Солнечный и вулканический сигналы в декадных вариациях климата Земли тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.03 ВАК РФ

С \ Н КТ- П ЕТЕР БУ Р Г С К И П Г0СУДАРС1 ВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

БАРЛЯЕВА ТАТЬЯНА ВЯЧЕСЛАВОВНА

солнечный и вулканический сигналы в декадных вариациях климата земли

Специальность 01 03 03 - физика Солпца,

Автореферат

003473234

дик ертан1'и на «оясклпир ученой степени кандидата фи шко-мате^атпчеекпх тгаук

Санкт-Петербург - 2009

003479234

Работа выполнена на физическом факультете Санкт-Петербургского государственного университета

Научный руководитель

кандидат физико-математических наук, доцент Понявин Дмитрий Иванович

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор физико-математических наук, профессор Распопов Олег Михайлович СПбФ ИЗМИРАН (г Санкт-Петербург)

доктор физико-математических наук, профессор Дергачев Валентин Андреевич ФТИ им А Ф Иоффе РАН (г Санкт-Петербург)

Главная Геофизическая Обсерватория им А И Воейкова (г Санкт-Петербург)

Защита состоится "Л?" ОС^/Л^ 2009 года в часов на

заседании совета Д 212 232 35 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу 199034, Санкт-Петербург, Университетская набережная, д 7/9

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ Автореферат разослан "М" се^СТЛШгЯ^2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кф-мн,

А Л Котиков

общая характеристика работы

Исследование циклических изменений климата предпринимается уже в течение многих лет При этом, мнение авторы обнаруживают вариации климатических параметров на периодах 11 лет и 22 года (декадные вариации) Однако, сигнал на этих периодах оказывается неустойчивым, что приводит к разногласиям в выводах разных авторов Если декадные вариации в климате реально существуют, их естественно связать с влиянием солнечной активности, где эти периоды наблюдаются Однако, и эта связь, хотя часто имеет место, весьма неустойчива С другой стороны, на данных периодах возможно влияние и параметров, не связанных с солнечной активностью, имеющих квази-периодический характер (например, вулканизм)

Основной задачей данной работы является исследование декадных вариаций климата и их связи с вариациями внешних параметров (солнечная активность и вулканизм) Особое внимание при этом уделяется поиску условий (сочетание параметров), оптимальных для выявления этой связи и регионов, где такое влияние наиболее сильно

При исследовании декадных вариаций климатических параметров мы исходим из следующих предположений

• декадные вариации в климате изменяются во времени, то появляясь, то исчезая по каким-либо причинам,

• декадные вариации климата могут иметь место не во всех климатических зонах,

• методы, применяемые разными авторами, далеко не всегда годятся для исследуемого ряда на рассматриваемом интервале времени

Например, если исходить из предположения, что проявление в климате декадной вариации имеет временное распределение, то применение линейных методов к рядам, покрывающим интервалы с проявляющейся декадной вариацией и без нее, в среднем даст результат, говорящий либо об отсутствии сигнала, либо о том, что он очень слабый А исследование отдельно взятых климатических рядов из различных географических зон может привести к противоположным результатам ввиду того, что имеет место и пространственное распределение, то есть в каких-то регионах планеты декадная вариация в климате есть, а в каких-то — нет Таким образом, имеет место сильная нестабильность, нелинейность проявления декадных вариаций в климате

з а \

7 4

Исходными для объяснения противоречий в вопросе влияния на климат солнечной активности являются следующие предположения

• отклик климата на вариации солнечной активности на масштабах десятилетий изменяется во времени, то появляясь, то исчезая, то изменяя фазовое соотношение по каким-либо причинам,

• отклик может носить не обязательно глобальный, но распределенный каким-то образом но планете характер солнечный декадный сигнал может прослеживаться в климате в "чувствительных" к солнечным вариациям регионах, в остальных частях планеты отклик может не наблюдаться вообще,

• методы, применяемые разными авторами, далеко не всегда годятся для исследования соотношений между двумя рядами на рассматриваемом интервале времени

Например, коэффициент линейной кросс-корреляции между двумя рядами, связанными друг с другом только на отдельных интервалах времени и, при этом, с разными фазовыми соотношениями, может оказаться близким к нулю, хотя в реальности это означает лишь нестабильность, нелинейность связи между исследуемыми рядами Несмотря на противоречивость результатов о связи декадных температурных вариаций с солнечной активностью, есть работы, посвященные разработкам физических механизмов воздействия солнечной активности на климат Земли Логичность и произведенные модельные количественные оценки влияния говорят в пользу реальности эффекта солнечной активности в климате

Одним из интенсивных процессов, способных оказать заметное влияние на климат, является вулканизм, так как это очень мощное явление, оказывающее воздействие на климат Земли — не только локально, но и, в зависимости от типа и интенсивности извержения, — глобально

Воздействие вулканических извержений на климат в настоящий момент является одним из бурно развивающихся направлений исследования Неплохо изученным и доказанным является кратковременное воздействие извержений на климат Влияние же на декадных масштабах и более не является хорошо исследованным Что касается воздействия на атмосферу интенсивных вулканических извержений, то в этом случае возможен глобальный эффект Например, для извержений Эль-Чичон (1982) и Пинатубо (1991) наблюдалось глобальное, в атмосфере над всей планетой, увеличение коэффициента обратного аэрозольного рассеяния

Особенно важен и интересен гот факт, чю, как было показано в работе (Camp and Tung, GRL, 2007), разность значений приземной температуры воздуха в годы максимумов и минимумов 11-летнего цикла солнечной активности составляет в среднем О 2К, в то время как среднее похолодание в первый юд после извержения, по данным о интенсивных извержениях XIX -первой половины XX столетия, приведенным в (de Silva, Encyc of Climate), составляет также приблизительно 0 2К Таким образом, эффекты от солнечной и вулканической активности могут быть одного порядка, но оказывать воздействие на разных масштабах почти сразу — через 1 год (вулканизм) или же постепенно — в течение примерно 11 лет (солнечная активность) Это говорит о том, что совокупность таких факторов, как солнечная и вулканическая деятельность, может оказывать на климат комбинированное влияние, взаимоусиливающее или взаимоослабляющее воздействие каждого фактора в отдельности

Настоящая работа посвящена исследованию декадных вариаций в климатических рядах (глобальных и региональных, но замерам сети метеорологических станций) относительно поведения внешних факторов (таких как солнечная, вулканическая и геомагнитная активность) Особое внимание уделяется

• изучению комбинированного воздействия на климат солнечной и вулканической активности, как возможной причины проявления в климате конца XX столетия квази-11-летней периодичности,

• выявлению закономерностей проявления 22-летней вариации в когерентности солнечного и геома! нитного факторов с температурой, а также ее причин,

• исследованию географического распределения откликов температурных данных на вариации внешних параметров

Актуальность темы.

Исследования колебаний климата и их происхождения являются очень важными не только в общем, но и в контексте проблемы выявления причин глобального потепления По-прежнему окончательно не установлено, является ли единственной причиной наблюдающегося начиная приблизительно со второй половины XX столетия сравнительно интенсивного потепления климата антропогенный фактор, или же глобальное потепление может быть

объяснено естественными причинами, либо комбинированным воздействием антропогенного фактора и естественных воздействий В этом контексте интересен вопрос, а наблюдались ли подобные "глобальные потепления" в прошлом или же нет Вопросы о гом, насколько автономной системой является климат, в какой степени он подвержен воздействиям вариаций внешних параметров, таких как солнечная активность и вулканизм, до сих пор не имеют однозначных ответов, несмотря на то, что исследования в этой области (особенно по отдельным направлениям солнечная активность и климат, вулканическая автивность и климат) ведутся достаточно давно И исследование роли внешних (солнечного и вулканического) сигналов в вариациях климата Земли является важным "шагом" па пути поиска ответов на поставленные вопросы

Цель настоящей работы — выяснить, присутствуют ли декадные вариации в климате Земли, установить их пространственно-временное распределение и причины, найти возможное объяснение противоречивости представленных в литературе результатов исследований воздействия солнечной активности на климат Земли Предлагается исследовать роль солнечного и вулканического сигналов в декадных (11- и 22-летних) вариациях климата Земли Кроме того, предлагается обсудить возможность комбинированного воздействия на климат солнечной и вулканической активности В число задач данной диссертации также входит исследование отклика климата на вариации солнечной и [еомагнитной активности на 11- и 22-летних периодах как во время достаточно высокого, так и низкого, близкого к нулю, уровня вулканической активности Кроме того, предполагается выявить и изучить географическое распределение зон, наиболее чувствительных к индивидуальному и комбинированному воздействию вариаций внешних факторов на частотах, соотвеютвующих 11- и 22-лстним периодичностям

Таким образом, основные задачи данной диссертации можно сформулировать следующим набором вопросов, на которые предполагается получить ответы по результатам исследования

1 Наблюдаются ли 11- и 22-летние периодичности в климате7

2 Связаны ли рассматриваемые вариации климата с солнечной активностью'

3 Присутствует ли влияние вулканическою фактора, и как формируется

отклик климатической системы на совместное воздействие двух факторов7

4 Как отклик распределен пространственно и по времени7

5 Какой из солнечных процессов и на каких периодах (11 лет или 22 юда) оказывает наибольшее воздействие на климат7

На защиту выносятся следующие положения

1 Вариации отклика приземной температуры воздуха на воздействие солнечною и вулканического факторов формируются в результате их комбинированного влияния случайно-распределенные вулканические извержения, воздействуя на климат, изменяют, усиливают или ослабляют (в зависимости от фазового соотношения) вариации в температуре, обусловленные периодическим солнечным воздействием,

2 Квази-22-летний сигнал в аномалиях глобальной приземной температуры воздуха обусловлен, вероятнее всего, вариациями солнечной активности и наблюдается в отсутствие интенсивных вулканических извержений, когда их глобальное воздействие на климат (БУ1-индекс) практически нулевое,

3 Северо-Атлантический регион является наиболее вариабельной климатической зоной, наиболее чувствительной к воздействию солнечной активности на периодах 11 и 22 года,

4 Среди исследованных 11- и 22-летних вариаций солнечной и геомагнитной активности отклик в температуре на максимальном количестве станций наблюдается для 22-летних вариаций геомагнитной активности

Научная новизна

1 Впервые исследована возможность обусловленности наблюдаемых в приземной температуре воздуха цикличностей комбинированным воз-

действием солнечной и вулканической активности на параметры нижней атмосферы Земли Под комбинированным воздействием, в данном случае, подразумевается "благоприятное" (то есть, усиливающее эффект) совпадение фаз двух независимых процессов (вариаций солнечной и вулканической активности), вызывающее последовательно два

противоположных отклика в климате (например, потепление и похолодание) Если такое совпадение происходит хотя бы два раза подряд, то отклики на них климата искусственно образуют цикл Выдвигается гипотеза о том, что причиной наблюдаемой во многих климатических данных второй половины XX столетия квази-11-летней периодичности является комбинированное воздействие солнечной и вулканической активности

2 Был исследован отклик климата на 11- и 22-летние вариации солнечной и геомагнитной активности при различных уровнях вулканической активности и разной степени воздействия, оказываемого вулканическими извержениями на климат Земли В результате этого исследования были выявлены условия отклика климата на вариации солнечной активности на И- и 22-летних периодичностях, выдвинуты гипотезы о физических процессах на Солнце, ответственных за когерентность с климатическими (температурными) факторами, обсуждаются масштабы солнечных магнитных полей, воздействующих на климат Земли посредством вариаций солнечной активности на различных периодах

3 Впервые исследовано глобальное географическое и временное распределение чувствительных к внешним воздействиям климатических зон на частотах, соответствующих 11- и 22-легней периодичности

4 Установлено, что геомапштная активность на 22-легней периодичности имеет наибольшее отражение в вариациях приземной температуры Земли (отклик наблюдается на наибольшем количестве станций)

Практическая ценность

Полученные результаты позволяют уточнить оптимальные условия (в зависимости от воздействующих факторов) и географические регионы для дальнейших исследований воздействия солнечной активности на климат Земли

Разработанное автором программное обеспечение может быть использовано в дальнейших исследованиях по данной тематике

