Estimation of Frequency Response of Earth’s Climate System to External Radiative Forcing
We consider the Earth’s climate system (ECS) as a linear system whose output is the global mean temperature anomaly DТ(t). The input the system, along with changes in the solar constant DI(t), can be affected by other factors, and at the output manifest themselves own temperature fluctuations and a random noise. The spectral analysis of the data shows the existence of statistically significant coherence between DI(t) and DТ(t). An estimate of the amplitude-frequency response A(f) of the ECS is obtained, assuming that DI(t) plays the role of a probing signal. The results agree with the previously obtained impulse response of the ESC, which gave the equivalent time constant value of 1.04±0.17 month.
1. Climate change 2013 : The physical science basis. Cambridge : Cambridge University Press, 2013, 1535 p.
2. Мохов И. И., Безверхний В. А., Елисеев А. В., Карпенко А. А. Взаимосвязь изменений глобальной приповерхностной температуры с изменениями солнечной активности по данным наблюдений и реконструкций для XVII–XX веков и по модельным расчетам // Докл. РАН. 2006. Т. 409, № 1. С. 115–119.
3. Мохов И. И., Смирнов Д. А. Диагностика причинно-следственной связи солнечной активности и изменений глобальной приповерхностной температуры Земли // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44, № 3. С. 283-293.
4. Douglass D. H., Clader B. D., Knox R. S. Climate sensitivity of Earth to solar irradiance : update // Paper presented at 2004 Solar radiation and climate (SORCE) meeting on decade variability in the Sun and the climate, Meredith, New Hampshire, 27–29 ctober 2004. P. 1-16. URL: http://arxiv.org/abs/physics/0411002 (дата обращения: 12.09.2014).
5. Lockwood M. Recent changes in solar outputs and the global mean surface temperature. III. Analysis of contributions to global mean air surface temperature rise // Proc. Royal Soc. A. 2008. Vol. 464. P. 1387-1404.
6. Schwartz S. E. Heat capacity, time constant, and sensitivity of Earth’s climate system // J. Geophys. Res. 2007. Vol. 112. D24S05. URL: http://dx.doi.org/10.1029/2007JD008746 (дата обращения: 12.09.2014).
7. Scafetta N. Comment on «Heat capacity, time constant, and sensitivity of Earth’s climate system» by S. E. Schwartz // J. Geophys. Res. 2008. Vol. 113. D15104. URL: http://dx.doi.org/10.1029/2007JD009586 (дата обращения: 12.09.2014).
8. Scafetta N. Empirical analysis of the solar contribution to global mean air surface temperature change // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2009. Vol. 71. P. 1916–1923.
9. Schwartz S. E. Reply to comments by G. Foster et al., R. Knutti et al., and N. Scafetta on ‘‘Heat capacity, time constant, and sensitivity of Earth’s climate system’’ // J. Geophys. Res. 2008. Vol. 113. D15105. URL: http://dx.doi.org/10.1029/2008JD009872 (дата обращения: 12.09.2014).
10. Bogdanov M. B., Efremova T. Yu., Katrushchenko A. V. Estimation of impulse response of Earth’s climate system at short time intervals // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2012. Vol. 86. P. 51-55.
11. Дженкинс Г., Ваттс Д. Спектральный анализ и его приложения : в 2 вып. М. : Мир, 1972. Вып. 2. 288 с.
12. Бендат Дж., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа. М. : Мир, 1983. 312 с.
13. Марпл С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М. : Мир, 1990. 584 с.
14. Огурцов М. Г., Распопов О. М., Ойнонен М., Юнгнер Х., Линдхольм М. Возможное проявление нелинейных эффектов при воздействии солнечной активности на климатические изменения // Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т. 50, № 1. С. 17–22.
15. Frohlich C. Solar irradiance variability since 1978 : Revision of the PMOD composite during solar cycle 21 // Space Science Rev. 2006. Vol. 125. P. 53-65.
16. Smith T. M., Reynolds R. W., Peterson T. C., Lawrimore J. Improvements to NOAA’s historical merged land-ocean surface temperature analysis (1880-2006) // J. Climate. 2008. Vol. 21. P. 2283-2296.
17. Хайруллина Г. Р., Астафьева Н. М. Квазидвухлетние колебания в атмосфере Земли. Препринт Института космических исследований РАН. 2163. М., 2011.60 с.