Диссертация (1145308), страница 24
Текст из файла (страница 24)
На приведенных средних картах можно выделить несколько обширных областей100понижения и повышения давления. Наиболее статистически значимые изменения давления(понижение высот изобарических уровней) локализованы над океаном в районе, включающемюго-восточное побережье Гренландии и область исландского минимума. Отклонения высотизобарических поверхностей от среднего уровня составляют в этом районе примерно −50 гп. мв нижней тропосфере (поверхности 1000-700 гПа), от −70 до −100 гп.
м в средней и верхнейтропосфере (500-300 гПа) и превышают 2−3 стандартные ошибки среднего. Таким образом,полученные изменения давления в указанном регионе согласуются с изменениями давления,обнаруженными в ходе СПС по данным аэрологических зондирований на станциях Tasiilaq иThorshavn. Понижение давления над океаном в районе исландского минимума сопровождаетсяформированием высотного гребня (подъем поверхностей 500-200 гПа) над ЦентральнойЕвропой и Скандинавией, что согласуется с ростом давления в средней тропосфере,обнаруженным на станции Jagersborg (Дания). Также следует отметить повышение давления увосточных берегов Северной Америки, однако этот эффект статистически значим главнымобразом в нижней тропосфере (1000-700 гПа).4021000 hPa-80 -60 -40 -20022-202850 hPa-80 -60 -40 -2080-403240500 hPa-80 -60 -40 -205006032-5040300 hPa-80 -60 -40 -200 20 40 60 8020060-202402700 hPa20-80 -60 -40 -200 20 40 60 80Longitude, deg.-40-60gp.m-10050Latitude, deg.Latitude, deg.4080-500 20 40 60 8080200 20 40 60 8006020206020-400 20 40 60 808040-202Latitude, deg.220Latitude, deg.060Latitude, deg.Latitude, deg.5020808006024020200 hPa-80 -60 -40 -200 20 40 60 80Longitude, deg.-50gp.mРис.2.20.
Карты средних изменений высот изобарических поверхностей в тропосфере и нижнейстратосфере на следующий день после начала СПС (∆t = +1 сут). Число событий N=48 (19801996), холодное полугодие (октябрь-март). Белыми линиями показаны области, где отклоненияот среднего уровня на интервале ±10 дней превышают 2 и 3 стандартные ошибки среднего.101Таким образом, на картах средних изменений давления (рис.2.20) на следующий деньпосле начала СПС в североатлантическом регионе можно выделить три основные области:1)область понижения давления, охватывающего всю тропосферу, в районе между юго-восточным побережьем Гренландии и Исландией;2)область высотного гребня в средней и верхней тропосфере (500-200 гПа) надЦентральной Европой и Скандинавией;3)область повышения давления у восточных берегов Северной Америки.При этом наибольшие по амплитуде и статистической значимости изменения давления в связи сСПС локализованы в районе побережья Гренландии (понижение геопотенциальных высотсоставляет от 50 до 100 гп м и статистически значимо на всех уровнях тропосферы).Рассмотрим, чем обусловлены наблюдаемые изменения давления.
Известно, что областипониженного и повышенного давления с замкнутыми изобарами (циклоны и антициклоны)являются атмосферными вихрями. Для описания вихревых движений в атмосфере используетсяпонятие вихря скорости ветраΩ,которое представляет собой векторное произведениеоператора ∇ на скорость ветра V (напр., [Матвеев, 1991]):Ω = ∇ ×V .(2.8)Так как крупномасштабные движения в атмосфере главным образом горизонтальные(горизонтальные составляющие скорости ветра на 2−3 порядка больше, чем вертикальные),наибольший интерес для анализа синоптических процессов представляет вертикальнаясоставляющая вихря скорости ветра Ω z , характеризующая вращение воздушной массы вгоризонтальной плоскости (см.
формулу 2.5). Вертикальную составляющую вихря скоростиΩ z называют относительной завихренностью в отличие от абсолютной завихренности.Абсолютная завихренность, как отмечалось в разделе 2.1.3, включает как относительную, так ипланетарную завихренность, обусловленную вращательным движением Земли. В северномполушарии относительная завихренность всегда положительна в циклонах (Ω z > 0) и, какправило, в ложбинах. В антициклонах северного полушария Ω z всегда отрицательна.Рассмотрим изменения сумм относительной завихренности ΣΩz над районами снаибольшими изменениями давления. Расчет Ωz можно производить различными способами.Метод, применявшийся в работе Олсона и соавторов [Olson et al., 1975], основывается нарасчете составляющих скорости ветра через градиенты давления (в геострофическомприближении).Другойметод,предложеннойТайлом[Thejll,2002],используетнепосредственно значения скорости ветра.
