ВЫЯВЛЕНИЕ ДОЛГОСРОЧНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ ЭРОЗИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ОСАДКОВ В УСЛОВИЯХ ВЛАЖНОГО КОНТИНЕНТАЛЬНОГО КЛИМАТА С ЖАРКИМ ЛЕТОМ

В данной работе исследуются долгосрочные изменения эрозионного потенциала осадков (R-фактора) в условиях муссонного климата Приморского края с использованием современных методов анализа временных рядов. R-фактор является ключевым параметром для оценки водной эрозии почв, однако его временная динамика в муссонных регионах изучена недостаточно. На основе 62-летних данных об осадках (1960–2022 гг.) метеостанции Свиягино (44.7997, 133.0831) был рассчитан временной ряд R-фактора с суточным разрешением. Для выявления скрытых закономерностей применялись методы детрендированного флуктуационного анализа (DFA) и анализа спектральной плотности мощности (PSD) после удаления трендов и сезонных компонент.

Результаты показали слабую персистентность временного ряда (показатель DFA α = 0.534), что означает умеренную предсказуемость эрозионных рисков на коротких временных интервалах. Высокое качество степенного соответствия (R² = 0.983) подтверждает устойчивость выявленных закономерностей. Обнаружен характерный временной цикл продолжительностью 15.8 месяца, который может быть связан с крупномасштабными климатическими осцилляциями типа ENSO.

Полученные результаты позволяют улучшить точность прогнозирования эрозионных процессов в муссонных регионах и оптимизировать планирование противоэрозионных мероприятий. Выявленные фрактальные свойства R-фактора могут быть использованы для совершенствования моделей эрозии почв семейства USLE/RUSLE в условиях изменяющегося климата.

1. ВНИИГМИ-МЦ Д. Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – Мировой центр данных. URL: http://meteo.ru/ (Дата обращения: 10.04.2025).

2. Angulo-Martínez M., Beguer ía S. Estimating rainfall erosivity from daily precipitation records: A comparison among methods using data from the Ebro Basin (NE Spain) // Journal of Hydrology. 2009. Vol. 379. No. 1–2. P. 111–121. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2009.09.051.

3. Beran, J. Statistics for Long-Memory Processes. Chapman and Hall, New York. 1994.

4. Hamed K.H. Trend detection in hydrologic data: The Mann–Kendall trend test under the scaling hypothesis // Journal of Hydrology. 2008. Vol. 349. No. 3–4. P. 350–363. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2007.11.009.

5. Kantelhardt J.W., Koscielny-Bunde E., Rego H.H.A., Havlin S., Bunde A. Detecting long-range correlations with detrended fluctuation analysis // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2001. Vol. 295. No. 3–4. P. 441–454. DOI: 10.1016/S0378-4371(01)00144-3.

6. Kantelhardt, J.W., Zschiegner, S.A., Koscielny-Bunde, E., Havlin, S., Bunde, A., & Stanley, H.E. Multifractal detrended fluctuation analysis of nonstationary time series. Physica A, 2002. 316(1-4), 87–114.

7. Kantelhardt, J.W., Rybski, D., Zschiegner, S.A., Braun, P., Koscielny-Bunde, E., Livina, V., Havlin, S., Bunde, A. Multifractality of river runoff and precipitation: Comparison of fluctuation analysis and wavelet methods. Physica A, 2006. 330(1-2), 240–245.

8. Knudsen M.F., Seidenkrantz M.S., Jacobsen B.H., Kuijpers A. Tracking the Atlantic Multidecadal Oscillation through the last 8,000 years // Nature Communications. 2011. Vol. 2. P. 178. DOI: 10.1038/ncomms1186.

9. Kononova N.K., Lupo A.R. An investigation of circulation regime variability and dangerous weather phenomena in Russia in the 21st century // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 606. 012023. DOI: 10.1088/1755-1315/606/1/012023

10. Koscielny-Bunde, E., Bunde, A., Havlin, S., Roman, H.E., Goldreich, Y., Schellnhuber, H.J. Indication of a universal persistence law governing atmospheric variability. Physical Review Letters, 1998. 81(3), 729–732.

11. Lal, R. Soil degradation by erosion. Land Degradation & Development, 2001. 12(6), 519–539.

12. Lovejoy S., Schertzer D. The Weather and Climate: Emergent Laws and Multifractal Cascades. Cambridge: Cambridge University Press, 2013. 496 p.

13. Mandelbrot, B.B., Van Ness, J.W. Fractional Brownian motions, fractional noises and applications. SIAM Review, 1968. 10(4), 422–437.

14. Maraun D., Rust H.W., Timmer J. Tempting long-memory — on the interpretation of DFA results // Nonlinear Processes in Geophysics. 2004. Vol. 11. No. 4. P. 495–503. DOI: 10.5194/npg-11-495-2004.

