Диссертация (1097516), страница 11
Текст из файла (страница 11)
вызвало значительноеувеличение NO, превышающее по величине количество окиси азота, выделившееся вовремя протонных событий мая 1990 г., когда было зафиксировано образование озонных«минидыр» в полярной шапке [Шумилов, Касаткина и др., 1996б; Shumilov et al., 1992;Shumilov, Kasatkina et al., 1995; 2003]. Ещё одна особенность данного события –жесткий спектр высыпающихся протонов (наибольшее количество NO образовалось навысоте между 15 и 25 км) (см. рис.1.11).По данным наземных измерений (см. рис. 1.12) такое значительное увеличениеNO во время рассматриваемого протонного события не привело к заметномуразрушению озона в высоких широтах [Касаткина и др., 2003; Shumilov, Kasatkina etal., 2003].
Возможно, этот результат объясняется способностью двуокиси азотасвязывать активныйхлор (ClO), который относится к разрушителям озона[Криволуцкий и др., 2001; Yang, Brasseur, 2001]. Эта особенность двуокиси азотаучитывается в модели реакции озоносферы на протонные вспышки, предложенной в[Криволуцкий и др., 2001], где было показано, что событие GLE в ноябре 1997 г. немогло привести к понижению ОСО.Впервые экспериментально обнаружено увеличение общего содержания NO2 ввысоких широтах, вызванное солнечным протонным событием типа GLE 2 мая 1998года.
Результаты модельных расчётов увеличения NO2 показали достаточно хорошеесовпадение с экспериментом. Полученные результаты указывают на необходимостьпроведения наземных измерений двуокиси азота NO2 в высоких широтах, которыемогут быть использованы для корректировки спутниковых измерений.581.6 О воздействии форбуш-понижений ГКЛна озоновый слой.Солнечные протоны при прохождении через атмосферу Земли большую частьсвоей энергии теряют в мезосфере и стратосфере и, как правило, вызывают пониженияозона на высотах 30-60 км [Криволуцкий, 2001; Frederick, 1976; Jackman et al., 1980;2005; Solomon et al., 1983; Jackman, McPeters, 1985].
Солнечные космические лучи(СКЛ) GLE-типа могут вызывать понижения ОСО, что было зафиксировано какназемными [Шумилов и др., 1991; Шумилов, Касаткина и др., 1996; Касаткина и др.,1998; Шумилов, Касаткина, 2005; Bjarnason et al., 1993; Kasatkina et al., 1992; 1993a,b;1994; Shumilov et al., 1992; Shumilov, Kasatkina et al., 1993a,b; 2003], так и спутниковыми[Stephenson, Scourfield, 1992] измерениями.Более энергичные галактические космические лучи (ГКЛ) проникают глубже ватмосферу и оставляют свою энергию в стратосфере и тропосфере. В работах[Ruderman, Chamberlain, 1975; Bjarnason et al., 1993; Lu, Sanche, 2001] 11-летниециклические вариации ОСО (2.5-5%) объясняются контролем ГКЛ.
Причем,амплитуды 11-летней гармоники существенно зависят от координат от широты идолготы места наблюдения [Бекорюков, 1985; Bojkov, 1986; Bjarnason et al., 1993]. Вработе [Sych et al., 2005] также приведены данные о существовании периодичностей ввариациях ОСО, связанных с солнечной активностью (27 дней, 5 лет, 11 лет, 22 года).КкратковременнымвариациямГКЛотносятсяфорбуш-понижения,возникающие при модуляции ГКЛ межпланетным магнитным полем [Lockwood, 1971].В работах [Веретененко, Пудовкин, 1994; Tinsley et al., 1989; Tinsley, Deen, 1991]отмечается, что форбуш-эффект приводит к изменениям индекса завихренности,температуры и состояния облачности в тропосфере и нижней стратосфере. Однако, овоздействии форбуш-понижений на озоновый слой известно ещё меньше. Лишь вработах [Reiter, 1979; Lastovicka, 2003] сообщается, что форбуш-эффект может вызватьповышения ОСО на 8% и более, которые авторы объясняют стратосфернымиинтрузиями воздушных масс в тропосферу и нарушениями циркуляционного режима.В настоящем разделе приводятся результаты сравнения экспериментальныхданных и численных расчетов изменения концентрации озона для форбуш-пониженийГКЛ – 15 февраля 1978 г.
и 4 августа 1972 г. [Шумилов, Касаткина и др., 1997;Shumilov, Kasatkina, 1993a].На рис.1.16-1.18 приведены данные баллонных измерений содержания озона итемпературы [Ozone data, 1978]во время форбуш-понижения 15.02.1978 г. над59обсерваториями, расположенными в трех геофизических зонах: обсерватория полярнойшапки Резольют (Ф’=84.2), авроральная обсерватория Черчилль (Ф’=70.2) исреднеширотнаяобсерваторияЭдмонтон(Ф’=54.5),гдеФ’–исправленнаягеомагнитная широта станции. форбуш-эффект 15.02.1978 г.
