ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ СОЛНЕЧНОГО СИЯНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА НА ТЕРРИТОРИИ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Одной из наиболее актуальных и в то же время вызывающей самые ожесточенные споры проблемой в современной геофизике считается вопрос о воздействии солнечной активности на состояние нижней атмосферы Земли и погоду.

Солнечная энергия является неисчерпаемым, дешевым возобновляемым источником энергии, не загрязняющим окружающую среду. Продолжительность солнечного сияния в основном зависит от длины дня, то есть широты места, и возрастает с севера на юг. Однако широтное распределение этой характеристики часто нарушается влиянием облачного покрова, обусловленного особенностями атмосферной циркуляции, и местными условиями, существенное влияние также оказывают условия расположения метеорологических площадок [2, с. 135]. Уменьшение продолжительности солнечного сияния отмечается в городах из-за наличия большого количества пыли и дыма в атмосфере, а также вследствие большой защищенности горизонта городскими постройками.

Ряды данных наблюдений за различными видами солнечной радиации имеют свои особенности, связанные со спецификой наблюдений. Прежде всего, наблюдения проводятся в сроки, отличные от сроков, установленных для наблюдения за другими метеорологическими величинами.

Характеристики средней общей продолжительности солнечного сияния вычисляются непосредственным подсчетом за весь период наблюдений. Относительная величина продолжительности солнечного сияния представляет собой отношение наблюдавшейся продолжительности к теоретически возможной, т. е. продолжительности сияния при безоблачном небе от восхода до захода [2, с. 135].

Говоря о изменении погодных условий Земли, можно отметить, что за последние десятилетия происходит существенное изменение климата, прежде всего выражающееся в повышении температуры воздуха в приповерхностном слое в большинстве регионов мира [3, с. 21].

Для анализа климатических изменений исходными данными служат временные ряды, которые содержат значения некоторых климатических показателей за некий промежуток времени. При этом, чем длиннее ряд, тем больше информации из него можно извлечь. И для того чтобы выявить особенности климата, метеорологическую информацию обобщают за длительный период наблюдений. Поэтому и существует климатологическая обработка. Климатологическая обработка базируется на представлении о случайном характере метеорологических величин. Для того чтобы описать закономерности поведения случайных величин применяют методы математической статистики.

Информационной основой для выявления изменения климата, изменения состояния объектов его воздействия, а также любых систем служат данные наблюдений за переменными (величинами), характеризующими их состояние.

В Томской области, на сегодняшний день, по 7 из 20 действующих метеостанций можно получить данные в полном объеме по продолжительности солнечного сияния за достаточный период наблюдений (с. Бакчар, Александровское, Колпашево, Напас, Пудино, Усть-Озерное и г. Томск) и температуры воздуха (с. Бакчар, Александровское, Колпашево, Напас, Пудино, Первомайское и г. Томск).

Для исследования величины возможных изменений продолжительности солнечного сияния и температуры воздуха Томской области был проведен статистический анализ данных. Материалом послужили специализированные массивы месячных данных продолжительности прямой солнечной радиации метеостанций нескольких населенных пунктов Томской области (с. Бакчар, Александровское, Колпашево, Напас, Пудино, Усть-Озерное, Првомайское и г. Томск) за период с 1970 по 2013 гг. [4], полученные из Всероссийского Научно-исследовательского института гидрометеорологической информации — Мировой Центр Данных (ВНИИГМИ-МЦД).

Методика статистических исследований заключалась в следующем: все ряды данных были проверены на однородность с помощью теста Аббе [1, с. 108—109], на случайность критерием Питмена, а проверка на наличие тренда производилась с помощью критерия инверсий [5] при уровне значимости α=0,05.

В результате статистического анализа ряды данных были проверены на однородность. Однородными являются ряды данных суммы среднемноголетнего значения общей продолжительности солнечного сияния только в с. Усть-Озерное и с. Напас, ряды данных на других метеостанциях являются неоднородными. Ряды данных температуры воздуха по Томской области являются однородными во всех пунктах наблюдения, кроме полученных данных по метеостанции с. Первомайское — ряды данных являются неоднородными.

