Диссертация (1145308), страница 36
Текст из файла (страница 36)
В 1960-1970-х гг. Мустелем и его группой [Мустель, 1968, 1974]исследовались изменения приземного атмосферного давления во время геомагнитныхвозмущений,вызванныхвспышечными(спорадическими)ирекуррентнымивысокоскоростными потоками солнечного ветра, с использованием данных советских изарубежных метеорологических станций. Результаты исследования обнаружили, что реакцияатмосферы на геомагнитные возмущения имеет региональную зависимость, т.е. может бытьпроявляться как в повышении, так и в понижении давления в зависимости от положениястанции, при этом характерное время реакции составляет 3±1 суток. В целом по северному156полушарию было выделено несколько обширных регионов, характеризующихся определеннымзнаком изменения давления. В частности, на станциях, расположенных в западной частиевроазиатского континента, наблюдалось увеличение давления.
Амплитуда измененийдавления составляла несколько гПа и была максимальна (до 8 гПа) в высоких широтах.Наиболее четко эффекты геомагнитных возмущений в вариациях атмосферного давленияпроявлялись в зимний (декабрь-февраль) период.Олсон и соавторы [Olson et al., 1975], исследуя отклик индекса циклоническойзавихренности VAI (Vorticity Area Index) на солнечные вспышки, обнаружили, что в первые двадня после вспышки индекс VAI на уровне 500 гПа увеличивается (т.н.
“ранний” эффектвспышки). Затем следовало уменьшениеVAI на 3-4-й день после начала вспышки (“поздний”эффект вспышки), что соответствовало периоду развития магнитной бури и сопутствующего ейФорбуш-понижения ГКЛ. Аналогичные изменения были обнаружены Пудовкиным иБабушкиной [Pudovkin and Babushkina, 1992а] во временном ходе зональной циркуляции,характеризуемой индексом Блиновой (определение индекса приведено в разделе 2.1.3) дляинтенсивных (ΣКр ≥ 35) геомагнитных возмущений, которым, как правило, предшествовалоувеличение вспышечной активности. После солнечных вспышек зональная циркуляция резкоусиливалась, а затем существенно ослабевала в ходе последующих геомагнитных возмущений.Изменения индекса Блиновой и зонального давления на разных стадиях геомагнитноговозмущения приведены на рис.3.8 согласно данным [Pudovkin and Babushkina, 1992а, Пудовкини Веретененко, 1992].
Следует отметить, что по мере развития геомагнитного возмущениядавление заметно повышалось в умеренных широтах.Тинсли и соавторы [Tinsley et al, 1989] предположили, что “ранний” и “поздний” эффектывспышки являются отдельными эффектами собственно солнечной вспышки и последующегоФорбуш-понижения ГКЛ. Влияние Форбуш-понижений на циклоническую завихренность(индекс VAI), исследовалось в работах группы Тинсли [Tinsley et al, 1989; Tinsley and Deen,1991]. Было обнаружено, что с исследуемыми событиями связано уменьшение циклоническойзавихренности в умеренных широтах северного полушария (40-65°N).
Наиболее статистическизначимые изменения VAI наблюдались в зимний период над океанической поверхностью.Эффекты Форбуш-понижений ГКЛ в вариациях характеристик нижней атмосферыисследовались в ряде работ Веретененко и Пудовкина [Веретененко и Пудовкин, 1993, Pudovkinet al., 1997]. В частности, в ходе Форбуш-понижений было обнаружено статистически значимоеослабление зональной циркуляции, характеризуемой индексом Блиновой.
На рис.3.9 показанысредние (полученные методом наложения эпох) вариации индекса Блиновой (отклонения отсезонного хода) для 33-х Форбуш-понижений с амплитудой >3% в нейтронной компоненте (поданным нейтронного монитора станции Апатиты [Космические данные, 1970-1989]). События157Рис.3.8. Слева: Вариации индекса Блиновой на различных изобарических поверхностяхтропосферы в ходе интенсивных геомагнитных возмущений (ΣКр ≥ 35), осенние месяцы.Нулевой момент t = 0 соответствует дню начала возмущения. Справа: меридиональныепрофили зонального приземного давления на разных стадиях геомагнитного возмущения:кривая 1 соответствует моменту времени t = −1 сут (эффект вспышки), кривая 2 – t = +4 сут(эффект геомагнитного возмущения) относительно начала события. Кривые 2, 3 показываютневозмущенный профиль давления (моменты времени t = −4 и − 5 сут) [Pudovkin andBabushkina, 1992а].δ(α/Ω∗103)500 гПа2.01.00.0-5-1.0-2.0-3-113579∆t, сутФорбуш-понижения ГКЛN = 33-3.0Рис.3.9.
Средние изменения индекса зональной циркуляции (Блиновой) на изобарическомуровне 500 гПа в ходе Форбуш-понижений ГКЛ в холодное полугодие (октябрь-март) (числособытий N=33, 1970-1982 гг.) Нулевой день соответствует дню начала Форбуш-понижения[Веретененко и Пудовкин, 1993].158отбирались для холодного полугодия (октябрь-март) за период 1970-1982 гг.
