Солнечные пятна и разливы Параны ✎

Оригинал: "Solar Forcing of the Streamflow of a Continental Scale South American River"
arXiv:0810.3882 · 2008-10-21 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 3 мин
Сток крупнейшей реки Южной Америки на протяжении века повторяет ритм солнечной активности.

Контекст

Работа стоит на отшибе: ближайшие соседи в архиве изучают солнечные циклы, приливные ритмы Солнца, космическую погоду и прогнозы, помнящие о цикле. Но почти никто не связывает солнечную активность напрямую с расходом воды в конкретной континентальной реке. Вокруг уже накоплены данные о влиянии Солнца на осадки в Азии, Африке и Мексике, а также о связи облачности с космическими лучами. Эта статья делает следующий шаг: берёт не осадки, а интегральный показатель — сток реки, который усредняет осадки, испарение и инфильтрацию по огромной территории.

Методы

Авторы взяли ежедневные измерения стока Параны на гидропосту в городе Корриентес, в 900 км от устья, за период с 1904 года. Гидрологический год реки идёт с сентября по август, поэтому ряды строили по этим интервалам. Для солнечной активности использовали международное число солнечных пятен и реконструкцию солнечной irradiance (потока энергии) по Вангу и др. Тренды убирали низкочастотным фильтром с отсечкой 50 лет, а солнечный цикл сглаживали скользящим средним за 11 лет. Корреляции проверяли параметрическим тестом Стьюдента и непараметрическим тестом случайных фаз.

Результаты

На многодесятилетнем масштабе сток Параны и число солнечных пятен идут почти синхронно: коэффициент корреляции Пирсона r=0.78, значимость выше 99.99% по t-тесту и 99.6% по тесту случайных фаз. С реконструкцией irradiance корреляция чуть ниже, r=0.69. Связь с галактическими космическими лучами (по нейтронному счёту в Клаймаксе) и геомагнитным индексом aa оказалась слабее, что указывает на более прямой эффект irradiance, а не на механизм через облачность. На коротких временах, после вычитания 11-летнего сглаживания, сток сильно коррелирует с индексом Эль-Ниньо 1+2 (r=0.65, значимость >99.99%). Пики стока 1982 и 1997 годов совпадают с исключительными Эль-Ниньо.

Значение

В отличие от соседних работ, которые изучают солнечные циклы сами по себе или их влияние на атмосферу в глобальном масштабе, эта статья привязывает солнечный сигнал к конкретному водному объекту континентального масштаба. Она показывает, что солнечная активность меняет не только температуру или осадки в среднем, но и распределение влаги по регионам: в юго-восточной Южной Америке высокая активность Солнца совпадает с более влажными условиями, тогда как в Восточной Африке и на Юкатане — с засухами. Это подчёркивает, что солнечное воздействие на климат не глобально однородно, а перераспределяет влагу через циркуляцию атмосферы.

Развитие

Тема может развиваться в сторону совместного использования солнечных индексов и индексов Эль-Ниньо для статистических моделей прогноза стока. Если корреляции сохранятся на независимых данных, появится возможность предупреждать о наводнениях за несколько месяцев или лет. Также перспективно проверить, воспроизводят ли климатические модели с заданным солнечным форсингом наблюдаемую связь с речным стоком в этом регионе.

Влияние

Результат напрямую касается гидрологии, климатологии и прогнозирования природных катастроф. Он может быть полезен для планирования сельского хозяйства, гидроэнергетики и судоходства в бассейне Параны.

Следующие шаги

Проверить устойчивость корреляций на независимых периодах и для других рек региона, например Игуасу. Построить прогностическую модель, объединяющую солнечный индекс и Эль-Ниньо, и оценить её оправдываемость на ретроспективных данных.

Ключевые проблемы

Для гидрологии ключевая нерешённая проблема — разделение вкладов естественной изменчивости (солнечной, океанической) и антропогенного изменения климата в режим речного стока. Эта работа показывает, что на многодесятилетних масштабах солнечный сигнал может быть сопоставим с трендом, вызванным другими факторами, и его необходимо учитывать при атрибуции изменений.

Во время наводнения 1997 года под водой оказалось 180 000 квадратных километров — это больше площади Греции. Эвакуировать пришлось 125 000 человек, погибли 25.

S = (63.6 \pm 59.3) \cdot SN_f + (3.6 \pm 0.6) \times 10^2 \cdot N12 + (6.5 \pm 1.3) \times 10^4
S — сток, SN_f — сглаженное число солнечных пятен, N12 — индекс Эль-Ниньо 1+2. Коэффициенты получены по данным 1949–1999 годов, корреляция r=0.66.

Ключевые числа

  • r (сток и солнечные пятна): 0.78
  • r (сток и Эль-Ниньо 1+2): 0.65
  • площадь бассейна Параны: 3 100 000 км²
  • средний сток в конце XX века: 20 600 м³/с
  • ущерб от трёх крупнейших наводнений XX века: 5 млрд долларов
Понятия
эль-ниньо сезонный форсинг ла-нинья муссон межгодовая изменчивость энсо Ниньо 1.2 океаническое течение сезонный цикл IRI южная осцилляция климат солнечная корона северное экваториальное противотечение осадки солнечный цикл тропический циклон NOAA CPC напряжение ветра обратная связь Бьеркнеса