Автореферат (1097515), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Технологии и информационные базы данных – 2001»,о. Крит, Греция (2001); International Conference on the Future of Dendrochronology “TreeRings and People”, Birmensdorf, Swissland (2001); Climate Conference 2001, Utrecht, TheNetherlands (2001); International Symposium on Climate Change and Variability in NorthernEurope, Turku, Finland (2001); 8th European Symposium on the Physico-Chemical behaviourof Air Pollutants “A Changing Atmosphere”, Torino, Italy (2001); International Workshop“Russian Science at Svalbard for the Third Millenium”, Barentsburg, Norway (2001); Annual16International Seminar “Physics of Auroral Phenomena”, Apatity, Russia (23 th – 2000, 24th –2001, 25th – 2002, 26th – 2003); Second AMAP International Symposium on EnvironmentalPollution of the Arctic, Rovaniemi, Finland (2002); Научная сессия МИФИ, Москва,Россия (2002); EGS General Assembly, Nice, France (2002; 2003); 34th COSPAR ScientificAssembly, Houston, USA (2002); VIII International Congress of Ecology (INTECOL), Seoul,Korea (2002); Infrasound Technology Workshop, Utrecht, Netherlands (2002); IAGA/ICMA3rd Workshop “Solar forcing of the middle atmosphere”, Prague, Czech Republic (2003);Infrasound Technology Workshop, San-Diego, USA (2003); 1st International Symposium onSpace Climate “Direct and Indirect Observations of Long-Term Solar Activity”, Oulu,Finland (2004); EURODENDRO Conferences (Savonlinna, Finland (1997), Ljubljana,Slovenia (2001), Obergurgl, Austria (2003), Rendsburg, Germany (2004), Viterbo, Italy(2005), Hallstadt, Austria (2008), Calla Millor, Mallorca, Spain (2009)); InternationalConferences on Dendrochronology (Rovaniemi, Finland (2010), Melburne, Australia (2014));Международная конференция «Современные экологические проблемы Севера (к 100летию со дня рождения О.И.
Семенова-Тян-Шанского)», Апатиты, Россия (2006);European Planetary Science Congress, Berlin, Germany (2006); EMS Annual Meetings(Nice, France (2004), Ljubljana, Slovenia (2006)); 18th Nordic Meeting in Social Medicineand Public Health, Helsinki, Finland (2007); III-я Всероссийская конференция смеждународным участием «Экологические проблемы северных регионов и пути ихрешения», Апатиты, Россия (2010); EGS General Assemblies (Nice, France (2002; 2003),Vienna, Austria (2007; 2008; 2010, 2011, 2014, 2015)).Публикации.
По теме диссертации опубликована 151 работа, в том числе 40работ в реферируемых отечественных и зарубежных журналах (из них 38 публикаций вдокторском списке ВАК), 17 статей в сборниках и 94 тезиса докладов.Благодарности.Выражаюискреннююблагодарностьсвоемунаучномуруководителю и, в дальнейшем, научному консультанту д.ф.-м.н. О.И. Шумилову занеоценимую помощь и ценные советы при подготовке работы.Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, шести глав,заключения, и списка литературы, включающего 691 наименование. Общий объёмработы содержит 272 страницы, 93 рисунка и 5 таблиц.17СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении дан краткий анализ современного состояния проблемы, общаяхарактеристика работы и её актуальность, определены цель и задачи диссертационнойработы. Сформулированы положения, выносимые на защиту, обоснованы новизна,практическая и теоретическая ценность полученных результатов. Приведено краткоесодержание работы.Впервойглавепредставленанализэкспериментальныхрезультатоввоздействия СКЛ и ГКЛ на озоновый слой и газовый состав атмосферы в высокихширотах. Впервые показано, что мощные протонные события типа GLE могутприводить к кратковременным понижениям ОСО более 15% (озонным «минидырам»).Ранее считалось, что солнечные протонные события могут вызывать уменьшениеконцентрации озона только на стратосферных высотах, т.е.
выше максимума озонногослоя. Экспериментальные доказательства того, что релятивистские солнечные протонымогут приводить к образованию озонных «минидыр» в высоких широтах, впервыебыли получены нами в результате специального эксперимента, проведенного поспециальной программе на арх. Шпицберген (обс. Баренцбург; 78.05N, 14.2E) в мае1990 г.В результате изучения феноменологических особенностей понижений ОСО,связанных с событиями GLE показано, что образование озонных «минидыр» вполярных шапках обоих полушарий происходит лишь местной весной при наличииблагоприятных метеорологических условий для образования стратосферных аэрозолей(достаточно низкие температуры, оптимальная влажность и др.). Понижения озонасосредоточены,главнымпространственноеобразом,распределениевблизиозонныхграницполярных«минидыр»,шапок.вероятно,Такоесвязаноспространственными неоднородностями в распределении зон вторжения солнечныхпротонов (авроральные и касповые максимумы, полярные пики).
Аналогичныйрезультат был получен в 1964 г. в работе М.Н. Гневышева и Б.И. Сазонова [1964], гдена основе статистического анализа высотных барических карт северного полушариябыло показано, что районы наибольшей повторяемости максимального и минимальногодавлений образуют кольцеобразные зоны, сходные с овалом полярных сияний. Ихобразование авторы связали с вторжением солнечных корпускулярных потоков.Далеев1-йглавеизучаютсявопросыприменимостигомогеннойфотохимической теории для оценки воздействия релятивистских солнечных протоновна озоновый слой. Согласно гомогенной (или газофазной) фотохимической теории18уменьшения стратосферного озона во время протонных событий вызываютсяувеличением концентрации азотных NОx и водородных HOx составляющих.Высокоширотные протоны, вторгающиеся в атмосферу во время солнечных протонныхсобытий, образуют вторичные электроны с энергией в десятки и сотни электрон-вольт,которые ионизируют и диссоциируют N2 и приводят к образованию окиси азота NO,разрушающей озон.