Работа над диссертацией была поддержана

1 Грантом Администрации Санкт-Петербурга (2002 г),

2 Грантом Администрации Санкт-Петербурга и Международной Соросов-ской Программы Образования в Области Точных Наук (¡ЗЭЕР) в рамках конкурса "Грант Санкт-Петербурга" (2002 г, 2003 г),

3 Грантом Nansen-iienTpa (2003 г),

4 Грантом Министерства образования и науки Российской Федерации №37852 (2005 г)

Личный вклад автора

Автор принимал участие в постановке задачи, отборе и обработке экспериментального материала, в разработке, создании и тестировании программною обеспечения для обработки баз климатических данных в контексте задач данной работы, в анализе результатов Все изложенные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами

Апробация работы

Результаты исследований, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на научных семинарах НИИФ СПбГУ, а также на 8 международных конференциях, 1 Всероссийской конференции и 1 международной молодежной научной школе

1 International conference "Problems of GEOCOSMOS-2002", St Petersburg, Russia, May 2002,

2 "Chapman Conference on Physics and Modelling of the Inner Magnetosphere", Helsinki, Finland, August 2003,

3 IX Пулковская международная конференция "Солнечная Активность как Факюр Космической Погоды", Санкт-Петербург, ГАО, Пулково, Россия, Июль 2005,

4 "2nd European Space Weather Week", ESA, ESTEC, Nordwijk, Netherlands, November 2005,

5 International conference "Problems of GEOCOSMOS-2006", St Petersburg, Russia, May 2006,

6 "Long-Term Trends Workshop 2006", SGO, Sodankyla, Finland, September 2006,

7 "3rd European Space Weather Week", Brussels, Belgium, November 2006,

8 XI Пулковская международная конференция "Физическая Природа Солнечной Активности и Прогнозирование ее Геофизических Проявлений", Санкт-Петербург, ГАО, Пулково, Россия, Июль 2007,

9 "9th International Precipitation Conference", Paris, France, November 2007

10 "2009 - Mechanisms of Quaternary Climate Change", Obergurgl, Austria, June 2009

11 Всероссийская ежегодная конференция по физике Солнца "Год Астрономии Солнечная и Солнечно-Земная Физика - 2009", Санкт-Петербург, ГАО, Пулково, Россия, Июль 2009,

Публикации

По теме диссертации опубликованы три С1атьи в рецензируемых научных журналах, четыре сообщения в сборниках трудов конференций и один доклад в электронном сборнике трудов конференции (в качестве первого автора), а также одна статья и одно сообщение в сборнике трудов конференции с участием в качестве соавтора

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, и списка литературы из 274 наименований, содержит 220 страниц машинописного текста, включая 47 рисунков и 4 таблицы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность и перспективность темы исследования, сформулированы цель работы и основные положения, выносимые на защиту, отмечена научная новизна, практическая ценность работы, кратко изложено содержание работы

В Главе 1 приведено описание методологии, используемой в данной диссертации Наряду с математическими алгоритмами методов, применяемых для анализа данных, рассматриваются тестовые примеры, позволяющие проиллюстрировать особенности и возможности используемых методологических инструментов А также приводится обоснование именно такого выбора математического инструментария для данного исследования В Разделе 1 1 содержатся основные принципы вейвлет-анализа Приведены математические основы как непосредственно метода вейвлет-анализа, так и его расширения — метода вейвлет кросс-когерентности, широко используемых в данной работе Обсуждаются особенности этих методов и возможные артефакты, возникающие при их применении, — теоретически и на тестовых примерах

Раздел 1 2 посвящен методу разложения по эмпирическим модам (Empirical Mode Decomposition, EMD) Приведены математические основы метода, а также тестовые примеры применения Кроме обсуждения методов вейвлет-анализа, анализа вейвлет-кросс-ко1ерентности и EMD-метода по-отдельности, в данной Главе на тестовых примерах рассматривается применение вейвлет-и EMD-методов в комбинации вейвлет-анализ применяется к выделенным с помощью EMD модам, и исследуются полученные таким образом вейвлет-спектры Достоинство такого комбинированного меюда состоит в том, что анализируется не исходный ряд, содержащий различные моды, тренды и шумы, а уже выделенный, "очищенный", сшнал, что позволяет более точно проследить его эволюцию, без накладывающихся "посторонних" колебаний

В Главе 2 обсуждаются цикличности, наблюдаемые в климате, и их возможные объяснения Особое внимание уделяется наблюдаемым в конце XX столетия периодичностям и трендам в условиях глобального потепления Исследуются три ряда аномалий 1лобальной приземной температуры воздуха с 1880 г по 2006 г (среднегодовые значения) из разных баз данных "National Aeronautics and Space Administration - Goddard Institute for Space Studies" (NASA-GISS), "Climatic Research Unit of the East Anglia University" (CRU) (подготавливающего данные совместно с "Hadley Centre of the UK Met Office") и "National Climatic Data Center" (NCDC) Ряды отличаются исходным набором метеорологических станций, используемых при построении ряда, учитываемыми географическими зонами, а также способами предварительной обработки данных Обсуждаются когерентности между этими рядами и наблюдаемые особенности, важные при интерпретации дальнейших результатов данной Главы В качестве методов исследования используются вейвлет-анализ и метод разложения но эмпирическим модам Методы применяются как по-отдельности, так и в комбинации друг с другом, что позволяет проследить эволюцию выбранной моды в отдельности, без наложения других мод, которые могут быть более значимыми Такое комбинированное использование методов позволяет, например, исследовать с помощью вейвлет-анализа сигналы, длина периода которых близка к 11 и 22 годам, предварительно выделив их из исходного температурного ряда, содержащего моды разных частот

Глава 3 посвящена обсуждению наблюдаемых в солнечной, геомагнитной и вулканической активности нериодичностей, а также — исследованию наблюдаемых между рядами, характеризующими солнечную и вулканическую активность, когерентностей, в частности, "островка" в конце XX столетия и

устойчивой полосы koi ерентности до 1900 i В качестве характеристики солнечной активности рассматривается ряд среднегодовых значений количества ipynn солнечных пятен (Group Sunspot Numbers, GSN) Этот ряд является наиболее длинным инструментальным рядом по солнечной активности данные по GSN-шщексу доступны с начала XVII века Для характеристики вулканического воздействия на климат были выбраны среднегодовые глобальные значения Dust Veil Index ( DVIciobai), рассчитываемого по изменениям в радиационном, температурном балансе атмосферы и с учетом размеров и продолжительности существования пылевого облака вследствие вулканического извержения Данные по индексу DVI имеются с XVI века Если в случае солнечной активности периодичность обусловлена внутрисолнечными процессами, солнечным динамо и носит более или менее стабильный характер с определенными закономерностями, то в случае вулканической активности возникающие периодичности носят, как правило, спонтанный характер, определяющийся частотой интенсивных вулканических извержений Поэтому когерентности, возникающие между такими "разными" процессами интересны не только сами по себе, но и в совокупности — в контексте возможных последствий в атмосфере и климате Земли Как уже юворилось выше, эти два фактора могут усиливать или ослаблять эффект друг друга в климате в зависимости от их фазового соотношения, поэтому в данной Главе особое внимание уделяется исследованию временных соотношений рядов солнечной и вулканической активности

В Главе 4 рассматривается воздействие солнечной, геомагнитной и вулканической активности на климат Земли на примере ряда вариаций глобальной приземной температуры воздуха из базы данных NASA-GISS) Кроме роли в вариациях глобальной приземной температуры воздуха каждого из внешних факторов в отдельности, исследуется возможность комбинированного воздействия солнечной и вулканической активности на климат Земли В качестве характеристики солнечной активности использовались среднегодовые значения индекса количества солнечных пятен (Sunspot Numbers, SSN), в качестве вулканической — значения Volcanic Explosivity Index (VEI), являющегося геологической характеристикой каждого извержения в отдельности, и среднегодовые значения DVIgim-индекса, отражающего воздействие вулканических извержений на климат Земли Как уже говорилось в описании Главы 3, достаточно стабильные вариации солнечного происхождения могут случайно оказаться когерентными со спонтанными вариациями вулканического происхождения Ввиду этого представляется особо интересным

исследовать роль такого комбинированною сигнала в вариациях и трендах, наблюдающихся в климате Земли В данной Главе обсуждаются когерентности внешних факторов с климатическими (температурными) на декадных и бидекадных масштабах Чтобы выяснить, какой именно из солнечных процессов ответственен за koi ерентность с климатом на 22-летней периодичности, была проанализирована koi ерентность геомагншнои активности с данными по 1лобальной приземной температуре воздуха В качестве характеристики гоомагшпной активности был взят планетарный индекс Сд, данные по которому имеются с середины XIX столетия

Глава 5 посвящена исследованию чувствительности различных географических зон к воздействию солнечной, геомагнитной и вулканической активности в отдельности, а также к комбинированному воздействию солнечной и вулканической активности Исследование проводится на основе анализа климатической базы данных Университета Восточной Англии (Chmatic Research Unit, Scliool of Environmental Sciences, University of East Anglia), а именно — комбинированной базы данных по вариациям приземной температуры воздуха и температуры приповерхностных вод океана, пересчитанных для сетки размером 5° х 5° Исследовались среднегодовые значения температурных данных Исследуемый временной интервал — не менее длинный, чем 1910-1988 i г, а для большинства "станций" (узлов сетки) — длиннее, с конца XIX до начала XXI века По результатам этого исследования была сформирована статистика, позволяющая определить, для какого из факторов (солнечной или геомагнитной активности) и на каких значениях периодов (11 лет или 22 года) наблюдается отклик в когерентности с температурными данными на наибольшем количестве "станций" (узлов сетки)

В Заключении обсуждается проведенное исследование, приведено его краткое резюме, а также сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы

Основные результаты, полученные в работе

Проведено исследование воздействия солнечной и вулканической активности на декадные вариации климата Земли, позволившее получить ряд новых результатов

1 Квази-11-летний цикл в аномалиях глобальной приземной температуры воздуха во 2-ой половине XX столетия вероятнее всего вызван комбинированным воздействием солнечной и вулканической активности вследствие случайного совпадения фаз между солнечной и вулканической ак-

тивностью

2 Квази-22-легний сшнал в аномалиях глобальной приземной температуры воздуха обусловлен главным образом вариациями солнечной активности и наблюдается в отсутствие более интенсивных факторов, таких, как извержения вулканов с ненулевыми значениями Z) VY-индекса

3 Северо-Атлантический регион является наиболее вариабельной климатической зоной, наиболее чувствительной к 11- и 22-летнему солнечным сигналам

4 Из всех изученных зависимостей от факторов солнечного происхождения отклик температуры на 22-летнюю вариацию геомагнитной активности оказывается самым глобальным (наблюдается на максимальном количестве станций)

5 Солнечная и вулканическая активность когерентны на мультидекадных масштабах в течение последних 400 лет

По теме диссертации опубликованы следующие работы

1 AL Morozova, М I Pudovkin, and Т V Barhaeva, Variations of the Cosmic Ray Fluxes as a Possible Earthquake Precursor, Physics and Chemistry of the Earth (A), Vol 25, No 3, pp 321-324 (2000)

2TB Барляева, M И , Пудовкин и A JI Морозова, Влияние космических факторов на возникновение землетрясений, Сборник трудов конференции ТЕОФИЗИКА-99", Санкт-Петербург, 1999, стр 8-19

3 Т V Barhaeva, М I Pudovkin, and A L Morozova, Variations of solar and geomagnetic activity and gradient of atmosphere pressure variations on the htosphere plate boundaries m Central Asia as a possible earthquakes precursors, Proceedings of the conference "IAC-2000", Moscow

4 T V Barhaeva, M I Pudovkin, and A L Morozova, Variations of the number

of weak and strong earthquakes for 1977-1988 years and their possible precursors, Physics and Chemistry of the Earth (C), Vol 26, No 10-12, pp 801-805 (2001)

5 D I Ponyavin, T V Barhaeva, and N V Zolotova, Hypersensitivity of climate response to solar activity output during the last 60 years, Mem S A It Vol 76, 1026 (2005)

G. Т V Barlyaevd and D I Ponydvin, Solar signal in climate change cross wavelet analysts of fxme-senes, Proceedings of 2ESWW, ESA WebSite (2003)

7TB Барляева,] Д И Поияпитт, EMÚ и вей влет анализ вариаций климата и солнечной активности, Сборник трудов IX международной конференции "Солнечпая активность как фактор космической погоды", 4-6 июля 2005 г, ГАО Пулково, Санкт-Петербург. 2006, с.125-132.

