Диссертация (1145308), страница 26

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 26)

Действительно, в холодный период североатлантическиевнетропические циклоны формируются чаще всего на полярных фронтах у восточных береговСеверной Америки и перемещаются, как правило, на северо-восток (в направлении Исландии).К тому времени, когда циклоны доходят до побережья Гренландии, они обычно успеваютдостигнуть стадии максимального развития. Благоприятные условия у побережья Гренландии(высокие контрасты температуры между холодной ледниковой поверхностью и более теплымокеаном) способствуют адвекции холода, которая приводит к вторичному углублению(регенерации) циклона.

Процессу регенерации благоприятствуют также особенности структурытермобарического поля, а именно расходимость изогипс в средней и верхней тропосфере, чтоспособствует падению давления (оттоку воздуха) и усилению циклонической завихренности[Воробьев, 1991]. Таким образом, обнаруженная интенсификация углубления циклонов в связисо всплесками энергичных солнечных протонов свидетельствует о том, что рассматриваемыеСПС способствуют созданию более благоприятных условий для регенерации циклонов в районеюго-восточного побережья Гренландии (возможные причины будут обсуждаться ниже).Следует отметить, что синоптические карты позволили также дать более детальнуюинтерпретацию изменений температуры и давления в ходе СПС, полученных по данным112аэрологических зондирований на североатлантических станциях Tasiilaq, Thorshavn иJægersborg (раздел 2.2.1).

Положение указанных станций отмечено цифрами на нижней картерис.2.24. Как можно видеть, станция Tasiilaq, расположенная на юго-восточном берегуГренландии, в момент ∆t=0/+1 сут относительно начала события, оказывается, как правило, всеверной части углубляющегося циклона, причем достаточно близко от его центра, чтообъясняет значительное понижение давления на данной станции. При этом, находясь к северуот центра углубляющегося циклона (который уже начал окклюдироваться, смещая теплыйсектор к своей южной периферии), Tasiilaq неизбежно попадает в область холодной воздушноймассы, что и вызывает наблюдаемое понижение температуры. Станция Thorshavn (Фарерскиеострова) расположена юго-восточнее Гренландии, поэтому она оказывается в областиуглубляющегося циклона, который перемещается к востоку или северо-востоку, несколькопозже, в момент времени ∆t =+1/+2 сут.

При этом чаще всего циклон проходит через Thorshavnсвоей южной или юго-восточной периферией. В связи с этим понижение давления в связи сСПС наблюдается на 1−2 суток позже, чем на гренландской станции, и имеет меньшуюамплитуду. Через среднеширотную станцию Jægersborg (Дания) циклоны, углубившиеся уберега Гренландии, проходили редко, поэтому понижения давления на ней не наблюдалось.При этом, как показывают данные на рис.2.20, эта станция попадает в область высотногогребня, формирующегося перед углубляющимся циклоном.

Таким образом, изменениятемпературы и давления, наблюдаемые на североатлантических станциях, обусловленыизменениями в эволюции циклонов в ходе исследуемых СПС (усилением их регенерации), атакже зависят от того, в какой части углубляющегося циклона чаще всего оказываются данныестанции.2.2.4. Адвекция холода как фактор усиления регенерации циклонов в СевернойАтлантике в ходе энергичных СПСПроведенный выше синоптический анализ показал, что в ходе солнечных протонныхсобытий с энергиями частиц E > 90 МэВ, происходят существенные изменения в эволюциициклонов, проходящих мимо гренландского побережья. Циклоны, находящиеся в стадиимаксимального развития, вместо того, чтобы продолжать окклюдирование и постепеннозаполняться, начинают снова углубляться, причем более интенсивно, чем при отсутствииэнергичных СПС.

Вторичное углубление ранее заполнявшегося циклона называетсярегенерацией и основным процессом, обеспечивающим регенерацию, является поступление втыловую часть циклона новой порции холодного воздуха, т.е. адвекция холода [Воробьев,1991]. Таким образом, синоптический анализ позволил получить важную информацию омеханизме углубления циклонов у юго-восточного побережья Гренландии в ходе исследуемыхэнергичных СПС.113Для подтверждения данного механизма рассмотрим адвективные изменения температурыв циклонах, углубляющихся в связи с исследуемыми событиями.

Под адвекцией понимаетсяперенос воздуха в горизонтальном направлении, при этом вместе с движущимся воздухомпереносятся и его свойства: температура, влажность и т.д. Адвекция температуры выражаетсяскалярным произведением − V ⋅ ∇T , где V − скорость ветра, ∇T − градиент температуры.Если ветер дует из области холода в теплую область (рис.2.27), выражение − V ⋅ ∇T будетотрицательным (адвекция холода), т.е. будет отрицательным вклад адвекции в локальныеизменения температуры.Рис.

