книги из ГПНТБ / Дружинин, И. П. Космос - Земля. Прогнозы

зависимых случайных величин. Несколько сложнее ее модель в виде простой цепи Маркова, а еще более сло­ жной и совершенной является сложная цепь Маркова. Эти модели, кроме первой, основываются на внутрнрядных связях (внутрирядной корреляции). Однако, как уже показано [79], они мало.перопективны в плане ис­ пользования для прогнозных целей, что практически пол­ ностью согласуется с мнением [112] о том, что на осно­ ве внутрирядной корреляции стока смежных или сосед­ них лет можно сделать некоторые оценки относительно водности ближайшего предстоящего периода, но «прак­ тически эти овязп столь не тесны, что использование их для прогноза, по-видимому, малоэффективно».

Полученный вывод очень важен, так как подтвер­ ждает настоятельную необходимость изыскания допол­ нительных возможностей для создания методов предска­ зания многолетних колебаний речного стока.

В этом направлении использованы далеко не все воз­ можности. Многие из них станут вполне реальными, ког­ да появятся приемы, базирующиеся на сочетании из­ вестных схем и построений с привлечением новой ин­ формации. Например, на рис. 18 показана овязь стока смежных лет реки Дон у города Калача. Если взять все поле точек,как это обычно делается при использова­ нии автокорреляционных связей, то рассеяние настоль­ ко велико (коэффициент автокорреляции — 0,14+0,09), что нет никаких оснований для учета этой связи. Поло­ жение существенно меняется, если рассмотреть связь стока смежных лет только в сериях подъема водности (верхняя часть поля, показанная крестиками). В этом случае овязь окажется значимой (коэффициент корре­ ляции— 0,53+0,11) и весьма существенной. То же самое (0,61+0,10) характерно для серий спада (нижняя часть поля, кружочки). В этих условиях пренебрегать внутрнрядной связью по меньшей мере не имеет смысла. Но и использована она может быть лишь тогда, когда будет заранее известно, в какой части автокорреляционного по­ ля (верхней, нижней) находится искомая величина. Ины­ ми словами, необходимо сначала выяснить, будет ли следующий год относиться к серии подъема или к се­ рии спада водности. Такая задача не может быть реше­ на без специального изучения закономерностей смены серий подъема сериями спада, и наоборот. А здесь уже не обойтись без привлечения сведений о космических

90

Г=0,14 10,09

Рис. 18. Связь стока смежных лет (автокорреляционное поле) р. Дона у Калача за 1881— 1966 гг. Кружками показаны се­ рии лет понижения, крестиками — повышения водности; 1,2 —

соответствующие линии регрессии

факторах. Как будет показано ниже, для этих целей мо­ гут быть частично использованы связи резких измене­ ний солнечной активности и переломов многолетнегОхода природных процессов на Земле.

Аналогичное деление автокорреляционного поля на две части для приточности воды в озеро Байкал увели­ чило коэффициент корреляции с 0,46 до 0,78+0,07 и 0,76+0,07 соответственно в сериях подъема и спада. Для одной из характеристик земного магнитного поля соот­ ношение этих величии оказалось следующим: 0,80+ +0,07 и 0,82+0,05 вместо 0,67+0,07 [79].

В названных примерах, как и в других условиях, де­ ление автокорреляционного поля на две части дает очень большой эффект, но остающееся рассеяние (в каждой из двух частей) бывает все же довольно сущест­ венным. Здесь положение тоже может быть улучшено,

91

если удастся привлечь еще одну порцию дополнительной

информации.

На рис. 19 показана связь относительных чисел сол­ нечных пятен (числа Вольфа) в смежные годы. Общее рассеяние точек и в этом случае оказывается довольно

Рис. 19. Связь чисел Вольфа в смежные годы (автокорреляционное поле) за 1700—1966 гг. Кружками показаны серии лет понижения, крестиками — повышения солнечной активности, 1,2— соответствую­ щие обобщенные зависимости, 3 — схема действительной связи чи­ сел Вольфа за 1945/46— 1965/66 гг.

существенным. Оно значительно уменьшается при деле­ нии на ветви подъема (крестики) и спада (кружочки). Но и это еще не все. Рассматриваемое поле можно, ока­ зывается, подвергнуть дальнейшему расчленению. Необ­ ходимо лишь учесть временную изменчивость анализи­ руемой связи.

