Внутригодовая изменчивость температуры приземного воздуха и её моделирование для города Ставрополя

Abstract

Введение. Известно, что временной ход температуры в течение года носит сезонный характер. Однако темпы роста температуры в переходные периоды разные. Это осложняет прогнозирование такого важного, в частности для сельского хозяйства, параметра, как температура воздуха приземного слоя атмосферы. Соответственно, в статье проводится анализ внутригодовой изменчивости температуры воздуха и её сопоставление с синусоидальной моделью годового хода температуры. Материалы и методы исследований. Рассматриваются временные ряды температуры воздуха приземного слоя атмосферы для города Ставрополя и ставится задача – сравнение фактических и теоретических значений годовых амплитуд. В элементарной (синусоидальной) модели эта теоретическая величина оказывается прямо пропорциональной годовой дисперсии. Также рассмотрен временной ряд разностей температур (межмесячные изменения), так называемых дискретных производных, и проводится сравнение обычной и дискретной производной функции синуса в качестве элементарной модели годового хода температуры. Вводится новая величина – среднеквадратичное отклонение изменчивости, которое также характеризует дисперсию, но не для ряда температур, а их разностей. Результаты исследований и их обсуждение. Отмечается, что теоретическое (т.е. справедливое для синусоидальной модели) и фактическое значение амплитуды годового хода температуры достаточно хорошо согласовываются. Однако из-за непериодических отклонений разница между этими величинами может достигать 2 °С, которая на графике внутригодовой изменчивости характеризуется асимметричностью. Кроме того, рассматривается среднемноголетний годовой ход температуры и проводится его анализ с использованием дискретных производных. Показано, что отношение амплитуды годовой температуры к амплитуде дискретной производной этой величины равно циклической частоте колебаний годового хода температуры. Выводы. Полученные результаты подтверждают возможность использования синусоидальной модели годового хода температуры (хотя и с некоторыми ограничениями, связанными с асимметричностью и сдвигом внутригодовых пиковых точек). Анализ годового хода температуры с помощью дискретных производных и его сопоставление с синусоидальной моделью позволил выявить особенности среднемноголетней внутригодовой изменчивости температуры приземного воздуха для г. Ставрополя за период 1944–2022 гг. (иногда наблюдается изменение темпов нагрева или охлаждения, в редких случаях – инверсия при рассмотрении временного ряда среднемесячных температур)