Афанасьев Игорь Сергеевич, студент направления 03.04.02 Физика, физико-технический факультет
г. Ставрополь
Igor S. Afanasyev, Student, 03.04.02 Physics, Faculty of Physics and Technology
Stavropol
Закинян Роберт Гургенович, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры теоретической и математической физики, физико-технический факультет
г. Ставрополь
Robert G. Zakinyan, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Professor of the Department of Theoretical and Mathematical Physics Faculty of Physics and Technology
Stavropol
Аджиева Аида Анатольевна, доктор физико-математических наук, профессор кафедры высшей математики
г. Нальчик
Aida A. Adzhieva, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Department of Higher Mathematics
Nalchik
Введение. Известно, что временной ход температуры в течение года носит сезонный характер. Однако темпы роста температуры в переходные периоды разные. Это осложняет прогнозирование такого важного, в частности для сельского хозяйства, параметра, как температура воздуха приземного слоя атмосферы. Соответственно, в статье проводится анализ внутригодовой изменчивости температуры воздуха и её сопоставление с синусоидальной моделью годового хода температуры.Материалы и методы исследований. Рассматриваются временные ряды температуры воздуха приземного слоя атмосферы для города Ставрополя и ставится задача – сравнение фактических и теоретических значений годовых амплитуд. В элементарной (синусоидальной) модели эта теоретическая величина оказывается прямо пропорциональной годовой дисперсии. Также рассмотрен временной ряд разностей температур (межмесячные изменения), так называемых дискретных производных, и проводится сравнение обычной и дискретной производной функции синуса в качестве элементарной модели годового хода температуры. Вводится новая величина – среднеквадратичное отклонение изменчивости, которое также характеризует дисперсию, но не для ряда температур, а их разностей.Результаты исследований и их обсуждение. Отмечается, что теоретическое (т.е. справедливое для синусоидальной модели) и фактическое значение амплитуды годового хода температуры достаточно хорошо согласовываются. Однако из-за непериодических отклонений разница между этими величинами может достигать 2 °С, которая на графике внутригодовой изменчивости характеризуется асимметричностью. Кроме того, рассматривается среднемноголетний годовой ход температуры и проводится его анализ с использованием дискретных производных. Показано, что отношение амплитуды годовой температуры к амплитуде дискретной производной этой величины равно циклической частоте колебаний годового хода температуры.Выводы. Полученные результаты подтверждают возможность использования синусоидальной модели годового хода температуры (хотя и с некоторыми ограничениями, связанными с асимметричностью и сдвигом внутригодовых пиковых точек). Анализ годового хода температуры с помощью дискретных производных и его сопоставление с синусоидальной моделью позволил выявить особенности среднемноголетней внутригодовой изменчивости температуры приземного воздуха для г. Ставрополя за период 1944–2022 гг. (иногда наблюдается изменение темпов нагрева или охлаждения, в редких случаях – инверсия при рассмотрении временного ряда среднемесячных температур)
Introduction. It is known that the time course of temperature during the year is seasonal. However, the rates of temperature growth in transition periods are different. This complicates the prediction of such an important parameter, in particular for agriculture, as the air temperature of the surface layer of the atmosphere. Accordingly, the article analyzes the intra-annual variability of air temperature and compares it with a sinusoidal model of the annual temperature course.Materials and research methods. The time series of the air temperature of the surface layer of the atmosphere for the city of Stavropol are considered and the task is to compare the actual and theoretical values of annual amplitudes. In the elementary (sinusoidal) model, this theoretical value turns out to be directly proportional to the annual variance. The time series of temperature differences (inter-monthly changes), the so-called discrete derivatives, is also considered, and the comparison of the usual and discrete derivative of the sine function as an elementary model of the annual temperature course is carried out. A new value is introduced – the standard deviation of variability, which also characterizes the variance, yet not for a number of temperatures, but their differences.Research results and their discussion. It is noted that the theoretical (i.e., valid for the sinusoidal model) and the actual value of the amplitude of the annual temperature course are quite well matched. However, due to non-periodic deviations, the difference between these values can reach 2 °C, which is characterized by asymmetry on the intra-annual variability chart. In addition, the average annual temperature course is considered and its analysis is carried out using discrete derivatives. It is shown that the ratio of the annual temperature amplitude to the amplitude of the discrete derivative of this value is equal to the cyclic frequency of fluctuations of the annual temperature course.Conclusions. The results obtained confirm the possibility of using a sinusoidal model of the annual temperature course (although with some limitations related to the asymmetry and shift of intra-annual peak points). The analysis of the annual temperature course using discrete derivatives and its comparison with the sinusoidal model revealed the features of the average annual intra-annual variability of surface air temperature for the city of Stavropol for the period 1944 – 2022. Sometimes there is a change in the rate of heating or cooling; in rare cases, there is an inversion when considering the time series of average monthly temperatures).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.