Отзыв оппонента Огурцова М.Г. (Воздействие солнечных и межпланетных факторов на атмосферу и климат Земли)

1Огурцов Максим Геннадиевичдоктор физико-математических наукФедеральное государственное бюджетноеучреждение наукиФизико-технический институтим. А.Ф. Иоффе Российской академии наукПолитехническая 26, Санкт-Петербург194 021maxim.ogurtsov@mail.ioffe.ruУчёному секретарюдиссертационного советаД 501.001.63при федеральном государственномбюджетном образовательном учреждениивысшего образования «Московскийгосударственный университет имениМ.В.Ломоносова»Москва, 119991, Ленинские горы 1, стр. 2Отзыв официального оппонентана диссертациюКАСАТКИНОЙ Елены АлексеевныВОЗДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНЫХ И МЕЖПЛАНЕТНЫХ ФАКТОРОВ НА АТМОСФЕРУ ИКЛИМАТ ЗЕМЛИпредставленную к защите на соискание учёной степени доктора физико-математических наукпо специальности 25.00.29 – физика атмосферы и гидросферыДиссертация Касаткиной Е.А.

посвящена изучению влияния солнечно-космическихфакторов на состояние земной атмосферы и климата. Она включает исследования каксравнительно коротких инструментальных данных, так и полученных при активном участиидиссертантки древесно-кольцевых хронологий Кольского полуострова и северной Финляндии,охватывающих последние 600-700 лет. Сразу можно отметить, что использованиедендрохронологическихпалеоданныхпозволяетсущественнорасширитьэкспериментальную базу для исследования влияния различных факторов на климат, аизбранный для исследования район северной Фенноскандии лежит на достаточно высокихширотах, где проникновение солнечных и космических частиц в атмосферу облегчено.Важность избранной диссертанткой темы не вызывает сомнений.

Действительно изучениесолнечно-климатических связей является нестареющей научной проблемой, котораяпривлекает внимание исследователей на протяжении нескольких десятилетий. Причиныинтереса к данной тематике достаточно очевидны. Процессы, происходящие в околоземномпространстве и земной атмосфере, оказывают существенное влияние на радиосвязь,спутниковые навигационные системы, а возможно и на здоровье человека.

Однако п роблемасолнечно-земных связей продолжает оставаться актуальной, поскольку вопрос офизическом механизме воздействия возмущений на Солнце и в ближнем космосе до сихпор остается открытым. Что касается влияния на земную атмосферу межпланетнокосмических факторов, то это направление является достаточно новым и весьмаперспективным. В особенности это касается проведённого диссертанткой анализаэкологических аспектов столкновения с Землей малых небесных тел Солнечной системы.Можно отметить широту охвата диссертации, включающей исследования в областиастрофизики, астроэкологии, геофизики, климатологии, метеорологии, дендрохронологии.Следует также подчеркнуть, что особо важное значение проблема солнечно-космическоговлияния на Землю приобрела в связи с оживленной дискуссией о природе глобальногопотепления.Теперь можно перейти к анализу основных положений диссертации, выносимых назащиту21) Диссертанткой были выявлены закономерности в образовании ипространственном распределении обнаруженных впервые озонных «минидыр»,вызванных солнечными протонами релятивистских энергий.

Было установлено, чтоозонные «минидыры», сопровождающие вторжения протонов солнечных космическихлучей (СКЛ), образуются местной весной и сосредоточены в кольцевых зонах,окружающих полярные шапки. Были выполнены рассчёты высотных профилей скоростиионизации и концентрации окиси азота NO на высотах до 70 км для нескольких мощныхсолнечных протонных событий (СПС). Оказалось, что образование озонных “минидыр”во время протонных событий типа GLE нельзя объяснить в рамках обычной гомогеннойфотохимической теории: теоретические значения общего содержания озона (ОСО)оказались на порядок ниже экспериментальных.

Был сделан вывод о желательностивключения в моделирование гетерогенных химических процессов, происходящих вприсутствии увеличенной концентрации аэрозольных образований в стратосфере, которые, всвою очередь, могут быть также стимулированы вторжением солнечных протонов. Быловпервые экспериментально обнаружено увеличение общего содержания NO2 в высокихширотах, вызванное солнечным протонным событием типа GLE 2 мая 1998 года. Результатымодельных расчётов увеличения NO2 показали достаточно хорошее совпадение сэкспериментом.