В данном исследовании расчет Ωz проводился102согласно методике Тайла [Thejll, 2002], при этом использовались значения горизонтальныхсоставляющих скорости ветра u и v (направленных на восток и север, соответственно) в узлахрегулярной сетки 2.5°x2.5° на основе данных реанализа NCEP/NCAR [Kalnay et al., 1996]. Прирасчете ΣΩz сеточные значения Ωz, взвешенные по площади, суммировались по заданнымрайонам. Средние значения ΣΩz, рассчитанные методом наложения эпох на интервале ±30 днейотносительно начала исследуемых протонных событий, приведены на рис.2.21 дляповерхностей 500 и 300 гПа в средней и верхней тропосфере, где были обнаруженыLocal sum of relative vorticity, s-1наибольшие изменения геопотенциальных высот.0.040.050.030.030.020.020.010.010.000.00-0.01-0.01300 hPa500 hPa-0.02-40 -30 -20 -100102030DaysLocal sum of relative vorticity, s-1North Atlantic50°-60°N, 55°-0°WNorth Atlantic50°-60°N, 55°-0°W 0.04-0.0240 -40 -30 -20 -1000.04North Atlantic37°-55°N, 85°-55°W 0.030.030.0210203040DaysNorth Atlantic37°-55°N, 85°-55°W0.020.010.010.000.00-0.01-0.01-0.02-0.02-0.03-0.03-40 -30 -20 -10300 hPa500 hPa0Days102030-0.04-4040-30-20-10010203040DaysРис.2.21.
Средние изменения суммы относительной завихренности ΣΩz (в с-1) в средней иверхней тропосфере в различных регионах Северной Атлантики в связи с энергичными СПС(Е > 90 MэВ): вверху − область исландского минимума у юго-восточного побережьяГренландии (ϕ = 50−60°N, λ = 0−55°W); внизу − область у восточных берегов СевернойАмерики (ϕ = 37−55°N, λ = 55−85°W). Число событий N=48 (1980-1996 гг.), холодноеполугодие (октябрь-март).
Момент ∆t = 0 соответствует дню начала события. Штриховые линиипоказывают средние значения сумм завихренности на интервале ±30 дней относительно началасобытия, точечные линии – стандартные отклонения от средних значений.103Как показывают данные на рис.2.21, в связи с исследуемыми событиями наблюдаетсярезкое усиление положительной (циклонической) завихренности над океаном к югу отГренландии (ϕ = 50−60°N, λ = 0−55°W) c максимумом на следующий день после начала СПС.Максимальное отклонение ΣΩz от среднего уровня на интервале ±30 дней относительно началасобытия превышает три стандартных отклонения. Аналогичные статистически значимыеизменения циклонической завихренности в данном регионе были обнаружены на всехисследуемых уровнях в тропосфере и нижней стратосфере (1000−200 гПа).
В то же времяможно видеть, что повышение давления у восточных берегов Северной Америки (ϕ = 37−55°N,λ = 55−85°W) сопровождается статистически усилением отрицательной (антициклонической)завихренности.Таким образом, проведенный анализ изменений относительной завихренности указываетна то, что понижение давления у юго-восточного побережья Гренландии, наблюдаемое в связисэнергичнымиСПС(Е > 90МэВ),можетбытьобусловленообразованиемилиинтенсификацией циклонов, в то время как повышение давления у восточных берегов СевернойАмерики – образованием или усилением антициклонов.
Полученные результаты позволяютпредположить, что вариации потоков энергичных солнечных частиц могут оказывать влияниена эволюцию барических образований в умеренных широтах североатлантического региона.2.2.3. Синоптический анализ эволюции барических образований в Северной Атлантике входе энергичных СПСДля подтверждения приведенных выше предположений о влиянии вариаций солнечныхкосмических лучей на эволюцию внетропических барических образований был проведен анализсиноптических карт (приземных карт погоды). Синоптические карты содержат информацию осостоянии атмосферы в момент наблюдений, т.е.
о распределении и свойствах воздушных масси атмосферных фронтов, расположении и характере различных барических образований(циклонов, антициклонов, ложбин и гребней), а также о других атмосферных характеристиках(облачности, осадках и т.д.). Сопоставление синоптических карт позволяет проследитьперемещение и эволюцию различных синоптических объектов.Прежде чем привести результаты синоптического анализа, рассмотрим вкратце стадииэволюции внетропического фронтального циклона в северном полушарии. Бóльшая частьциклонов умеренных широт образуется на главных атмосферных фронтах: полярных фронтах,разделяющих тропические воздушные массы и воздушные массы умеренных широт, иарктических фронтах, разделяющих арктические воздушные массы и воздушные массыумеренных широт.
Стадии эволюции фронтального циклона согласно [Хромов и Петросянц,1994] приведены на рис.2.22, где слева показано пространственное положение фронта у Земли,104на 850, 700 и 500 гПа, также струйное течение на 300 гПа, справа – соответствующееизображение циклона на синоптической карте.Рис.2.22.Стадииэволюциифронтального циклона [Хромов иПетросянц, 1994]:а) волна на холодном фронте;б) молодой циклон;в) окклюдированный циклон(стадия максимального развития);г) окклюдированный циклон(заключительная стадия).На начальной стадии своей эволюции циклон представляет собой волну длиной порядка1000 км на поверхности холодного фронта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
