Анализ рядов температуры приземного слоя атмосферы, полученных на метеостанциях Евразии, выполненный с использованием аналитического сигнала, является предметом данной статьи. Климатические классы выделяются путем сравнения фазы температурного ряда с оценкой типовой фазы в итерационном процессе. данная вычислительная технология впервые применена для изучения климатических процессов. Новы подход является информативным и соответствует известным представлениям о географии климата. Подтверждается, что фазировка и синхронность являются существенными особенностями климатических процессов на Земле.

Приведены результаты структурирования поля приземной температуры Северного полушария для периода современных климатических изменений. В основе предложенной классификации - гипотеза географической обусловленности особенностей фазовой модуляции температурного сигнала. Критерием служит согласованность, а именно фазированность колебаний температуры в отдельных географических районах.Полагаем, что изменения режимов синхронизации природно-климатических процессов в условиях меняющегося климата приводят к пространственной трансформации структуры температурного поля, что есть модулированное колебание. Совокупность внешних и внутренних возмущающих воздействий, оказываемых на климатическую систему, формирует сложный вид фазовой модуляции, но она находится в некотором соответствии этим возмущениям. Исходное пространство 8181 температурных рядов структурировано в 17 региональных кластеров. В них изменения температуры происходят синхронно. Проанализированы свойства полученных структур и их соответствие известным климатическим классификациям. Алгоритм дает возможность исследователю выбирать степень дифференциации исследуемого поля в зависимости от поставленной задачи. Для выявления особенностей трансформации внешнего сигнала в поле приземной температуры была получена оценка индекса фазовой модуляции. Величина отклонения индексов от известных закономерностей для гармонической фазовой модуляции позволяет количественно оценить роль региональных климаторегулирующих факторов. Модуляция, наиболее близкая к гармонической, выявлена в районе Североатлантического термогалинного конвейера.Предложенный подход может использоваться как аналитическая основа для изучения изменений климата в любом пространственном масштабе только по данным о приземной температуре до заданного исследователем качественного уровня. Поиск синхронизации в нелинейных хаотических системах, чувствительных к начальным условиям, может стать одним из перспективных путей оптимизации прогнозных моделей.

Проанализирована динамика температуры по актуальным данным со станций Алтайского региона. Проведенное исследование показало, что изменения климатических характеристик в регионе происходят синхронно. Синхронность в изменении составляющих температурных рядов на всех рассмотренных станциях характеризуется высокой связностью каждой из составляющих с соответствующим типовым полем. Выявлено, что часть изменчивости рядов температуры, описываемая скрытыми периодичностями, составляет в среднем 1,3%, что гораздо больше влияния трендов, которое для большинства станций не превышает 0,3%. Наибольший вклад в изменения температуры в Алтайском регионе вносят гармоники с периодом 20 лет (средние годовые), 40 и 9 лет (зимние), 18 лет (летние), 5-8 лет (осень, весна). Получен долгосрочный прогноз изменения температуры воздуха в регионе до 2030-х гг.

Методом вейвлет-анализа исследованы колебательные структуры в межгодовой изменчивости температурных рядов гг. Омска, Томска, Красноярска, Иркутска, Благовещенска и Петропавловска-Камчатского. Масштабы выявленных колебаний приблизительно составляют 5, 11, 22, 30 и 50 лет. Аналогичному анализу подвергнуты временные ряды индекса Южного Колебания SOI, чисел Вольфа W и геомагнитного индекса Ap. Исследованы корреляции как между исходными рядами T, SOI, W, Ap, так и между периодичностями отдельных масштабов. Значимая по уровню 99% корреляция имеет место только между температурными рядами для городов, расположенных в континентальной зоне. Между отдельными периодичностями в колебаниях SOI и в температурных рядах найдена значимая отрицательная корреляция. а в рядах W, Ap и температуры значимая положительная корреляция для масштаба 30 и 50 лет.

