Геофизические процессы и биосфера: статья

АЛГОРИТМ АДАПТИВНОЙ ОЦЕНКИ СЕЗОННЫХ КОЛЕБАНИЙ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ И ЕГО ТЕСТИРОВАНИЕ НА ПРИМЕРЕ ВАРИАЦИЙ КОНЦЕНТРАЦИИ СО2 В АТМОСФЕРЕ
ДЕЩЕРЕВСКИЙ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
СИДОРИН АЛЕКСАНДР ЯКОВЛЕВИЧ
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Россия, 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 20
Номер: 4
Год: 2021
Страницы: 147-174
УДК: 519.246.8 + 551.510.4
DOI: 10.21455/GPB2021.4-10
Аннотация
Ключевые слова: ВРЕМЕННЫЕ РЯДЫ, АНАЛИЗ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ, ДЕКОМПОЗИЦИЯ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ, ИТЕРАТИВНЫЙ АЛГОРИТМ, ТРЕНД, ПЕРИОДИЧЕСКИЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ, СЕЗОННАЯ ПЕРИОДИЧНОСТЬ, ТЕСТИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА, УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ, КОНЦЕНТРАЦИЯ СО2 В АТМОСФЕРЕ
Аннотация: Предложена адаптивная модель для описания меняющихся во времени сезонных эффектов. Среднесезонная функция строится с использованием итеративного алгоритма, обеспечивающего аккуратную декомпозицию сигнала на обобщенный тренд, сезонную и остаточную компоненты. Под трендом мы понимаем долговременные эволюционные изменения среднего уровня сигнала - как однонаправленные, так и хаотические, в виде медленного случайного дрейфа. Данный алгоритм позволяет получать несмещенные оценки для каждой из составляющих сигнала даже при наличии значительного количества пропущенных наблюдений. Не требуется, чтобы длина ряда была кратна целому числу лет. В отличие от обычной модели «климатической нормы» рассматриваемая адаптивная модель сезонных эффектов предполагает непрерывное медленное изменение свойств сезонной составляющей во времени. Степень допустимой вариативности сезонных эффектов от года к году вводится как настраиваемый параметр модели. В частности, это позволяет показать динамику роста амплитуды сезонных колебаний во времени в виде непрерывной (гладкой) функции без обязательной привязки этих изменений к заранее заданным календарным эпохам. Алгоритм апробирован на рядах мониторинга концентрации атмосферного СО2 на станциях Barrow, Mauna Loa, Tutuila и South Pole, расположенных на разных широтах. Оценена форма сезонной вариации, рассчитана средняя амплитуда сезонной вариации и скорость ее изменения на каждой станции. Продемонстрированы заметные различия динамики исследуемых параметров между станциями. Средняя амплитуда сезонной вариации концентрации СО2 на станциях Barrow, Mauna Loa, Tutuila и South Pole в эпоху 2010-2019 гг. оценена как 18.15, 7.08, 1.30 и 1.26 ppm соответственно, а средняя скорость увеличения амплитуды сезонной вариации роста концентрации СО2 на интервале 1976-2019 гг. составляет 0.085, 0.0100, 0.0165 и 0.0031 ppm/год. В относительном выражении прирост составляет 0.57±0.03, 0.11±0.02, 2.24±0.24 и 0.27±0.04 %/год.
Список литературы: 1. Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов. М.: Мир, 1976. 757 с.

Контекст: ...Фурье-разложение таких ритмов обычно содержит целый пакет кратных гармоник (эффект Гиббса) [Андерсон, 1976; Рытов, 1976]...



2. Бекман И.Н., Хасков М.А., Пасека В.И., Панаркина Л.Е., Рязанцев Г.Б. Вариации радиационного поля в северной части Азовского моря // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2003. Т. 44, № 2. С. 140-148. EDN: EVHAOV



3. Гаврилов В.А., Дещеревский А.В., Полтавцева Е.В., Сидорин А.Я. Технологии предварительной обработки данных комплексного геофизического мониторинга и опыт их применения в системе геоакустических наблюдений на Камчатке // Сейсмические приборы. 2016. Т. 52, № 4. С. 57-75. DOI: 10.21455/si2016.4-5 EDN: XEAQQP

Контекст: ...При многолетнем мониторинге их наличие практически неизбежно [Гаврилов и др., 2016; Дещеревский и др., 2016а, г, 2019а-в]...

...В частности, это характерно для скважинных геоакустических наблюдений, когда одновременно изучаются суточные, высокочастотные и трендовые вариации наблюдаемого сигнала [Гаврилов и др., 2016; Gavrilov et al., 2020]...



4. Губанов В.А. Выделение нестационарной циклической составляющей из временных рядов // ЭММ. 2003. Т. 39, № 1. С. 76-89. EDN: OOLFUF



5. Губанов В.А. Сравнение методов сезонной корректировки временных рядов // Науч. тр. ИНП РАН. 2010. Т. 8. С. 149-169. EDN: MUMJDD