вызвал понижениеинтенсивности ГКЛ по данным нейтронного монитора обс. Апатиты более, чем на 25%[Shumilov, Kasatkina et al., 1993a]. Как видно из рис.1.16-1.18, форбуш-понижениесовпадает со значительными изменениями температуры и концентрации озона навысотах 7-17 км для первых двух обсерваторий. Над обс.Резольют амплитудаувеличения температуры достигала 10-15 C и озона 100 мкБ (см. рис.1.18).Отклонение температуры от среднего невозмущенного уровня, наблюдаемого доначала события, составляет 10-15С и озона - 150-200 мкБ на высотах 10-20 км над обс.Черчилль (см. рис.1.17). Тем не менее, в средних широтах, как это следует из рис. 1.18,форбуш-эффект не вызвал изменений в температуре и содержании озона, что, видимо,объясняется действием геомагнитного обрезания.60Рис. 1.16. Данные баллонных измерений над обс.
Резольют (Ф’=84.2) во времяфорбуш-понижения галактических космических лучей 15.02.1978 г. (кривая 1); а –озона (мкБ); б – температуры (С). Кривая 2 – фоновые значения озона (а) итемпературы (б) за 8.02.1978 г.Рис. 1.17. То же, что и на рис. 1.16, но для обс. Черчилль (Ф’=70.2).На рис.1.19 приведены данные наземных измерений ОСО во время форбушпонижения 15.02.1978 г.
для шести станций [Ozone data, 1979]. Как видно, событие15.02.1978 г. сопровождается значительным увеличениям ОСО (до 10%). Во времяфорбуш-эффекта 15.02.1978 г. наблюдалось очень сильное понижение интенсивностиГКЛ (более 25%) [Вашенюк, Пантелеева, 1993]. На рис.1.20а представлены данныенейтронного монитора обс. Апатиты во время рассматриваемого события. В качествесравнения на рис. 1.20б приведены данные нейтронного монитора обс. Апатиты для61другого мощного события понижения ГКЛ – 4.08.1972 г.
Отметим, что форбуш-эффект4.08.1972 г. совпал по времени с протонным событием типа GLE, в то время как нафоне события 15.02.1978 г. не наблюдалось всплеска интенсивности ГКЛ и его можноотнести к «чистым» форбуш-понижениям [Вашенюк, Пантелеева, 1993].Рис. 1.18. То же, что и на рис. 1.16, но для обс. Эдмонтон (Ф’=54.6) и фоновая кривая– за 14.02.1978 г.Приведенные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что форбушпонижения ГКЛ, как и события СКЛ, могут привести к вариациям озона в полярных62областях. При этом СКЛ уменьшают количество ОСО, тогда как форбуш-эффектыувеличивают содержание озона.Рис. 1.19.
Данные измерений общего содержания озона во время форбуш-понижениягалактических космических лучей 15.02.1978 г. для шести станций: а – Печора(Ф’=60.5), б – Архангельск (Ф’=60), в – С.-Петербург (Ф’=55.7), г – Воронеж(Ф’=47), д – Цимлянск (Ф’=45), е – Феодосия (Ф’=42). Штриховыми линиямиобозначены временные границы форбуш-понижения.В работе [Шумилов, Касаткина и др., 1997] предлагается «триггерный»механизм воздействия вариаций ГКЛ на температурный или электрический баланс ватмосфере, который приводит к изменению скорости ядрообразования аэрозольныхчастиц, и как следствие, изменению скорости разрушения озона через гетерогенныехимические процессы. Известно, что даже во время незначительных форбуш-63понижений (5%) на высотах 10-20 км регистрируются повышения температуры (до 3х градусов) [Tinsley et al., 1989].
Увеличение температуры может замедлить процессыядрообразования аэрозольных частиц, что приведет к снижению скорости гетерогенныххимических процессов, ответственных за образование радикалов ClO и BrO,разрушающих озон. Конечно, значения температур на рис.1.16-1.18 выше критическихзначений, необходимых для образования полярных стратосферных облаков, но онидостаточны для образования сульфатных аэрозолей, на поверхности частиц которыхгетерогенные реакции проходят при температурах от -43С до -63С [Tolbert et al.,1988]. С другой стороны, воздействуя на электрические параметры атмосферы, как этобудет показано в следующей главе, форбуш-понижения ГКЛ могут также изменятьскорость ядрообразования частиц полярных стратосферных облаков [Tinsley, Deen,1991].Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