Т V Barlyaeva and D I, Ponyavm, Solar and volcanic signals m climate variations, m Proceedings of the 6th International conference "GEOCOSMOS-2006 Petrodvorets, May 23-27, 2006, eds V N. Troyan V S Semenov, M V Kuby&hkma, St Peter&burg, 2006, p 266-271

T В Барляева, Д. И Попяпшт, Когерентность солнечной и вулканической активности, Сборпик публикация Xl-ft Пулковской международной конференции "Фи зическая природа солтгечпой активпости и прогнозирование её геофизических проявлений", 2-7 Июля 2007 г, ГАО Пулково Санкт-Петербург 2007 с.31-32

Т В Барляева, И А Миронова, и Д И Попягшп, О природе декадной, вариации в климатических данных во второй половине XX века, Доклад!,i Академии Наук" Том 425 №3 стр 395-399 (20Ö0)

t

\ ч

Подписано к печати 23 09 2009 Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага офсетная Гарнитура Times Печать цифровая Печ ч

1,0 Тираж 100 экз Заказ № 5501 Отпечатано в отдеie оперативной полиграфии химического факультета СПбГУ 198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр , 26 Тел (812)428-4043,428-6919

Введение

1 Методология

1.1 Вейвлет анализ и вейвлет кросс-когерентность.

1.2 Метод разложения по эмпирическим модам

Empirical Mode Decomposition, EMD).

2 Вариации климата

2.1 Введение к Главе 2.

2.1.1 Исследования колебаний климата и возможности их обусловленности внешними причинами.

2.1.2 Климатические циклы и их возможные причины.

2.1.3 Климатические изменения во второй ноловине XX века, глобальное потепление и его возможные причины

2.2 Глобальная температура.

2.2.1 Экспериментальные данные.

2.2.2 Методология.

2.2.3 Обсуждение результатов.

2.3 Выводы к Главе 2.

3 Солнечная, геомагнитная и вулканическая активность

3.1 Введение к Главе 3.

3.1.1 Солнечная активность.

3.1.2 Геомагнитная активность.

3.1.3 Вулканическая активность

3.2 Экспериментальные данные.

3.2.1 Солнечная активность.

3.2.2 Геомагнитная активность.

3.2.3 Вулканическая активность

3.3 Методология.

3.4 Обсуждение результатов.

3.4.1 Солнечная активность.

3.4.2 Геомагнитная активность.

3.4.3 Когерентность солнечной и геомагнитной активности

3.4.4 Вулканическая активность

3.4.5 Когерентность солнечной и вулканической активности

3.5 Выводы к Главе 3.

4 Солнечная, геомагнитная, вулканическая активность и глобальные изменения климата на 11- и 22-летних масштабах

4.1 Введение к Главе 4.

4.1.1 История исследования возможного воздействия вариаций солнечной активности на климат Земли

4.1.2 Вариации солнечной активности и приземная температура. Возможные механизмы воздействия.

4.1.3 Вулканическая активность и её последствия в атмосфере и климате Земли.

4.2 Экспериментальные данные.

4.3 Методология.

4.4 Обсуждение результатов.

4.4.1 Солнечная и вулканическая активность: комбинированное воздействие на климат Земли, как возможная причина квази-11-летней периодичности в рядах климатических данных конца XX столетия.

4.4.2 Квази-22-летняя периодичность в когерентности солнечной активности с вариациями глобальной температуры

4.4.3 Геомагнитная активность и глобальная температура

4.5 Выводы к Главе 4.

5 Географическое распределение регионов, где наблюдаются периодичности. Чувствительность к внешним воздействиям различных климатических зон. Группы регионов со сходным поведением

5.1 Введение к Главе 5.

5.1.1 Географические зоны, в которых климатические изменения выражены наиболее ярко.

5.1.2 Приповерхностная температура воздуха и 11-летний солнечный цикл Швабе.

5.2 Экспериментальные данные.

5.3 Методология.

5.4 Обсуждение результатов.

5.4.1 Цикличности в климате.

5.4.2 Отклики климата на внешние воздействия: квази-11-летняя периодичность

5.4.3 Отклики климата на внешние воздействия: квази-22-летняя периодичность

5.4.4 Статистика наблюдаемых вейвлет-кросс-когерентностей внешних факторов и температуры на 11- и 22-летней периодичности для анализируемой сети метеорологических станций.

5.4.5 "Чувствительные" к внешним воздействиям климатические зоны.

5.5 Выводы к Главе

Основная проблема, обсуждаемая в данной диссертации, состоит в реальности декадных вариаций, наблюдаемых некоторыми авторами в климатиче-' ских данных, а также в поиске причин, которыми эти вариации могут быть вызваны. Вопрос возникает уже на стадии поиска непосредственно 11- и 22-летнего сигналов в климатических данных. Некоторые авторы находят такие сигналы в данных, другие же — нет. Но даже те, кто таковые сигналы обнаруживает, дают различные объяснения их природы. Кто-то из исследователей придерживаются точки зрения существования внешнего (внешних) фактора (факторов), ответственных за наличие таких сигналов в климате, кто-то же считает, что наблюдаемые сигналы имеют чисто климатическое происхождение, не связанное с воздействием на климат каких-либо внешних причин. Объяснением такой противоречивости получаемых результатов могут служить несколько моментов:

• декадные вариации в климате изменяются во времени, то появляясь, то исчезая по каким-либо причинам;

• декадные вариации климата могут иметь место не во всех климатических зонах;

• методы, применяемые разными авторами, далеко не всегда годятся для исследуемого ряда на рассматриваемом интервале времени.

Например, если исходить из предположения, что проявление в климате декадной вариации имеет временное распределение, то применение линейных методов к рядам, покрывающим интервалы с проявляющейся декадной вариацией и без неё, в среднем даст результат, говорящий либо об отсутствии сигнала, либо о том, что он очень слабый. А исследование отдельно взятых климатических рядов из различных географических зон может привести к противоположным результатам ввиду того, что имеет место и пространственное распределение, то есть в каких-то регионах планеты декадная вариация в климате есть, а в каких-то — нет. Таким образом, имеет место сильная нестабильность, нелинейность проявления декадных вариаций в климате.

Что касается причин декадной вариации в климате, то само значение длины периода наталкивает на предположение, что возможным внешним фактором, обусловливающим наблюдаемые в климате декадные вариации, является солнечная активность. Однако, как известно, декадные вариации солнечной активности носят достаточно стабильный характер, за исключением двух минимумов — Минимума Маундера и Минимума Дальтона, а также учитывая некоторое изменение амплитуд циклов, но декадные вариации в климате носят очень нестабильный характер, что можно предположить из противоречивости результатов, приводимых в литературе, затрагивающей обсуждаемую проблему.

Вопрос о воздействии солнечной активности на климат является исследуемым на протяжении достаточно продолжительного времени. Однако, результаты, встречающиеся в имеющейся на данный момент литературе по этой проблеме противоречивы, но каждый из них, при этом, по-своему обоснован. Объяснением такого расхождения результатов может служить ряд причин, в целом аналогичных случаю вопроса наличия декадных вариаций в климате:

• отклик климата на вариации солнечной активности на масштабах десятилетий изменяется во времени, то появляясь, то исчезая, то изменяя фазовое соотношение по каким-либо причинам;

• отклик может носить не обязательно глобальный, но распределённый каким-то образом по планете характер: солнечный декадный сигнал может прослеживаться в климате в "чувствительных" к солнечным вариациям регионах, в остальных частях планеты отклик может не наблюдаться вообще;

• методы, применяемые разными авторами, далеко не всегда годятся для исследования соотношений между двумя рядами на рассматриваемом интервале времени.

Например, коэффициент линейной кросс-корреляции между двумя рядами, связанными друг с другом только на отдельных интервалах времени и, при этом, с разными фазовыми соотношениями, может оказаться близким к нулю, хотя в реальности это означает лишь нестабильность, нелинейность связи между исследуемыми рядами. Несмотря на противоречивость результатов о связи декадных температурных вариаций с солнечной активностью, есть работы, посвящённые разработкам физических механизмов воздействия солнечной активности на климат Земли. Логичность и произведённые модельные количественные оценки влияния говорят в пользу реальности эффекта солнечной активности в климате.

Возникает вопрос о причинах, почему отклик на солнечную активность есть не всегда. Возможным объяснением может быть наличие некоего, возможно нестабильного, фактора, оказывающего воздействие на климатическую систему и "разбивающего", нарушающего или изменяющего связь между вариациями солнечной активности и климатом. Что именно может выступать в роли такого фактора, является отдельным вопросом. Однако, если говорить о каком-либо интенсивном процессе, способном оказать заметное влияние на климат, то можно предположить, что таковым является вулканизм, так как это очень мощное явление, оказывающее воздействие на климат Земли — не только локально, но и, в зависимости от типа и интенсивности извержения, — глобально.

Воздействие вулканических извержений на климат в настоящий момент является одним из бурно развивающихся направлений исследования. Неплохо изученным и доказанным является кратковременное воздействие извержений на климат. Влияние же на декадных масштабах и более не является хорошо исследованным. Что касается воздействия на атмосферу интенсивных вулканических извержений, то в этом случае возможен глобальный эффект. Например, для извержений Эль-Чичон (1982) и Пинатубо (1991) наблюдалось глобальное, в атмосфере над всей планетой, увеличение коэффициента обратного аэрозольного рассеяния.

Особенно важен и интересен тот факт, что, как было показано в работе [49], разность значений приземной температуры воздуха в годы максимумов и минимумов 11-летнего цикла солнечной активности составляет в среднем 0.2К, в то время как среднее похолодание в первый год после извержения, по данным о интенсивных извержениях XIX - первой половины XX столетия, приведённым в [225], составляет также приблизительно U.2K. Таким образом, эффекты от солнечной и вулканической активности могут быть одного порядка, но оказывать воздействие на разных масштабах: почти сразу — через 1 год (вулканизм) или же постепенно — в течение примерно 11 лет (солнечная активность). Это говорит о том, что совокупность таких факторов, как солнечная и вулканическая деятельность, может оказывать на климат комбинированное влияние, взаимоусиливающее или взаимоослабляющее воздействие каждого фактора в отдельности.

Настоящая работа посвящена исследованию декадных вариаций в климатических рядах (глобальных и региональных, по замерам сети метеорологических станций) относительно поведения внешних факторов (таких как солнечная, вулканическая и геомагнитная активность). Особое внимание уделяется:

• изучению комбинированного воздействия на климат солнечной и вулканической активности, как возможной причины проявления в климате конца XX столетия квази-11-летней периодичности;

• выявлению закономерностей проявления 22-летней вариации в когерентности солнечного и геомагнитного факторов с температурой, а также её причин;

• исследованию географического распределения откликов температурных данных на вариации внешних параметров.

Актуальность проблемы.

Исследования колебаний климата и их происхождения являются очень важными не только "в общем", но и в контексте проблемы выявления причин глобального потепления. По-прежнему окончательно не установлено, является ли единственной причиной наблюдающегося начиная приблизительно со второй половины XX столетия сравнительно интенсивного потепления климата антропогенный фактор, или же глобальное потепление может быть объяснено естественными причинами, либо комбинированным воздействием антропогенного фактора и естественных воздействий. В этом контексте интересен вопрос, а наблюдались ли подобные "глобальные потепления" в прошлом или лее нет. Вопросы о том, насколько автономной системой является климат, в какой степени он подвержен воздействиям вариаций внешних параметров, таких как солнечная активность и вулканизм, до сих пор не имеют однозначных ответов, несмотря на то, что исследования в этой области (особенно по отдельным направлениям: солнечная активность и климат, вулканическая автивность и климат) ведутся достаточно давно. И исследование роли внешних (солнечного и вулканического) сигналов в вариациях климата Земли является важным "шагом" на пути поиска ответов на поставленные вопросы.

Цель настоящей работы.

