Izvestiya of Saratov University.

Earth Sciences

ISSN 1819-7663 (Print)
ISSN 2542-1921 (Online)
Full text:
download
(downloads: 21)
Language: 
Russian
Heading: 
Geography
Article type: 
Article
UDC: 
551.58
DOI: 
10.18500/1819-7663-2015-15-1-5-10

Estimation of Frequency Response of Earth’s Climate System to External Radiative Forcing

Autors: 
Bogdanov Mikhail Borisovich, Saratov State University
Abstract: 

 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.

Key words: 
Earth’s climate system
radiative forcing
frequency response
time constant
Reference: 

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.