Диссертация (1145308)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиВЕРЕТЕНЕНКО СВЕТЛАНА ВИКТОРОВНАОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫЭФФЕКТОВ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ И ВАРИАЦИЙКОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙВ ЦИРКУЛЯЦИИ НИЖНЕЙ АТМОСФЕРЫСпециальности: 01.03.03 – физика Солнца25.00.29 – физика атмосферы и гидросферыДиссертация на соискание учёной степенидоктора физико-математических наукНаучный консультант:Доктор физ.-мат. наук, профессорСеменов Владимир СеменовичСАНКТ-ПЕТЕРБУРГ2017ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………….........6Глава 1. Обзор возможных физических механизмов эффектов солнечной активности всостоянии нижней атмосферы, погоды и климата1.1.
Основные проблемы физического механизма солнечно-атмосферных связей……………...201.2. Обзор возможных физических механизмов воздействия солнечной активности наатмосферу Земли……………………………………………………………………………………...211.2.1. Вариации интегральной интенсивности солнечного излучения……………………..211.2.2. Вариации потока солнечного излучения в ультрафиолетовом диапазоне длин волн иозонный механизм……………………………………………………………………………...241.2.3.
Вариации потоков энергичных заряженных частиц в атмосфере Земли и связанные сними физические механизмы………………………………………………………………….331.2.3.1. Виды заряженных частиц……………………………………………………….331.2.3.2. Вариации прозрачности атмосферы и состояния облачности………………..431.2.3.3. Вариации атмосферного электричества и электрические механизмы……….531.2.3.4.
Изменения химического состава и температурного режима высокоширотнойатмосферы………………………………………………………………………………...561.3. Выводы к главе 1…………………………………………………………………………………65Глава 2. Эффекты солнечных протонных событий в вариациях атмосферного давления иэволюции барических образований2.1. Солнечные космические лучи и их эффекты в атмосфере Земли ……………………………672.1.1. Солнечные протонные события с энергиями частиц более 100 МэВ………………..672.1.2.
Геофизические эффекты солнечных протонных событий в атмосфере Земли……...732.1.3. Солнечные протонные события и вариации метеорологических характеристикнижней атмосферы……………………………………………………………………………..882.2. Эффекты солнечных протонных событий в вариациях атмосферного давления и эволюциибарических образований в североатлатическом регионе……………………………………..……942.2.1. Вариации метеорологических характеристик в ходе энергичных СПС по даннымаэрологических зондирований на станциях в Северной Атлантике ……………………….942.2.2.
Эффекты энергичных СПС в вариациях давления и относительной завихренностинад Северной Атлантикой по данным реанализа NCEP/NCAR…………………………….992.2.3. Синоптический анализ эволюции барических образований в Северной Атлантике входе энергичных СПС………………………………………………………………………...1042.2.4. Адвекция холода как фактор усиления регенерации циклонов в Северной Атлантикев ходе энергичных СПС………………………………………………………………………1132.3. Эффекты энергичных СПС в вариациях интенсивности внетропического циклогенеза всеверном и южном полушариях……………………………………………………………………12422.4.
О проблемах физического механизма эффектов СПС в интенсивности внетропическогоциклогенеза………………………………………………………………………………………….1392.5. Выводы к главе 2……………………………………………………………………………….144Глава 3. Эффекты Форбуш-понижений галактических космических лучей в вариацияхатмосферного давления и эволюции барических образований3.1. О природе эффектов Форбуша в интенсивности галактических космических лучей……..1463.2. Эффекты Форбуш-понижений ГКЛ в вариациях давления атмосферы северного и южногополушарий……………………………………………………………………………………………1563.2.1.
Результаты предыдущих исследований эффектов геомагнитных возмущений иФорбуш-понижений ГКЛ в состоянии нижней атмосферы……………………………….1563.2.2. Характеристики Форбуш-понижений ГКЛ…………………………………………..1603.2.3. Пространственное распределение вариаций давления в нижней атмосфере в ходеФорбуш-понижений ГКЛ……………………………………………………………………..1653.2.4. Синоптический анализ эволюции внетропических барических образований в ходеФорбуш-понижений ГКЛ……………………………………………………………………..1733.3.