Цель настоящей работы — выяснить, присутствуют ли декадные вариации в климате Земли, попытаться установить их пространственно-временное распределение и причины, а также, что очень важно, найти возможное объяснение противоречивости представленных в литературе результатов исследований воздействия солнечной активности на климат Земли. Предлагается исследовать роль солнечного и вулканического сигналов в декадных (11-и 22-летних) вариациях климата Земли. Кроме того, предлагается обсудить возможность комбинированного воздействия на климат солнечной и вулканической деятельности. В задачи данной диссертации также входит исследование отклика климата на вариации солнечной и геомагнитной активности на 11- и 22-летних периодах как во время достаточно высокого, так и низкого, близкого к нулю, уровня вулканической активности. Кроме того, предполагается выявить и изучить географическое распределение зон, наиболее "чувствительных" к индивидуальному и комбинированному воздействию вариаций внешних факторов на частотах, соответствующих 11- и 22-летним периодичностям.

Таким образом, основные задачи данной диссертации можно сформулировать следующим набором вопросов, на которые хотелось бы получить ответы по результатам исследования:

1. Наблюдаются ли 11- и 22-летние периодичности в климате?

2. Связаны ли рассматриваемые вариации климата с солнечной активностью?

3. Насколько эта связь стабильна, или же присутствует влияние вулканического фактора?

4. Как отклик распределён пространственно и по времени?

5. Какой из солнечных процессов и на каких периодах (11 лет или 22 года) оказывает наибольшее воздействие на климат?

Научная новизна.

1. Исследована возможность обусловленности наблюдаемых в приземной температуре воздуха цикличностей комбинированным воздействием солнечной и вулканической активности на параметры нижней атмосферы Земли. Под комбинированным воздействием, в данном случае, подразумевается "благоприятное" совпадение фаз двух независимых процессов вариаций солнечной и вулканической активности), вызывающее последовательно два противоположных отклика в климате (например, потепление и похолодание). Если такое совпадение происходит хотя бы два раза подряд, то отклики на них климата искусственно образуют цикл.

2. Выдвигается гипотеза о том, что причиной наблюдаемой во многих климатических данных второй половины XX столетия квази-11-летней периодичности является комбинированное воздействие солнечной и вулканической активности.

3. Был исследован отклик климата на 11- и 22-летние вариации солнечной и геомагнитной активности при различных уровнях вулканической активности и разной степени воздействия, оказываемого вулканическими извержениями на климат Земли. В результате этого исследования были выявлены условия отклика климата на вариации солнечной активности на 11- и 22-летних периодичностях; выдвинуты гипотезы о физических процессах на Солнце, ответственных за когерентность с климатическими (температурными) факторами; обсуждаются масштабы солнечных магнитных полей, воздействующих на климат Земли посредством вариаций солнечной активности на различных периодах.

4. Исследовано географическое и временнбе распределение "чувствительных" к внешним воздействиям климатических зон на частотах, соответствующих 11- и 22-летней периодичности.

5. Установлено, какой из таких факторов, как солнечная и геомагнитная активность, и на какой частоте (соответствующей 11- или 22-летней периодичности) имеет наибольшее отражение в вариациях приземной температуры Земли.

Научная и практическая ценность.

Полученные результаты позволяют уточнить оптимальные условия (в зависимости от воздействующих факторов) и географические регионы для дальнейших исследований воздействия солнечной активности на климат Земли.

Разработанное автором программное обеспечение может быть использовано в дальнейших исследованиях по данной тематике.

Защищаемые положения.

1. Вариации отклика климата Земли на воздействие солнечного и вулканического факторов формируются в результате их комбинированного влияния: случайно-распределённые вулканические извержения, воздействуя на климат, изменяют, усиливают или ослабляют (в зависимости от фазового соотношения) вариации в температуре, обусловленные периодическим солнечным воздействием;

2. Квази-22-летпий сигнал в аномалиях глобальной приземной температуры воздуха обусловлен, вероятнее всего, вариациями солнечной активности и наблюдается в отсутствие интенсивных вулканических извержений, когда их глобальное воздействие на климат (Z^VT-индекс) практически нулевое;

3. Северо-Атлантический регион является наиболее вариабельной климатической зоной, наиболее "чувствительной" к воздействию солнечной активности на периодах 11 и 22 года;

4. Среди исследованных 11- и 22-летних вариаций солнечной и геомагнитной активности отклик в температуре на максимальном количестве станций наблюдается для 22-летних вариаций геомагнитной активности.

Личный вклад автора.

Автор принимал участие в постановке задачи, отборе и обработке экспериментального материала, в разработке, создании и тестировании программного обеспечения для обработки баз климатических данных в контексте задач данной работы, в анализе результатов. Все изложенные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами.

Апробация работы.

Результаты исследований, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на научных семинарах НИИФ СПбГУ, а также на 8 международных конференциях, 1 Всероссийской конференции и 1 международной молодёжной научной школе:

1. International conference "Problems of GEOCOSMOS-2002", St.Petersburg, Russia, May 2002;

2. "Chapman Conference on Physics and Modelling of the Inner Magnetosphere", Helsinki, Finland, August 2003;

3. IX Пулковская международная конференция "Солнечная Активность как Фактор Космической Погоды", Санкт-Петербург, ГАО, Пулково, Россия, Июль 2005;

4. "2nd European Space Weather Week", ESA, ESTEC, Nordwijk, Netherlands, November 2005;

5. International conference "Problems of GEOCOSMOS-2006", St.Petersburg, Russia, May 2006;

6. "Long-Term Trends Workshop 2006", SGO, Sodankyla, Finland, September 2006;

7. "3rd European Space Weather Week", Brussels, Belgium, November 2006;

8. "European Research Course on Atmospheres", Universite Joseph Fourier, Grenoble, et l'Observatoire de Haute Provence, France, January-February 2007;

9. XI Пулковская международная конференция "Физическая Природа Солнечной Активности и Прогнозирование её Геофизических Проявлений", Санкт-Петербург, ГАО, Пулково, Россия, Июль 2007;

10. "9th International Precipitation Conference", Paris, France, November 2007.

11. "2009 - Mechanisms of Quaternary Climate Change", Obergurgl, Austria, June 2009.

12. Всероссийская ежегодная конференция по физике Солнца "Год Астрономии: Солнечная и Солнечно-Земная Физика - 2009", Санкт-Петербург, ГАО, Пулково, Россия, Июль 2009;

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 работ, из которых: три статьи в рецензируемых научных журналах, четыре сообщения в сборниках трудов конференций и один доклад в электронном сборнике трудов конференции (в качестве первого автора), а также одна статья и одно сообщение в сборнике трудов конференции с участием в качестве соавтора.

1.' A.L. Morozova, M.I. Pudovkin, and T.V. Barliaeva, Variations of the Cosmic Ray Fluxes as a Possible Earthquake Precursor, Physics and Chemistry of the Earth (A), Vol.25, No.3, pp.321-324 (2000).

2. T.B. Барляева, М.И., Пудовкин и A.JI. Морозова, Влияние космических факторов на возникновение землетрясений, Сборник трудов конференции ТЕОФИЗИКА-99", Санкт-Петербург, 1999, стр. 8-19.

3. T.V. Barliaeva, M.I. Pudovkin, and A.L. Morozova, Variations of solar and geomagnetic activity and gradient of atmosphere pressure variations on the litosphere plate boundaries in Central Asia as a possible earthquakes precursors, Proceedings of the conference "IAC-2000", Moscow.

4. T.V.Barliaeva, M.I. Pudovkin, and A.L. Morozova, Variations of the number of weak and strong earthquakes for 1977-1988 years and their possible precursors, Physics and Chemistry of the Earth (C), Vol.26, No.10-12, pp.801-805 (2001).

5. D. I. Ponyavin, Т. V. Barliaeva, and N. V. Zolotova, Hypersensitivity of climate response to solar activity output during the last 60 years, Mem. S.A.It. Vol. 76, 1026 (2005).

6. Т. V. Barlyaeva and D. I. Ponyavin, Solar signal in climate change: cross wavelet analysis of time-series , Proceedings of 2ESWW, ESA WebSite (2005).

7. Т. В. Барляева, Д. И. Понявин, EMD и вейвлет анализ вариаций климата и солнечной активности, Сборник трудов IX международной конференции "Солнечная активность как фактор космической погоды", 4-6 июля 2005 г., ГАО, Пулково, Санкт-Петербург, 2006, с.125-132.

8. Т. V. Barlyaeva and D. I. Ponyavin, Solar and volcanic signals in climate variations, in: Proceedings of the 6th International conference "GEOCOSMOS-2006", Petrodvorets, May 23-27, 2006, eds. V. N. Troyan, V. S. Seinenov, M. V. Kubyshkina, St. Petersburg, 2006, p.266-271.

9. Т. В. Барляева, Д. И. Понявин, Когерентность солнечной и вулканической активности, Сборник публикаций XI-й Пулковской международной конференции "Физическая природа солнечной активности и прогнозирование её геофизических проявлений", 2-7 Июля 2007 г., ГАО, Пулково, Санкт-Петербург, 2007, с.31-32.

10. Т. В. Барляева, И. А. Миронова, и Д. И. Понявин, О природе декадной вариации в климатических данных во второй половине XX века, "Доклады Академии Наук", Том 425, №3, стр. 395-399 (2009).

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы из 274 наименований, содержит 220 страниц машинописного текста, включая 47 рисунков и 4 таблицы.

Основные результаты, полученные в работе

Проведено исследование воздействия солнечной и вулканической активности на декадные вариации климата Земли, позволившее получить ряд новых результатов:

1. Квази-11-летний цикл в аномалиях глобальной приземной температуры воздуха во 2-ой половине XX столетия вероятнее всего вызван комбинированным воздействием солнечной и вулканической активности вследствие "благоприятного" совпадения фаз между солнечной и вулканической активностью;

2. Квази-22-летний сигнал в аномалиях глобальной приземной температуры воздуха обусловлен главным образом вариациями солнечной активности и наблюдается в отсутствие более интенсивных факторов, таких, как извер-жения вулканов с ненулевыми значениями DVI-индекса;

3. Северо-Атлантический регион является наиболее вариабельной климатической зоной, наиболее "чувствительной" к 11- и 22-летнему солнечным сигналам.

4. Из всех изученных зависимостей от факторов солнечного происхождения отклик температуры на 22-летнюю вариацию геомагнитной активности оказывается самым глобальным (наблюдается на максимальном количестве станций).

5. Солнечная и вулканическая активность когерентны на мультидекадных масштабах в течение последних 400 лет.

Благодарность

• Автор выражает благодарность ряду организаций и фондов, при частичной финансовой поддержке которых была сделана данная работа.

Работа над кандидатской диссертацией была поддержана:

1. Грантом Администрации Санкт-Петербурга для студентов, аспирантов, молодых учёных и специалистов (2002 г.);

2. Грантом Администрации Санкт-Петербурга и Международной Со-росовской Программы Образования в Области Точных Наук (ISSEP) в рамках конкурса "Грант Санкт-Петербурга" (2002 г., 2003 г.);

3. NANSEN грантом (2003);

4. Министерством Образования и Науки Российской Федерации, грант № 37852 (2005).

• Автор выражает благодарность Аслаку Гринстеду (Aslak Grinsted), чей пакет программ (кросс-вейвлет анализ) был использован в данной диссертации.

• Автор выражает благодарность Г. Риллингу (G. Rilling), чья компьютерная программа по EMD-методу для пакета MATLAB была использована при получении части результатов, изложенных в данной диссертации.

• Автор выражает благодарность ряду исследователей за предоставление данных, необходимых для реализации исследования, но отсутствующих в общедоступных базах данных.

- Автор благодарен Йагеру Хорсту (Jager Horst) (Fraunhofer Institut fiir Atmospharische Umweltforschung, Garmisch-Partenkirchen, Germany) за данные по оптическим свойствам аэрозоля.

Автор выражает благодарность Алану Робоку (Alan Robock) за предоставленные данные по вулканическому индексу DVI без учёта вариаций температуры воздуха вследствие вулканических извержений. Автор также приносит свою благодарность сотрудникам обсерваторий, чьи данные были использованы в данной диссертации.

Заключение

В задачи данной работы входило исследование воздействия солнечной и вулканической активности на климат Земли на частотах, соответствующим 11- и 22-летним иериодичностям.

В ходе исследования были рассмотрены вариации глобальных значений приземной температуры воздуха и выявлены содержащиеся в них периодичности. Установлено, что наблюдаемые периодичности, как правило, нестабильны — в частности, квази-11-летняя периодичность наблюдается в вариациях аномалий глобальной температуры лишь во второй половине XX столетия.

