Диссертация (1097516), страница 20
Текст из файла (страница 20)
В результате применения интегрированных методов наблюдений в высокихширотах впервые показано, что:а) в условиях нарушенной погоды (дождь, туман, гроза) спектральныехарактеристики вариаций давления и атмосферного электрического поля меняютсяпрактически синхронно;б) суточный ход Ez-компоненты в авроральной зоне в значительной степениобусловленвлияниеммагнитосферныхэлектрическихполейивариациямигалактических космических лучей;2. Впервые по данным наземных измерений показано, что мощные протонныесобытия класса GLE, сопровождающиеся корональными выбросами массы, могутпривести к значительным (до 1 кВ/м) изменениям в атмосферном электрическом поле вглобальном масштабе. Следует сказать, что данное событие GLE, помимо того, чтосопровождалось корональным выбросом массы, также относилось к особому классупротонныхсобытий,продолжительныйтакфлюенсназываемымrogue(интегральнаяevents,имеющимплотностьпотокамощныйичастиц).Предположительно, что зафиксированные перед моментом вспышки изменения ватмосферном электрическом поле связаны с развитием крупномасштабных процессовна Солнце, предшествующих солнечным вспышкам и корональным выбросам массы.Полученный результат может найти применение для решения проблемы прогнозамощных протонных событий класса rogue events, сопровождаемых выбросамикорональной массы.3.
В результате анализа с помощью метода «наложения эпох» показано, чтофорбуш-понижения ГКЛ вызывают изменения в атмосферном электрическом полевысоких широт: уменьшение на 33% за один день до начала и увеличение на 31% на 5й день после начала события.119Глава 4 Инфразвуковые волны как один из каналов передачиэнергии в полярной атмосфере.Данная глава, как и предыдущая, посвящена исследованию волновых процессовв высокоширотной атмосфере. Известно, что колебания атмосферного давления винфразвуковом диапазоне (частота f < 15 Гц) оказывают влияние на биосистемы[Владимирский, Кисловский, 1982; Самойлов и др., 1994; Фролов и др., 1996; Delyukov,Didyk, 1999]. В то же время, именно атмосферные волны могут быть ответственными запередачу энергии солнечно-земных взаимодействий в нижние слои атмосферы, а такжеза перераспределение энергии между различными частями атмосферы [Госсард, Хук,1978; Смирнов, 1984; Нетреба, 1996; Wilson, 1967].Кнастоящемувремениизвестномножествоисточниковестественного(землетрясения, извержения вулканов, грозы, погодные фронты, штормы в океане) иискусственного (подземные ядерные взрывы, запуск ракет и космических аппаратов,энергетические ветряные установки) происхождения, генерирующих инфразвуковыеколебания, которые способны распространяться на сотни и тысячи километров отисточника без существенного затухания [Ерущенков и др., 1977; 1990; Госсард, Хук,1978; Куличков, 1992; Нетреба, Свиркунов, 1995; Грачев и др., 1997; Pierce, 1971;Delclos, 1990; Drobzheva, Krasnov, 2006].
Существует также ряд свидетельств того, чтонекоторые факторы космофизической природы (пролет метеоров, вариации потоковсолнечной радиации, магнитные бури, полярные сияния, солнечные вспышкирентгеновского излучения) сопровождаются генерацией инфразвука в широкомчастотном диапазоне [Голицын и др., 1977; Ерущенков и др., 1977; Госсард, Хук, 1978;Распопов и др., 1989; Иванов, Семенов, 1990; Нетреба, 1996; Шумилов, Касаткина идр., 2003; Wilson, 1967; ReVelle, 1976; 2004; Chimonas, 1977; Evers, Haak, 2001; Brown etal., 2002; Shumilov, Kasatkina et al., 2003e,f; Edvards et al., 2006]. В Главах 2 и 3 былопоказано, что вариации СКЛ и ГКЛ оказывают существенное влияние на аэрозольныйслой [Касаткина и др., 1999; Shumilov, Kasatkina et al., 1996; You, 2000; Kasatkina,Shumilov, 2005] и электрические параметры атмосферы [Markson, 1981; Tinsley, Deen,1991; Zadorozhny et al., 1994], а также на процесс образования облаков и уровеньосадков [Стожков и др., 1995; Svensmark, Friis-Christensen, 1997; Marsh, Svensmark,2000; Kniveton, Todd, 2001; Palle, Butler, 2001; Carslaw et al., 2002; Marsden, Lingenfelter,2003] и приводят к изменениям в циклонической активности и циркуляционномрежиме [Tinsley, Deen, 1991; Veretenenko, Thjell, 2005; Veretenenko et al., 2005], чтопозволяет их рассматривать в качестве основных климатообразующих факторов.
В то120же время известно, что интенсивные облачные образования сопровождаютсяпоявлениемакустико-гравитационныхволн,регистрируемыхназначительныхрасстояниях от места их первоначального возбуждения [Госсард, Хук, 1978].Способность инфразвука распространяться на большие расстояния можно использоватьдля получения информации об источнике, о динамическом и термическом состоянииобластей атмосферы, в которых распространялся принятый сигнал.Помимо акустических колебаний в атмосфере, порожденных сжимаемостьювоздуха (термин «инфразвук» чаще всего употребляется по отношению именно к этомувиду атмосферных волн), существуют так называемые внутренние гравитационныеволны (ВГВ), вызванные плотностным расслоением по вертикали [Госсард, Хук, 1978;Романова, Якушкин, 1995].
