Автореферат (1145307), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Показано, что причиной более интенсивной регенерации циклоновявляется усиление адвекции холода, наблюдаемое в районе юго-восточного побережьяГренландии в день начала СПС.11Изменения давления в центре циклонов до и посленачала СПС (Е > 90 МэВ)onПослеthe 0/+1day СПСrelativeначалаto the SPE onsetonДоtheначала-2 dayСПСrelative tothe SPE onset14Число случаев12108642+ 30 гПа+ 25 гПа+ 20 гПа+ 15 гПа+ 10 гПа+ 5 гПа0- 5 гПа- 10 гПа- 15 гПа- 20 гПа- 25 гПа- 30 гПа- 35 гПа- 40 гПа0Рис.1. Распределение изменений давления в центре циклонов в умеренных широтах СевернойАтлантики (45−65°N, 0−60°W) за 2 суток до начала СПС и в последующие сутки после началаСПС.Вариации атмосферного давления в связи с СПС сопоставлены с распределениемвертикальной жесткости геомагнитного обрезания.
Показано, что в области СевернойАтлантики у побережья Гренландии складываются наиболее благоприятные условия дляэффектов космических лучей. Данная область характеризуется структурой термобарическогополя, способствующей углублению циклонов (высокие контрасты температуры у береговГренландии, создающие условия для адвекции холода, расходимость изогипс в среднейтропосфере), и при этом − низкими порогами геомагнитного обрезания Rc (< 0.5 ГВ), чтопозволяет высыпаться заряженным частицам с минимальными энергиями ~ 90 МэВ (Рис.2).Temperature gradients in the layer 1000-500 hPa.
January 2005.Temperature gradient in the layer 1000-500 hPa. January 2005.1.61.61.41.480°80°1.21.2Arctic frontal zoneArctic frontal zone0.860°0.6Cutoff rigidity0.4GVLatitudeLatutude10.210.80.660°0.80.6120.4°400.2Polar frontal zone20° °-120- 80°- 40°Longitude40Polar frontal zone500 hPa level0°40°°C/100 km20° °-1200.44°68- 80°0.21012- 40°Longitude1°4040°°C/100 kmРис.2. Слева: Распределение модуля горизонтального градиента средней температуры слоя1000-500 гПа и изогипсы изобарического уровня 500 гПа (январь 2005 г., среднемесячныезначения). Справа: то же и изолинии вертикальной жесткости геомагнитного обрезания (в ГВ)согласно [Shea and Smart, 1983].
Красной линией показана изолиния жесткости Rс = 0.4 ГВ,соответствующая энергии протона ~90 МэВ.В разделе 2.3 рассматриваются эффекты СПС с энергиями > 90 МэВ в вариацияхатмосферного давления в масштабах северного и южного полушарий. Показано, что эффекты12СПС отсутствуют на низких широтах.
В умеренных и высоких широтах северного полушариянаиболее статистически значимые вариации давления локализованы в североатлантическомрегионе, где имеют место низкие пороги геомагнитного обрезания (Rc < 0.5−2 ГВ). Вумеренных широтах тихоокеанского региона, где жесткость геомагнитного обрезанияпревышает 3−7 ГВ, что соответствует минимальным энергиям частиц, высыпающихся в данномрегионе, Emin ~ 2−6 ГэВ, значимых эффектов СПС не обнаружено (рис.3). В южном полушарииобнаружено статистически значимое понижение давления у берегов Земли Королевы Мод вобласти формирования антарктических фронтов, где, как и у побережья Гренландии, имеетместо регенерация циклонов. Данная область также характеризуется низкими порогамигеомагнитного обрезания Rc ≤ 0.5−2 ГВ.
Таким образом, эффект энергичных СПС, наблюдаемый в первые 1-2 суток после начала события, обусловлен интенсификацией регенерациициклонов на арктических и антарктических фронтах, попадающих в область высыпания частицс энергиями ~100 МэВ, т.е. энергиями, достаточными для проникновения в стратосферу.Рис.3. Средние изменения геопотенциальной высоты изобарического уровня 500 гПа (GPH500)в северном полушарии на следующий день после начала СПС с энергиями частиц > 90 МэВ(число событий N=48, октябрь-март 1980-1996 гг.). а) Области статистической значимостиэффектов согласно оценкам по методу Монте-Карло (желтые линии) и климатическоеположение фронтов в январе согласно [Хромов и Петросянц, 1994]: полярные фронты – синиелинии, арктические фронты – красные линии. б) Изолинии вертикальной жесткостигеомагнитного обрезания Rc (в ГВ) согласно [Shea and Smart, 1983].В разделе 2.4 обсуждаются основные проблемы физического механизма эффектов СПС винтенсивности внетропического циклогенеза.
Приведены изменения скорости ионизации в ходеисследуемых событий и оценки энергии, которая могла быть внесена в стратосферукосмическими частицами, а также кинетической энергии циклона. Показано, что скоростьпреобразования доступной потенциальной энергии в кинетическую энергию циклонасоставляет ~ 1025 эрг/сут, что на несколько порядков превышает скорость поступления энергиив стратосферу за счет солнечных протонов. Предположено, что высыпания энергичных частицприводят к изменениям структуры термобарического поля в высоких широтах (областиформирования арктических и антарктических фронтов), которые способствуют болееинтенсивному углублению циклонов.13В разделе 2.5 приведены выводы к главе 2.