2.27. Расположение изобар и изотерм при адвекции холода.Рассчитаем средние адвективные изменения температуры в слое 1000−500 гПа всевероатлантическом регионе для исследуемых 48 солнечных протонных событий. Для расчета ∂T адвективных изменений температуры  использовалась формула: ∂t  a ∂T∂T  ∂T ,−v⋅  = − u ⋅∂y  ∂t  a ∂x(2.9)где u, v − горизонтальные составляющие скорости ветра по осям x и y, направленным,соответственно, на восток и север, на изобарической поверхности 700 гПа, Т – средняятемпература слоя 1000−500 гПа. Для оценки температуры Т использовалась зависимостьтолщины слоя, заключенного между различными изобарическими уровнями, от его среднейвиртуальной температуры, которая очень близка к обычной молекулярной температуре (напр.,[Тверской, 1951]):500H1000= H 500 − H1000 = 20.3 ⋅ T ,(2.10)500где H1000− геопотенциальная высота изобарического уровня 500 гПа относительно уровня1000 гПа (в гп.

м), H 500 и H 1000 − геопотенциальные высоты изобарических уровней 500 и 1000114гПа, соответственно. Расчет составляющих скорости геострофического ветра производился поформулам:u=−9.8 ∂H 700;⋅l∂y(2.11)9.8 ∂H 700,(2.12)⋅l∂xгде H 700 – геопотенциальная высота поверхности 700 гПа, l = 2⋅ω⋅sinϕ − параметр Кориолиса (ωv=− угловая скорость вращения Земли, ϕ − широта) [Воробьев, 1991]. Для всех расчетовиспользовались среднесуточные значения геопотенциальных высот изобарических уровней вузлах регулярной сетки 2.5°x2.5° из архива реанализа NCEP/NCAR [Kalnay et al., 1996]. Длякаждого отдельного события рассчитывалась средняя карта адвективных измененийтемпературы в слое 1000−500 гПа на интервале ±10 дней относительно начала события.

Далеедля каждого дня указанного временного интервала рассчитывались карты вариаций ∂T (отклонений от средней карты) адвективных изменений температуры δ  . После этого ∂t aкарты вариаций адвективных изменений температуры осреднялись методом наложения эпохдля каждого дня на интервале ±10 дней относительно начала СПС по всем исследуемымсобытиям.Как показали расчеты, у восточных берегов Северной Америки и над западной частьюСеверной Атлантики в холодный период преобладает, как правило, адвекция холода.

В районе,включающем южное побережье Гренландии, адвективные изменения температуры в слое1000−500 гПа составляют в среднем −0.05°С/час. Это согласуется с тем, что в холодный периодувеличиваются контрасты температуры между холодным материком и более теплым океаном,что способствует усилению адвекции холода и интенсификации внетропического циклогенеза увосточных берегов материков.

Результаты расчетов вариаций адвективных измененийтемпературы в слое 1000−500 гПа, осредненных методом наложения эпох для 48 СПС, исредние изменения высоты изобарического уровня 700 гПа на временном интервале от −2-го до+3-го дня относительно начала событий показаны на рис.2.28.Как показывают данные на рис.2.28, у южного побережья Гренландии в нулевой день(день начала СПС) наблюдается резкое усиление адвекции холода.

Вариации адвективныхизменений температуры составляют в этой области от −0.05 до −0.15°С/час. При этом адвекцияхолода охватывает значительную часть области понижения давления (тыловую частьуглубляющегося циклона). В передней части циклона усиливается адвекция тепла. Послерезкого усиления адвекции холода в нулевой день на следующий день (∆t = +1 сут) давление вциклоне достигает минимума. С этого дня адвекция холода у побережья Гренландии ослабевает115402020-80 -60 -40 -20020406080-60-40Day 120-80 -60 -40 -2002040608020-40Day -120-80 -60 -40 -200204060-2080-606040-0.0520-80 -60 -40 -2020-80 -60 -40 -20020-20Day 0-4040Longitude, deg.20406080-606080-60080Latitude, deg.-0.05Latitude, deg.0.05060-0.052000.140-40Longitude, deg.80-0.

0.050-05.10-20Day 2Longitude, deg.60.050.05-0Latitude, deg.4000.05Latitude, deg.5-0 .056020800.050.0-0.05-60Longitude, deg.Longitude, deg.8020-20-0.050.10.05.05-0 .1-0-0.05Day -2405-40050.05.04060-0-20-0.06000.05Latitude, deg.800.05Latitude, deg.80-20-4040Day 320-80 -60 -40 -20020406080-60Longitude, deg.Рис. 2.28. Средние изменения высоты изобарического уровня 700 гПа (в гп. м, градации серого)и вариации адвективных изменений температуры (°C/час) в слое 1000-500 гПа в ходеэнергичных СПС (E > 90 МэВ). Красными и синими линиями показаны отрицательные иположительные значения адвективных изменений температуры, соответственно. Момент ∆t = 0соответствует дню начала СПС.

Характеристики

Список файлов диссертации