natureПриродопользованиеNature Management2079-3928Институт природопользования НАН Беларусиnature-62Research ArticleГЕОГРАФИЯ. ГЕОЭКОЛОГИЯGEOGRAPHY. GEOECOLOGYКомпонентно-гармонический метод сверхдолгосрочного прогнозирования Атлантической мультидекадной осцилляцииThe component-harmonic method of ultra-long-term forecasting of the Atlantic multidecadal oscillationЛогиновВ. Ф.LoginovV. F.

Логинов Владимир Фёдорович – академик, доктор географических наук, профессор, главный научный сотрудник

ул. Ф. Скорины, 10, 220076, г. Минск

Vladimir F. Loginov – Academician, D. Sc. (Geography), Professor, Chief Researcher

10, F. Skoriny Str., 220076, Minsk

 

info@nature-nas.byМикуцкийВ. С.MikutskiyV. S.

Микуцкий Владимир Станиславович – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

ул. Ф. Скорины, 10, 220076, г. Минск

Vladimir S. Mikutsky – Ph. D. (Physical and Mathematical), Leading Researcher

10, F. Skoriny Str., 220076, Minsk

mvs@nature-nas.byИнститут природопользования НАН БеларусиInstitute of Nature Management of the National Academy of Sciences of Belarus20243010202502513Copyright © Логинов В.Ф., Микуцкий В.С., 20252025Логинов В.Ф., Микуцкий В.С.Loginov V.F., Mikutskiy V.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nature-journal.by/jour/article/view/62

Сверхдолгосрочный прогноз (на год вперед и более) многолетних изменений Атлантической мультидекадной осцилляции (АМО) в силу преобладающего влияния Северной Атлантики на температурновлажностный режим Беларуси представляет существенный научный и практический интерес. С целью создания указанного прогноза использовался такой известный метод сверхдолгосрочного прогнозирования, как компонентно-гармонический. Было формализовано несколько вариантов аддитивных моделей адаптивного характера на основе линейного тренда и гармонических компонент, имитирующих квазигармонические колебания.

Модели построены с использованием скользящих временных окон с формированием прогноза на год, следующий за обучающей выборкой (скользящим окном). Рассматривались различные варианты скользящих окон, выбранных исходя из выявленных длительностей квазишестидесятилетней и квазидевятилетней гармоник. Определено, что второй по значимости вслед за квазишестидесятилетним колебанием в формировании значений АМО является квазидевятилетняя гармоника. Коэффициент корреляции наилучших моделей с наблюденными данными ρ = 0,6–0,7. К недостаткам моделей следует отнести занижение значений среднеквадратического отклонения.

Due to the predominant influence of the North Atlantic on the temperature and humidity regime of Belarus, the forecast of the dynamics of such a temperature indicator as the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) is of significant interest for the development of ultra-long-term forecasting methods (for a year ahead and more). In order to create this forecast, such a well-known ultra-long-term forecasting method was used as the component-harmonic method was used. Several variants of additive models of adaptive nature were formalized based on a linear trend and harmonic components simulating quasi-harmonic oscillations.

The models were built using moving time windows with a forecast for the year following the learning sample (moving window). Various variants of moving windows were considered, selected based on the revealed durations of the quasi-six-decade and quasi-nine-year harmonics. It is determined that the second most important after the quasi-sixty-year oscillation in the formation of AMO values is the quasi-nine-year harmonic. The correlation coefficient of the best models with the observed data is ρ = 0,6–0,7. The disadvantages of the models include underestimating of the values of the standard deviation.