92

3

Серии лет повышения и понижения значений гидрометеорологических элементов

Одним из наиболее очевидных свойств многолетних ко­ лебаний гидрометеорологических элементов и практи­ чески всех других природных процессов на Земле явля­ ется чередование серий лет подъемов, сменяющихся сериями лет спада показателей их интенсивности, и на­ оборот. Можно полагать, что смена названных серий в значительной степени определяет закономерности много­ летних колебаний рассматриваемых процессов. Однако, несмотря на очевидность Этого свойства, прежде всего бросающегося в глаза, исследование серий лет повы­ шений и понижений значений гидрометеорологических элементов еще только начинается.

Причиной образования части этих серий можно счи­ тать космические факторы [80]. При этом удается, пожалуй, наиболее отчетливо показать реальность свя-

.зей части многолетних колебаний земных процессов с

•солнечной активностью. Затем выявляется возможность объяснить образование части экстремумов этих колеба­ ний. А в последнее время найдены основания для раз­ работки принципиальной схемы качественного прогноза земных процессов на год с учетом прогнозов солнечной активности.

Резкие изменения солнечной активности и переломы многолетнего

хода природных процессов на Земле

По состоянию солнечной активности прошлые наблюде­ ния можно разделить на две части: а) годы ее быстрых шзменений (особо выделяются годы наиболее резких шзменений в каждую эпоху повышения и понижения

:94

на 40,6. Скорость снижения солнечной активности в. 1971 г. в среднем была больше скорости ее уменьшения в 1969 и 1970 гг. соответственно в 100 и 50 раз.

Это очень важное обстоятельство. Хорошо известно,, что скорость протекания того или иного процесса во мно­ гих случаях имеет первостепенное значение в отношении его воздействий на связанные с ним другие процессы. Например, при медленном сгорании какого-либо вещест­ ва выделяется тепло, при более быстром — то же тепло,, но в виде вспышки, а быстрое или сверхбыстрое сгорание приводит к взрыву, и, конечно, их влияние на другиепредметы и явления будет совершенно неодинаковым.

Скорость повышения или понижения солнечной ак­ тивности может характеризоваться соответственно поло­ жительными или отрицательными разностями (прира­ щениями) относительных чисел солнечных пятен или других индексов в смежные годы.

В большинстве случаев годы с большими по абсолют­ ной величине приращениями чисел Вольфа идут груп­ пами различной продолжительности (рис. 20), что соз­ дает некоторую неопределенность в смысле выделения из их числа таких, которые можно было бы считать ответственными за соответствующие изменения хода геофизических процессов.

С целью уменьшения такой неопределенности на на­ чальном этапе исследований целесообразно считать «эффективными приращениями» в каждой эпохе повыше­

исключением относительно малых, к числу которых ус­ ловно относятся m ax|A W |<7 (рис. 20).

Названные максимумы соответствуют (с учетом зна:

ка) следующим датам: 1749, —1751, —1754, 1757, 1761,

—1762, —1765, 1769, —1771, —1773, —1775, 1777, —1780,

—1838, —1841, 1845, 1847, -1849-1850, —1854, 1859. -1861-1862, —1865, (1868), 1870, —1871, —1873, —1875,

—1878, 1880, —1886, 1892. —1896, —1899, — 1901, 1903,.

95

w

180

1820 Ш О I860 1880 1300 1920 1940 (годы)

Рис. 20. Характеристики изменений солнечной активности:

1 — среднегодовые числа Вольфа; 2 — их приращения в смежные годы; 3 — усло­ вная линейка солнечных реперов, показывающая годы больших по абсолютной

1905, —1906, 1907, —1908, —1910, 1915, 1917, —1918,

—1920, 1925, 1928, —1930, 1936, -1939-1940, (—1942), 1946-1947, —1948, —1950, —1952, 1956, —1961, —1964, 1967, —1971 гг. Эти даты в дальнейшем принимаются в ка­ честве постоянных солнечных реперов. Они использу­ ются ниже в сопоставлениях с целью обнаружить вли­