Были также получены свидетельства увеличения ОСО после Форбушпонижений. Полученные диссертанткой свидетельства значительного влияния энергичныхсолнечных частиц на химический состав атмосферы являются серьёзным и очень важнымнаучным результатом. Особенно это касается связи между частицами СКЛ и ГКЛ иконцентрацией озона, поскольку атмосферный озон играет значительную роль врадиационном балансе атмосферы. Этот результат указывает на то, что одним из агентов,передающих солнечное влияние на погоду и климат Земли, может служить поток СКЛ и нанеобходимость учёта потока энергичных космических частиц в моделированиирадиационного баланса атмосферы.2) Диссертанткой была разработана модель, позволяющая на основе процессовионизации, ионной нуклеации и гетерогенной химии рассчитывать образованиедополнительного количества сульфатных аэрозолей при вторжении в атмосферурелятивистских солнечных протонов и, как следствие, адекватно экспериментуописывают образование озонных «минидыр» во время событий СКЛ.

Адекватностьразработанной модели эксперименту показана на примере нескольких событий GLE.Также было показано, что только протонные события типа GLE средней мощности могутприводить к значительному росту концентрации сульфатного аэрозоля. Этот результаттакже важен и способствует существенному продвижению в выяснении физическогомеханизма солнечно-климатических связей. Некоторая неясность сохраняется лишь водном вопросе. Моделирование, проведённое диссертанткой, показало, что послеобразования в результате ионной нуклеации дополнительных ядер конденсации (ЯК,размер примерно 0.01мкм) на высотах 16-27 км эти ЯК выростали до регистрируемоголидаром размера (>0.69 мкм) примерно за сутки.

В то время, как процесс роста частиц сразмером < 0.1 мкм обычно считается достаточно медленным. У меня ощутимоеувеличение числа частиц с размерами более 0.7 мкм за счёт коагуляции и конденсацииполучался лишь через несколько месяцев после рождения ЯК. Возможно диссертанткеследует обратить внимание на механизм быстрого формирования крупных частиц - cosmicray induced freezing (CRIF), предложенный в работе (Yu, 2004).3) Диссертанткой был создан банк дендрохронологических данных по Кольскомуп-ову для изучения цикличности климатических вариаций в Евро-Арктическом регионе.Банк включает несколько самых длинных хронологий: 677-летняя хронология пореликтовым (возрастом около 600 лет) образцам можжевельника сибирского (Juniperussibirica), самая продолжительная (561 год) серия по сосне (Pinus sylvestris) для Кольскогоп-ова, самая длинная (448 лет) древесно-кольцевая хронология по сосне для Хибинскихгор.

Эти данные могут быть использованы для восстановления климатических вариаций вЕвро-Арктическом регионе за последние 700 лет, а также для прогнозирования будущих3глобальных и региональных изменений климата. Этот практический результат оченьценен и актуален, а научная важность полученных дендроданных не вызывает сомнений.С учётом того, что географические условия северной Фенноскандии к которойпринадлежит Кольский полуостров (высокие широты, близость к авроральному овалу)весьма благоприятны для изучения связи климати с потоками солнечных и космическихчастиц, дальнейшее исследование полученных палеоданных представляется весьмаперспективным.4) Диссертанткой были обнаружены проявления минимумов солнечной активностиШперера (1416-1534), Маундера (1645-1715) и Дальтона (1801-1816) в полученныхдендроданных.

Оказалось, что указанные минимумы вызвали похолодания и уменьшениярадиального прироста колец деревьев Кольского п-ова. Были выявлены периодичности11.7, 20-22, 30-33 и 80-90 лет, соответствующие, по мнению диссертантки, основнымциклам солнечной активности. Этот результат также важен. Он подтверждает каксущественное влияние активности Солнца на климат северной Фенноскандии, так иценность исследованного географического региона для изучения солнечно-климатическихсвязей. В дальнейшей работе было бы полезным на основании полученных дендроданныхвосстановить летнюю температуру на Кольском полуострове, сопоставить её с даннымиинструментальных измерений за последнее столетие и далее работать уже с температурнымипалеореконструкциями. Я бы, однако, не спешил относить 30-летний цикл Брикнера косновным солнечным цикличностям.