Колесник Ю.А., Тимофеева А.А.
Дальневосточный федеральный университет (филиал г.
Уссурийск), Россия
ВЛИЯНИЕ
ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ДИНАМИКУ ПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
Продолжим анализ влияния
Луны и других факторов на циклические колебания природных явлений. Для этого
применим некоторые идеи методы теории информации.
Апробация этой теории к анализу земных процессов
диктовалась соображениями наличия большого сходства между физическими
неравновесными процессами и циклическими колебаниями природных явлений, включая
и популяционные. Принято считать, что неравновесные ансамбли содержат большую
информацию о системе, чем равновесные. Эти системы (неравновесные), в свою
очередь являются источниками сообщения для соподчиненных атмосферных,
океанологических, и биологических систем. В конечном итоге, создаются
предпосылки отнесения их к колеблющемуся единому ансамблю. В силу этих
предпосылок, можно считать целесообразным, применить к изучению искомой
проблемы методы теории информации.
В теории информации введены такие важные понятия,
как состояние физической системы и сообщение, которое она способна передать
получателям. Эти положения можно применить и к биосистемам. Тогда, сообщения,
передаваемые их источниками, например, Солнце в виде чисел Вольфа (количество
пятен), его индекс Кр, или Ар (индекс геомагнитной активности), показатели
скорости вращения Земли и многолетнего лунного прилива и другие должны
адекватно декодироваться природными и биологическими системами. Приемники
(видовые популяции экосистем и другие компоненты биоты), превращают сигналы,
поступающие извне в сообщения, которые мы воспринимаем в виде колебаний их
численности, урожайности трав и т.д. К сожалению, сложно выделить промежуточные
звенья кодирующих и декодирующих сообщений, точнее азбуки, на которой
записываются сообщения [12].
Солнце, как
источник информации, работает в импульсном режиме и такой тип передачи
сообщения не может не сказаться на пропускной способности каналов сообщения.
Что имеется в виду? Для того чтобы сообщения посылаемые Солнцем, или другими
источником, например, лунный прилив, дошли до получателя в первозданном виде,
они должны пройти через ряд ''каналов'' сообщений без помех. Прямого
воздействия гелиогеофизических факторов на биосистемы, по-видимому, нет. Их
влияние косвенно, т.е. через формирование изменений атмосферной и океанической
циркуляции и другие нарушения в климатической системе. Отсюда, посылаемые
источниками информации сообщения проходят через серию каналов, каждый из
которых способен передать следующим системам преобразованную ими информацию,
вплоть до живых организмов. На каждом этапе прохождения сообщения каналы
способны переадресовать его лишь ограниченное количество. Все это искажает
неизменность сообщения, а регистрируемые в рядах динамики численности животных,
или урожайности трав и др. ''странности'', в виде появления эффектов биений,
наложения частот, несовпадении фаз и прочее, возможно, является для наблюдателя
свидетельством уже разыгрываемой на их уровне ''драмы''.
Закодировав ряды
солнечной активности в виде символов 1 и 0, необходимо перейти к расшифровке
конкретного сообщения. Следует отметить, что не всякое расположение символов 1
и 0 определяет пригодный для практического использования двоичный код.
Требуется, чтобы закодированное сообщение можно было однозначно декодировать.
Для этого необходимо последовательность символов перевести в буквенный код [12].
Вообще кодированием более правильно было бы называть способ отображения
состояния одной физической системы с помощью состояния некоторой другой. Существуют
правила кодирования, а также отображения последовательности символов 1 и 0 в
виде букв.
Кроме этого,
если обозначить символами 001 какое-то сообщение, то, переведя его в буквенное
''о'', уже не возможно будет найти ему другое обозначение. Поэтому, любая
ошибка при кодировании сообщений, посылаемых источниками (случайное искажение
символов 1 или 0) губительна для его декодирования, поскольку, его невозможно
будет прочесть. В линии связи операция кодирования и декодирования состоят в
преобразовании буквенного сообщения на входе, в последовательность
''элементарных сигналов'' и в обратном переходе от принятой последовательности
этих сигналов к буквенному их сообщению. Точно также передается зрительная
информация в головной мозг, где сигналы на входе представляют собой
совокупность световых волн разной длины и разной амплитуды, отраженных от
рассматриваемого нами объекта, а на выходе ансамбль возбужденных нервных клеток
затылочной области, формируемых восприятие отображаемой картины.
Воспользуемся
этой конструкцией для описания передачи сообщений гелиогеофизическими источниками энергоинформационных потоков
земным явлениям. Одним из самых сложных вопросов, который возникает при
изучении подобного рода связей, это поиск и последующее изучение ''азбуки'', на
которой записываются сообщения на входе и выходе связанных космос - земных
процессов.