Рассмотрены возможные внешние причины возникновения квази-11-летней периодичности: в частности, в работе обсуждается комбинированное воздействие солнечной и вулканической активности на приземную температуру воздуха — глобальную и по станциям, что, согласно выводам автора, и явилось причиной наблюдаемой во второй половине XX столетия квази-11-летней периодичности в климате Земли.

Для выявления связи между вариациями внешних факторов и приземной температуры воздуха были рассмотрены когерентности вариаций внешних параметров — солнечной активности и вулканической деятельности — с аномалиями вариаций глобальных значений температуры воздуха. В ходе исследования обсуждаются возможные причины наблюдаемых когерентностей и выделены наиболее вероятные из них.

Кроме того, были изучены соотношения и между самими рассматриваемыми внешними факторами. Обсуждаются наблюдаемые между ними когерентности и возможные причины их возникновения.

В спектре вейвлет-кросс-когерентности рядов вулканической активности и глобальной температуры наблюдается когерентность, соответствующая декадной вариации. Начиная примерно с 1960-х годов, 11 летняя квазипериодичность наблюдается и в спектре вейвлет-когерентности рядов солнечной активности и глобальной температуры. В результате проведенного анализа можно сделать заключение, что причиной наблюдаемой во второй половине XX века декадной вариации глобальной температуры является результат комбинированного воздействия на климат солнечной активности и вулканической деятельности. Ключевую роль в этом сыграло фазовое соотношение между сильными вулканическими извержениями и солнечными циклами. Явным образом солнечный сигнал проявляется в вариациях климата лишь при соответствующей фазовой привязке вулканической деятельности к солнечному циклу. Именно тогда складываются благоприятные условия для раскачки декадных климатических колебаний, как это имело место во второй половине ХХ-го века после сильных извержений вулканов. Выдвигается предположение, что высокий уровень когерентности между солнечным и температурным рядами с 1920 г. но 1960 г. на частоте, соответствующей квази-22-летней периодичности объясняется отсутствием вулканических извержений, влекущих сильные глобальные климатические последствия. Кроме того, предполагается, что такого рода когерентность между солнечным и температурным рядами на частоте, соответствующей квази-22-летней периодичности, существует всегда в отсутствие вулканической активности с сильными глобальными последствиями.

Чтобы установить, какой именно процесс на Солнце ответственен за наличие квази-11- и квази-22-летних сигналов в когерентности между вариациями солнечной активности и вариациями приземной температуры воздуха, была исследована вейвлет-кросс-когерентность между геомагнитной активностью и глобальной температурой. В результате проведённого исследования было установлено, что вероятнее всего, за когерентность между солнечной активностью и вариациями приземной температуры воздуха на частоте, соответствующей 11-летней периодичности, ответственны мелкомасштабные магнитные ноля солнечных пятен, а 22-летней периодичности — крупномасштабные магнитные поля солнечной короны.

Описанное выше исследование (а именно: изучение периодичностей в приземной температуре воздуха, а также когерентностей температуры с внешними процессами — солнечной, геомагнитной активностью и вулканической деятельностью) были проведены не только для значений глобальной приземной температуры воздуха, но и для данных метеорологических станций, распределённых по земному шару. Это было сделано с целыо выявления и исследования географического распределения "чувствительных" к внешним воздействиям климатических зон. Было установлено, что не всегда и не во всех регионах на планете наблюдается отклик на те или иные внешние воздействия, причём это распределение "чувствительных" зон различно для различных внешних параметров и периодичностей. В частности, интенсивные вулканические извержения влекут за собой климатические последствия, более или менее ярко отражающиеся в температурных данных большинства регионов планеты; когерентность между геомагнитной активностью и приземной температурой воздуха на 22-летней квазипериодичности наблюдается практически всегда и в большинстве регионов. Существуют географические зоны, наиболее "чувствительные" к внешним воздействиям. В этих зонах отклик на солнечный 11-летний сигнал присутствует и при низкой вулканической активности, эффект виден сам по себе, не за счёт "усиления" цикла благодаря комбинированному воздействию солнечной и вулканической активности. Для систематизации результатов, полученных в части исследования по метеорологическим станциям, была сформирована статистика наблюдения когерент-ностей между вариациями солнечной, геомагнитной активности и приземной температуры воздуха, подтвердившая выводы, полученные с помощью анализа географических распределений интенсивности наблюдения отдельно взятых когерентностей. В результате исследования, как наиболее "чувствительные" в смысле наличия когерентности с такими параметрами, как солнечная и геомагнитная активность, были выделены регионы Северо-Западной Европы, Северной Америки, Северо-Западного побережья Африки. В случае когерентности на 22-летней периодичности, к перечисленным регионам следует добавить север Индийского океана. Наименее интенсивно когерентность наблюдается на севере Южной Америки и в части Атлантики на этих же широтах. Наиболее интенсивен сигнал в случае когерентности с приземной температурой воздуха геомагнитной активности на 22-летней периодичности. Наиболее "повсеместно" распределена по планете — когерентность температуры с солнечным 11-летним сигналом. Статистика распределения секторов, где наблюдается интенсивная когерентность приземной температуры с солнечным 22-летним и геомагнитным 22-летним сигналом, ведёт себя схожим образом, но геомагнитный сигнал — гораздо интенсивнее.

1. Алексеев В.А., Некоторые особенности климатических изменений на Земле и возможная их связь с вариациями солнечной активности. - Астрономический Вестник, Т.41, №6, Стр.568-576 (2007).

2. Астафьева Н. М., Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения. Успехи Физических Наук, Т. 166, № 11, Стр. 1145-1170 (1996).

3. Вакуленко Н.В., Котляков В.М., Монин А.С., и Сонечкин Д.М., О синхронности ледниковых циклов позднего Плейстоцена с колебаниями инсоляции на экваторе. ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК (ГЕОГРАФИЯ), УДК 551.324, Том 413, №1, pp. 107-111 (2007).

4. Витязев В.В., Вейвлет-анализ временных рядов. Учебное пособие. СПб.: Издательство Санкт-Петербургского Университета, 58 стр. (2001).

5. Вовк В.Я. и Егорова Л.В., Роль солнечной активности в формировании аномального течения Эль-Ниньо. Геомагнетизм и Аэрономия, Т.47, №1, pp. 99-106 (2007).

6. Голицын Г.С. и Гинзбург А.С., Оценки возможности "быстрого" метанового потепления 55 млн. лет назад. ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, Том 413, №6, pp. 816-819 (2007).

7. Голицын Г.С., Мохов И.И., Акперов М.Г., и Бардин М.Ю., Функции распределения вероятности циклонов и антициклонов в период 1952-2000гг.: инструмент для определения изменения глобального климата. ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, Том 413, №2, pp. 254-256 (2007).

8. Давыдов А.В., Цифровая обработка сигналов. Тема Id: Аппроксимация сигналов и функций. Персональный сайт Давыдова А.В. (Уральский Государственный Горный Университет): http://prodav.narod.ru/, 13 стр. (2005).

9. Дымников В.П., Лыкосов В.Н., Воодин Е.М., Галин В.Я., Глазунов А.В., Грицун А.С., Дианский Н.А., Толстых М.А., и Чав-ро А.И., Моделирование климата и его изменений. -138 стр., (стр. 36-173).

10. Зосимович, И. Д., Геомагнитная активность и корпускулярная стабильность Солнца. Наука: Москва (1981).

11. Ипполитов И.И., Кабанов М.В., и Логинов С.В., Пространственные и временные масштабы наблюдаемого потепления в Сибири. ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, Том 412, №6, pp. 814-817 (2007).

12. Кершепгольц С.З., Баркова Е.С., и Плотников И.Я., Зависимость геомагнитных возмущений от экстремальных значений Еу-компоненты солнечного ветра. Геомагнетизм и Аэрономия, Т.47, №2, pp. 167-175 (2007).

13. Кузнецов В.В., Чернева Н.В., и Дружин Г.И., О влиянии циклонов на атмосферное электрическое поле Камчатки. ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, Том 412, №4, pp. 547-551 (2007).

14. Миронова И.А., Влияние солнечной активности на прозрачность атмосферы и оптические свойства аэрозоля. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Санкт-Петербург, 160 стр. (2005)

15. Монин А.С. и Сонечкин Д.М., Колебания климата по данным наблюдений: тройной солнечный и другие циклы. 191 стр., М.: Наука (2005).

16. Морозова А.Л., Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Санкт-Петербург (1999)

17. Мохов И.И., Безверхний В.А., Елисеев А.В., Карпенко А.А., Модельные оценки глобальных климатических изменений в XXI веке с учетом различных сценариев вариаций солнечной активности. Доклады РАН, Т.411, №2, Стр.250-253 (2006).

18. Наговицын Ю.А., Глобальная активность Солнца на длительных временах. Астрофизический Вестник, Т.43, №1, Стр.45-58 (2008).

19. Огурцов М.Г., Космогенные изотопы и их роль в современной палеоастрофизике Солнца. Геомагнетизм и Аэрономия, Т.47, т, pp. 90-98 (2007).

20. Храмова М.Н., Красоткин С.А., и Кононович Э.В., Прогнозирование солнечной активности методом фазовых средних. Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» (http://zhurnal.ape.1169 relarn.ru/articles/2001/107.pdf), стр. 1169-1176 (2001).

21. Юпгъ, Солнце. — 136 с. (в пер.).

22. Ярошевич М.И., Динамика сезонных значений суммарных ин-тенсивностей тропических циклонов. ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, Том 413, №4, pp. 549-552 (2007).

23. The ozone layer in the 21-st century.

24. Mediterranean Climate Variability Over The Last Centuries: A Review.

25. Adams B.J., Mann M.E., and C.M. Ammann, Proxy evidence for an El Nino-like response to volcanic forcing. Nature, V.426, pp. 274-278 (2003).

26. Allen M.R. and Smith L.A., Investigating the origin and significance of low-frequency modes of climate variability. -Geophysical Research Letters, V.21, No.10, pp. 883-886 (1994).

27. Ammann C.M., Joos F., Schimel D.S., Otto-Bliesner B.L., and Tomas R.A., Solar influence on climate during the past millennium: Results from transient simulatins with the NCAR Climate System Model. PNAS, V.104, No. 10, pp. 3713-3718 (2007).

28. Ammann G.M. and Naveau Ph., Statistical analysis of tropical explosive volcanism occurrences over the last 6 centuries. -Geophysical Research Letters, V.30, No.5, pp. 1210-1213 (2003).

29. Angell J.K. and Korshover J., Surface temperature changes following the six major volcanic episodes between 1780 and 1980. Journal of Climate and Applied Meteorology, V.24, pp. 937-951 (1985).

30. Baines P.G. and Folland Ch.K., Evidence for a rapid global climate shift across the late 1960s. Journal of Climate, V.20, pp. 27212744 (2007).

31. Bay R.C., Bramall N., and Buford Price P., Bipolar correlation of volcanism with millennial climate change. PNAS, V.101, No.17, pp. 6341-6345 (2004).

32. Beer J., Solar variability and climate change. Mem. S.A.It., V.76, pp. 751-754 (2005).

33. Beer J., Mende W., Stellmacher R., The role of the Sun in climate forcing. Quaternary Science Reviews, V.19, pp. 403-415 (2000).

34. Beer J., Vonmoos M., and Muscheler R., Solar variability over the past several millennia. Space Science Reviews, V.125, pp. 67-79 (2006).

35. Benestad R. E., Solar Activity and Earth's Climate. Second Edition, Springer-Praxis Publ. (2006).

36. Bertrand C., van Ypersele J.-P., and Berger A., Volcanic and solar impacts on climate since 1700. Climate Dynamics, Vol.15, pp. 355-367 (1999).

37. Bhattacharya S. and Narasimha R., Possible association between Indian monsoon rainfall and solar activity. Geophysical Research Letters, V.32, L05813 (2005).

38. Bochnfcek J. and Hejda P., The winter NAO pattern changes in association with solar and geomagnetic activity. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, V.67, pp.17-32 (2005).

39. Bojariu R. and Giorgi F., The North Atlantic Oscillation signal in a regional climate simulation for the European region. Tellus, Vol. 57A, pp. 1-13 (2005).

