Диссертация (1145308), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Такаяструктура барического поля является циклогенетической, так как в зонах расходимостиусиливается отклонение реального ветра от геострофического и происходит падение давления,сопровождающеесявертикальнымидвижениямивоздуха[Погосян,1972].Данные,120представленные на рис.2.31, показывают, что область, где были обнаружены эффекты СПС вразвитии североатлантических циклонов, характеризуется структурой термобарического поля,благоприятной для их углубления циклонов: высокие контрасты температуры способствуютадвекции холода, являющейся энергетической основой развития циклонов, а расходимостьизогипс способствует падению давления и усилению циклонической завихренности.Таким образом, обнаруженное выше усиление регенерации циклонов после СПСсвидетельствуют о том, что в связи с этими событиями происходят изменения структурытермобарического поля тропосферы субполярных широт, создающие более благоприятныеусловия для углубления циклонов у побережья Гренландии.
При этом важным факторомявляется, по-видимому, попадание арктической ВФЗ у берегов Гренландии в областьвысыпания космических частиц с энергиями 90 МэВ и выше.Как было отмечено в главе 1 (подраздел 1.2.3.1), заряженные частицы при движении вмагнитном поле Земли испытывают его отклоняющее воздействие, которое зависит отжесткости частицы R = pc / Ze , где p – импульс, с – скорость света, Z – заряд частицы вединицах заряда электрона, е – заряд электрона.
Чтобы достигнуть определенной точки наземной поверхности, заряженная частица должна обладать некоторой минимальной жесткостьюRc (жесткостью обрезания). Для частицы, приходящей по радиусу Земли, вертикальнаяжесткостьгеомагнитногообрезания(вВольтах)определяетсяпоформулеRc = 14.9 ⋅ cos 4 λ ⋅ 10 9 , где λ - геомагнитная широта (напр., [Дорман, 1975]). Энергия протона сзаданной жесткостью рассчитывается по формуле (1.6). В результате геомагнитного обрезаниявозникает широтный эффект в интенсивности потока приходящих космических частиц. Потокичастиц минимальны в области геомагнитного экватора, где пороговая жесткость Rcмаксимальна и достигает ~17 ГВ [Shea and Smart, 1983]. В этой области могут высыпатьсятолько высокоэнергичные частицы с минимальными энергиями E min ~16 ГэВ.
В высокихширотах отклоняющее воздействие магнитного поля ослабевает, пороговая жесткостьуменьшается, и потоки приходящих космических частиц возрастают (рис.1.9). В полярнойобласти могут высыпаться частицы с любыми энергиями, так как вертикально падающаячастица движется вдоль силовых линий магнитного поля и не испытывает отклонений.Таким образом, в каждую точку на земной поверхности могут приходить частицы сэнергиямивышенекоторогоминимальногозначения,определяемогожесткостьюгеомагнитного обрезания. Рассмотрим, какие частицы высыпаются в области арктической ВФЗ.На рис.2.32 приведена карта распределения модуля горизонтального градиента среднейтемпературы слоя атмосферы 1000−500 гПа для января 2005 года, там же показаны изолиниивертикальной жесткости геомагнитного обрезания согласно расчетам Ши и Смарта [Shea and121Smart, 1983].
Красным цветом выделена изолиния Rc = 0.42 ГВ, соответствующая энергиичастицы 90 МэВ. Видно, что, в отличие от полярной ВФЗ (ВФЗ умеренных широт),наблюдаемой у берегов Северной Америки, арктическая ВФЗ оказывается в области, доступнойдля частиц с энергиями 90 МэВ и выше. Возможно, именно этим фактом объясняется влияниеСПС с указанными энергиями на интенсивность углубления циклонов у берегов Гренландии иотсутствие заметных эффектов в интенсивности циклогенеза у восточных берегов СевернойАмерики. Согласно расчетным данным [Shea and Smart, 1983], жесткость обрезания в районеполярной ВФЗ составляет ∼2−3 ГВ, т.е. согласно оценкам по формуле (1.6) частицы,приходящие в эту область, должны иметь минимальные энергии E min ∼1−2 ГэВ.