Сравнивая данныена рис.3.9 и 2.15, можно сделать вывод, что отклик крупномасштабной атмосфернойциркуляции на всплески энергичных СКЛ и Форбуш-понижения ГКЛ имеет противоположныйхарактер.Исследование вариаций метеорологических характеристик в высокоширотной атмосферепо данным аэрологических зондирований на станции Соданкюля (Финляндия, ϕ =67°22´N)обнаружило, что Форбуш-понижения ГКЛ сопровождаются медленным повышением давленияс максимумом на +3/+4-й день после начала события [Pudovkin et al., 1997].
Результаты данногоисследования приведены на рис.3.10. Видно, что рост давления (увеличение высотизобарических поверхностей) имеет место во всей тропосфере, а также в стратосфере до высот~25 км (изобарический уровень 30 гПа). Наиболее значимые эффекты (отклонения геопотен-1201000 mbargeopotential height, ∆Φ, gp.m80300 mbar80404000-40-40120700 mbar100 mbar8080404000-40-40200500 mbar12030 mbar160120808040400-400-4-20t, days246-40-4-20246t, daysРис.3.10.
Средние изменения геопотенциальных высот основных изобарических уровней внижней атмосфере на станции Соданкюля (Финляндия, ϕ ≈ 67°N) в ходе Форбуш-пониженийГКЛ (число событий N=23, 1980-1988 гг.). Нулевой день соответствует дню начала Форбушпонижения [Pudovkin et al., 1997].159циальных высот изобарических поверхностей от среднего уровня 5 дней, предшествующихначалу события) наблюдаются в нижней тропосфере. Высоты изобарических поверхностей1000 и 700 гПа увеличиваются на ~80 гп.
м, значимость отклонений составляет 0.98-0.99согласно критерию Стьюдента. Статистически значимое понижение давления, наблюдаемое за1-2 дня до начала исследуемых событий, обусловлено усилением вспышечной активности,предшествующим Форбуш-понижениям ГКЛ, и согласуется с “ранним” эффектом вспышки(усилением циклонических процессов), полученным в работах [Olson et al., 1975; Pudovkin andBabushkina, 1992а].Следует отметить, что вариации давления в тропосфере на станции Соданкюля в ходеФорбуш-понижений ГКЛ противоположны по знаку вариациям давления, обнаруженным натой же станции в связи со всплесками энергичных СКЛ [Pudovkin et al., 1996], приведенные вразделе 2.1.3 (рис.2.16).
Изменения температуры в нижней атмосфере в ходе Форбушпонижений ГКЛ и всплесков СКЛ также оказались противоположными. Всплески СКЛсопровождались резким повышением температуры в тропосфере Соданкюля на ~2°С в среднемчерез 10 часов после начала события, затем следовало понижение температуры, достигающеезначения −2°С на +3-й день. В ходе Форбуш-понижений ГКЛ, наоборот, в первые дни надСоданкюля наблюдалось статистически значимое понижение температуры в тропосфере на 12°С, после чего температура повышалась и достигала максимума (+1°С) на четвертый деньпосле начала Форбуш-понижения.Как было показано в предыдущей главе, всплески солнечных протонов с энергиями > 90МэВ,увеличивающихскоростьионизациивстратосфере,способствуютразвитиюциклонических процессов в умеренных и высоких широтах. Рассмотрим, какие процессыразвиваются в нижней атмосфере в ходе Форбуш-понижений ГКЛ, когда скорость ионизации встратосфере и верхней тропосфере уменьшается. Результаты исследований, приведенных вглаве 3, опубликованы в работах [Веретененко и Артамонова, 2005; Артамонова и Веретененко,2011, 2015; Artamonova and Veretenenko, 2011, 2014; Веретененко, 2017].3.2.2.
Характеристики исследуемых Форбуш-понижений ГКЛИсследование реакции атмосферы на Форбуш-понижения ГКЛ, также как и на солнечныепротонные события, проводилось методом наложения эпох. Для данного исследованиявыбирались события c амплитудой ≥2.5% по данным нейтронного монитора высокоширотнойстанции Апатиты (географические координаты 67.57°N, 33.39°E). Геомагнитная широтастанции составляет ~63°, эффективная жесткость геомагнитного обрезания Rc =0.65 ГВ, чтопозволяет регистрировать низкоэнергичную компоненту ГКЛ. За нулевые дни для анализаметодом наложения эпох принимались дни начала Форбуш-понижений, которые определялись160по понижению среднесуточных значений скорости счета нейтронного монитора примерно на1% от невозмущенного уровня (среднего уровня, наблюдаемого в течение 5 дней до началасобытия). Исследование реакции атмосферы на Форбуш-понижения проводилось для событий,имевших место в период с октября по март, т.е., в холодную половину года для северногополушария.Какуказывалосьвыше,вхолодноеполугодиенаблюдаетсяусилениециклонической деятельности в умеренных широтах в связи с обострением температурныхконтрастов в тропосфере.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