36

яние резких изменений солнечной активности на ход геофизических и некоторых иных процессов. При этом еще раз следует подчеркнуть их условность, которая иногда приводит к тому, что в некоторых случаях пока­ занные ниже проявления «солнечнообусловленных» изменений хода процессов могут оказаться несколько раньше реперов, что, как правило, может быть объяс­ нено весьма значительными, но не максимальными изменениями (в сторону повышения или понижения) солнечной активности в годы, предшествующие реперам. Для удобства сопоставлений построена специальная «линейка» солнечных реперов (рис. 20). В таком виде она и используется в дальнейшем. Солнечные реперы не считаются окончательно установленными и в дальней­ шем могут быть уточнены. Для этих целей могут быть, в частности, использованы другие характеристики сол­ нечной активности, показатели колебаний земного маг­ нитного поля, а также данные об их геоэффективности.

К\ак показал анализ, главным результатом воздей­ ствия резкого изменения солнечной активности (вне зависимости от его знака) на тот или иной процесс па Земле может считаться факт разрушения (перелом обозначившейся тенденции повышения или понижения показателей) того, что было до этого, но степень или глубина разрушения пока учитываться не могут. В ка­ честве аналогии в данном случае может быть взят та­ кой пример. Всякий заморозок в той или иной степени приводит к заболеванию теплолюбивых растений и умень­ шает их урожайность. Связь между заморозком и самим фактом уменьшения урожая можно считать функцио­ нальной. Но в одних случаях, даже при сильных замо­ розках (например, когда большая часть урожая уже снята), потери будут невелики, а в других (во время цветения) даже относительно небольшой заморозок мо­ жет привести к полной потере урожая. Связь между ко­ личественными характеристиками заморозков и потерь урожая явно не будет столь же хорошей, как связь за­ морозков с самим фактом разрушения (порчи) урожая. И изучение надо начинать прежде всего с установления реальности самого факта разрушения. Анализ связей количественных показателей должен быть произведен позднее и, видимо, другими методами. Кроме того, предполагается, что как резкое повышение, так и рез­ кое понижение солнечной активности приводят к ре­

зультату одного и того же вида. Это в определенной степени аналогично тому, что происходит с такой устой­ чивой системой, как живой организм, если он попадет

вусловия быстрого повышения или понижения давления

вбарокамере (например, человек при кессонных рабо­ тах). В обоих случаях конечным результатом будет смерть или тяжелая болезнь, которые могут расцени­ ваться как более или менее глубокое разрушение того, что было до этого воздействия, или как перелом хода развития или жизни организма.

Это предположение подтверждается материалами на­ турных наблюдений. Например, как показано ниже (рис. 21), часть переломов многолетнего хода индекса геомагнитной активности Ар точно соответствует сол­ нечным реперам (100%-ное соответствие), но совпадение знаков приращения солнечной активности и этого ин­ декса имеет место только в 78% случаев. Для много­ летних колебаний осадков в бассейне озера .Виктория (рис. 22) это совпадение составляет 59%•

Вотношении многолетних колебаний природных про­ цессов термин «разрушение» может быть отнесен к тому отрезку времени, когда происходит перелом хода этого процесса, характеризующийся сменой знака приращений его количественных показателей. Например, в течение нескольких лет количество атмосферных осадков в том или ином районе неуклонно повышалось. В этом случае их приращения (разности годовых сумм осадков после­ дующего и предыдущего годов) положительны и пере­ лом наступит лишь тогда, когда количество осадков в последующем году будет меньше, чем в предыдущем (приращение отрицательно). Это и есть разрушение сформировавшейся ранее тенденции неуклонного повы­ шения количества осадков.

Как показал анализ, резкие изменения солнечной активности могут считаться ответственными за часть переломов многолетнего хода многих природных про­ цессов на Земле, что подтверждается существенно по­ вышенными (до 1,5—2 раз) относительными частотами переломов точно в годы солнечных реперов по сравне­ нию с другими годами (табл. 8). Эти данные весьма показательны, но могут быть произведены и более стро­ гие оценки с применением специальных критериев.

Для выявления причинно-следственной связи необхо­ димо:

98

Таблица 8

Частоты переломов многолетнего хода природных процессов

4 *

99