Отмечено, что СПС с энергиями частиц,достаточными для прохождения в верхнюю стратосферу, способствуют более интенсивнойрегенерации циклонов на арктических и антарктических фронтах высоких широт. ОбластьСеверной Атлантики у побережья Гренландии является особым регионом, где складываютсянаиболее благоприятные условия, как геофизические, так и атмосферные, для формированияэффектов энергичных СПС в эволюции внетропических циклонов.В третьей главе исследуются эффекты Форбуш-понижений галактических космическихлучей в вариациях давления атмосферы и изменения в эволюции барических систем,вызывающих эти вариации, а также проводится сравнительный анализ эффектов СПС иФорбуш-понижений ГКЛ в циркуляции нижней атмосферы северного полушария.В разделе 3.1 приводятся определение Форбуш-понижений в интенсивности потока ГКЛ,механизм их формирования, типы высокоскоростных потоков солнечного ветра, которымиобусловлены Форбуш-понижения, характеристики Форбуш-понижений и их распределение вцикле солнечной активности.В разделе 3.2 рассматривается пространственное распределение вариаций давления всеверном и южном полушариях в ходе Форбуш-понижений ГКЛ с амплитудой ≥2% по даннымнейтронного монитора ст.
Апатиты ( Rc =0.65 ГВ) для холодных месяцев (октябрь-март).Показано, что в связи с исследуемыми событиями имеет место постепенный рост давления смаксимумом на +3/+4-й дни в умеренных широтах в области климатического положенияполярных фронтов. Наиболее статистически значимые эффекты Форбуш-пониженийнаблюдаются в северном полушарии над восточной частью Северной Атлантики, СевернойЕвропой и Европейской территорией России (рис.4).°°160°-160160°-160403030120-12075-120°°°4011°12023720200.55101110.5°0.9510.9540°- 4023- 40°70-305 740°511-40°-10-2010.5-30°°800.952-20- 8011-1000.950.9580°- 80°300.950.950.95100.990.99-40°0Рис.4. Средние изменения геопотенциальной высоты (в гп.
м) изобарического уровня 1000 гПа(GPH1000) в северном полушарии на +4-й день после начала Форбуш-понижений ГКЛ (числособытий N=48, октябрь-март 1980-2006 гг.). Желтыми линиями показаны областистатистической значимости эффектов согласно оценкам по методу Монте-Карло.Слева: климатическое положение фронтов в январе [Хромов и Петросянц, 1994]: полярныефронты – синие линии, арктические фронты – красные линии. Справа: изолинии вертикальнойжесткости геомагнитного обрезания Rc (в ГВ) согласно [Shea and Smart, 1983].14Согласно данным синоптического анализа, повышение давления в указанном регионеобусловлено интенсификацией формирования блокирующих антициклонов в ходе исследуемыхсобытий. Показано, что, как и в случае СПС, статистически значимые эффекты Форбушпонижений ГКЛ локализованы в североатлантическом регионе, где пороги геомагнитногообрезания составляют Rc ~ 0.5−3 ГВ (минимальные энергии высыпающихся частиц Emin ~ 120МэВ−2 ГэВ).
В тихоокеанском регионе, где пороги геомагнитного обрезания существенновыше, значимых вариаций давления не обнаружено. В южном полушарии областистатистически значимого повышения давления в ходе Форбуш-понижений обнаружены вобласти климатической депрессии у берегов Земли Королевы Мод и над морем Дюрвиля, гдетакже имеют место низкие пороги геомагнитного обрезания. По данным синоптическогоанализа, рост давления в указанных областях обусловлен ослаблением циклонов и смещением ввысокие широты гребней субтропических антициклонов.В разделе 3.3 проводится сравнительный анализ эффектов СПС с энергиями > 90 МэВ иФорбуш-понижений ГКЛ в эволюции внетропических барических систем и вариациях давлениянижней атмосферы северного полушария (см.
Таблицу). Отмечается, что указанные события,вызывающие противоположные эффекты в атмосферной ионизации, способствуют развитиювнетропических барических систем противоположного типа, несмотря на различия в амплитудевариаций и области высот, достигаемых частицами СКЛ и ГКЛ. Высыпания солнечныхпротонов с энергиями ~100 МэВ сопровождаются активизацией динамических процессов(углублению циклонов) на высокоширотных арктических фронтах, что приводит к понижениюдавления над Северной Атлантикой. Вариации галактических космических лучей с энергиямиот 200 МэВ до 3-4 ГэВ сопровождаются интенсификацией антициклонов на полярных фронтахумеренных широт и, соответственно, повышением давления над восточной частью СевернойАтлантики, Северной Европой и Европейской территорией России.
Наиболее статистическизначимые эффекты вариаций как солнечных, так и галактических космических лучейнаблюдаются в североатлантическом регионе.В разделе 3.4 приведены выводы к главе 3. Форбуш-понижения ГКЛ способствуют болееинтенсивному формированию блокирующих антициклонов на полярных фронтах умеренныхширот северного полушария.
Подтверждены выводы, сделанные в главе 2, что областьСеверной Атлантики является особым регионом, где складываются наиболее благоприятныеусловия для формирования эффектов вариаций солнечных и галактических космических лучей.В четвертой главе исследуются особенности пространственно-временнóй структурыдолговременных эффекты солнечной активности и галактических космических лучей ввариациях давления тропосферы, а также возможные причины временной изменчивостисолнечно-атмосферных связей.В разделе 4.1 показано, что временнáя неустойчивость корреляционных связей,наблюдаемых между атмосферными характеристиками и явлениями солнечной активности,является одной из наиболее серьезных проблем солнечно-атмосферной физики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
