Yugra State University BulletinYugra State University BulletinВестник Югорского государственного университета1816-92282078-9114Yugra State University10723510.18822/byusu20220179-100Mathematical modeling and information technologyМатематическое моделирование и информационные технологииResearch ArticleStudy of consistency of changes in heliocosmic and climatic variables under global warming based on wavelet phase analysisИсследование согласованности изменений гелиокосмических и климатических переменных в условиях глобального потепления на основе вейвлетного фазового анализаAlekseevValeriy I.АлексеевВалерий Иванович
Russian Federation

Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Digital Technologies, Institute of Digital Economy

доктор технических наук, профессор кафедры цифровых технологий Института цифровой экономики

v_alekseev@ugrasu.ruYugra State UniversityФГБОУ ВО «Югорский государственный университет»10052022181791000905202209052022Copyright ©; 2022, Yugra State UniversityCopyright ©; 2022, Югорский государственный университет2022Yugra State UniversityЮгорский государственный университетhttps://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0https://vestnikugrasu.org/byusu/article/view/107235

The relevance of the research is due to the need to establish the true causes and regularities of temperature changes in countries and continents and climate on Earth.

Objective: to establish the regularities and causes of changes in heliocosmic and climatic variables under conditions of global warming.

Objects: time series of heliocosmic, global and regional climatic variables, magnetic fields of the Sun and the Earth.

Methods: the wavelet phase method of interaction of a variable with groups of heliocosmic and climatic factors, magnetic fields of the Sun and the Earth in frequency and time domains, the comparative analysis developed by the author.

Results: 1. In the wavelet phase-frequency domain on the strength of the influence of solar energy, heliocosmic variables, changing barycentric movements of the Sun, gravitational forces, temperature changes in countries and continents, parts of the world, are divided into several classes, significantly, positively and negatively coordinated with changes of barycentric movements of the Sun, heliocosmic variables; distribution of classes of temperature changes on continents significantly coordinated with the distribution of the anomalous magnetic field of Earth with poles 2. At the same time there is a high consistency of changes in geographical and magnetic poles of the Earth, changes in global temperature, temperature in the zone 60-85⁰ N, in the northern hemisphere, in the Arctic with changes in the magnetic fields of the Sun and Earth, solar wind, consistent with changes in the barycentric movements of the Sun, heliocosmic variables; there is a relatively low influence of the solar magnetic field changes on temperature change in the southern hemisphere. 3. On graphs of changes of phase-time characteristics of temperature variables in modernity in countries and continents, temperatures in Arctic zones of Northern hemisphere, precipitation in areas of Arctic seas, anomalies of annual sums of direct solar radiation, solar lights on territory of Russia, heliacosmic and climatic factors determining climate on Earth, received in different time intervals, differently, chaotically changing phase structures are displayed, changing according to changes of baricenter motion.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью установления истинных причин и закономерностей изменений температур в странах и континентах, климата на Земле.

Цель: установление закономерностей и причин изменений гелиокосмических, климатических переменных в условиях глобального потепления.

Объекты: временные ряды гелиокосмических, глобальных и региональных климатических переменных, магнитных полей Солнца и Земли.

Методы: разработанный автором вейвлетный фазовый метод взаимодействия переменной с группами гелиокосмических и климатических факторов, магнитных полей Солнца и Земли в частотной и временной областях, сравнительный анализ.

Результаты: 1. В вейвлетной фазо-частотной области по силе влияния солнечной энергии, гелиокосмических переменных, изменяющиеся барицентрическими движениями Солнца, гравитационными силами, изменения температур в странах и континентах, в частях света, разделяются на несколько классов, значительно, положительно и отрицательно согласованные с изменениями барицентрических движений Солнца, гелиокосмических переменных; распределения классов изменений температур на континентах значительно согласованы с распределением аномального магнитного поля Земли с полюсами в Канаде, Восточной Сибири (Якутии), Бразилии, Южной Америке и Африке, Антарктике, в странах Среднего и Бижнего Востока. 2. При этом наблюдается высокая согласованность изменений географического и магнитных полюсов Земли, изменений глобальной температуры, температуры в зоне 60-85⁰ с.ш., в северном полушарии, в Арктике с изменениями магнитных полей Солнца и Земли, солнечного ветра, согласованные с изменениями барицентрических движений Солнца, гелиокосмических переменных; наблюдается сравнительно низкое влияние изменений магнитного поля Солнца на изменение температуры в южном полушарии. 3. На графиках изменений фазо-временных характеристиках температурных переменных в современности в странах и континентах, температур в арктических зонах Северного полушария, осадков в районах арктических морей, аномалий годовых сумм прямой солнечной радиации, солнечного сияния по территории России, гелиокосмических и климатических факторов, определяющих климат на Земле, полученных в разных интервалах времени, отображаются разнонаправленно, хаотически изменяюшиеся фазовые структуры, переходящие в соответствии с изменениями барицентрических движений Солнца, в организованные однонаправленно изменяющиеся структуры, приводящие к усилению естественного парникового эффекта, усилению взаимодействия, генерации парниковых газов и приземной температуры в атмосфере с проявлением глобального потепления – явления, наблюдаемого в самоорганизующихся сложных динамических системах.