Атлантическая мультидекадная осцилляциясверхдолгосрочное прогнозированиеквазигармонические колебанияAtlantic Muldecadal Oscillationultra-long-term forecastingquasi-harmonic oscillationsReferencesСергин, В. Я. Системный анализ проблемы больших колебаний климата и оледенения Земли / В. Я. Сергин, С. Я. Сергин. – М. : Гидрометеоиздат, 1978. – 280 с.Sergin V. Ya., Sergin S. Ya. Sistemnyj analiz problemy bol'shih kolebanij klimata i oledeneniya Zemli [System analysis of the problem of large fluctuations in climate and glaciation of the Earth]. Moscow, Gidrometeoizdat Publ., 1978, 280 p. (in Russian)Шулейкин, В. В. Физика моря / В. В. Шулейкин. – М. : Наука, 1968. – 1083 с.Shulejkin V. V. Fizika morya [Physics of the sea]. Moscow, Nauka Publ., 1968, 1083 p. (in Russian)Логинов, В. Ф. Современные изменения глобального и регионального климата / В. Ф. Логинов, С. А. Лысенко. – Минск : Беларуская навука, 2019. – 315 с.Loginov V. F, Lysenko S. A. Sovremennye izmeneniya global'nogo i regional'nogo klimata [Modern changes in the global and regional climate]. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2019, 315 p. (in Russian)Логинов, В. Ф. Космические факторы климатических изменений / В. Ф. Логинов ; Нац. акад. наук Беларуси, Ин-т природопользования. – Минск, 2020. – 168 с.Loginov V. F. Kosmicheskie faktory klimaticheskih izmenenij [Cosmic factors of climate change]. Institut prirodopol'zovaniya NAN Belarusi [Institute оf Nature Management of the National Academy of Sciences of Belarus]. Minsk, 2020, 168 p. (in Russian)Логинов, В. Ф. Диагноз глобального климата / В. Ф. Логинов. – СПб. : Лема, 2021. – 304 с.Loginov V. F. Diagnoz global'nogo klimata [Diagnosis of the global climate]. St. Petersburg, Lema Publ., 2021, 304 p. (in Russian)Логинов, В. Ф. Современные изменения климата / В. Ф. Логинов ; Нац. акад. наук Беларуси, Ин-т природопользования. – СПб. : Гидротехпроект, 2024. – 267 с.Loginov V. F. Sovremennye izmeneniya klimata [Modern climate change]. Institut prirodopol'zovaniya NAN Belarusi [Institute оf Nature Management of the National Academy of Sciences of Belarus]. St. Petersburg, Hydrotekhproekt Publ., 2024, 267 p. (in Russian)Бышев, В. И. Синоптическая и крупномасштабная изменчивость океана и атмосферы / В. И. Бышев. – М. : Наука, 2003. – 343 с.Byshev V. I. Sinopticheskaya i krupnomasshtabnaya izmenchivost' okeana i atmosfery [Synoptic and large-scale variability of the ocean and atmosphere]. Moscow, Nauka Publ., 2003, 343 p. (in Russian)О колебаниях глобального климата за последние 150 лет / Н. М. Даценко [и др.] // Доклады Российской Академии наук. – 2004. – Т. 399, № 2. – С. 253–256.Dacenko N. M., Monin A. S., Berestov A. A., Ivanchenko N. N., Sonechkin D. M. O kolebaniyah global'nogo klimata za poslednie 150 let [On global climate fluctuations over the past 150 years]. Doklady Rossijskoj Akademii nauk = Reports of the Russian Academy of Sciences, 2004, vol. 399, no. 2, pp. 253–256. (in Russian)Изменения климата Арктики и Антарктики: результат действия естественных причин / Е. И. Фролов [и др.] // Проблемы Арктики и Антарктики. – 2010. – № 2 (85). – С. 52–61.Frolov I. E., Gudkovich Z. M., Karklin V. P., Smolyanitsky V. M. Izmeneniya klimata Arktiki i Antarktiki: rezul'tat dejstviya estestvennyh prichin [Climate change in the Arctic and Antarctic: result of natural causes]. Problemy Arktiki i Antarktiki = Problems of the Arctic and Antarctic, 2010, no. 2 (85), pp. 52–61. (in Russian)Нестеров, Е. С. Североатлантическое колебание: атмосфера и океан / Е. С. Нестеров. – М. : Триада, 2013. – 144 с.Nesterov E. S. Severoatlanticheskoe kolebanie: atmosfera i okean [North Atlantic Oscillation: atmosphere and ocean]. Moscow, Triada Publ., 2013, 144 p. (in Russian)Покровский, О. М. Анализ факторов изменения климата по данным дистанционных и контактных измерений / О. М. Покровский // Исследования Земли из космоса. – 2010. – № 5. – С. 11–24.Pokrovskij O. M. Analiz faktorov izmeneniya klimata po dannym distancionnyh i kontaktnyh izmerenij [Analysis of climate change factors based on remote and contact measurements]. Issledovaniya Zemli iz kosmosa = Earth exploration from space, 2010, no. 5, pp.11–24. (in Russian)Полонский, А. Б. Роль океана в изменениях климата / А. Б. Полонский. – Киев : Наукова думка, 2008. – 183 с. 1Polonskij A. B. Rol' okeana v izmeneniyah klimata [The role of the ocean in climate change]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 2008, 183 p. (in Russian)Шерстюков, Б. Г. Колебательная система климата, резонансы, дальние связи, прогнозы / Б. Г. Шерстюков. – Обнинск : ВНИИГМИ-МЦД, 2021. – 221 с.Sherstyukov B. G. Kolebatel'naya sistema klimata, rezonansy, dal'nie svyazi, prognozy [Climate oscillation system, resonances, teleconnections, forecasts]. Obninsk, All-Russian Scientific Research Institute of Hydrometeorological Information – World Data Center Publ., 2021, 221 p. (in Russian)Scafetta, N. A shared frequency set between the historical mid-latitude aurora records and the global surface temperature / N. Scafetta // J. Atmos. Sol. Ter. Phys. – 2012. – Vol. 74. – P. 145–163. doi:10.1016/j.jastp.2011.10.013Scafetta N. A shared frequency set between the historical mid-latitude aurora records and the global surface temperature. J. Atmos. Sol. Ter. Phys., 2012, vol. 74, pp. 145–163. doi:10.1016/j.jastp.2011.10.013Мусаелян, Ш. А. О природе некоторых сверхдлительных атмосферных процессов / Ш. А. Мусаелян. – Л. : Гидрометеоиздат, 1978. – 142 с.Musaelyan Sh. A. O prirode nekotoryh sverhdlitel'nyh atmosfernyh processov [On the nature of some ultra-long atmospheric processes]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1978, 42 p. (in Russian)Brocker, W. S. Unpleasent surprises in the greenhouse? / W. S. Brocker // Nature. – 1987. – Vol. 328. – P. 123–126.Brocker W. S. Unpleasent surprises in the greenhouse? Nature, 1987, vol. 328, pp. 123–126.Schlesinger, M. E. An oscillation in the global climate system of period 65–70 years / M. E. Schlesinger, N. Ramankutty // Nature. – 1994. – Vol. 367. – P. 723–726.Schlesinger M. E., Ramankutty N. An oscillation in the global climate system of period 65–70 years. Nature, 1994, vol. 367, рр. 723–726.Kerr, R. A. A North Atlantic climate pacemaker for the centuries / R. A. Kerr // Science. – 2000. – Vol. 288, iss. 5473. – P. 1984–1985. doi:10.1126/science.288.5473.1984Kerr R. A. A North Atlantic climate pacemaker for the centuries. Science, 2000, vol. 288, iss. 5473, рр. 1984–1985. doi:10.1126/science.288.5473.1984Analyses of global sea surface temperature 1856–1991 / A. Kaplan [et al.] // Journal of Geophysical Research. – 1998. – Vol. 103, no. C9. – P. 18567–18589.Kaplan A., Kaplan A., Cane M., Kushnir Y., Clement A., Blumenthal M., Rajagopalan B. Analyses of global sea surface temperature 1856–1991. J. of Geophysical Research, 1998, vol. 103, no. C9, рр. 18567–18589.Максимов, И. В. Долгосрочный прогноз многолетних изменений общей ледовитости Баренцева моря, составленный компонентно-гармоническим методом / И. В. Максимов, Н.П. Смирнов, В. Н. Воробьев // Материалы рыбохозяйственных исследований Северного бассейна. – 1964. – Вып. 4. – С. 73–85.Maksimov I. V., Smirnov N. P., Vorobyov V. N. Dolgosrochnyy prognoz mnogoletnikh izmeneniy obshchey ledovitosti Barentseva morya, sostavlennyy komponentno-garmonicheskim metodom [Long-term forecast of multi-year changes in the total ice cover of the Barents Sea, compiled by the component-harmonic method]. Materialy rybokhozyaystvennykh issledovaniy Severnogo basseyna = Materials of fisheries research in the Northern Basin, 1964, iss. 4, pp. 73–85. (in Russian)Сазонов, Б. И. Солнечно-тропосферные связи / Б. И. Сазонов, В. Ф. Логинов. – Л. : Гидрометеоиздат, 1969. – 115 с.Sazonov B. I., Loginov V. F. Solnechno-troposferny`e svyazi [Solar-tropospheric connections]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1969, 115 p. (in Russian)NOAA Physical Sciences Laboratory. Climate Timeseries. AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation) Index [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.psl.noaa.gov/data/timeseries/AMO. – Date of access: 09.07.2024.NOAA Physical Sciences Laboratory. Climate Timeseries. AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation) Index. Available at: http://www.psl.noaa.gov/data/timeseries/AMO (accessed 9 July 2024).Дженкинс, Г. Спектральный анализ и его приложения / Г. Дженкинс, Д. Ваттс. – М. : Мир, 1971. – Вып. 1. – 320 с.Jenkins G. M., Watts D. G. Spektral'nyj analiz i ego prilozheniya [Spectral analysis and its applications]. Moscow, Mir Publ., 1971. 320 p. (in Russian)Taylor, K. E. Summarizing multiple aspects of model performance in a single diagram / K. E. Taylor // J. Geophys. Res. – 2001. – Vol. 106, no. D7. – P. 7183–7192. doi:10.1029/2000JD900719Taylor K. E. Summarizing multiple aspects of model performance in a single diagram. J. Geophys. Res., 2001, vol. 106, no. D7, pp. 7183–7192. doi:10.1029/2000JD900719Have satellite precipitation products improved over last two decades? A comprehensive comparison of GPM IMERG with nine satellite and reanalysis datasets [Electronic resource] / G. Tang [et al.] // Remote Sensing of Environment. – Vol. 240. – 2020. – P. 111697. – Mode of access: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425720300663. – Date of access: 09.07.2024. doi.org/10.1016/j.rse.2020.111697Tang G., Clark M. P., Papalexiou S. M., Ma Z., Hong Y. Have satellite precipitation products improved over last two decades? A comprehensive comparison of GPM IMERG with nine satellite and reanalysis datasets. Remote Sensing of Environment, 2020, vol. 240, 111697. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425720300663 (accessed 9 July, 2024). doi:10.1016/j.rse.2020.111697Rochford, P. SkillMetricsToolbox [Electronic resource] / P. Rochford. – Mode of access: https://github.com/PeterRochford/SkillMetricsToolbox. – Date of access: 09.07.2024.Rochford P. SkillMetricsToolbox. Available at: https://github.com/PeterRochford/SkillMetricsToolbox (accessed 9 July 2024).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.