КЛИМАТЪТ НА ЦЕНТРАЛНА ЮЖНА БЪЛГАРИЯ ПРЕЗ XVIII-XX ВЕК- ТОПЛОТО ППОЛУГОДИЕ ПО ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧНИ ДАННИ. ВРЪЗКИ СЪС СЛЪНЧЕВАТА АКТИВНОСТ
Борис Комитов
Институт по астрономия-БАН
6003 Стара Загора
b_komitov@ sz.inetg.bg
Владимир Владимиров
Yale University, Dept. of Physics
vladimir@yale.edu
1. Цел на изследването
Една от характерните особености на климата на България, през ХХ век, установена на базата на редиците от инструментални данни е присъствието на силен 20-22 годишен цикъл в количеството на валежите и средните температури през топлото полугодие . [1] Той е изразен най - добре в районите с по-силно средиземноморско влияние и значително отслабва на север от Стара планина, както и в причерноморските райони на страната.
20-22 годишни колебания на климата, свързани с магнитния /хейловски/ слънчев цикъл, са установени за много райони по света. В едно от най-известните изследвания в тази насока се проследяват 20-22 годишни колебания на валежите в западната част на САЩ в продължение на повече от 300 години , започвайки от 1600-та година [2]. Анализът се основава на дендрохронологични данни /ширините на годишните кръгове на секвоя/. Авторите на тази работа /Митчел и др./ показват, че тези колебания периодически се усилват и отслабват , очевидно модулирани от слънчево-обусловени цикли с векова и свръхвекова продължителност.
Тези констатации по естествен начин налагат въпроса - дали откритите 20-22 годишни колебания на климата и в други райони на света, и в частност в България, не изпитват амплитудна модулация от цикли с по-голяма продължителност? Отговорът на този въпрос не може да бъде получен на основата на инструменталните метеорологични редици и затова се налага ползуването на по-дълги редове от косвени данни. Както и в случая с цитираната по-горе работа , най - подходящи се оказаха тези, получени от дендрохронологични наблюдения.
2. Данни и метод
Използувани бяха три цилиндрични среза от стволовете на букови дървета // , отрязани при промишлен дърводобив през м.юни 1983 година в района на мина 'Паисий' /община Гурково, област Стара Загора/ , Средна Стара планина. Образците са на възраст съответно 209, 147 и 125 години. Всички описани по-долу резултати и изводи се основават главно на данните от най-стария образец, от който са ползувани ширините на годишните кръгове, отнасящи се за последните 200 години от живота му. По-младите образци са използувани най-вече за паралелен контрол.
Ширините на годишните кръгове са измерени с помощта на микрометрична мрежа с точност 0.2 мм. Данните са изгладени посредсвом процедура за пълзящо усредняване по пет точки.
Така получените редици от данни са изследвани за наличието на цикли с помощта на T-R периодограмен анализ [1,3,4]. Мощностната модулация на 20-22 годишния цикъл в различните части на изследваните временни редове е изследвана по описания в [3,4 ] метод въз основа на интегралния мощностен показател S. Той е изчислен за последователни 'плаващи епохи' от временния ред на изгладените ширини на годишните пръстени d , всяка от които е с дължина от по 30 години. Стъпката на отместване между съседните плаващи епохи е 1 година. В качеството на 'честотен прозорец' на 20-22 годишния цикъл е избран интервал от периоди в границите 17 ( Т ( 24 години.
Бяха потърсени най-добрите регресионни връзки между изгладените данни на ширините на годишните пръстени на буковите образци и съответните изгладени данни за валежите и температурите през топлото и студеното полугодие в пет близки метеорологични станции - Казанлък, Стара Загора, Сливен, Велико Търново и Габрово. Намерените връзки се отнасят за епохата след 1899 -та година, от която може да се приеме, че действува националната метеорологична мрежа и се издава 'Метеорологичният годишник на България'[5].
3. Резулттати и анализ
На фиг.1 е показана T-R корелограмата на изгладените стойности на ширините на годишните пръстени на най-стария буков образец. Тя е получена за диапазона от периоди 2 ( Т ( 200 години със стъпка на нарастване (Т= 1 година. Главните колебания в растежа на дървото са с продължителност 18-24 50 и 67 години. Освен това се наблюдава и квазипериодичен тренд, съответствуващ на период от около 116 години.