40. Bond G., Krorner В., Beer J., Muscheler R., Evans M.N., Showers W., Hoffmann Sh., Lotti-Bond R., Hajdas I., Bonani G., Persistent solar influence on North Atlantic climate during the Holocene. -Sciencexpress, 1065680, p.10.1126 (2001).

41. Bradley R., Has solar forcing been an important influence on climate in the late Holocene? Presentation, 63p.

42. Bradley R.S., Hughes M.K., and Diaz H.F., Climate in Medieval Time. Science, Vol. 32, pp. 404-405 (2003).

43. Bucha V., Long-term trends in geomagnetic and climatic variability. Physics and Chemistry of the Earth, Vol.27, pp.427-431 (2002).

44. Burckle L. and Grissino-Maye H.D., Stradivari, violins, tree rings and the Maunder minumum: a hypothesis. Dendrochronologia (Short article), Vol.21/1, pp.41-45 (2003).

45. Cadavid А.С., Lawrence J.К., and Ruzmaikin A., Principal Components and Independent Component Analysis of Solar and Space Data. Solar Physics, doi 10.1007/sll207-007-9026-2 (2007).

46. Camp Ch.D. and Tung K.K., Surface warming by the solar cycle as revealed by the composite mean difference projection. -Geophysical Research Letters, V.34, L14703 (2007).

47. Casty C., Climate variability over the North Atlantic/European and Alpine regions since 1500. PhD Thesis, Bern University, 2005.

48. Casty C., Raible Ch.C., Stocker Th. F., Wanner H., and Luterbacher J., A European pattern climatology 1766-2000. -Climate Dynamics, V.29, pp. 729-805 (2007).

49. Charbonneau P., Dynamo models of the solar cycle. Living Rev. Solar Phys., 2, (2005), 2.

50. Cliver E.W., Boriakoff V., and Feynman J., Solar variability and climate change: Geomagnetic aa index and global surface temperature. Geophysical Research Letters, V.25, No.7, pp. 1035-1038 (1998).

51. Connolley W. and Steig E., Moberg et al: Highly variable Northern Hemisphere temperatures? RealClimate (http://www.realclimate.org) 15 February 2005.

52. Cook E.R., Esper J., D'Arrigo R.D., Extra-tropical Northern Hemisphere land temperature variability over the past 1000 years. Quaternary Science Reviews, V.23, pp. 2063-2074 (2004).

53. Coughlin K. and Tung K.K., Eleven-year solar cycle signal throughout the lower atmosphere. Journal of Geophysical Research, V.109, D21105 (2004).

54. Coughlin K. and Tung K.K., 11- Year solar cycle in the stratosphere extracted by the empirical mode decomposition method. -Advances in Space Research, V.34, pp. 323-329 (2004).

55. Coughlin K. and Tung K.K., Empirical Mode Decomposition of climate variability. Chapter 7, pp. 173-193 (2005).

56. Coughlin К. and Tung К.К., Misleading patterns in correlation maps. Journal of Geophysical Research, V.lll, D24102 (2006).

57. Courtillot V., Gallet Y., Le Mouel J.-L., Fluteau F., and Genevey A., Are there connections between the Earth's magnetic field and climate? Earth and Planetary Science Letters, Vol. 253, pp. 328-339 (2007).

58. Crowley Th., Causes of Climate Change Over the Past 1000 Years.- Science, V.289, pp. 270-277 (2000).

59. Cubasch U., Burger G., Fast I., Spangehl Th., and Wagner S., The direct solar influence on climate: modeling the lower atmosphere.- Mem. S.A.It., Vol. 76, pp. 810-818 (2005).

60. Damon P.E. and Laut P., Pattern of Strange Errors Plagues Solar Activity and Terrestrial Climate Data. Eos, Vol. 85, No. 39, 2004, pp.370,374.

61. Dawson Ch.W., See L.M., Abrahart R.J., Heppenstall A.J., Symbiotic adaptive neuro-evolution applied to rainfall-runoff modelling in northern England. Neural Networks, Vol.19, pp.236-247 (2006).

62. Delmas R.J., Kirchner S., Palais J.M., and J.-R. Petit, 1000 years of explosive volcanism recorded at the South Pole. Tellus, Vol.44B, No.4, pp.335-350 (1992).

63. Dibike Y.B., Coulibaly P., Temporal neural networks for downscaling climate variability and extremes. Neural Networks, Vol.19, pp. 135-144 (2006).

64. Dima M. and Lohmann M., A hemispheric mechanism for the Atlantic multidecadal oscillation. Journal of Climate, V.20, pp. 2706-2719 (2007).

65. Donaruinmo Jr. J., Ram M., Stolz M.R., Sun/dust correlations and volcanic interference. Geophysical Research Letters, V.29, No.9, pp. 10.1029-10.1032 (2002).

66. Eisner J.В., Granger causality and Atlantic hurricanes. -Tellus, Vol.59A, No.4, pp.476-485 (2007).

67. Eisner J.B. and Kavlakov S.P., Hurricane intensity changes associated with geomagnetic variation. Atmospheric Science Letters, doi:10.1006/asle.2001.0040 (2001).

68. Ermakov V., Okhlopkov V., and Stozhkov Yu., Influence of Zodiac Dust on the Earth's Climate.

69. El-Askary H., Sarkar S., Chiu L., Kafatos M., El-Ghazawi Т., Rain gauge derived precipitation variability over Virginia and its relation with the El Nino southern oscillation. Advances in Space Research, V.33, 338-342 (2004).

70. Evan A.T., Heidinger A.K., and Vimont D.J., Arguments against a physical long-term trend in global ISCCP cloud amounts. -Geophysical Research Letters, V.34, L04701 (2007).

71. Feliks Y. and Ghil M., Long-term forecasting and the scientific background to Joseph's interpretation of pharaoh's dreams. -Abstract.

72. Fischer E. M., Luterbacher J., Zorita E., Tett S. F. В., Casty C., and Wanner H., European climate response to tropical volcanic eruptions over the last half millennium. Geophysical Research Letters, V.34, L05707 (2007).

73. Flandrin P., Empirical Mode Decompositions as data-driven wavelet-like expansions for stochastic processes.

74. Flandrin P., Gongalves P. and Rilling G., Detrending and denoising with Empirical Mode Decompositions. 4 p. (2004).

75. Fleer H.E., Rainfall fluctuations and sunspot variability. -Archives for Metheorology, Geophysics, and Bioclimatology, Ser. B, Vol. 30, pp. 73-85 (1982).

76. Fodor I.К. and Kamath Ch., Using independent component analysis to separate signals in climate data.

77. Foukal P., Fronlich, Spruit H., and Wigley T.M.L., Variations in solar luminosity and their effect on the Earth's climate. Nature, V.443, pp.161-166 (2006).

78. Friis-Christensen E, Do solar variations affect our climate? -Presentation (2001).

79. Friis-Christensen, E. and Lassen K., Length of the solar cycle: An indicator of solar activity closely associated with climate. -Science, V.254, pp.698-700 (1991).

80. Frick P., Galyagin D., Hoyt D.V., Nesme-Ribes E., Schatten K.H., Sokoloff D., and Zakharov V., Wavelet analysis of solar activity recorded by sunspot groups. Astronomy and Astrophysics, V.328, pp. 670-681 (1997).

81. Ghil M., The Nile River Records Revisited: How good were Joseph's predictions? -Presentation.

82. Giorgi F., Climate change hot-spots. Geophysical Research Letters, V.33, L08707 (2006).

83. Granitto P.M. , Verdes P.F., and Ceccatto H. A., Large-Scale Investigation of Weed Seed Identification by Machine Vision. -Preprint submitted to Elsevier Preprint 25 June 2004.

84. Granitto P.M., Verdes P.F., Navone H.D., and Ceccatto H.A., Artificial neural network learning on nonstationary behavior in time series. International Journal of Neural Systems, Vol. 11, No. 2, pp. 305-310 (2001).

85. Grinsted A., Moore J.C., and Jevrejeva S., Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series. Nonlinear Processes in Geophysics, Vol. 11, pp. 561-566 (2004).

86. Haigh J.D., The Sun and the Earth's climate. Living Rev. Solar Phys., 4, (2007), 2.

87. Hansen J., Johnson D. , Lacis A., Lebedeff S., Lee P., Rind D., Russel G., Climate Impact Of Increasing Atmospheric Carbon Dioxide. Science, V.213, No.4511, pp. 957-966 (1981).

88. Hansen J., Lebedeff S., Global Trends Of Measured Surface Air Temperature. Journal of Geophysical Research, V.92, No.Dll, pp. 13,345-13,372 (1987).

89. Hansen J., Ruedy R., Lo K., Glascoe J., & Sato M., GISS analysis of surf ace temperature change. (1999).

90. Hansen J., Sato M., Ruedy R., Lo K., Lea D.W., and Medina-Elizade M., Global temperature change. PNAS, V.103, No.39, pp. 14288-14293 (2006).

91. Hegerl G.C., Crowley T.J., Baum S.K., Kim K.-Y., Hyde W.T., Detection of volcanic, solar and greenhouse gas signals in paleo-reconstructions of Northern Hemisphere temperature. -Geophysical Research Letters, V.30, No.5, pp. 1242-1245 (2003).

92. Hoyt,D.V. and Schatten,K.H., The role of the Sun in climate change. Oxford Univ. Press, New-York, (1997).

93. Hoyt D.V. and Schatten K.H., Group sunspot numbers: a new solar activity reconstruction. Solar Physics, V.179, pp.189-219 (1998).

94. Hsieh W.W., Wu A., and Schabbar A., Nonlinear atmospheric teleconnections. Submitted to Geophysical Research Letters.

95. Ilin A., Valpola H., Oja E., Exploratory analysis of climate data using source separation methods. Neural Networks, Vol.19, pp.155-167 (2006).

96. Javaraiah J., North-south asymmetry in solar activity: predicting the amplitude of the next solar cycle. Mon. Not. R. Astron. Soc. 377, L34-L38 (2007).

97. Jevrejeva S., Grinsted A., and Moore J.C., Nonlinear trends and multiyear cycles in sea level records. Geophysical Research Letters, V.lll, C09012 (2006).

98. Jevrejeva S., Moore J.C., and Grinsted A., Oceanic and atmospheric transport of multiyear El Nino-Southern Oscillation (ENSO) signatures to the polar regions. Geophysical Research Letters, V.31, L24210 (2004).

99. Jones P.D., Land Surface Temperatures — Is The Network Good Enough? Climatic Change, V.31, pp.545-558 (1995).

100. Jones P.D., Mann M.E., Climate over past millennia. Rev. Geophys, V.42, pp. 1-42 (2004).

101. Jones P.D., Wigley T.M.L., Kelly P.M., Variations in Surface Air Temperatures: Part 1. Northern Hemisphere, 1881—1980. — Monthly Weather Review, V.59, No.2, pp. 59-70 (1982).

102. Kondrashov D., Feliks Y., and Ghil M., Oscillatory modes of extended Nile River records (A.D. 622-1922). Geophysical Research Letters, V.32, L10702 (2005).

103. Kopeck у M. and Kuklin G.V., One possible explanation of Maunder's minimum of sunspots. Bull. Astron. Inst. Czechosl., V.38, No.4, pp. 193-200 (1987).

104. Kovaltsov G.A., Usoskin I.G., and Mursula K., An upper limit on sunspot activity during the Maunder minimum. Solar Physics, V.224, pp.95-101 (2004).

105. Kravtsov S., Dewar W.K., Ghil M., McWilliams J.C., Berloff P., A mechanistic model of mid-latitude decadal climate variability. -Accepted to Physica D (2007).

106. Krivova N.A., Solanki S.K., and Beer J., Was one sunspot cycle in the 18th century really lost? Astronomy & Astrophysics (Letter to the Editor), V.396, pp.235-242 (2002).

107. Kull D., Connections Between Recent Water Level Drops in Lake Victoria, Dam Operations and Drought. (2006).

108. Labonte В., Sky brightness measurements at Haleakala, 1955-2002. Solar Physics V.217, pp.367-381 (2003).

109. Lamb, H.H., Volcanic dust in the atmosphere; with a chronology and assessment of its meteorological significance Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series A, Vol. 266, pp. 425-533 (1970).

