя. Однако, количественные оценки как самих таких корреляций, так и их статистической значимости, полученные в цикле наших работ /2-4/ и в настоящем сообщении, стимулируют поиски физических причин изменчивости ОСО, на основе которых надо найти предикторы для создания системы прогноза ОСО. Такая система нужна и для оценки изменений климата, и для решения прикладных задач.