Диссертация (1097516), страница 7
Текст из файла (страница 7)
на ИСЗ ГОЕС-7 (рис. 1.1а), нейтронного монитора обс. Апатиты(67.6N, 33.3E) (рис. 1.1д), а также данные озонных измерений в полярной шапке –обс. Баренцбург (рис. 1.1б) и о Хейса (рис. 1.1в); и в авроральной зоне – обс. Мурманск(68.8N, 33E) (рис. 1.1г).Измерения (ОСО) в Баренцбурге и Мурманске проводились озонометрами типаМ-124 по специальной программе с одним измерением в час [Шумилов и др., 1991;Shumilov et al., 1992; Shumilov, Kasatkina et al., 1993a]. Ошибка при измерениях этимприбором составляет 5% [Гущин, 1981].
Для измерений ОСО на о-ве Хейсаиспользовался спектрометр типа Брюер с погрешностью измерений не превышающей1% за год [Dorokhov, 1990]. Отчетливо видно, что после начала развития протонного30Рис.1.1. Солнечные протонные события 24-27 мая 1990 г.: а – интегральные потокипротонов по данным ИСЗ ГОЕС-7, б – общее содержание озона (ед. Добс.) иатмосферное давление Р (мБ) (штриховая линия) над обс.
Баренцбург (78.06N,14.22E), в – общее содержание озона (ед. Добс.) над обс. О. Хейса (80.6N, 58E), г –общее содержание озона (ед. Добс.) над обс. Мурманск (68.8N, 33E), д – данныенейтронного монитора обс. Апатиты (67.6N, 33.3E) (отн. ед.).31события, которое обнаруживается по резкому увеличению потоков высокоэнергичныхпротонов в вечерние часы UT 24 мая 1990 г. (рис 1.1а) и всплеску на нейтронноммониторе обс. Апатиты (рис.
1.1д), в полярной шапке наблюдается заметноеуменьшение (обс. Баренцбург – 18%, обс. Хейса – 15%) ОСО. При уровнегеомагнитной возмущенности Kp3 в течение исследуемого периода обс. Баренцбург ио. Хейса находились в полярной шапке. В то же время в авроральной зоне (обс.Мурманск) понижений ОСО зафиксировано не было (рис. 1.1г). Для исключениявоздействия метеорологических факторов и связанного с этим случайного совпадениясобытий был проведен анализ метеорологической ситуации в районе арх. Шпицберген.Анализ приземной синоптической карты и синоптических карт для уровней 500 и 50ГПа показал, что метеорологическая обстановка в районе архипелага Шпицберген втечение последних десяти дней в мае 1990 г.
была довольно стабильной [Шумилов идр., 1991]. Таким образом, динамика атмосферы не могла в рассматриваемом случаеоказывать заметное влияние на изменение ОСО.Как отмечалось ранее, измерения озона в Баренцбурге и Мурманскепроводились по специальной программе (одно измерение в час). Это является главнойпричиной, позволившей обнаружить GLE-эффект в изменении ОСО.
Не так явновоздействие протонных событий типа GLE на ОСО может быть выделено прииспользовании данных наземных измерений ОСО при обычном режиме регистрации(одно измерение в день). На рис.1.2 приведены данные наземных измерений ОСО напяти станциях: обс. Лонгиер (Ф’=74.5), обс.Тромсе (Ф’=66.3), обс. Мурманск(Ф’=64.5) и обс.Осло (Ф’=58.2). (Здесь и далее Ф’ – исправленная геомагнитнаяширота). По этим данным также можно заметить значительную депрессию ОСО в зонеполярной шапки (обс. Лонгиер и обс. Баренцбург).Уменьшение общего содержания озона в мае 1990 г., вызванное протоннымисобытиями типа GLE, не является единственным.
Аналогичные понижения ОСО былизафиксированы впоследствии по наземным данным и во время других событий GLEкак в северном и южном полушарии [Касаткина и др., 1998]. На рис. 1.3 приведеныданные аэрологических измерений над обс. Мирный (-66.5N, 93E) во время событияGLE 29 сентября 1989 г., когда понижение озона достигло величины 20% [Shumilov etal.,1995].Анализпространственногораспределенияпоказал,чтоозонные«минидыры», связанные с СКЛ, сосредоточены в кольцевых зонах, окружающихполярные шапки и образуются местной весной [Касаткина и др., 1998].
Обнаруженнаясезонная зависимость в распределении озонных «минидыр», инициированных32Рис. 1.2. Среднесуточные значения общего содержания озона в мае 1990 г. по даннымпяти обсерваторий [Ozone Data for the World, 1990]. Штриховой линией в верхнейчасти рисунка нанесено атмосферное давление над обс. Лонгиер в атмосферныхединицах. Для каждой обсерватории приведена исправленная геомагнитная широтаФ’.33Рис.
