Автореферат (1145307), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Приводитсяобзор изменений характера корреляционных связей между различными атмосфернымихарактеристиками и солнечно-геофизическими факторами.15Таблица. Эффекты вариаций КЛ в циркуляции нижней атмосферы (северное полушарие).Энергия частиц КЛДиапазон высот,достигаемых частицами КЛИзменения скоростиионизации на высотах,достигаемых частицами КЛНаиболее статистическизначимые эффекты ввариациях давленияЛокализация областинаиболее статистическизначимых измененийдавленияМаксимальные изменениядавления (∆GPH) и ихвысотный диапазонХарактерное время откликаатмосферыХарактерные динамическиепроцессыАтмосферные условия вобласти максимальныхэффектов КЛВертикальная жесткостьгеомагнитного обрезания вобласти максимальныхэффектов КЛСолнечные протонныесобытия>90 МэВФорбуш-понижения ГКЛ>200 МэВ~35−40 км~10−15 кмУвеличение скоростиионизации от ~10 донескольких сотен см-3⋅с-1Уменьшение скоростиионизации на ~1-3 см-3⋅с-1Понижение давленияПовышение давленияСеверная Атлантика, юговосточное побережьеГренландииВосточная часть СевернойАтлантики, Северная Европа,северная часть Европейскойтерритории России−80…−100 гп м+50 гп м300−500 гПа1000 гПа (уровень моря)≤ 1−2 сут~3−4 сутРегенерация циклонов наарктических фронтахФормированиеблокирующих антициклоновна полярных фронтахПрогретость атмосферы надтеплым Северо-Атлантическим течением,сходимость изогипс надЕвразийским континентомВысокие контрастытемпературы между ледниковой поверхностью Гренландии и более теплымокеаном; расходимостьизогипс над океаном~0.4−1 ГВ~1−3 ГВВ разделе 4.2 (подразделы 4.2.1 и 4.2.2) исследуется пространственное распределениеэффектов ГКЛ в вариациях давления тропосферы (геопотенциальной высоты уровня 700 гПаGPH700) северного и южного полушарий по данным реанализа NCEP/NCAR и скорости счетаNM нейтронного монитора в Клаймаксе (Rc =2.99 ГВ), характеризующей интенсивность ГКЛ(данные с 1953 г.).
Выявлена региональная зависимость эффектов ГКЛ. Показано, чтопространственная структура вариаций давления, коррелирующих с изменениями потока ГКЛ в1611-летнем солнечном цикле, определяется климатическим положением главных атмосферныхфронтов независимо от временного периода. При этом имеет место временнáя изменчивостьэффектов ГКЛ: знаки коэффициентов корреляции R(GPH700, NM) в выделенных регионахменяются на противоположные в зависимости от рассматриваемого периода времени.Изменение знака корреляции по всем регионам земного шара обнаружено в начале 1980-х гг.В период с начала 1980-х гг.
по 2000 г. наблюдаются наиболее статистически значимыекоэффициенты корреляции между давлением и потоками ГКЛ на полярных фронтах умеренныхширот, что свидетельствует о влиянии вариаций ГКЛ на развитие внетропического циклогенеза(рис.5а,в). Увеличение потока ГКЛ в минимумах 11-летних циклов солнечной активностисопровождается понижением давления на полярных фронтах (усилением циклоническихпроцессов). В высокоширотной области северного полушария, ограниченной арктическимиРис.5. Вверху: Распределение коэффициентов корреляции между среднегодовыми значениямиGPH700 и интенсивности ГКЛ R(GPH700, NM) в северном полушарии для временных периодов1982-2000 гг. (а) и 1953-1981 гг. (б).
Климатическое положение фронтов: 1 – арктическийфронт, январь; 2 – арктический фронт, июль; 3 – полярный фронт, январь; 4 – полярный фронт,июль [Хромов и Петросянц, 1994]. Внизу: Уровни статистической значимости коэффициентовкорреляции R(GPH700, NM) 0.9, 0.95, 0.97 и 0.99 (в градациях серого цвета) согласно оценкампо методу рандомизации фаз [Ebisuzaki, 1997].17фронтами, коэффициенты корреляции между давлением и интенсивностью ГКЛпротивоположны по знаку коэффициентам корреляции в умеренных широтах.В предыдущий период 1953-1981 гг.
эффекты ГКЛ в высоких и умеренных широтахимели противоположный знак (рис.5б). Аналогичная картина (изменение в начале 1980-х гг.знака корреляции между давлением на полярных фронтах и интенсивностью ГКЛ) наблюдалосьтакже для южного полушария. Показано, что эффекты ГКЛ в вариациях внетропическогоциклогенеза наиболее выражены в холодное время года независимо от временнóго периода. Влетние месяцы коэффициенты корреляции R(GPH700, NM) на полярных фронтах умеренныхширот сохраняются, но выражены слабее.
Согласно данным подраздела 4.2.2., временнóй ходкоэффициентов корреляции между давлением в различных широтных поясах и интенсивностьюпредполагает наличие долговременных вариаций амплитуды и знака эффектов ГКЛ ватмосферной циркуляции c предположительным периодом ~50−60 лет.В подразделе 4.2.3 исследована временнáя изменчивость эффектов ГКЛ в вариацияхдавления атмосферы на более длительном интервале времени. Для этого использовалисьданные архива приземного давления MSLP (Climatic Research Unit, East England University) запериод 1873-2000 гг.
