11-летний цикл солнечной активности и вариации глобальных полей общего содержания озона и метеопараметров нижней стратосферы

Приведены результаты анализа фазовых соотношений между квазидесятилетними вариациями (КДВ) солнечной активности (СА) и КДВ среднезональных, с шагом 5о по широте, и глобально-усредненных значений ряда параметров нижней стратосферы и общего содержания озона (ОСО). На основе данных NCEP-NCAR за 1949 – 2015 гг. были сформированы ряды температуры, меридиональной и зональной компонент скорости ветра и геопотенциальной высоты (90оS – 90оN) для уровней 50 и 100 мб. Ряды ОСО (65оS – 65оN) за 1979-2015 гг. были сформированы на основе базы данных SBUV/SBUV2 (SBUV merged total and profile ozone data, Version 8.6) Для анализа вариаций ОСО в полярных и приполярных широтах обоих полушарий (90оS – 90оN) использовалась база данных Bodeker Scientific Combined Total Column Ozone Database. Анализ временной и пространственной изменчивости КДВ метеопараметров и ОСО осуществлялся методами корреляционного, а также Фурье, композитного и кросс-вейвлетного анализа.
По данным Фурье-анализа за период с 1979 по 2015 гг. в области 8-13 лет в спектрах ОСО основные колебания (доверительная вероятность более 95%) имеют период от 116 до 140 мес., в ряде широт дополнительно наблюдаются колебания с периодами от 87 до 96 мес. В спектрах температуры и геопотенциальной высоты (50 и 100 мб) значимые колебания с периодами 95-102 и 127-148 мес. располагаются в широтной зоне 90оS-50 оN. Для меридионального и зонального ветра характерны колебания с периодами 85-100, 120- 150 мес., значимость которых меняется с широтой.
Изменчивость с широтой спектрального состава колебаний обуславливает изменчивость фазовых соотношений между вариациями солнечной активности, КДВ ОСО и метеопараметров нижней стратосферы. Максимумы КДВ ОСО на 20 мес. опережают максимумы СА в северных умеренных и высоких широтах и отстают настолько же в высоких широтах Южного полушария. Вблизи (35-40) оS знак лага меняется на противоположный. Значимые коэффициенты корреляции между СА, температурой и геопотенциальной высотой наблюдаются в широтной зоне 90оS – 55оN. В среднем фаза температуры отстает от вариаций СА примерно на один год, а фаза геопотенциальной высоты на полгода. Для меридионального и зонального ветра фазовые соотношения с 11-летним циклом СА меняются с течением времени и от зоны к зоне, а положение максимумов КДВ возможно связано с зонами смены направления ветра.
Предположено, что найденные "отрицательные" лаги связаны с тем, что максимальный отклик ОСО на вариации СА связан не со средним положением максимума СА, а с фазой быстрого роста солнечной активности в начале каждого цикла, а изменчивость во времени фазовых соотношений между СА, ОСО и параметрами нижней стратосферы определяются интерференционными эффектами, возникающими в результате биений между колебаниями солнечной активности и собственными колебаниями системы атмосфера-океан (или второй гармоники (~112 мес.) нутационного периода (18.6 лет) изменений приходящей солнечной радиации).
Количественные оценки фазовых соотношений между вариациями солнечной активности и различными параметрами нижней стратосферы на основе данных, охватывающих весь земной шар (90оS – 90оN) большей частью получены впервые.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект №14-05-00127.