1.3. Данные аэрологических измерений озона (мкБ) над обс. Мирный во времяпротонного события 29 сентября 1989 г. -2, 1 – фоновые значения.солнечными протонами, связана, как это будет показано ниже, с наличием, илиотсутствиемблагоприятныхметеорологическихусловийдляобразованиястратосферных аэрозолей (достаточно низкие температуры, оптимальная влажность ит.д.).1.3 Особенности широтного распределения и эффект северо-южнойасимметрии в появлении озонных «минидыр», вызванных GLE.Солнечные протоны проникают в хвост магнитосферы вдоль силовых линиймежпланетного поля, пересоединенных с силовыми линиями хвоста магнитосферы[Morfill, 1972]. Таким образом, зона полярной шапки открыта для доступа солнечныхпротонов практически всех энергий. Под полярной шапкой понимается область,ограниченная полярной кромкой аврорального овала, силовые линии которойпроектируются в доли хвоста магнитосферы.Для определения области свободного доступа солнечных протонов во времяGLE 22-28 мая 1990 г.
использовались регрессионные соотношения, полученные в34[Микирова, Переяслова, 1983] для частиц с энергиями Ep>5 МэВ в главной фаземагнитной бури:L0=17.2exp(Dst/105.5) - для дневной магнитосферы(1.14),L0=12.0exp(Dst/209.7) - для ночной магнитосферыгде:Dst - величина Dst-вариации;L0 - положение границы полярной шапки в системе координат геомагнитного диполя.Рассматриваемые солнечные протонные события сопровождались магнитнойбурей средней величины. Наибольшей интенсивности она достигла во второй половине26 мая и первой половине 27 мая 1990 г.
(Kp=7) [Sol. Geophys. Data, 1990].На рис.1.4 изображены среднесуточные значения границ свободного доступапротонов, рассчитанные по формулам (1.14) для ночной магнитосферы во времясобытий 22-28 мая 1990 г., которые одновременно являются границами полярнойшапки [Микирова, Переяслова, 1983]. Как видно из рис.1.4, граница свободного доступаэнергичных протонов, и, следовательно, полярной шапки, смещалась к экватору вовремя максимального развития геомагнитных бурь 22 мая и 27 мая на инвариантнуюгеомагнитную широту =69. В другое время пограничная область располагаласьсевернее широты =71.35Рис.
1.4. Изменение инвариантной широты границы свободного доступа протонов сэнергиями Ep>5 МэВ, рассчитанное для событий СКЛ 21-28 мая 1990 г.Таким образом, обс. Баренцбург (=75.1) и обс. Лонгиир (=74.8), где былизафиксированы понижения озона во время протонных событий в мае 1990 г. (см.рис.1.1), находились в зоне полярной шапки и были открыты для доступа частицпрактически всех энергий. Вместе с тем, обс.Тромсе (=66.7), обс. Мурманск(=64.8) и обс.Апатиты (=63.2), находились вне полярной шапки в авроральнойзоне, где действует геомагнитное обрезание.
Жесткость геомагнитного обрезания R(ГВ) связана с инвариантной широтой следующим соотношением:R=14.7cos 4 (1.15)Жесткости обрезания для Мурманска, Апатит и Тромсе превышают величинуR=0.35ГВ. Как следует из вышеизложенного, воздействие протонов на озоновый слойопределяется не только величиной потока вторгающихся частиц, но и жесткостьюспектра. Если понижения ОСО вызываются солнечными протонами, проникающими ватмосферу до высоты максимума озонового слоя, то, учитывая атмосферное игеомагнитное обрезание, частицы должны иметь энергии 150-300 МэВ.
Очевидно, чтоозонные “минидыры” во время событий GLE в мае 1990 г. могли образоваться к северуот обс.Тромсе.Резюмируя вышеизложенное, следует сказать, что во время протонных событийтипа GLE 22-28 мая 1990 г. озоновый слой испытывал изменения только в областиполярной шапки, характеризующейся свободным доступом частиц практически всехэнергий. Отсутствие понижений ОСО в авроральной зоне объясняется действиемгеомагнитного обрезания на этих широтах, отсекающим менее энергичную частьспектра.
Вместе с тем, следует иметь в виду, что в так называемой зоне «квазизахвата»,наряду с малоэнергичными протонами, могут находиться и более энергичные частицыс энергиями Ep>200МэВ [Shumilov et al., 1993].Солнечные протонные события обладают эффектом северо-южной (N/S)асимметрии. В связи с этим, представляется интересным изучить их воздействие настратосферный озон одновременно в северном и южном полушариях. В работе [Maedaet al., 1984] по результатам спутниковых наблюдений было показано на примере двухпротонных событий (25.01.1971 г.
и 4.08.1972 г.), что реакция озонового слоя на36вторгающиеся протоны различна в северном и южном полушариях, т.е. наблюдаетсяэффект, так называемой, северо-южной (N/S) асимметрии. Позднее эффект N/Sасимметрии в реакции озонового слоя был обнаружен для нескольких протонныхсобытий типа GLE также и по спутниковым измерениям [Stephenson, Scourfield, 1992].В настоящем разделе изложены результаты работ [Касаткина и др., 1998; Шумилов,Касаткина, 2005; Kasatkina et al., 1993a; 1993b; 1994a; 1998a], где проанализированыусловия возникновения озонных “минидыр” в полярных шапках обоих полушарий напримере нескольких протонных событий типа GLE.
В работах [Касаткина и др., 1998;Шумилов, Касаткина, 2005; Kasatkina et al., 1993a; 1993b; 1994a; 1998a] на основебаллонных и наземных измерений озона в Арктике и Антарктике исследуетсявозможность взаимосвязи между сопряженными эффектами в вариациях озона исуществующей N/S асимметрией в проникновении солнечных протонов в полярныешапки [Шумилов и др., 1989].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