Представлены результаты анализа динамики показателей экстремальности климата на территории Западной Сибири. Для вычисления индексов использованы суточные данные 75 метеорологических станций Западной Сибири за период 1961-2013 гг., который для оценки тенденций был разделен на два интервала: 1961-1980 и 1991-2013 гг.Выявлены уменьшение частоты холодных дней и ночей за период 1991-2013 гг. по сравнению с периодом 1961-1990 гг., значимое лишь на нескольких станциях. и увеличение теплых экстремальных температурных показателей, значимое на большей части территории. Изменения от периода к периоду индексов экстремальности осадков неравнозначны и разнонаправлены в различных частях Западной Сибири. В северной части рассматриваемой территории произошло уменьшение числа дней с осадками различной интенсивности на 1-2 дня. Южная территория характеризуется ростом на 1-2 дня числа дней с осадками различной интенсивности. Изменения в динамике индексов экстремальности осадков в среднем от периода к периоду в большинстве случаев незначимы. что может быть связано отчасти с редкой наблюдательной сетью, особенно севернее 60-го градуса широты, и что подтверждает необходимость ее оптимизации. Наиболее успешно эта проблема может быть решена за счет использования автоматических автономных измерительных установокПрименение компонентного анализа для оценки синхронности изменения температурных критериев по территории показало их высокую пространственную согласованность, что может быть обусловлено вкладом крупномасштабных процессов в динамику показателей экстремальности температурного режима. Компонентный анализ динамики экстремальных осадков показал несогласованность его изменений в пределах территории исследования. что подтверждает существенное влияние местных факторов на режим осадков.

Развивается оригинальный метод объективной классификации климата на основе идеи об универсальности принципа согласованности природно-климатических процессов. Он позволяет исследовать реакцию структуры климатической системы на различные внешние факторы с учетом региональных особенностей. Созданный под эту задачу уникальный программный комплекс с интерактивным доступом позволяет выделять, исследовать и моделировать климатические кластеры по данным природно-климатических характеристик любого пространственного и временного масштабов. Приведены примеры реализации метода.

Получены оценки пространственно-временной изменчивости климатических характеристик на территории Западной Сибири за 1976-2014 гг. Установлено влияние на эту изменчивость параметров циркуляции атмосферы, таких как составляющие скорости ветра, относительная завихренность, индексы крупномасштабной циркуляции. Выявлено, что в зимние месяцы процесс потепления сменился процессом похолодания, что связано, в первую очередь, с изменением процессов атмосферной циркуляции, описываемых индексом SCAND.

Атлантическое долгопериодное колебание (АДК), связанное с изменением океанического переноса тепла в Северной Атлантике и Атлантическом секторе Арктики, оказывает значительное влияние на климат Северного полушария (СП). С 1970-х по начало 2000-х гг. наблюдался рост индекса АДК, совпадающий с трендом глобального потепления. Для оценки вклада АДК в сезонные изменения температуры в СП проанализированы численные эксперименты с совместной моделью общей циркуляции атмосферы ECHAM5 и термодинамической моделью верхнего перемешанного слоя океана с использгван6ием аномальных потоков океанической конвергенции тепла, связанных с АДК. При этом исследовался относительный вклад аномальных потоков тепла в Атлантике и в Арктике. Показано, что АДК может объяснять около 40% наблюденных температурных изменений в последние 30 лет в зимний и летний сезоны. Вертикальная структура температурных изменений, связанных с АДК, также имеет много общего с эмпирическими оценками, в частности воспроизводит арктическое усиление с максимальными трендами у поверхности в высоких широтах СП. АДК в модели приводит к увеличению вероятности формирования аномально холодных температурных режимов в феврале на территории России, несмотря на рост средней температуры для февраля. Также отмечено увеличение вероятности формирования аномально жарких июлей, в том числе на европейской территории России. Показано, что важный вклад в сезонные изменения вносят аномальные потоки тепла в Арктике, которые обычно не учитываются при моделировании эффекта долгопериодных колебаний в Северной Атлантике. Полученные результаты указывают на важную роль АДК в формировании погодно-климатических аномалий.

Приведены результаты анализа температурных сигналов. Представлена математическая модель температурного сигнала в форме колебания, модулированного по амплитуде и фазе. Вычисление амплитуды и фазы реализовано на основе теории аналитического сигнала. Амплитуда и фаза температурных сигналов применены в качестве критериев выделения климатических кластеров. Описан алгоритм климатической кластеризации.