Волны климата: как солнечные циклы отзываются в дождях Бразилии ✛

Оригинал: "Multidecadal Cycles Study in the Climate Indexes Series Using Wavelet Analysis in North/Northeast Brazil"
arXiv:2604.03359 · 2026-04-03 · CC BY 4.0 · 3 мин
Вейвлет-анализ 80-летних рядов выявил общие циклы у солнечной активности, океанических индексов и осадков на севере и северо-востоке Бразилии.

Солнце пульсирует медленным ритмом, и этот ритм слышен в дождях над Бразилией. Пятна на солнечном диске то густеют, то редеют примерно каждые одиннадцать лет, и вместе с ними меняется давление в Тихом океане, температура его поверхности, а затем и количество осадков на северо-востоке страны. Если климат — это оркестр, то солнечный цикл задаёт низкую басовую линию, а океан и атмосфера подхватывают её на разных инструментах.

Чтобы расслышать эту медленную музыку, учёные применили вейвлет-анализ — метод, который раскладывает длинный ряд наблюдений на волны разной продолжительности, как призма раскладывает свет на цвета. Вместо нот здесь периоды: 2,66 года, 5,33 года, 10,66 года и 21,33 года. Эти четыре волны оказались общими для трёх глобальных рядов: индекса Южного колебания (SOI), Тихоокеанской декадной осцилляции (PDO) и чисел Вольфа, которые считают солнечные пятна.

Числа Вольфа — это не температура и не яркость, а просто количество тёмных пятен на видимой стороне Солнца. Их считают с XVII века, и по ним видно, что солнечная активность дышит с периодом около 11 лет, хотя этот период может растягиваться от 8 до 17 лет.

Затем исследователи взяли ряды осадков с пяти метеостанций в аэропортах Белен, Сан-Луис, Форталеза, Натал и Фернанду-ди-Норонья за 66 лет. И там, в дождях, проступили те же периоды: 5,33, 10,66 и 21,33 года. Одиннадцатилетний цикл особенно ясно виден в Белене, Форталезе и Натале, а двадцатиоднолетний — в Белене и на острове Фернанду-ди-Норонья. Это значит, что дожди в этих местах не просто шумят случайно: они следуют ритму, который задаёт Солнце и подхватывает Тихий океан.

Кросс-вейвлет анализ показывает синхронность двух рядов: когда пики одной волны совпадают с пиками другой, на спектрограмме появляется яркая область. В паре PDO–SOI доминирует сигнал 21,33 года, а в паре солнечные пятна–SOI — 10,66 года.

Раньше было неясно, проявляются ли многодекадные циклы солнечной активности и океанических индексов в осадках конкретного региона Бразилии. Теперь показано, что в осадках пяти станций севера и северо-востока страны присутствуют те же периоды, что и в SOI, PDO и числах Вольфа. Сопоставили длинные ряды наблюдений с помощью вейвлет-анализа, который выявляет изменяющиеся во времени периодичности и их синхронность между рядами. Это не просто статистическое совпадение: общие циклы указывают на возможный механизм, связывающий солнечное воздействие с океанической циркуляцией и региональными осадками.

Для фермера, который планирует посев на годы вперёд, или для инженера, который проектирует водохранилище, такой ритм — не отвлечённая теория. Если известно, что каждые 11 или 21 год вероятность засухи выше, это можно заложить в расчёты. Результаты могут быть использованы для статистического долгосрочного прогнозирования засушливых и влажных периодов в сельском хозяйстве и управлении водными ресурсами Бразилии. Солнце продолжает играть свою медленную тему, а дожди на северо-востоке Бразилии — подпевать ей, и теперь этот дуэт слышен отчётливее.

Цикл солнечных пятен длится в среднем 11 лет, но за последние 80 лет его продолжительность менялась от 8 до 17 лет. Вейвлет-анализ позволяет увидеть эту нестабильность периода прямо на спектрограмме.

\psi(t) = \pi^{-1/4} e^{i\omega t} e^{-t^2/2}
Вейвлет Морле с угловой частотой ω=6, используемый для анализа временных рядов.
W_x(\tau, s) = \int x(t) \frac{1}{\sqrt{s}} \psi^*\left(\frac{t-\tau}{s}\right) dt
Свёртка ряда x(t) с масштабированной и сдвинутой версией материнского вейвлета.
Учёные
Ludwig BoltzmannHenri PoincaréJohn von NeumannJosiah Willard Gibbs
Понятия
декадная изменчивость солнечный цикл сезонный цикл тихоокеанская декадная осцилляция атлантическая мультидекадная осцилляция межгодовая изменчивость многомерный индекс ЭНСО сезонный форсинг климат OISST v2.1 NOAA CPC тропический циклон диполь индийского океана энсо Ниньо 4 смешанные моды колебаний gpcp IRI модель Зебиака–Кейна