На следующем этапе работы проведены исследования временных рядов для выявления изменений среднего уровня значений (тренда) с помощью критерия инверсий. Были получены следующие результаты: положительные тренды суммы среднемноголетнего значения общей продолжительности солнечного сияния в с. Александровское (увеличивается на 32,5 часа), в с. Колпашево (увеличение составляет 163 ч), в с. Пудино и г. Томске (увеличивается на 268 ч) (рис. 1 и 2). Так же, в ходе исследования на всей территории Томской области выявлены положительные тренды среднегодовых данных температуры воздуха, а именно в с. Александровское (повышение на 1,7°С), в с. Колпашево (на 1,46°С), в с. Бакчар (на 1,4°С), в с. Пудино (на 1,4°С), в с. Напас (на 1,65°С), в с. Первомайское (на 1,8°С) и г. Томске (на 1,56°С) (рис. 2 и 3). Повышение температур преимущественно наблюдается в марте (3,3—4,5°С), мае (3,2—4,4°С) и октябре (2,8—3,9°С) месяцах.

Рисунок 1. Временной ход суммы среднемноголетних значений продолжительности прямой солнечной радиации с линейным трендом за период с 1970 по 2012 гг. в с. Пудино

Рисунок 2. Временной ход суммы среднемноголетних значений продолжительности прямой солнечной радиации с линейным трендом за период с 1971 по 2012 гг. в г. Томске

Рисунок 3. Временной ход температуры воздуха с линейным трендом за период с 1970 по 2013 гг. в с. Первомайское

Рисунок 4. Временной температуры воздуха с линейным трендом за период с 1971 по 2013 гг. в г. Томске

Проверка гипотезы случайности рассматриваемых рядов метеорологических величин проводилась с помощью критерия Питмена. Сущность проверки заключается в том, чтобы выяснить, является ли изменение данной величины случайным или закономерным. Для этого используются критерии, основанные на сравнении свойств исследуемого процесса со свойствами последовательности, в которой тренд заведомо отсутствует. В результате подтверждены полученные ранее с помощью критерия инверсий (на уровне значимости α=0,05) результаты об отсутствии или наличии трендов.

Полученные суммы среднемноголетних, минимальных и максимальных значений общей продолжительности солнечного сияния и температуры воздуха в 7 пунктах наблюдений представлены в таблице 1 и 2, соответственно.

Таблица 1.

Значения общей продолжительности солнечного сияния в 7 пунктах

Таблица 2.

Среднемноголетние значения температуры воздуха (°С) в 7 пунктах

В среднем по области температура воздуха за период с 1970 по 2013 года увеличилась на 1,5°С. Данной потепление можно связать как с развитием инфраструктуры городов и сел, так и с естественным изменением климата. Повышения значений общей продолжительности солнечной радиации скорее всего связаны с уменьшением облачности в исследуемом районе.

В заключении можно сказать, что наблюдаемые повышения продолжительности солнечного сияния и температуры воздуха на всей территории Томской области не имеют видимой связи, так как увеличение температуры наблюдается преимущественно в марте, мае и октябре месяцах, а увеличение суммы продолжительности солнечного сияния в основном в январе, апреле и мае месяцах.

Список литературы:
1.    Бендат Дж. Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. Мн.: Мир, 1989. — 546 с.
2.    Кобышева Н.В. Климатология. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1989. — 568 с.
3.    Семенов С.М. Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем. Москва: НИЦ «Планета». 2012 — 512 с.
4.    Российский гидрометеорологический портал // официальный сайт/ — [Электронный ресурс]. — Режим доступа: — http://meteo.ru/ (дата обращения: 15.12.2014).
5.    Rapp J., Schönwiese Ch.-D. Atlas der Niederschlags — und Temperaturtrends in Deutschland 1891—1990 // Frankfurter Geowissenschaftliche Arbeiten: Serie B Meteorologie und Geophysik. Frankfurt. 1996. Band 5. S. 255.