и числа Вольфа Rz, характеризующие уровень солнечной активности.Интенсивность ГКЛ обнаруживает достаточно высокую отрицательную корреляцию с числамиВольфа (R ~− 0.8). Тем не менее, поскольку в корреляции атмосферных характеристик счислами Вольфа могут, помимо ГКЛ, давать вклад и другие агенты солнечной активности,будем называть эти корреляции эффектами СА/ГКЛ. Обнаружено, что временнáя структураэффектов СА/ГКЛ в вариациях давления тропосферы в высоких и умеренных широтаххарактеризуется четко выраженной ~60-летней периодичностью.
Выявлены изменения знакакорреляции между приземным давлением (SLP) в высоких широтах и числами Вольфа в концеXIX века, начале 1920-х, 1950-х и начале 1980-х гг. Наличие ~60-летней периодичности вкоэффициентах корреляции между приземным давлением и числами Вольфа R(SLP, Rz ) вумеренных широтах подтверждена результатами Фурье- и вейвлет-анализа.В разделе 4.3 рассматривается связь долговременных эффектов СА/ГКЛ в вариацияхдавления нижней атмосферы с эволюцией крупномасштабной атмосферной циркуляции.Обнаружено, что обращения знака корреляции R(SLP, Rz ) имели место при переходах междухолодными и теплыми эпохами в Арктике, связанных с изменениями состоянияциркумполярного вихря [Гудкович и др., 2009].
Периоды изменения знака корреляцииR(SLP, Rz ) совпадают также с переломными точками в эволюции крупномасштабнойциркуляции меридионального (С) типа по классификации Вангенгейма-Гирса (т.е. переходамиот увеличения к уменьшению повторяемости данной формы и наоборот). Повторяемостьданной формы циркуляции также характеризуется ~60-летней периодичностью.В разделе 4.4. рассмотрена эволюция стратосферного циркумполярного вихря каквозможной причины временной изменчивости эффектов СА/ГКЛ в тропосферной циркуляции.Изменения состояния циркумполярного вихря оценивались на основе данных реанализаNCEP/NCAR в средней тропосфере и стратосфере (с 1948 г.). Временнóй ход коэффициентовкорреляции R(SLP, Rz ) и R(GPH700, NM) для высокоширотной области 60-85ºN сопоставлен с18Correlation coefficientхарактеристиками вихря и эволюцией основных форм крупномасштабной циркуляции (W, C, E)по классификации Вангенгейма-Гирса на рис.6.0.8a)0.40-0.4R(SLP, Rz)R(GPH700, NM)-0.830b)∆H, gp.m20500 hPa100-10∆H (40-65°N)Polynomial fit-20-30Temperature, °C2.51.550 hPac)0.5-0.5T (60-90°N)Polynomial fit-1.5200120d)16010012080CEW80401880Frequency (C), daysFrequency (W,E), days-2.560190019201940196019802000YearsРис.6.
а) Временной ход коэффициентов корреляции по скользящим 15-летним интерваламмежду среднегодовыми значениями давления атмосферы в области 60-85ºN и солнечногеофизическими индексами: R(SLP, Rz) – сплошная красная линия, R(GPH700, NM) −штриховаясиняя линия; б) аномалии (отклонения от климатического среднего) разностигеопотенциальных высот ∆H уровня 500 гПа между широтами 40-65ºN (среднегодовыезначения); c) аномалии (отклонения от климатического среднего) среднегодовой температурына уровне 50 гПа в области 60-90ºN; d) частóты повторяемости (число дней в году) основныхформ циркуляции по Вангенгейму-Гирсу (15-летние скользящие средние). Вертикальныештриховые линии показывают годы обращения знака коэффициентов корреляции.Данные на рис.6 показывают, что в период 1950-1980 гг.
циркумполярный вихрь былослаблен. Это выражалось в уменьшении градиентов давления между умеренными и высокими19широтами в средней тропосфере и повышением температуры в стратосфере в областиформирования вихря. Данный период характеризовался также уменьшением частотыповторяемости меридиональной циркуляции (формы С) и похолоданием в Арктике. С начала1980-х по начало 2000-х гг. вихрь был значительно сильнее, о чем свидетельствует увеличениеградиентов давления между умеренными и высокими широтами и понижение стратосфернойтемпературы.
В данный период частота повторяемости меридиональной (С) циркуляцииуменьшалась, в Арктике наблюдалось потепление. Таким образом, изменение знака эффектовСА/ГКЛ в начале 1980-х гг. произошло при переходе от слабого к сильному вихрю. Изменениесостояния вихря в 1980-х гг. подтверждены исследованием аномалий скорости зональногозападного ветра в стратосфере высоких широт (60-80 ºN) по данным реанализа NCEP/NCAR.В период с конца XIX века до 1948 г.
интенсивность вихря оценивалась по колебаниямприземных температур и давления в полярной области (фазам Арктической Осцилляции).Временной ход аномалий указанных характеристик приведен на рис.7а. Видно, что колебаниятемпературы и давления в Арктике изменяются в противофазе и обнаруживают отчетливую~60-летнюю периодичность. Слабый вихрь (положительная аномалия SLP и холодная эпоха вАрктике) имел место в ~1900-1920 гг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