ВГВ могут распространяться на большие расстояния, атакже до ионосферных высот, почти не меняя своего периода [Госсард, Хук, 1978;Голицын и др., 1982; Казимировский, 1982; Грачев и др., 1988; Романова, Якушкин,1995; Friits, Alexander, 2003]. Свойство сверхдальнего распространения ВГВ связано ссуществованием волноводов в атмосфере и ионосфере, так называемым эффектом«сверхотражения» в них, и нелинейностью распространения [Савина, Ерухимов, 1981;Чунчузов, 1986; Романова, Якушкин, 1995; Некрасов, Шалимов, 2002; Lin, Goff, 1988;Ramamurthy et al., 1990; Rees et al., 2003].
Наблюдаемые вблизи земной поверхностиВГВ относятся к диапазону колебаний с периодами от одной минуты до несколькихчасов. Одним из наиболее изучаемых видов ВГВ являются горные подветренныеволны, возникающие в горной местности [Мусаелян, 1962; Госсард, Хук, 1978; Барри,1984]. Наличие горного рельефа на значительной части территории Кольского п-оватакже способствует образованию горных подветренных волн, приводящих квозникновению определенных особенностей в атмосфере и климате данного региона.
Ктаким особенностям относятся: орографическая облачность, подветренные вихри изоны интенсивной турбулентности [Мусаелян, 1962; Госсард, Хук, 1978; Барри, 1984].Учет сложности и многообразия видов волн препятствий и связанной с нимитурбулентности в атмосфере, особенно в высоких широтах, играет большую роль дляобеспечения безопасности полетов и для улучшения эффективности метеопрогнозов вполярных областях.Вышеперечисленные свойства инфразвуковых волн позволяют им не толькоучаствовать в процессах энергообмена между различными слоями атмосферы, но такжепереносить энергию на значительные расстояния от источника.
При этом возникаетпроблема разделения источников инфразвуковых колебаний различной природы.Мониторинг инфразвуковых колебаний особенно важен в высоких широтах ввиду121большой изменчивости метеопараметров, а также вблизи горных систем. Сочетание жеусловий высоких широт и горного ландшафта, как, например, на территории Кольскогоп-ова, наличие здесь большого числа антропогенных источников инфразвука(взрывныеработы)ещевбольшейстепениусиливаетактуальностьтакихисследований. Решение этой проблемы, а также других задач, связанных с изучениемсвойств атмосферы высоких широт, возможно только с применением интегрированныхметодов исследования. Для этих целей Кольском п-ове был создан Высокоширотныйизмерительный комплекс по исследованию атмосферы интегрированными методами(ВКИАВЭ) [Куличков и др., 2002; Шумилов, Касаткина, 2002а; Шумилов и др., 2003а;Kasatkina et al., 2002c; 2003b; Shumilov, Kasatkina, 2002a].
В настоящей главе приведеныосновные результаты, полученные при помощи комплекса ВКИАВЭ, которые былиопубликованы в работах [Куличков и др., 2002; Шумилов, Касаткина и др., 2002а,б;2003б; Kasatkina et al., 2002c; 2003b; Shumilov et al., 2002a; Shumilov, Kasatkina et al.,2003e,f].4.1 Два типа атмосферных волн (акустические и гравитационные).Cуществование в атмосфере двух типов волн (акустических и гравитационных)обусловлено свойствами атмосферы – сжимаемостью и плотностным расслоением повертикали.Акустическиеволныпредставляютсобойвысокочастотнуюветвьатмосферных волн (см. рис.4.1), существующую при частотах w>wa, где – частотаакустического обрезания [Госсард, Хук, 1978]:wa=g/2C0(4.1),где: - отношение теплоемкостей,g – ускорение свободного падения,С0 – адиабатическая скорость звука).Низкочастотная ветвь при w<wБВ относится к внутренним гравитационнымволнам [Госсард, Хук, 1978]:wБВ=[(g/)/z]2где:wБВ – частота Брента-Вяйсяля,(4.2),122 - температура.Рис.
4.1. Акустическая и гравитационная ветви атмосферных волн: wa – частотаакустического обрезания, wБВ – частота Брента-Вяйсяля.Более активное присутствие вблизи земной поверхности волн с периодами Т>10мин [Finnigan et al., 1989] связано с тем, что этот период примерно соответствуетчастоте Брента-Вяйсяля (wБВ 2*10-3c-1) [Госсард, Хук, 1978; Романова, Якушкин, 1995].Волны более высоких частот затухают, не достигая земной поверхности, если источниких образования расположен достаточно высоко в атмосфере. Наблюдаемые вблизиземной поверхности ВГВ относятся к диапазону колебаний с периодами от однойминуты до нескольких часов. К источникам генерации ВГВ относятся: неустойчивостьвследствие вертикального сдвига скорости, усиленная конвекция, орография [Craik,Adam, 1979].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