За сообщения,
формируемых на входе типа космос - земные процессы, можно принять
последовательность регистрируемых чисел Вольфа, или индекс геомагнитной
возмущенности Солнца, а также характеристики неравномерности вращения Земли и
т.д. Механизм их преобразований и передача воздействий на соподчиненные явления
не совсем четко прослеживается. Какими же ''квантами'' передается сообщение,
порождаемых космическими источниками, природным системам и биоте? Для выяснения
роли неравномерности скорости вращения Земли (СВЗ) в динамике природных
процессов и биосистем воспользуемся данными, опубликованных в некоторых
работах: по солнечной активности у [11], по индексам СВЗ у [10], а многолетнему
лунному приливу из работы [13]
Преобразуем числовые
характеристики используемых рядов наблюдений
в коды. Процедура кодирования следующая. Рост показателя и его снижение
(в дальнейших обозначениях, вспышки численности или ее отсутствие и т.д.) обозначим,
соответственно, символами 1 и 0.
Первый символ
сопоставляется с показателем следующего года. Следовательно, если в ряде данных
содержится 37 наблюдений, то коды будут иметь 36 символов. Покажем способ
кодирования. Начиная с 1945г. по 1954г. наблюдался рост и спад солнечной
активности [11]. Числа Вольфа следующие: 33.2; 92.6; 151.2; 136.2; 135.1; 83.9;
69.4; 31.4; 13.9; 4.4; и т.д. В кодах, этот ряд выглядит 10000000. Уместно
привести точку зрения П.М. Брусиловского [1] о корректности использования символов
1 и 0 при кодировании прошедших природных изменений: ''каждый год (или
какой-либо другой) характерный для данной популяции (и других процессов)
природа ставит эксперимент с двумя случайными исходами: 1 (произошла вспышка)
или 0 (отсутствие вспышки)''. В нашем случае, соответственно, – это рост
показателя явления или их спад.
В табл. 1 представлены
результаты кодирования показателей солнечной активности (СА), скорости вращения
Земли (СВЗ) и многолетнего лунного прилива (ЛП) за 1946- 1993гг. Так как,
наблюдения за динамикой биоты ограничиваются этим периодом времени, то для
будущих вычислительных процедур мы выбрали отрезок времени, равный 47 лет.
Идея изучения сопоставляемых кодов заключается в
том, что необходимо выяснить, например, сколько случаев за исследуемый
промежуток времени роста солнечной активности (и только) приходится на рост или
спад скорости
В таблице
следует читать СА – солнечная активность, СВЗ – скорость вращения Земли.
Поскольку, приведенный в таблице ряд по динамике СВЗ ограничивается 1983г., то
остальные символы кодирования сняты с графика опубликованной работы [2].
Построение кода лунного прилива, соответствуют графику 2 опубликованной работы [13].
Определяется
число случаев реагирования природного явления и биоты только на периоды
снижения солнечной активности, или замедления скорости вращения Земли и т.д. От
полученных величин вычислялись проценты. Анализировались три варианта
сопоставлений – ''солнечная активность
– лунный прилив''; ''солнечная активность –скорость вращения Земли''
и ''лунный прилив – скорость вращения
Земли'' (табл.2) (далее см. соответствующие номера).
Коды солнечной
активности, скорости вращения Земли и многолетнего лунного прилива, (данные
наблюдений с 1946 по 1993гг.)
|
Код СА |
110000000111000000011110001000011100000001110100 |
|
Код СВЗ |
111111111100111000000000100110001111011110100000 |
|
Код ЛП |
000111111111000000000011111111100000000001111111 |
Оценка результатов сопоставляемых кодов
гелиогеофизических процессов
№ 1
|
Показатели |
Сценарии сравнений |
Число случаев 1 (Рост
СА) 0 (Спад СА) |
Всего |
|
|
Рост ЛП |
1 |
9(53%) |
16 (51,6 %) |
25 |
|
Спад ЛП |
0 |
8(47%) |
15(48,4 %) |
23 |
|
Всего |
случаев |
17 |
31 |
48 |
|
|
|
100% |
100% |
|
№ 2
|
Показатели |
Сценарии сравнений |
Число случаев 1. Рост
СА 0 - Спад СА |
Всего |
|
|
Ускорение ВЗ |
1 |
5 (29,4%) |
19 (61,3%) |
24 |
|
Замедление ВЗ |
0 |
12 (70,6) |
12 (39,7%) |
24 |
|
Всего |
случаев |
17 |
31 |
48 |
|
|
|
100% |
100% |
|
№3
|
Показатели |
Сценарии сравнений |
Число Случаев 1.-Рост ЛП 0.-Спад ЛП |
Всего |
|
|
|
Ускорение ВЗ |
1 |
11 (44%) |
14 (61%) |
25 |
|
|
Замедление ВЗ |
0 |
14 (56%) |
9 (39%) |
23 |
|
|
Всего |
случаев |
25 |
23 |
48 |
|
|
|
|
100% |
100% |
|
|
Примечание: СА; ВЗ и ЛП в табл. 2 следует читать,
соответственно, солнечная активность, вращения Земли и многолетний лунный
прилив.