110. Lassen K. and Friis-Christensen E., Variability of the solar cycle length during the past five centuries and the apparent association with terrestrial climate. J. Atmos. Terr. Phys., V.57, pp. 835-845 (1995).

111. Lassen K. and Friis-Christensen E., Reply to "Solar cycle lengths and climate: A reference revisited" by P. Laut and J. Gundermann, Journal of Geophysycal Research, V.105, pp. 27,493-27,495 (2000).

112. Laut P., Solar activity and terrestrial climate: an analysis of some purported correlations. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, V.65, pp.801-812 (2003).

113. Lee H. and Smith A.K., Simulation of the combined effects of solar cycle, quasi-biennial oscillation, and volcanic forcing on stratospheric ozone changes in recent decades. Journal of Geophysical Research, V.108, No. D2, 4049 (2003).

114. Leloup J.A., Lachkar Z. Boulanger J.-Ph. , and Thiria S., Detecting decadal changes in ENSO using neural networks. Climate Dynamics, pp.147-162, doi 10.1007/s00382-006-0173-l (2007).

115. Mangini A., Spootl C., and Verdes P., Reconstruction of temperature in the Central Alps during the past 2000 yr from 5180 stalagmite record. Earth and Planetary Science Letters, V.34, pp. 741-751 (2005).

116. Mangini A., Verdes P., Spootl C., Scholz D., Vollweiler N-, and B. Kromer, Persistent influence of the North Atlantic hydrography on central European winter temperature during the last 9000 years. r- Geophysical Research Letters, V.34, L02704 (2007).

117. Mann M.E., Climate over the past two millennia. ~~ Annu.Rev.Earth Planet. Sci. 2007.35:111-136 (2007).

118. Mann M.E., Gille E., Bradley R.S., Hughes M.K., Overpeck J., Keimig F.T., and Gross W. , Global Temperature Patterns in Past Centuries: An Interactive Presentation. Earth Interactions (http://EarthInteractions.org), Vol. 4, Paper No. 4, 29 p. (2000).

119. Mao J. and Robock A., Surface Air Temperature Simulations by AMIP General Circulation Models: Volcanic and ENSO Signals and Systematic Errors. Journal of Climate, V.ll, pp. 15381552 (1998).

120. Maraun D., What Can We Learn from Climate Data? Methods for Fluctuation, Time/Scale and Phase Analysis. PhD Thesis, Potsdam University, 2006.

121. Maraun D. and Kurths J., Cross wavelet analysis: significance testing and pitfalls. Nonlinear Processes in Geophysics, Vol. 11: pp.505-514 (2004).

122. Maraun D. and Kurths J., Epochs of Phase Coherence between ENSO and Indian Monsoon. (2005).

123. Maraun D., Kurthz J., and Holschneider M. , Nonstationary Gaussian processes in wavelet domain: Synthesis, estimation, and significance test. Physical Review E, Vol.75, 016707-01-01670714 (2007).

124. Marsh N., Bondo Т., Sensitivity of tropospheric ionization to Forbush decreases, solar cycle modulation, and long-term trends. (2006).

125. Marsh N. and Svensmark H., Cosmic rays, clouds and climate. -Space Science Reviews, V.94, pp. 215-230 (2000).

126. Marsh N. D. and Svensmark H., Low cloud properties influenced by cosmic rays. Physical Review Letters, V.85, No.23, pp. 50045007 (2000).

127. Mason B. G., Pyle D. M., Oppenheimer C., The size and frequency of the largest explosive eruptions on Earth Bulletin of Volcanology, Vol. 66, No. 8, pp. 735-748 (2004).

128. Mass C. and Robock A., The short-term influence of Mount St. Helens volcanic eruption on surface temperature in the Northwest United States. Monthly Weather Review, V.110, pp. 614-622 (1982).

129. P. N. Mayaud, J. Geophys. Res. 77, 6870 (1972).

130. Miksovsky J. and Raidl A., Testing the performance of three nonlinear methods of time series analysis for prediction and downscaling of European daily temperatures. Nonlinear Processes in Geophysics, Vol.12, pp.979-991 (2005).

131. Miletsky E.V., Ivanov V.G., Nagovitsyn YU.A., and Jungner H., Solar activity in the past: from different to combined reconstruction. Solar Physics, Vol. 224, pp.77-84 (2004).

132. Moberg A., Sonechkin D.M., Holmgren K., Datsenko N.M., & Karlen W., Highly variable Northern Hemisphere temperatures reconstructed from low- and high-resolution proxy data. Letters to Nature, V.433 (2005).

133. Mokhov I.I. and Smirnov D.A., El Nino-Southern Oscillation drives Norih Atlantic Oscillation as revealed with nonlinear techniques from climatic indices Geophysical Research Letters, V.33, L03708 (2006).

134. Moore J.C., Grinsted A., and Jevrejeva S., Is there evidence for sunspot forcing of climate at multi-year and decadal periods? -Geophysical Research Letters, V.33, L17705 (2006).

135. Mordvinov A.V. and Kuklin G.V., Hierarchy of cyclic solar activity changes. Solar Physics, V.187, pp.223-226 (1999).

136. Morgan F., Colloquium: Soap bubble clusters. Reviews of Modern Physics, V.79, No.3, pp. 821-827, July-September 2007.

137. Mosedale T.J., Stephenson D.B., Collins M., and Mills T.C., Granger Causality of Coupled Climate Processes: Ocean Feedback on the North Atlantic Oscillation. Journal of Climate - Special Section, V.19, pp. 1182-1194 (2005).

138. Mouradian Z., Gleissberg cycle of solar activity. Proc. "SOLSPA: The Second Solar Cycle and Space Weather Euroconference", Vico Equense, Italy, 24-29 September 2001 (ESA SP-477, February 2002).

139. Murphy J.O., Annual reconstruction of the Solar cycle from atmospheric 14C variations. Aust. J. Phys., V.43, pp. 357-372 (1990).

140. Newhall, Ch.G. and Self, S., The volcanic explosivity index (VEI): An estimate of explosive magnitude for historical volcanism. -Journal of Geophysical Research Vol. 87, No. C2, pp. 1231-1238 (1982).

141. Nordemann D.J.R., Rigozo N.R., and de Faria H.H., Solar activity and El-Nino signals observed in Brazil and Chile tree ring records. Advances in Space Research, Vol. 35, pp. 891-896 (2005).

142. Ogurtsov M.G., New evidence for long-term persistence in the Sun's activity. Solar Physics (2004).

143. Oman L., Robock A., Stenchikov G.L., Schmidt G.A., and Ruedy R., Climatic response to high-latitude volcanic eruptions. ~ Journal of Geophysical Research, V.110, D13103 (2005).

144. Oman L., Robock A., Stenchikov G.L., and Thordarson Th., High-latitude eruptions cast shadow over the African monsoon and the flow of the Nile. Geophysical Research Letters, V.33, L18711 (2006).

145. Oman L., Robock A., Stenchikov G.L., and Thordarson Th., Koch D., Shindell D.T., and Gao Ch., Modelling the distribution of the volcanic aerosol cloud from the 1783-1784 Laki eruption. — Journal of Geophysical Research, V.lll, D12209 (2006).

146. Ortiz-Tanchez L.E., Entropies and predictability of variability indices of the tropical Pacific. PhD Thesis, Humboldt University, Berlin, 2004.

147. Ozgiic A., Atay Т., and Rybak J., Evaluation of the short-term periodicities in the flare index between the years 1966-2002. -Solar Physics, Vol.223, pp. 287-304 (2004).

148. Palmer T.N., A Nonlinear Dynamical Perspective on Climate Prediction. Journal of Climate, pp. 575-591 (1999).

149. Panchev S. and Tsekov M., Empirical evidences of persistence and dynamical chaos in solar-terrestrial phenomena. — Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, doi:10.1016/j.jastp.2007.07.011 (2007).

150. Palus M. and Novotna D., Common oscillatory modes in geomagnetic activity, NAO index and surface air temperature records. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Vol.69, pp.2405-2415 (2007).

151. Pasotti J., Daggers Are Drawn Over Revived Cosmic Ray-Climate Link. Science, Vol.319, p. 144 (2008).

152. Patil D.J., Hunt B.R., Kalnay E., Yorke J.A., and Ott E., Local Low Dimensionality of Atmospheric Dynamics. Physical Review Letters, V.86, No.26, pp. 5878-5871 (2001).

153. Pedro J., van Ommen Т., Curran M., Morgan V., Smith A., McMorrow A., Evidence for climate modulation of the 10Be solar activity proxy. Journal of Geophysical Research, V.lll, D21105 (2006).

154. Peristykh A.N. and Damon P.E., Persistence of the Gleissberg 88-year solar cycle over the last 12,000 years: Evidence from cosmogenic isotopes. Journal of Geophysical Research, V.108, Al, 1003 (2003).

155. Pitari G. and Mancini E., Short-term climatic impact of the 1991 volcanic eruption of Mt. Pinatubo and effects on atmospheric tracers. Natural Hazards and Earth System Sciences, Vol. 2, pp. 91-108 (2002).

156. Ponyavin D.I., Solar cycle signal in geomagnetic activity and climate. Solar Physics, Vol. 224, pp. 465-471 (2004).

157. Ponyavin D.I., Barliaeva T.V., and Zolotova N.V., Hypersensitivity of climate response to solar activity output during the last 60 years, Mem. S.A.It. Vol. 76, 1026 (2005).

158. Priest E.R., Solar Magnetohydrodynamics. Dordrecht: Reidel (1987).

159. Eric R. Priest (Editor), Alan W. Hood (Editor), Advances in Solar System Magnetohydrodynamics.

160. Pudovkin, M. I., Influence of solar activity on the lower atmosphere state International Journal of Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 5, Issue 2, citepID GI2007, doi:10.1029/2003GI000060 (2004).

161. Pustil'nik L.A. and Dim G.Y., Influence of Solar activity in the state of the wheat market in medieval England. Solar Physics, Vol. 223, pp. 335-356 (2004).

162. Quayle R.G., Peterson Th.C., Basist A.N., Godfrey C.S., An operational near-real-time global temperature index. -Geophysical Research Letters, Vol. 26, No.3, pp. 333-335 (1999).

163. Radid V., Pasaric Z., and Sinik N., Analysis of Zagreb climatological data series using empirically decomposed intrinsic mode functions. Geofizika, V.21, pp. 15-36 (2004).

164. Raisbeck G.M. and Yiou F., Comment on "Millenium scale sunspot number reconstruction: Evidence for an unusually active Sun since the 1940s?" Physical Review Letters, V.92, No.19, p.199001-1 (2004).

165. Ram M. and Stolz M.R., Possible Solar influences on the dust profile of the GISP2 ice core from Central Greenland. -Geophysical Research Letters, V.26, No.8, pp. 1043-1046 (1999).

166. Ram M. and Stolz M.R., Correction to "Possible Solar influences on the dust profile of the GISP2 ice core from Central Greenland".- Geophysical Research Letters, V.26, No. 12, p. 1763 (1999).

167. Raspopov O.M., Dergachev V.A., and Kolstrom Т., Hale cyclicity of Solar activity and its relation to climate variability. — Solar Physics, Vol. 224, pp. 455-463 (2004).

168. Renssen H., van Geel В., van der Plicht J., Magny M., Reduced solar activity as a trigger for the start of the Younger Dry as? -Quaternary Science Reviews, V.68-71, pp. 373-383 (2000).

169. Reusch D.B., Alley R.B., and Hewitson B.C., North Atlantic climate variability from a self-organizing map perspective. -Journal of Geophysical Research, V.112, D602104 (2007).

170. Rigozo N.R., Nordemann D.J.R., Echer E., Zanandrea A., and Gonzalez W.D., Solar variability effects studied by tree-ring data wavelet analysis. Advances in Space Research, Vol. 29, No. 12, pp. 1985-1988 (2002).

171. Rigozo N.R., Nordemann D.J.R., Pereira de Souza Echer M., Echer E., and Prestes A., A studying of solar-ENSO correlation with southern Brazil tree-ring index (1955—1994). Climate of the Past Discussions,, V.l, pp. 215-230 (2005).

172. Rigozo N.R., Nordemann D.J.R., da Silva H.E., Pereira de Souza Echer M., Echer E., Solar and climate signal records in tree ring width from Chile (AD 1587-1994). Planetary and Space Sciences, V.55, pp. 158-164 (2007).