time series of heliospace and climate variableswavelet phase-frequency and phase-time signal characteristicsself-organizing climate systemgreenhouse effectglobal warmingвременные ряды гелиокосмических и климатические переменныхвейвлетные фазо-частотные и фазо-временные характеристики сигналасаморганизующаяся климатическая системапарниковый эффектглобальное потеплениеАлексеев, В. И. Исследование изменений глобального климата как сложной системы с использованием вейвлетных фазо-частотных функций, фазо-частотных и фазо-временных характеристик гелиокосмических и климатических переменных. Часть 1 / В. И.Алексеев. – Текст : непосредственный // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2020. – Т. 331, № 7. – С. 238–250.Алексеев, В. И. Исследование изменений глобального климата как сложной системы с использованием вейвлетных фазо-частотных функций, фазо-частотных и фазо-временных характеристик гелиокосмических и климатических переменных. Часть 2 / В. И.Алексеев. – Текст : непосредственный // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2020. – Т. 331, № 8. – С. 99–111.Алексеев, В. И. Применение вейвлетного фазового метода исследований сигналов к анализу асимметричных барицентрических движений Солнца и изменений процессов, происходящих на Солнце, околоземном пространстве и в недрах Земли / В. И. Алексеев. – Текст : непосредственный // Вестник Югорского университета. – 2020. – № 3 (58). – С. 7–35.Long-term temperature record: Australian Climate Observations Reference Network – Surface Air Temperature // Australian Government. – 2018. – URL: http://www.bom.gov.au/climate/data/acornsat/ (date of application: 15.01.2022).Global and European temperature // Europian Environment Agency. – 2012. – URL: https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/indicators/global-and-european-temperature/global-and-european-temperature-assessment-1 (date of application: 15.01.2022).Kozin, D. Russia’s Leading Climate Change Expert Gives Sober Prognosis / D. Kozin // The Moskow Times. – 2021. – URL: https://www.themoscowtimes.com/2020/04/03/russias-leading-climate-change-expert-gives-sober-prognosis-a69822 (date of application: 15.01.2022).Temperature in Polar regions: Arctic and Antarctic // Climate4yoy. – 2020. – URL: https://www.climate4you.com/Polar%20temperatures.htm#Diagram%20ArcticMAAT (date of application: 15.01.2022).Toward a Resilient Canadian Agriculture and Argi-Food System: Adapting to Climate Change // House of commons Chambre des Communes. – 2020. – URL: https://www.ourcommons.ca/documentviewer/en/42-1/agri/report-11/page-30 (date of appli-cation: 15.01.2022).Michaels, P. J. Greenland Melt ‘Off the Chart? / P. J. Michales // Cato Institute. – 2018. – URL: https://www.cato.org/blog/greenland-melt-chart (date of application: 15.01.2022).Climate Change and its Influence on Active Layer Depth in Central Yakutia / A. Desyatkin, P. Fedorov, N. Filippov, R. Desyatkin. – DOI: 10.3390/land1001003 // MDPI. – 2021. – URL: https://www.mdpi.com/2073-445X/10/3/htm (date of application: 15.01.2022).Annual State of the Climate of South Africa // Weathersa. – 2019. – URL: https://www.weathersa.co.za/Documents/Corporate/Annual%20State%20of%20the%20Climate%202019.pdf (date of application: 15.01.2022).Indian Cities Are Getting Hotter And 2015 Was The Hottest Year : NASA Reports // The Log-ical Indian. – 2016. – URL: https://thelogicalindian.com/others/mumbai-average-temperature-up-2-4-c-over-124-years/ (date of application: 15.01.2022).Average annual temperature in the U.S. from 1895 to 2021 (In Fahrenheit) // Statista. – URL: https://www.statista.com./statistics/500472/annual-average-temperature-in-the-us/ (date of application: 15.01.2022).Irland mean temperature // Ask about Ireland. – 2013. – URL: https://www.askaboutireland.ie/learning-zone/secondary-students/cspe/stewardship/Change/climate-change/our-changing-climate/ (date of application: 15.01.2022).Müller, G. V. Observed and Projected Changes in Temperature and Precipitation in the Core Crop Region of the Humid Pampa, Argentina / G. V. Müller, M. A. Lovino, L. C. Sgroi. – DOI: 10.3390/cli9030040 // Climate. – 2021. – Vol. 9 (3). – P. 40. – URL: https://www.mdpi.com/journal/climate (date of application: 15.01.2022).Comparative Analysis of China Surface Air Temperature Series for the Past 100 Years / L. Zhang, H. Liu, Y. Ding [et al.] // ScienceDirect. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674927810500029 (date of application: 15.01.2022).The Discovery of Global Warming // AIP. – 2021. – URL: https://history.aip.org/climate/20ctrend.htm (date of application: 15.01.2022).Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2020 год. – Москва : Росгидромет, 2021. – 104 с. – Текст : непосредственный.Dickey, J .O. Earth rotation / J .O. Dickey // Global Earth Physics: a handbook of physical constants American Geophysical Union / ed. by T. J.Ahrens. –Washington : American Geo-physical Union, 1995. – P. 356–368.Earthquare Statistics // BGR. – 2018. – URL: https://www.bgr.bund.de/EN/Themen/Seismologie/Seismologie/Erdbebenstatistik/erdbebenstatistik_node_en.htm (date of application: 15.01.2022).New studies confirm weakening of the Gulf Stream circulation (AMOC) // RealClimate. – 2020. – URL: https://www.realclimate.org/index.php/archives/2020/09/new-studies-confirm-weakening-of-the-gulf-stream-circulation-amoc/ (date of application: 15.01.2022).Climate variability: the example of the North Atlantic Oscillation // Encyclopedia of the En-vironment. – 2019. – URL: https://www.encyclopedie-environnement.org/en/climate/climate-variability-example-north-atlantic-oscillation/ (date of application: 15.01.2022).Охлопков, В. П. Основные периодичности движения Солнца относительно центра масс солнечной системы и солнечная активность / В. П. Охлопков. – Текст : непосредствен-ный // Вестник московского университета (ВМУ). Серия Физика. Астрономия. – 2011. – № 6. – С. 138–142.Большаков, В. А. Новая концепция орбитальной теории палеоклимата / В. А. Большаков. – Москва : МГУ, 2003. – 256 с. – Текст : непосредственный.Zerbo, J.-L. Geomagnetism during solar cycle 23: Characteristics / J.-L. Zerbo, Ch. Amory-Mazaudier, F. Ouattara // ScienceDirect. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123212000689 (date of application: 15.01.2022).Бялко, А. В. Палеоклимат: дополнения к теории Миланковича / А. В. Бялко. – Текст : непосредственный // Природа. – 2009. – № 12. – С. 18–28.Climate change is making UAE hotter – a trend that will continue // UAE. – 2021. – URL: https://www.thenationalnews.com/uae/environment/climate-change-is-making-uae-hotter-a-trend-that-will-continue-1.1249027 (date of application: 15.01.2022).Temperature Bar Chart Middle // Wikimedia commons. – 2021. – URL: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Temperature_Bar_Chart_Middle_East-Iraq--1901-2020-2021-07-13.png (date of application: 15.01.2022).On September 13, 1922, Al Aziziyah, in Libya, reported the highest temperature ever record-ed. According to their claims, how hot did it get that day? // Quora. – 2022. – URL: https://www.quora.com/On-September-13-1922-Al-Aziziyah-in-Libya-reported-the-highest-temperature-ever-recorded-According-to-their-claims-how-hot-did-it-get-that-day (date of application: 15.01.2022).LaFond, K. Infographic: Syria Drought and Climate Change / K. LaFond // Circle of blue. – 2016. – URL: https://www.circleofblue.org/2016/middle-east/infographic/ (date of applica-tion: 15.01.2022).Glausiusz, L. Discounting Climate Change in Israel / L. Glausiusz // The Themes of Israel. – 2020. – URL: https://blogs.timesofisrael.com/discounting-climate change-in-israel/ (date of application: 15.01.2022).Climate change and human health: Spatial modeling of water availability, malnutrition, and livelihoods in Mali, Africa / M. M. Jankowska, D. Loper-Carr, C. Funk [et al] // Semantic Scholar. – 2012. – URL: https://www.semanticscholar.org/paper/Climate-change-and-human-health%3A-Spatial-modeling-Jankowska-L%C3%B3pez-Carr/cb1ede511166f98d92e0775e97904b3732a08a6c (date of application: 15.01.2022).Jonson, S. K. Hurricane Harvey was fueled by record heat in the Gulf of Mexico / S. K. Jonson // ARSTechnica. – 2018. – URL: https://arstechnica.com/science/2018/05/hurricane-harvey-was-fueled-by-record-heat-in-the-gulf-of-mexico/ (date of application: 15.01.2022).Kahn, B. Of Brazil, the World Cup and Climate Change / B. Kahn // Climate Central. – 2014. – URL: https://www.climatecentral.org/news/brazil-world-cup-climate-change-17542 (date of application: 15.01.2022).Богатырева, М. А. Проявление современных изменений климата на территории Курской области / М. А. Богатырева. – Текст : электронный // Центральный научный вестник. – 2013. – URL: http://cscb.su/n/011601/011601017.htm (дата обращения: 15.01.2022).Owens, M. J. Global solar wind variations over the last four centuries / M. J. Owens, M. Lockwood, P. Riley // Scientific reports. – 2017. – URL: https://www.nature.com/articles/srep41548 (date of application: 15.01.2022).Семенов, С. М. Парниковый эффект: Открытие, развитие, концепции, роль в формировании глобального климата и его антропогенных изменений / С. М. Семенов. – Текст : электронный // Фундаментальная и прикладная климатология. – 2015. – № 2. – С. 103–124. URL: http://downloads.igce.ru/journals/FAC/FAC2015/FAC20152/SemenovSMFAC2015N204122015.pdf (дата обращения: 15.01.2022).Webster, B. Theory of ‘Greenhouse Effect’ Of Sun's Rays Is Challenged / B. Webster // The New York Times Archives. – 1975. – № 3. – URL: https://www.nytimes.com/1975/11/03/archives/theory-of-greenhouse-effect-of-suns-rays-is-chal-lenged.html#:~:text=The%20generally%20accepted%20%E2%80%9Cgreenhouse%E2%80%9D%20theory,in%2C%20keeping%20the%20planet%20comfortable. (date of application: 15.01.2022).Svalgaard, L. Prediction of Solar Cycle 25 / L. Svalgaard // LASP. – 2020. – URL: http://lasp.colorado.edu/media/projects/SORCE/meetings/2018/final/OralPDFs/54Svalgaard.pdf (date of application: 15.01.2022).Ерашов, В. М. Магнитное поле влияет на скорость вращения Земли / В. М. Ерашов. – Текст : электронный // Кубрик. – URL:http://www.randewy.ru/gml/erashov63.html (дата обращения: 15.01.2022).Кокоуров, В. Д. Многолетние изменения в системе Солнце-Земля / В. Д. Кокоуров. – Текст : электронный // Солнечно-Земная физика. ИСЗФ. СО РАН. – 2016. – URL: http://space.msu.ru/irkutsk/kok/changes.htm (дата обращения: 15.01.2022).Alken, P. International Geomagnetic Reference Field: the thirteenth generation / P. Alken, E. Thébault, B. Zhou // Springer Open. – 2021. – URL: https://earth-planets-space.springeropen.com/articles/10.1186/s40623-020-01288-x (date of application: 15.01.2022).Dickey, J. O. Earth rotation / J. O. Dickey // Global Earth Physics: a handbook of physical constants American Geophysical Union / ed. by T. J. Ahrens. – Washinton American Gophisi-cal Union, 2020. – P. 356–368.Еськов, К. Ю. Удивительная палеонтология. История Земли и жизни на ней / К. Ю. Еськов. – Москва : ЭНАС-КНИГА, 2017. – 320 с. – Текст : непосредственный.Nicolis, G. Self-Organization in Nonequilibrium Systems: From Dissipative Structures to Order through Fluctuations / G. Nicolis, I. Prigogine. – New York : Wiley, 1977. – 491 p.Алдонин, А. Структурный анализ самоорганизующихся систем : монография / А. Алдонин ; Сибирский федеральный университет. – Красноярск, 2019. – 344 с. – URL: https://www.litres.ru/gennady-alonin/strukturnyy-analiz-samoorganizuschissya-sistem-40133576/ (дата обращения: 15.01.2022). – Текст : электронный.Cassani, A. Belousov-Zhabotinsky Type reactions^the non-linear behavior of chemical sys-tems / A. Cassani, A. Monteverde, M. Pimetti // Journal of mathematical chemistry. – 2021. – Vol. 59. – P. 792–826.