Как свидетельствуют результаты сопоставлений кодов
солнечной активности и лунного прилива (см. № 1), между ними не наблюдается
взаимосвязи. При росте или спаде солнечной активности можно с одинаковой
вероятностью ожидать увеличение многолетнего лунного прилива.
Иное распределение частот регистрируется в
сопоставлениях за .№ 2 и № 3. Видно, что при снижении солнечной активности (см.
№ 2) регистрируется ускорение скорости вращения Земли (61,3% случаев). При
росте солнечной активности до 70,6% случаев приходится (в сопоставлениях) на
замедление вращения планеты. Это уже реальный факт. Его нельзя считать
результатом просчетов в вычислениях. При уменьшении многолетнего лунного
прилива вращение планеты увеличивается до 61% случаев. При росте лунного
прилива происходит замедление скорости вращения планеты, что не противоречит
теоретическим расчетам (56% случаев, см. № 3).
Таким образом, при росте солнечной активности
происходит замедление скорости вращения Земли (точнее эти два процесса
совпадают), а при ее спаде следует ускорение вращения планеты. Выводы не
противоречат литературным источникам [6]; [7]; [10]. Результаты вычислений
свидетельствует о наличии связи между многолетним лунным приливом и скоростью
вращения Земли. При росте лунного прилива происходит замедление скорости
вращения планеты и противоположный эффект будет происходить при его уменьшении.
Тогда вращение планеты ускоряется.
Таким
образом, предположение о возможном нарушении вращения Земли за счет
многолетнего лунного прилива получило подтверждение не только в результате
математических вычислений, но и на эмпирическом уровне, т.е. путем изучения
кодов искомых процессов. Следствием периодических колебаний ротационного режима
Земли является нарушение атмосферной и океанической циркуляции. Следует напомнить,
что в период замедления вращения Земли начинает доминировать меридиональная
форма атмосферной циркуляции, а в период ускорения зональная [10]. Ротационный
фактор не проходит бесследно и для океанической циркуляции. Природные явления, через цепочку причинно -
следственных взаимодействий должна испытывать преобразования окружающей ее
гелиогеофизической среды. Ответной реакцией на геофизические воздействия является одинаковая с ними периодика колебаний параметров, в том числе,
биосистем. Подтверждением сказанному являются данные литературы [6], [8] [9], [3] [4].
Литература
1. Брусиловский
П.М. Прогнозирование численности популяций. М.: Знание, 1989. 62 с.
2. Кляшторин
Л.Б., Сидоренков Н.С. Долгопериодные климатические изменения и флюктуации
численности пелагических рыб Пацифики//Экология нектона, нектобентоса и
планктона Дальневосточных морей, Владивосток, ТИНРО, 1997. Т.119,.-С.33-54.
3. Колесник
Ю.А., Тимофеева А.А. Влияние скорости вращения Земли на динамику численности
рыб и млекопитающих северо-западной части Тихого океана// Теория формирования
численности и рациональное использование промысловых рыб. М., 1982. С. 163-165.
4. . Колесник Ю.А. Роль
гелиогеофизических процессов в динамике биосистем. Владивосток, Дальнаука,
2001.-169с.
5. Колесник Ю.А. Неравномерность
вращения Земли и ее влияние на природные процессы, и динамику биосистем //Изв.
ТИНРО.-2002.-Т.130, ч.111.-С.1283-1297.
6. Максимов И.В., Э.И. Саруханян, Н.П. Смирнов.
Океан и Космос.Л.: Гидрометиздат, 1970.-214с.
7. Мирошниченко
Л.И. Солнечная активность и Земля. М.: Наука, 1981. 143 с.
8. Павлычев
В.П., Шевцов Г.А. Влияние гидрологических условий на промысел кальмара
Todarodes pacificus Steenstru в североззападной части Тихого океана// Известия
ТИНРО. 1977. Т. 101. С. 13-17.
9. Саблин В.В.
Воспроизводство и динамика численности сайры в северо-западной части Тихого
океана. Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Севастополь, 1980. 23 с.
10. Сидоренков
Н.С., Свиренко П.И. Многолетние изменения атмосферной циркуляции и колебания
климата в первом естественном синоптическом районе //Планетарные атмосферные
процессы, Л: Гидрометиздат, 1991.-.93-100.
Чистяков В.Ф.
Солнечные циклы и колебания климата. - Владивосток: Дальнаука,1997. Вып.1.153с.
12. Яглом А.М.,
Яглом И.М. Вероятность и информация.-М.,:Наука,1973.-510с.
13. Parker K.S., Royer T.C., Deriso R.B. High-latitude
climate forcing and tidal mixing by the 18.6-year lunar nodal cycle and
lowfrequency recruitment trends in Pacific halibut (Hippoglossus stenolepis)// Сlimate
change and Northern fish populations.1995 Can. Spes. Publ. Fish. - Hational
Research Council of Canada – Ottawa - pp. 447-459.