15. Montgomery, D.R. Soil erosion and agricultural sustainability. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2007. 104(33), 13268–13272.

16. Movahed M.S., Jafari G.R., Ghasemi F., Rahvar S., Tabar M.R.R. Multifractal detrended fluctuation analysis of sunspot time series // Journal of StatisticalMechanics: Theory and Experiment. 2006. P. 02003. DOI: 10.1088/1742-5468/2006/02/P02003.

17. Naipal V., Reick C., Pongratz J., Van Oost K. Improving the global applicability of the RUSLE model – adjustment of the topographical and rainfall erosivity factors // Geoscientific Model Development. 2015. Vol. 8. P. 2893–2913. DOI: 10.5194/gmd-8-2893-2015.

18. Nearing M.A., Yin S., Borrelli P., Polyakov V.O. Rainfall erosivity: An historical review // CATENA. 2017. Vol. 157. P. 357–362. DOI: 10.1016/j.catena.2017.06.004.

19. Nearing, M.A., Pruski, F.F., & O’Neal, M.R. Expected climate change impacts on soil erosion rates: a review. Journal of Soil and Water Conservation, 2004. 59(1), 43–50.

20. Newman M., Alexander M.A., Ault T.R., Cobb K.M., Deser C., Di Lorenzo E., Mantua N.J., Miller A.J., Minobe S., Nakamura H., Schneider N. The Pacific decadal oscillation, revisited // Journal of Climate. 2016. Vol. 29. No. 12. P. 4399–4427. DOI: 10.1175/JCLI-D-15-0508.1.

21. Panagos P., Ballabio C., Borrelli P., Meusburger K., Klik A., Rousseva S., Alewell C. Rainfall erosivity in Europe // Science of the Total Environment. 2015. Vol. 511. P. 801–814. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2015.01.008.

22. Peel M.C., Finlayson B.L., McMahon T.A. Updated world map of the Köppen-Geiger climate classification // Hydrology and Earth System Sciences. 2007. Vol. 11. No. 5. P. 1633–1644.

23. Peng, C.K., Buldyrev, S.V., Havlin, S., Simons, M., Stanley, H.E., Goldberger, A.L. Mosaic organization of DNA nucleotides. Physical Review E, 1994. 49(2), 1685–1689.

24. Pimentel, D., Harvey, C., Resosudarmo, P., Sinclair, K., Kurz, D., McNair, M., ... & Blair, R. Environmental and economic costs of soil erosion and conservation benefits. Science, 1995. 267(5201), 1117–1123.

25. Python Software Foundation. Python Language Reference, version 3.13.2. URL: https://www.python.org/downloads/release/python-3132/ (Дата обращения: 10.04.2025).

26. Renard K.G., Foster G.R., Weesies G.A., McCool D.K., Yoder D.C. Predicting Soil Erosion by Water: A Guide to Conservation Planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). Agriculture Handbook No. 703. USDA, Washington, DC, USA, 1997. 384 p.

27. Rust, H.W., Mestre, O., Venema, V.K.C. Fewer jumps, less memory: Homogenized temperature records and long memory. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2008. 113(D19), D19110.

28. Taqqu, M.S., Teverovsky, V., Willinger, W. Estimators for long-range dependence: An empirical study. Fractals, 1995. 3(4), 785–798.

29. Trenberth K.E. The definition of El Niño // Bulletin of the American Meteorological Society. 1997. Vol. 78. No. 12. P. 2771–2777.

30. Varotsos C., Ondov J., Efstathiou M. Scaling properties of air pollution in Athens, Greece and Baltimore, Maryland // Atmospheric Environment. 2009. Vol. 43. No. 25. P. 4015–4023. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2009.05.001.

31. Varotsos, C.A., Efstathiou, M.N., Cracknell, A.P. On the scaling effect in global surface air temperature anomalies. Atmospheric Chemistry and Physics, 2009. 9(14), 4985–4992.

32. Wang, B., Wu, R., & Fu, X. Pacific–East Asian teleconnection: how does ENSO affect East Asian climate? Journal of Climate, 2000. 13(9), 1517–1536.

33. Wischmeier W.H., Smith D.D. Predicting rainfall erosion losses: A guide to conservation planning. Agriculture Handbook No. 537. USDA, Washington, DC, USA, 1978. 58 p.

34. Yin S., Xie Y., Liu B., Nearing M.A. Rainfall erosivity estimation based on rainfall data of various temporal resolutions // CATENA. 2020. Vol. 193. 104635. DOI: 10.1016/j.catena.2020.104635.

35. Zhang R., Delworth T.L. Impact of the Atlantic Multidecadal Oscillation on North Pacific climate variability // Geophysical Research Letters. 2007. Vol. 34. No. 23. L23708. DOI: 10.1029/2007GL031601