Диссертация (1145308), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Пространственная структура вариаций давленияхарактеризуется чередованием областей повышения и понижения давления. При этомнаибольшие по абсолютной величине и статистической значимости изменения давлениянаблюдаются в западной части северного полушария (долготы 0−180°W) и тесно связаны склиматическим положением арктических фронтов (южной границей арктической воздушноймассы).Сопоставлениескартойраспределениямодулягоризонтальногоградиентатемпературы в слое тропосферы 1000-500 гПа, характерного для зимнего периода (рис.2.35)показывает, что в этот период на границах арктической воздушной массы наблюдаютсянаибольшие контрасты температуры ( >1.6°/100 км), что создает благоприятные условия дляадвекции холода и тепла, необходимых для развития циклонических и антициклоническихпроцессов, соответственно.Действительно, наибольшие изменения давления в связи с СПС наблюдаются в областяхмаксимальных значений температурных градиентов: у юго-восточного побережья Гренландии(область арктической ВФЗ), у восточного побережья Северной Америки (область полярнойВФЗ, североатлантическая зона циклогенеза) и над северным побережьем залива Аляска.
НадЕвразийским континентом вариации давления значительно меньше по сравнению с вариациямидавления над североамериканским и североатлантическим регионами, что может быть связано сотсутствием областей высоких контрастов температуры, способствующих интенсивномуразвитию внетропических барических систем. В этой части северного полушария изменениядавления наблюдаются, как правило, в районах климатического положения полярных фронтов.Наиболее значимые понижения давления связаны с областью температурных контрастов увосточного побережья Евразии в районе Дальнего Востока и Японских островов и над Тихимокеаном (тихоокеанская зона циклогенеза).128-160°0°20°160°1.640°1.4°°°-120120601.280°10.8- 80°80°0.60.4- 40°40°0.20°Magnitude of temperature gradients (grad/100 km). Layer 1000-500 hPa.
January 2005.Рис.2.35. Распределение модуля горизонтального градиента средней температуры слоя 1000500 гПа в северном полушарии в январе 2005 года (среднемесячные значения).Локализация областей наибольших изменений давления, наблюдаемых в связи с СПС, врайонах климатического положения главных атмосферных фронтов и зонах максимальныхконтрастов температуры (фронтальных зонах) северного полушария указывает на то, что этиизменения давления обусловлены изменениями в эволюции внетропических барическихсистем. Как уже отмечалось (раздел 2.2.4), циклоническая деятельность умеренных широттесно связана с главными атмосферными фронтами, при этом бóльшая часть внетропическихциклонов зарождается на полярных фронтах и регенерирует на арктических.
Высокиетемпературные контрасты в тропосфере, концентрирующиеся во фронтальных зонах, играютважную роль для развития циклонической деятельности, поскольку ими определяются запасыпотенциальной энергии, необходимой для развития циклонов и антициклонов [Погосян, 1972].Циклоническая деятельность способствует ликвидации избыточных контрастов потенциальнойэнергии во фронтальных зонах за счет перехода этой энергии в кинетическую энергиювоздушных движений в циклонах и антициклонах.Действительно, как было показано выше, наиболее ярко выраженным и статистическизначимым эффектом СПС с энергиями частиц ≥ 90 МэВ в северном полушарии оказалосьусиление регенерации циклонов в районе юго-восточного побережья Гренландии (арктическойВФЗ), которое привело к значительному понижению давления над Северной Атлантикой.
Сусилением регенерации циклонов связано, по-видимому, и образование областей повышенногодавления над Северной/Центральной Европой и у берегов Северной Америки. В первом случаеповышение давления в средней и верхней тропосфере (формирование высотного гребня над129Европой) может быть обусловлено оттоком воздуха из области над Атлантикой, гденаблюдается интенсификация углубления циклонов. Действительно, основной отток воздуха(до 50%) при углублении циклона происходит на высотах более 10 км, а на слой 0−5 кмприходится только 25% [Воробьев, 1991]. Кроме того, при увеличении интенсивности циклонаусиливается адвекция тепла из нижележащих широт, способствующая формированиювысотного гребня. Образование области повышенного давления у восточных берегов СевернойАмерики (т.е.
в тылу циклонов, углубляющихся над Атлантикой) может быть связано синтенсификацией антициклонов, формирующихся в тылу холодного фронта (в холоднойвоздушной массе) циклонов, достигших стадии максимального развития (рис.2.22). Усилениюрегенерации циклонов в районе Гренландии способствует структура термобарического поля,характеризующаяся расхождением изогипс в средней тропосфере и высокими температурнымиконтрастами в арктической ВФЗ (рис.2.31).В отличие от североатлантического и североамериканского регионов, над бóльшей частьюЕвразийского континента значимых изменений давления в связи с исследуемыми событиями непроисходит.
