УДК 551

УДК 551.11+551.581

PACS 92.60.Vb, 92.70.Qr

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ЗЕМЛИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЛУЧЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет, г. Москва, Россия

*e-mail: fedorov.msu@mail.ru

Аннотация. Получены количественные показатели влияния формы Земли (эллипсоидальная с современным полярным сжатием или шаровидная) на характеристики ее облучения, вычисленные без учета изменений солнечной активности. Найдены различия удельных энергий облучения, а также интенсивностей облучения эллипсоида и сферы и их частей в среднем за тропический год и за его отдельные периоды (полугодия, месяцы). На основании данных о жвижении Земли в интервале тропических лет с 3000 г. до н.э. до 2999 г. н.э. установлено, что при постоянной интенсивности излучения Солнца каждая из двух годовых характеристик облучения у сферы на 0.085 % больше, чем у эллипсоида. Месячная удельная энергия облучения у сферы практически постоянна, а у эллипсоида меняется с разбросом 0.043 % от среднего значения (минимумы – в моменты равноденствий, максимумы – в моменты солнцестояний). Месячные интенсивности облучения у сферы и эллипсоида изменяются синхронно с разбросом 5.98 % от среднего значения (минимум – в 3-м месяце, максимум – в 9-м). Сезонность полушария по удельной энергии облучения (модуль разности удельных энергий облучения полушария в полугодиях) в случае эллипсоидальной Земли в среднем на 0.223 % больше, чем в случае сферической Земли. В ряду разностей полугодовых удельных энергий облучения (и аналогично полугодовых интенсивностей облучения) широтных зон сферы и эллипсоида максимум положителен, а минимум отрицателен. В первом полугодии максимум и минимум отмечаются соответственно в зонах 45º−50º ю.ш. и 10º−15º с.ш. Во втором полугодии – в зонах 45º−50º с.ш. и 10º−15º ю.ш. По данным за 1978–2008 гг. установлено, что разности интенсивностей облучения сферы и эллипсоида сопоставимы с вариациями полного потока солнечной радиации (TSI), связанными с изменениями солнечной активности. Средний модуль годовой аномалии TSI больше, чем средняя годовая разность интенсивностей облучения сферы и эллипсоида, на 14.01 %. Средний модуль месячной аномалии TSI превышает среднюю месячную разность интенсивностей облучения сферы и эллипсоида на 23.37 %.

Ключевые слова: форма Земли, сфера, эллипсоид, удельная энергия облучения, интенсивность облучения, широтные зоны, тропический год, астрономические месяцы, солярный климат, полный поток солнечной радиации (TSI).

DOI: https://doi.org/10.21455/GPB2020.3-7

Цитирование: Федоров В.М., Костин А.А., Фролов Д.М. Влияние формы Земли на характеристики облучения земной поверхности // Геофизические процессы и биосфера. 2020. Т. 19, № 3. С. 119–130. https://doi.org/10.21455/GPB2020.3-7

Финансирование

Исследования выполнены в рамках темы госзадания «Палеоклиматы, развитие природной среды и долгосрочный прогноз ее изменений» (№ АААА-А16-116032810080-2).

Литература

Миланкович М. Математическая климатология и астрономическая теория колебаний климата. М.; Л.: ГОНТИ, 1939. 208 с.

Федоров В.М. Пространственные и временные вариации солярного климата Земли в современную эпоху // Геофизические процессы и биосфера. 2015. Т. 14, № 1. С. 5–22.

Шараф Ш.Г., Будникова Н.А. О вековых изменениях элементов орбиты Земли, влияющих на климаты геологического прошлого // Бюл. Ин-та теор. астрономии АН СССР. 1967. Т. 11, № 4 (127). С. 231–261.

Berger A. Long-term variation of caloric insolation resulting from the Earth’s orbital elements // Quat. Res. 1978. V. 9. P. 139–167.

Berger A., Loutre M.F., Yin Q. Total irradiation during any time interval of the year using elliptic integrals // Quaternary Sci. Rev. 2010. V. 29. P. 1968–1982. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2010.05.07

Bertrand C., Loutre M.F., Berger A. High frequency variations of the Earth`s orbital parameters and climate change // Geophysical research letters, 2002. V. 29, N 18. P. 40-1–40-3. https://doi.org/10.1029/2002GL015622

Borisenkov Е.Р., Tsvetkov A.V., Agaponov S.V. On some characteristics of insolation changes in the past and the future // Climatic Change. 1983. N 5. P. 237–244.

Brouwer D., Van Woerkom A.J.J. The secular variation of the orbital elements of the principal planets // Astron. Papers. 1950. V. 13. P. 81–107.

Cionco R.G., Soon W.W-H. Short-term orbital forcing: A quasi-review and a reappraisal of realistic boundary conditions for climate modeling // Earth Sci. Rev. 2017. V. 166. P. 206–222.

Dergachev V.A., Volobuev D.M. Solar radiation change and climatic effect on decennial – centennial scales // Geomagnetism and Aeronomy. 2018. V. 58, N 8. P. 1042–1049.

Fedorov V.M. Spatial and temporal variation in solar climate of the Earth in the present epoch // Izvestiya, Atmospheric and oceanic physics. 2015. V. 51, N 8. P. 779–791. https://doi.org/10.1134/S0001433815080034

Fedorov V.M. Earthʼs insolation variation and its incorporation into physical and mathematical climate models // Physics – Uspekhi. 2019. N 62 (1). P. 32–45. https://doi.org/10.3367/UFNe.2017.12.038267

Fedorov V.M., Frolov D.M. Spatial and temporal variability of solar radiation arriving at the top the atmosphere // Cosmic Res. 2019. V. 57, N 3. P. 156–162. https://doi.org/10.1134/S0010952519030043

Fedorov V.M., Kostin A.A. The calculation of the Earthʼs insolation for the 3000 BC – AD 2999 // Processes in Geomedia. 2020. N 1. P. 181–192. https://doi.org/10.1007/978-3-030-38177-6_20

Folkner W.M., Williams J.G., Boggs D.H., Park R.S., Kuchynka P. The planetary and Lunar ephemeridis DE430 and DE431 // IPN Progress Rep. February 15, 2014. V. 42-196. P. 1–81.

Kopp G., Lean J. A new lower value of total solar irradiance: Evidence and climate significance // Geophys. Res. Let. 2011. V. 37. L01706. https://doi.org/10.1029/2010GL045777

Laskar J., Joutel F., Boudin F. Orbital, precessional and insolation quantities for the Earth from –20 Myr to +10 Myr // Astron. and Astrophys. 1993. V. 287. P. 522–533.

Standish E.M. Orientation of the JPL Ephemerides, DE200/LE200, to the dynamical equinox of J2000 // Astron. Astrophys. 1982. V. 114. P. 297–302.

Trenberth K.E., Fasullo J.T., Kiehl J. Earth’s global energy budget // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 2009. P. 311–323. https://doi.org/10.1175/2008BAMS2634.1

Vernekar A. Long-period global variations of incoming solar radiation . Amer. Meteorol. Soc., 1972. 128 p. (Ser. Meteorol. Monographs. V. 12, N 34).

Сведения об авторах

ФЕДОРОВ Валерий Михайлович – Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет. Россия, 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1. E-mail: fedorov.msu@mail.ru

КОСТИН Андрей Анатольевич – Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет. Россия, 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1. E-mail: ank_@bk.ru

ФРОЛОВ Денис Максимович – Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет. Россия, 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1. E-mail: denisfrolovm@mail.ru