Фиг.1 T-R корелограма на временния ред на ширините на пръстените на най-стария буков образец /1780-1983 г/
65-70-годишен цикъл със силно присъствие е открит в много метеорологични параметри . Такова колебание се установява и в средногодишните температури на Северното полукълбо за периода 1850-1995 г. по инструменталните измервания [6]. Подобен цикъл, но с много по-слаба статистическа достоверност се установява и в петнообразувателната активност на Слънцето.
Анализът на поведетието на мощнността на 20-22 годишните колебания на растежа на буковите образци показа, че тя се модулира именно от 65-70 годишен цикъл / фиг.3/. Епохите на максимално затихване на 20-22 годишнните цикли съвпада с максимумите на температурния 65-70 годишен цикъл [6], последният от които за изследвания период е около 1935-1940 година. Следващият минимум на мощността на 20-22 годишния цикъл попада в съвременната епоха /около 2000-та година/.
Фиг.2 Модел на временния ред на ширините на годишните пръстени.+екстраполация за периода 1983-2015г
Корелационно-регресионният факторен анализ показа, че най-силни са връзките между растежа на буковите образци и температурите и валежите през топлото полугодие в Стара Загора и Казанлък. Коефициентът на корелация между ширините на годишните пръстени
d и валежните суми е положителен и е прибилизително равен на +0.7 и за двете станции. Почти същата стойност , но с отрицателен знак е връзката с температурите. Поради тясната връзка между летните валежи и температури обаче не е съвсем ясно кой от двата фактора е водещ. При всички случаи обаче може да се счита, че ширините на годишните пръстени следват хода на валежите през топлото полугодие в Централна Южна България.Построен бе модел на временния ред на ширините на годишните пръстени , който бе екстраполиран за периода 1983-2015г /фиг.3/ . От него се вижда, че след края на 70-те години следва да се наблюдава дългосрочна тенденция на спад в растежа на бука в Средна Стара планнина и респективно ниски норми на валежите пред топлото полугодие в Старозагорския регион. От фигурата се вижда, че локалният максимум на 20-22 годишния цикъл през втората половина на 90-те години е слаб, а освен това е наложен върху по-дългосрочна низходяша тенденция с център между 2000-2010 г. Очертава се ситуация, която е твърде подобна на тази от началото на XIX век по времето на 'минимума на Далтон'.
Фиг.3 Вариации на мошността на квази-20-годишния цикъл
4. Заключение
Анализът на данните за растежа на бука в Средна Стара планина показва, че 20-22 годишният цикъл в климата на топлото полугодие на Централна Южна България е едно твърде устойчиво явление, което се проследява в продължение на последните 200 години. Той обаче изпитва мощностна модулация от субвекови цикъл с продължителност около 65 години. Освен това става ясно, че наблюдаваната от началото на 80-те години продължителна тенденция на засушаване е природен феномен, свързан най-вероятно с характера на слънчево-климатичните връзки. Подобна климатична ситуация е имало и в началото на XIX век.
Получените резултати показват, че редиците от инструменталните метеорологични наблюдения са твърде къси за надеждното изследване и прогнозиране на климатични тенденции с векови и свръхвекови характер.
ЛИТЕРАТУРА
1. Комитов Б., 1986, О возможном влиянии солнечных циклов на климат в Болгарии, Солн. данные, No 5, стр. 73-78 2. Митчел Дж, Стоктън Ч., Меко Д., 1981, Доказательство 22-летнего ритма засух в западной части США, связанным с солнечным циклом Хейла, начиная с XVII в., сб. Солнечная активность, погода и климат, /прев. англ./ , Наука, Москва 3. Б.Комитов, 2001 T-R периодограмнният анализ ..в Хронобиология и биометеорология в българската медицина, изд.Макрос 2000, Пловдив, стр.30-31. 4. Комитов Б., 1999, Към проблема за устойчивостта на вековия и двувековия слънчеви цикли, сб. 6-та Нац. конференция по слънчево-земни въздействия, София, окт.1999 5. Метеорологичен годишник на България, издл ГУХМ -БАН, София 6. Вълев Д., 1998, Статистически анализ на циклите във временния ред на годишните температури на Северното полукълбо от средата на XIX век до сега, сб. Нац. конференция 'Методи за анализ на временни редове и вълни. Приложения и резултати', Борущица, 2-3 април 1998, СУБ-Стара Загора ,стр.17
сб. статии на 8-ма Нац. конференция "Съвременни проблеми на слънчево-земните въздействия",София 6-7 дек.2001, стр.95-98