Впервые разрушающее влияние солнечных протонов на озоновыйслой через образование азотных составляющих было предсказано П. Крутценом [1970]в 1970 г.Для нескольких событий GLE было проведено численное моделированиевоздействия релятивистских солнечных протонов на малые газовые составляющиевысокоширотной атмосферы и сравнение с экспериментом.
Специально созданнаяпрограмма позволяет рассчитывать скорость ионизации и образования солнечнымипротонами молекул окиси азота. Время жизни HOx в средней атмосфере составляетвсего лишь несколько часов (для сравнения: время жизни NOx изменяется отнескольких дней до нескольких месяцев), поэтому влияние водородных составляющих,образующихся в процессе ионизации, не учитывалось.
Для вычисления скоростиионообразования Q(h) (см-3с-1) было использовано выражение [Jackman et al., 1980]: 221qi(h)= D (E )Ei(E ) sin d d dEQ 0 0 0(1),где:Ei(E) - функция энергетических потерь частиц в i-м слое (МэВ);D(E) - дифференциальный энергетический спектр вторгающихся протонов(см 2 с 1 стер 1 МэВ 1 );Q=35 эВ - энергия, необходимая для образования одной ион-электронной пары; - азимутальный угол; - угол с вертикалью.Вклад в ионизацию других частиц (-частиц, тяжелых ядер, электронов),который более, чем на порядок меньше создаваемого протонами [Jackman, McPeters,1985], не учитывался.На рис.1 приведены профили скорости ионообразования, вычисленные во времямаксимальной интенсивности некоторых событий GLE (4 августа 1972 г., 16 февраля1984 г., 19 октября 1989 г., 24 мая 1990 г. и 14 июля 2000 г.).
В расчетах использовалисьданные о потоках протонов ИСЗ ГОЕС в семи энергетических каналах (4.2-8.7; 8.714.5; 15-44; 39-82; 84-200; 110-500; 640-850 МэВ) (http://spidr.ngdc.noaa.gov/spidr),19которые позволяют вычислять дифференциальные спектры в диапазоне от 1 до 850МэВ.Рис. 1. Высотные профили скоростиионообразования для событий GLE,вычисленные во время их максимальнойинтенсивности.Ранееприаналогичныхрасчётахдругимиавторамииспользовалисьинтегральные интенсивности СКЛ, которые не позволяли должным образом учитыватьвклад в ионизацию высокоэнергичных солнечных протонов с энергиями E>100 МэВ[Jackman et al., 1980; Jackman, McPeters, 1985].
При расчете спектров для двух событий(4 августа 1972 г. и 16 февраля 1984 г.) были использованы параметры потоковсолнечных протонов из опубликованных работ. Использовались также параметрыстандартнойатмосферыCIRA-72,высотныепрофилиNOиO3,атакжефотохимического времени жизни NO взяты из опубликованных работ. Вся атмосфераот 0 до 70км была разделена на 70 слоев высотой в 1 км. Энергетическая потеря в i-мслое Ei(E) для протона с питч-углом θ и энергией Е вычислялась по формуле [Jackmanet al., 1980]:Ei(θ,E) = E – (-ΔZi/Asecθ + EB)(2)где ΔZi – атмосферная масса, содержащаяся в слое i (г·см-2); А = 2.71·10-3 и В =1.72.Для пересчета величины скорости ионообразования в концентрацию NOиспользовался коэффициент пропорциональности 1.25, который до высоты 60 кмоставался постоянным и линейно уменьшался от 1.25 до 0.3 в интервале высот 60-70 км[Reagan et al., 1981].
На рис.2 приведены графики высотного распределения окисиазота, рассчитанные для наиболее мощных событий GLE (4 августа 1972 г., 21-27 мая1990 г., 2 мая 1998 г., 14 июля 2000 г.). Как видно из рис. 2, три события вызвализначительное увеличение NO, превышающее по величине количество окислов азота,выделившееся во время событий GLE в мае 1990 г., когда было зафиксированообразование озонных «минидыр» в полярной шапке.20Рис. 2.
Высотные профили концентрацииокисиазотаNO,рассчитанныедлянекоторых событий GLE.В то же время такое значительное увеличение NO во время этих трех событийGLE по данным наземных измерений не привело к заметному разрушению озона ввысоких широтах [Reagan et al., 1981; Shumilov, Kasatkina, 2003; Касаткина и др.,2003].Приведённые результаты свидетельствуют о том, что образование озонных«минидыр» во время протонных событий нельзя объяснить в рамках обычнойгомогенной фотохимии. Следует отметить, что расчёты, проведенные в рамкахгомогенной фотохимической теории другими авторами, подтверждают наш вывод:теоретически предсказанные величины изменения ОСО оказались на порядок нижеэкспериментальных.
Тем не менее, гомогенная теория достаточно хорошо и адекватноэксперименту описывает вариации NOx и уменьшения озона, вызванные солнечнымипротонами на стратосферных высотах (выше 40км), что подтверждается даннымиракетных и спутниковых измерений.Окислы азота (NOx: NO, NO2) играют существенную роль в атмосферной химии,т.к. учавствуют в процессах разрушения озона через циклические реакции (циклКрутцена) [Crutzen, 1970]. С другой стороны, двуокись азота (NO2), связывая активныйхлор (ClO), препятствует разрушению озона на высотах ниже 20 км, что может вызватьувеличение концентрации озона при определённом уровне концентрации ClO встратосфере [Krivolutsky, 1999; Yang, Brasseur, 2001].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