Сравнительный анализ эффектов энергичных СПС и Форбуш-понижений ГКЛ в эволюциивнетропических барических систем и вариациях давления нижней атмосферы………………..1793.4. Выводы к главе 3………………………………………………………………………………..183Глава 4. Пространственно-временная структура долговременных эффектов солнечнойактивности и вариаций космических лучей в циркуляции нижней атмосферы4.1. Временнáя изменчивость эффектов солнечной активности как проблема солнечноатмосферной физики………………………………………………………………………………..1854.2. Пространственно-временная структура изменений давления в тропосфере в связи свариациями солнечной активности и потоков галактических космических лучей……………1894.2.1. Пространственное распределение эффектов ГКЛ в вариациях атмосферногодавления в северном и южном полушарии по данным реанализа NCEP/NCAR…………1894.2.2. Временной ход эффектов ГКЛ в среднезональном давлении тропосферы………...2024.2.3.Эффектысолнечнойактивностиввариацияхприземногодавлениянамультидекадной временной шкале по данным архива MSLP……………………………..2044.3.
Пространственно-временная структура долговременных эффектов СА/ГКЛ в вариацияхдавления тропосферы и ее связь с эволюцией крупномасштабной атмосферной циркуляции..2104.3.1. Эффекты СА/ГКЛ в областях формирования основных элементов макроциркуляцииатмосферы……………………………………………………………………………………..2104.3.2. Долговременные вариации эффектов СА/ГКЛ и эволюция крупномасштабнойатмосферной циркуляции………………………………………………………………….....2134.4.
Стратосферный циркумполярный вихрь и его эволюция как возможная причина временнойизменчивости эффектов СА/ГКЛ в тропосферной циркуляции………………………………….22034.4.1. Стратосферный циркумполярный вихрь как фактор крупномасштабной циркуляциии изменчивости климата……………………………………………………………………...2204.4.2. Временные вариации эффектов СА/ГКЛ в развитии динамических процессов ватмосфере и эволюция циркумполярного вихря по данным реанализа NCEP/NCAR…..2234.4.3. Временная изменчивость эффектов СА/ГКЛ в вариациях давления тропосферы исостояние циркумполярного вихря по данным Арктической Осцилляции………………2294.5.
Выводы к главе 4………………………………………………………………………………..235Глава 5. Изменения долговременных корреляционных связей между состоянием нижнейоблачности и потоками ГКЛ и их возможные причины5.1. Исследование связей между облачностью и характеристиками солнечной активности:текущее состояние и проблемы…………………………………………………………………….2375.2. О связи поля облачности с динамическими процессами в атмосфере……………………...2405.3. Облачность в умеренных широтах северного и южного полушарий по даннымМеждународного спутникового проекта по климатологии облачности ISCCP………………..2435.3.1. Временные вариации нижней облачности за период наблюдений ISCCP…………2435.3.2. Корреляционные связи аномалий нижней облачности с вариациями ГКЛ………..2485.4.
Циклоническая активность в умеренных широтах и вариации ГКЛ……………………….2545.5. Вариации интенсивности циркумполярного вихря как возможная причина нарушениякорреляционных связей между аномалиями нижней облачности и вариациями ГКЛ…………2605.6. Выводы к главе 5………………………………………………………………………………..268Глава 6. О возможных физических механизмах эффектов солнечной активности ивариаций космических лучей в тропосферной циркуляции6.1. Формирование кратковременных эффектов космических лучей в эволюции внетропическихбарических систем…………………………………………………………………………………..2696.2. Формирование долговременных эффектов СА/ГКЛ в циркуляции нижней атмосферы:модулирующая роль циркумполярного вихря…………………………………………………….2756.3.
