Yugra State University BulletinYugra State University Bulletin1816-92282078-9114Yugra State University1079210.17816/byusu2018075-87Research ArticleWavelet analysis of the El Niño – La Niña phenomenon dynamics and its forecastingAlekseevValery I.<p>Doctor of Technical Sciences</p>
<p>Professor</p>v_alekseev@ugrasu.mail.ruYugra State University
Institute (NOTs) technical systems and information technologies of Yugra State University15092018143758727122018Copyright © 2018, Alekseev V.I.2018<p>Having calculated the frequency content of a solar constant, solar activity from the time series in (1610-2012), the El Nio curve in both (1470-1984) and (1950-2075), it has been found that the frequency content of an El Nio - La Nia curve is induced by frequency contents of solar variables. The frequency contents of the variables have been calculated by developing their wavelet phase-frequency responses. Instantaneous phase differences of the solar variables curves CO2(t), global surface air temperature <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mmultiscripts><mi>T</mi><mprescripts/><none/><mn>0</mn></mmultiscripts><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></math>, El Nio in the two time intervals, in (1891-1950) and (1950-2009), have been calculated; linear approximations with coefficients<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mi>k</mi></math> of instantaneous phase differences between variables in these time intervals have been obtained. Based on relational approximation coefficient analysis <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub></math> of the two time intervals, it has been identified that rising surface air temperature and El Nio alike had been markedly influenced by solar variables variations<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mi>C</mi><msub><mi>O</mi><mn>2</mn></msub><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></math> during the first time interval, with the El Nio rise being affected by that of the surface air temperature amid the global climate change in 1950-2009. The predicted El Nio curves have been obtained from the 2015/16 to 2050 time period by the trained data curve in 1950-2015/16 in two versions as the sum of predicted wavelet approximating and detailing components of the original signal according to the Mallat rule. The accuracy of the predictive El Nio curve values is 83%. On the obtained curves, coordinates of local maximum and minimum are nearly matching. Wavelet phase-frequency response imaging of one curve reflects an impact on El Nio - La Nia variations of the Earth's solar and climatic variables in the past and the future alike.</p>El Niño - La Niña phenomenonsolar activitysolar constantinstantaneous signal phaseinstantaneous phase differenceslinear approximations of instantaneous phase differenceswavelet detail signal forecastingMallat ruleявление Эль-Ниньо - Ла-Ниньясолнечная активностьсолнечная постояннаямгновенные фазы сигналовразности мгновенных фазлинейные аппроксимации разностей мгновенных фазпрогнозирование вейвлетных деталей сигналовправило Мала композиции сигнала[Хименко, В. И. Случайные данные: структура и анализ [Текст] / В. И. Хименко. - Москва : Техносфера, 2017. - 424 с.][Дьяконов, В. П. Вейвлеты. От теории к практике [Текст] / В. П. Дьяконовв. - Москва : СОЛОН-Пресс. - 2004. - 400 с.][Пригожий, И. Порядок из хаоса: новый диалог с природой [Текст] / И. Пригожий, И. Стенгерс. - Москва, 1986. - 432 с.][Алексеев, В. И. Вейвлетный фазо-частотный анализ климатических переменных по данным глубокого бурения ледниковых скважин в Антарктиде [Текст] / В. И. Алексеев // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. - 2013. - Т. 4, № 2. - С. 9-26.][Алексеев, В. И. Анализ и прогнозирование циклических временных рядов с использованием вейвлетов и нейросетевых нечетких правил вывода [Текст] / В. И. Алексеев // Вестник Югорского государственного университета. - 2013. - Вып. 3. - С. 3-10.][Алексеев, В. И. Прогноз изменений температуры по палеоклиматическим данным и инструментальным измерениям на основе методов вейвлет-анализа и нечетких нейронных сетей [Текст] / В. И. Алексеев, Ю. М. Полищук // Вестник Югорского государственного университета. - 2013. - Вып. 3. - С. 11-14.][Алексеев, В. И. Прогнозирование динамики изменений орбитально-климатической диаграммы на основе методов вейвлет-анализа и нечетких нейронных сетей [Текст] / В. И. Алексеев // Вестник Югорского государственного университета. - 2018. - Вып. 1. - С. 13-21.][Леоненков, А. В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH [Текст] / А. В. Леоненков. - Санкт-Петербург : БХВ-Петербург, 2003. - 736 с.][Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений [Текст] / Р. Гонсалес, Р. Вудс. - Москва : Техносфера, 2005. - 1052 с.][Малла, С. 2005.Вейвлеты в обработке сигналов [Текст] / С. Малла. - Москва : Мир, 2005. - 671 с.][Астафьева, Н. М. Вейвлетный анализ: основы теории и примеры применения [Текст] / Н. М. Астафьева // Успехи физических наук. - 1996. - Т. 166, № 11. - С. 26][Вакуленко, Н. В. Свидетельство влияния солнечной активности на Эль-Ниньо - Южное колебание [Текст] / Н. В. Вакуленко, Д. М. Сонечкин // Океанология. - 2011. - Т. 51, № 6. - С. 994-999.][Гладильщикова, А. А. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК): цикл шестого оценочного доклада [Текст] / А. А. Гладильщикова, С. М. Семенов // Фундаментальная и прикладная климатология. - 2017. - Т. 2. - С. 13-25.][Эль-Ниньо 2015 и изменение погоды на Земле [Электронный ресурс] // Temperatures.ru. - Режим доступа: http://temperatures.ru/articles/el_nino_2015.][Эль-Ниньо [Электронный ресурс] // Википедия : свободная энциклопедия. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D1%8C-%D0%9D%D0%B8%D0%BD %D1%8C%D0%BE.][Солнечная активность [Электронный ресурс] // Википедия : свободная энциклопедия. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD% D0%B5%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C.][Долгосрочный прогноз солнечной активности (солнечной постоянной) [Электронный ресурс] // Helpiks.ORG. - Режим доступа: http://helpiks.org/1-115048.html/]