Какуказывалось в разделе 2.1, потоки нерелятивистских солнечных протонов характеризуютсядостаточно мягким спектром (показатель спектра γ ≥ 2 , т.е. поток частиц быстро убывает сувеличением энергии). Среди исследуемых СПС только 6 событий относятся к типу GLE(Ground Level Enhancement), т.е. включают частицы с энергиями > 500 МэВ, которыерегистрируются нейтронными мониторами (Приложение 1). Вследствие этого воздействиеСПС с энергиями частиц в диапазоне ~100−500 МэВ на атмосферную ионизацию ограниченотолько высокими широтами.Temperature gradients in the layer 1000-500 hPa. January 2005.1.61.4°801.2Arctic frontal zoneLatitudeCutoff rigidity0.4GV0.210.80.660°0.80.61240Polar frontal zone20° °-1200.44°6812- 80°0.210- 40°Longitude1°4040°°C/100 kmРис.2.32.
Распределение модуля горизонтального градиента средней температуры слоя 1000500 гПа в январе 2005 г. (среднемесячные значения) и вертикальные жесткости геомагнитногообрезания согласно [Shea and Smart, 1983] (черные линии). Красной линией показанавертикальная жесткость геомагнитного обрезания для частиц с энергией 90 МэВ (Rc =0.42 ГВ).Поскольку высокоширотная область, включая район арктической ВФЗ у юго-восточногопобережья Гренландии, доступна для частиц солнечных космических лучей с энергиями ≥ 90122МэВ, можно предположить, что в связи с данными событиями в ней происходитпреобразование структуры термобарического поля, обеспечивающее более интенсивнуюадвекцию холода и последующую интенсификацию углубления циклонов. В частности, болееинтенсивнойадвекциихолодноговоздухавтылууглубляющегосяциклонаможетспособствовать изменение характеристик фронтальной зоны (изменение положения и/илиувеличение температурных контрастов), обусловленные изменениями поля температуры ввысокоширотной тропосфере.
Более интенсивному углублению циклонов также могло быспособствовать и увеличение расходимости изогипс в средней и верхней тропосфере.С другой стороны, причиной более интенсивного углубления циклонов после СПС можетбыть изменение траекторий их движения в связи с исследуемыми событиями. Известно, чтосевероатлантические циклоны, сформировавшиеся у берегов Северной Америки, как правило,перемещаются в северо-восточном направлении в сторону Исландии и к Баренцеву морю.
Приэтом направление движения циклонов совпадают с направлением изогипс (линий одинаковыхвысот) изобарического уровня 500 гПа, а также с зоной максимальных градиентов температуры(положением арктической ВФЗ и северной ВФЗ умеренных широт), т.е. определяетсяструктурой термобарического поля [Погосян, 1972; Воробьев, 1991]. Таким образом,наблюдаемая интенсификация углубления циклонов в ходе СПС может быть обусловленаизменениями структуры термобарического поля, приводящими при увеличении потоказаряженных космических частиц к смещению траекторий циклонов к северу. Смещениетраекторий циклонов к северу позволяет им с большей вероятностью достигнуть берегаГренландии, где имеются условия для их регенерации. Действительно, Тинсли [Tinsley, 1988]обнаружено смещение траекторий североатлантических циклонов примерно на 5° к северу вминимуме солнечной активности, когда увеличиваются потоки галактических космическихлучей.
Аналогичное явление для североатлантических циклонов обнаружено в вековом циклесолнечной активности (цикле Глайссберга). Веретененко и соавторы [Веретененко и др., 2007б]обнаружили, что траектории циклонов в районе Гренландии испытывают колебания спериодами ∼80, ∼44 и ∼22 лет. При этом траектории циклонов смещаются к северу в минимумеили на спаде цикла Глайссберга (т.е.
при высоких значениях потока ГКЛ), вызывая усилениециклогенеза и понижение давления в Северной Атлантике.Таким образом, в результате проведенного исследования было обнаружено, что солнечныепротонные события с энергиями частиц Е ≥ 90 МэВ способствуют более интенсивнойрегенерации (вторичному углублению) циклонов в районе юго-восточного побережьяГренландии в холодную половину года (октябрь-март). Вторичное углубление циклонов, ужедостигших стадии максимального развития, обусловлено усилением адвекции холода при ихсближении с областью высоких температурных контрастов между холодной ледниковой123поверхностью Гренландии и более теплым океаном (арктической фронтальной зоной).Наблюдаемое усиление регенерации циклонов в ходе исследуемых СПС свидетельствуют опреобразованияхструктурытермобарическогополятропосферы,создающихболееблагоприятные условия для данного процесса. Преобразования термобарического поля в связис высокоэнергичными СПС обеспечивают, по всей видимости, более интенсивную адвекциюхолода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