173. Robock A., Internally and externally caused climate change. -Journal of the Atmospheric Sciences, Vol. 35, pp. 1111-1122 (1978).

174. Robock A., Volcanic eruptions and climate. Reviews of Geophysics, V.38, No.2, pp. 191-219 (2000).

175. Robock A., Cooling following large volcanic eruptions corrected for the effect of diffuse radiation on tree rings. Geophysical Research Letters, V.32, L06702 (2005).

176. Robock A. and Free M., Ice cores as an index of global volcanism from 1850 to the present. Journal of Geophysical Research, V.100, D6, pp.11,549-11,567 (1995).

177. Robock A. and Mao J., The volcanic signal in surface temperature observations. Journal of Climate, V.8, pp. 1086-1103 (1995).

178. Rusov V.D., Glushkov A.V., Vaschenko V.N., Pavlovich V.N., Zelentsova T.N., Mihalus O.T., Tarasov V.A., Saranuk D.N., Cosmic rays and solar insolation as the main control parameters of the catastrophe theory of climatic response to orbital variations.

179. Rust B. W., Carbon Dioxide, Global Warming, and Michael Crichton's "State of Fear". Computing Science and Statistics, Vol. 37 (2006).

180. Ruzmaikin A., Feynman J., and Yung Y.L., Is solar variability reflected in the Nile river? Journal of Geophysical Research, V.lll, D21114 (2006).

181. Sato, M., Hansen J.E., McCormick M.P., and Pollack J.B., Stratospheric aerosol optical depth, 1850-1990. Journal of Geophysical Research, V.98, pp.22987-22994 (1993).

182. Scafetta N. and West B.J., Phenological solar signature in 400 years of reconstructed Northern Hemisphere temperature record. Geophysical Research Letters, V.33, L17718 (2006).

183. Scafetta N. and West B.J., Phenomenological reconstructions of the solar signature in the Northern Hemisphere surface temperature records since 1600. Journal of Geophysical Research, Vol. 112, D24S03 (2007).218219 220221 222 [223224225

184. Schatzmann J., Using Self-Organizing Maps to Visualize Clusters and Trends in Multidimensional Datasets. Final year individual project report, Imperial College, London, 132p. (2003).

185. Schlesinger E. and Ramankutty N., An oscillation in the global climate system of period 65-70 years. Nature (Letters to Nature), Vol. 367, pp. 723-726 (1994).

186. Schove D.J., Sunspot turning-points and aurorae since A.D.1510.- Solar Physics, V.63, pp.423-432 (1979).

187. Self S. The effects and consequences of very large explosive volcanic eruptions. Philosophical Transactions of the Royal Society A, Vol. 364, pp. 2073-2097 (2006).

188. Sello S. Wavelet entropy as a measure of solar cycle complexity.- Astronomy and Astrophysics, Vol. 363, pp. 311-315 (2000).

189. Sello S. Wavelet entropy and the multi-peaked structure of solar cycle maximum. New Astronomy, Vol.8, pp.105-117 (2003).

190. Shindell D.T., Schmidt G.A., Miller R.L., and Mann M.E. Volcanic and Solar Forcing of Climate Change during the Preindustrial Era.- Journal of Climate, V.16, pp. 4094-4107 (2003).

191. Solanki S.K., Usoskin I.G., Kromer В., Schiissler M., and Beer J., Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years. Nature (Letters to Nature), V.431, 1084-1087 (2004).

192. Solanki et al. reply, Reply to R.Muscheler et al. doi:10.1038/nature04045(2005) Nature (Brief Communications Arising), V.436 (2005).

193. Sole J., Turiel A., Llebot J.E., Classification of Dansgaard-Oeschger climatic cycles by the application of similitude signal processing. Physical Letters A, V.366, pp. 184-189 (2007).

194. Sole J., Turiel A., Llebot J.E., Using empirical mode decomposition to correlate paleoclimatic time-series. Natural Hazards and Earth System Sciences, V.7, pp. 299-307 (2007).

195. Soon W., Baliunas S., Idso C., Idso Sh., and Legates D.R., Reconstructing climatic and environmental changes of the past 1000 years: a reappraisal. A preprint for Energy &. Environment, 79p. (2003).

196. Spak, S., Holloway Т., Lynn В., and Goldberg R., A comparison of statistical and dynamical downscaling for surface temperature in North America Journal of Geophysical Research, Vol.112, D08101, doi:10.1029/2005JD006712 (2007).

197. Stager J.C., Ryves D., Cumming B.F., David Meeker L., and Beer J., Solar variability and the levels of Lake Victoria, East Africa, during the last millenium. J. Paleolimnol, Vol. 33, pp. 243-251 (2005).

198. Stager J.C., Ruzmaikin A., Conway D., Verburg P., and Mason P.J., Sunspots, El Nino, and the levels of Lake Victoria, East Africa. Journal of Geophysical Research, V.112, D15106 (2007).

199. Svensmark H., Influence of cosmic rays on Earth's climate. -Physical Review Letters, V.81, No.22, pp. 5027-5030 (1998).

200. Svensmark H., Cosmoclimatology: a new theory emerges. A&G, Vol.48, pp. 1.18-1.24 (2007).

201. Svensmark H. and Friis-Christensen E., Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage a missing link in solar-climate relationships - J.Atmos. Solar-Terr.Phys., Vol.59, pp. 1225-1232 (1997).

202. Terradas J, Oliver R., and Ballester J.L., Application of statistical techniques to the analysis of Solar coronal oscillations. The Astrophysical Journal, V.614, pp. 435-447 (2004).

203. Tessonne C.J., Mirasso C.R., Toral R., and Gunton J.D. , Diversity-Induced Resonance. Physical Review Letters, Vol.97, 194101 (2006).

204. Thejll P.A., Decadal power in land air temperatures: Is it statistically significant? Journal of Geophysical Research, V.106, No. D23, pp. 31,693-31,702 (2001).

205. Tinsley, B. A., Influence of solar wind on the global electric circuit, and inferred effects on cloud microphysics, temperature, and dynamics in the troposphere Space Science Reviews, 94, No. 1-2, pp. 231-258 (2000).

206. Torrence Ch. and Compo G.P., A Practical Guide to Wavelet Analysis. Bulletin of the American Meteorological Society, V.79, No. 1, pp. 61-78 (1998).

207. Torrence Ch. and Webster P.J., Interdecadal Changes in the ENSO-Monsoon System. Journal of Climate, V.12, pp. 26792690 (1999).

208. Tsonis A.A., Probing the linearity and nonlinearity in the transitions of the atmospheric circulation. Nonlinear Processes in Geophysics, Vol.8, pp.341-345 (2001).

209. Tsonis A.A., Eisner J.B., Hunt A.G., and Jagger Т.Н., Global Temperature Tendency and El Nino Frequency. 14p. (2005).

210. Tsonis A.A. and Georgakalos K.P., Observing extreme events in incomplete state spaces with application to rainfall estimation from satellite images. Nonlinear Processes in Geophysics, Vol.12, pp.195-200 (2005).

211. Tsonis A.A., Swanson K., and Kravtsov S., A new dynamical mechanism for major climate shifts. Geophysical Research Letters, V.34, L13T05 (2007).

212. Tung K.-K. and Camp Ch.D., Solar-Cycle Warming at the Earth's Surface and an Observational Determination of Climate Sensibility. Journal of Geophysical Research, 32p.

213. Turhan (Tury) Taner M., Kohonen's self organizing networks with"conscience". Kohonen's Self Organizing Maps and Their Use in Interpretation, 7p. (1997)

214. Usoskin I.G. and Kromer В., Reconstruction of the UC production rate from measured relative abundance. Radiocarbon, Vol. 47, No. 1, pp.31-37 (2005).

215. Usoskin I.G. and Mursula K., Long-term solar cycle evolution: review of recent developments. Solar Physics, V.218, pp.319343 (2003).

216. Usoskin I.G. and Mursula K., and Kovaltsov G.A., Reconstruction of monthly and yearly group sunspot numbers from sparse daily observations. Solar Physics, V.218, pp.295-305 (2003).

217. Usoskin I.G., Solanki S.K., Kovaltsov G.A., Beer J., Kromer В., Solar proton events in cosmogenic isotope data. Geophysical Research Letters, V.33, L08107 (2006).

218. Usoskin I.G., Solanki S.K., and Schiissler M., Mursula K. and Alanko K., Millennium-scale sunspot number reconstruction: evidence for an unusually active Sun since the 1940s. Physical Review Letters, V.91, No.21, 211101(4) (2003).

219. Usoskin I.G., Solanki S.K., Taricco C., Bhandari N., and Kovaltsov G.A., Long-term solar activity reconstructions: direct test by cosmogenic uTi in meteorites. Astronomy & Astrophysics, V.457, L25-L28 (2006).

220. Usoskin I.G., Voiculescu M., Kovaltsov G.A., and Mursula K., Correlation between clouds at different altitudes and solar activity: Fact or Artifact? Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Vol.68, pp.2164-2172 (2006).

221. Vatchev V., The analysis of the Empirical Mode Decomposition Method. 24 p. (2002).

222. Verdes P.F., Global Warming is driven by anthropogenic emissions: a timeseries analysis approach. Physical Review Letters, PRL 99, 048501 (2007).

223. Verdes P.F., Granitto P.M., and Ceccatto H.A., Secular behaviour of Solar magnetic activity: nonstationary time-series analysis of the sunspot record. Kluwer Academic Publishers, lip. (2004).

224. Veretenenko S.V., Dergachev V.A., and Dmitriyev P.B., Long-term variations of the surface pressure in the North Atlantic and possible association with solar activity and galactic cosmic rays. Advances in Space Research Vol. 35, pp. 484-490 (2005).

225. Veretenenko S.V. and Thejll , Effects of energetic solar proton events on the cyclone development in the North Atlantic. -Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics Vol. 66, pp. 393-405 (2004).

226. Veretenenko S.V. and Thejll, Cyclone regeneration in the North Atlantic intensified by energetic solar proton events. Advances in Space Research Vol. 35, pp. 470-475 (2005).

227. Voiculescu M., Usoskin Ilya G., and Mursula K., Different response of clouds to solar input. Geophysical Research Letters, Vol. 33, L21802, doi:10.1029/2006GL027820 (2006).

228. Wagner S. and Zorita E., The influence of volcanic, solar and CO2 forcing on the temperatures in the Dalton Minimum (1790-1830): a model study. Climate Dynamics V.25, pp.205-218 (2005).

229. Weber S.L., A timescale analysis of the Northern Hemisphere temperature response to volcanic and solar forcing. Climate of the Past, Vol. 1, pp. 9-17 (2005).

230. Weng H., The influence of the 11 yr solar cycle on the inter annual-centennial climate variability. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Vol. 67, pp. 793-805 (2005).

231. Wittmann A.D. and Xu Z.T., A catalogue of sunspot observations from 165 ВС to AD 1684■ ~ Astronomy & Astrophysics Supplement Series, Vol. 70, pp. 83-94 (1987).

232. Wu A., Hsieh W.W., Tang В., Neural network forecasts of the tropical Pacific sea surface temperatures. Neural Networks, Vol.19, pp. 145-154 (2006).

233. Yang Zh., Qi D. and Yang L., Signal Period Analysis Based on Hilbert-Huang Transform and Its Application to Texture Analysis.- 12 p. (2004).

234. Yoshimori, M., Stocker T. F., Raible С. C., and Renold M., Externally-forced and internal variability in ensemble climate simulations of the Maunder Minimum. Journal of Climate, Vol. 18, pp. 4253-4270 (2005).

235. Yousef Sh.M., Amer M., and Abdel Aty M., The sharp rise of lake Victoria, a positive indicator to Solar Wolf-Gleissberg cycles turning points. ICEHM2000, Cairo University, Egypt, September, 2000, pp. 222-234.

236. Zielinski G.A., Stratospheric loading and optical depth estimates of explosive volcanism over the last 2100 years derived from the Greenland Ice Sheet Project 2 ice core. Journal of Geophysical Research, V.100, No. D10, pp. 20,937-20,955 (1995).

237. Zolotova N.V. and Ponyavin D.I., Was the unusual solar cycle at the end of the XVIII century a result of phase asynchronization?- Astronomy & Astrophysics (Letter to the Editor), V.470, L17-L20 (2007).