Это может связано с отсутствием областей высоких контрастов температуры ввысоких широтах над Евразией, за исключением области климатического арктического фронтав районе северного побережья Охотского моря. Достаточно высокие температурные контрастынаблюдаются в тихоокеанской зоне циклогенеза, однако изменения давления в ходеисследуемых СПС в данной области незначительны (понижение уровня 500 гПа ≤ 40 гп. м).Возможной причиной отсутствия эффектов СПС, аналогичных наблюдаемым в СевернойАтлантике, могут быть высокие пороги геомагнитного обрезания космических частиц.На рис.2.36 вариации давления на следующий день после начала СПС (∆t = +1 сут) ираспределение горизонтальных градиентов температуры в тропосфере сопоставлены сраспределением вертикальной жесткости геомагнитного обрезания Rc по данным [Shea andSmart, 1983].
Видно, в тихоокеанской зоне циклогенеза жесткости геомагнитного обрезаниясоставляют ~7−11 ГВ, что соответствует минимальной (пороговой) энергии высыпающихсяпротонов E min ~6−10 ГэВ. Поскольку потоки СКЛ имеют мягкий спектр (быстро уменьшаютсяс ростом энергии), геомагнитное обрезание приводит к тому, что высыпания солнечныхпротонов в ходе с исследуемых событий в данном регионе отсутствуют (энергии частиц дляподавляющегобольшинстваисследуемыхсобытийнепревышают~1ГэВ).Всевероатлантическом регионе жесткости геомагнитного обрезания Rc существенно ниже именяются от ~2−3 ГВ (область полярной ВФЗ у восточного побережья Северной Америки) до≤ 0.5 ГВ (область арктической ВФЗ у побережья Гренландии).
Минимальные (пороговые)энергии частиц, которые могут высыпаться в областях полярной и арктической ВФЗ,130составляют ~1−2 ГэВ и ≤100 МэВ, соответственно. При этом арктическая ВФЗ, где эффект СПСформируется в первые часы после начала события, полностью попадает в область высыпанийчастиц с энергиями > 90 МэВ.-160°a)0°20°160°1.6°4071160°-120°1.415120°1.280°10.880°- 80°0.610.520.43- 40°71140°0.20°°C/100 kmРис.2.36. Изолинии вертикальной жесткости геомагнитного обрезания (в ГВ) по данным [Sheaand Smart, 1983] (белые линии) на картах:а) модуля горизонтального градиента средней температуры слоя 1000-500 гПа в северномполушарии (январь 2005 года, среднемесячные значения).б) средних изменений геопотенциальной высоты изобарического уровня 500 гПа (GPH500) всеверном полушарии на следующий день после начала СПС с энергиями частиц ≥ 90 МэВ вхолодное полугодие (октябрь-март). Число событий N=48 (1980−1998 гг.).131Таким образом, зоны интенсивного внетропического циклогенеза в Северной Атлантикепопадают в области высыпания частиц со значительно более низкими значениями пороговыхэнергийкосмическихчастиц,чемтихоокеанскаязонациклогенеза.Поскольку дляподавляющего большинства СПС, используемых при анализе, не было зарегистрировановозрастаний потока частиц с энергиями ≥ 1 ГэВ (Приложение 1), эффекты, обнаруженные втихоокеанском регионе, не связаны напрямую с изменениями скорости ионизации.
Возможнойпричиной незначительного (по сравнению с североатлантическим регионом) усиленияциклогенеза могут быть факторы, сопутствующие всплескам СКЛ, например, усилениевспышечнойактивности(усилениеэлектромагнитногоизлучения,увеличениечисларентгеновских вспышек).Южное полушарие. Рассмотрим эффекты энергичных СПС в южном полушарии.Солнечные протонные события, отобранные для периода с октября по март, приходятся вюжном полушарии на теплое полугодие, когда градиенты температуры и, соответственно,циклонические процессы в умеренных широтах ослабевают.
Тем не менее, данные на рис.2.33показывают, что начиная с нулевого дня (дня начала СПС) в области широт 40−65°S начинаетсяформирование чередующихся областей пониженного и повышенного давления. Амплитудавариаций давления в связи с СПС заметно меньше, чем в северном полушарии. Высотыизобарического уровня 500 гПа варьируют в умеренных широтах южного полушария впределах ±30 гп. м, тогда как в северном полушарии их изменения составляют от −80 до +50 гп.м. На рис.2.37 показаны средние изменения геопотенциальных высот изобарического уровня500 гПа GPH500 (отклонения от средней карты на интервале ±10 дней относительно нулевогодня) в моменты ∆t = 0…+3 сут (день начала СПС и последующие дни).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