Выводы к главе 6………………………………………………………………………………..285ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………………….287СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………………...291ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Список солнечных протонных событий с энергиями частиц > 90 МэВ….322ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Проверка статистической значимости коэффициентов корреляции……..324ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Проверка статистической значимости максимумов спектра Фурье……...325СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ……………………………………………………………………….3274ВВЕДЕНИЕОбщая характеристика работыДиссертация посвящена проблеме влияния солнечной активности и обусловленных еювариаций солнечных и галактических космических лучей на циркуляцию нижней атмосферы,погоду и климат.
В диссертации рассматриваются особенности пространственно-временнойструктуры эффектов космических лучей в вариациях давления атмосферы и эволюциициклонической деятельности во внетропических широтах на разных временных шкалах, атакже исследуются причины временной изменчивости солнечно-атмосферных связей.АктуальностьПроблема влияния солнечной активности и связанных с нею возмущений межпланетнойсреды на состояние нижней атмосферы, погоду и климат является одной из наиболее важных всовременной солнечно-земной физике. Данная проблема не ограничивается чисто научнымирамками,поскольку климатические измененияоказываютсущественноевлияние наэкономическую и социальную деятельность человека.
Знание природы солнечно-атмосферныхсвязей имеет высокую практическую значимость, так как открывает широкие возможности дляулучшения погодных и климатических прогнозов.Особо важное значение вопрос о влиянии солнечной активности на климат Землиприобрел в последние десятилетия в связи с оживленной дискуссией о природе “глобальногопотепления” – повышения глобальной температуры, наблюдаемого в течение последнихполутора столетий (на 0.85º±0.2ºС за 1880-2012 гг.
[IPCC, 2013]). Согласно оценкам МГЭИК(Международной группы экспертов по изменению климата) вклад парниковых газов вповышение глобальной температуры за 1951-2010 гг. находится в диапазоне 0.5−1.3ºС, тогдакак вклад естественных факторов значительно меньше и составляет от −0.1 до 0.1ºС [IPCC,2013]. Следует отметить, что недооценка вклада естественных факторов в глобальныеклиматическиеизмененияможетспособствоватьпринятиюошибочныхрешенийвполитической и экономической сферах, что, в свою очередь, может иметь далеко идущиепоследствия. Таким образом, тщательное изучение различных аспектов солнечно-атмосферныхсвязей необходимо для научно обоснованной оценки относительного вклада антропогенных иестественных факторов в глобальные изменения климата и минимизации возможных ошибокпри принятии политических и экономических решений.Тем не менее, несмотря на большое количество работ, посвященных влиянию солнечнойактивности и связанных с нею возмущений межпланетной среды на состояние нижнейатмосферы, погоду и климат, вопрос о физическом механизме данного влияния продолжаетоставаться открытым, что обусловлено рядом причин.
Прежде всего, влияние солнечнойактивности не ограничивается каким-либо одним фактором, воздействующим на атмосферу.5Вариации солнечной активности сопровождаются изменениями потоков полной солнечнойрадиации (TSI) и радиации в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах длин волн,возмущениями солнечного ветра и межпланетного магнитного поля, изменениями потоковсолнечных и галактических космических лучей, высыпаниями авроральных электронов иэлектронов из радиационных поясов Земли. Очевидно, что перечисленные солнечногеофизические факторы различаются по амплитуде и характеру изменений как на короткихвременных шкалах, так и в масштабе 11-летнего солнечного цикла, по величине энергии,вносимой ими в атмосферу Земли, по характеру влияния на атмосферные процессы.
При этомдостаточно часто имеет место одновременное воздействие на атмосферу сразу несколькихфакторов (особенно в масштабе 11-летнего цикла), что затрудняет выявление вклада каждогоотдельного фактора в физический механизм формирования атмосферного отклика.Серьезную проблему представляет пространственно-временная изменчивость солнечноатмосферных связей. Реакция атмосферы (вариации давления, температуры, состоянияоблачности и т.д.) на те или иные проявления солнечной активности может существенноразличаться в зависимости от исследуемого региона.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
