Диссертация (1145308), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Согласно данным ряда исследователей [Мустель, 1968, 1974; Wilcoxet al., 1974; Tinsley et al., 1989; Tinsley and Deen, 1991; Veretenenko and Thejll, 2013] эффектысолнечной активности и связанных с нею возмущений межпланетной среды имеют сезоннуюзависимость и наиболее четко выражены именно в холодный период.Следует отметить, что события ФП отбирались таким образом, чтобы на интервале ±3суток относительно нулевого дня не наблюдалось всплесков солнечных космических лучей синтенсивностью более 102 частиц⋅см-2⋅с-1⋅ср-1 для протонов с энергией E >10 МэВ.
Данныйкритерий отбора связан с тем, что сильные Форбуш-эффекты чаще наблюдаются приспорадических возмущениях солнечного ветра, обусловленных выбросами корональной массы.Выбросы корональной массы, в свою очередь, коррелируют с солнечными вспышками, которыемогут быть источниками солнечных космических лучей. Таким образом, более сильнымФорбуш-понижениям ГКЛ часто предшествует увеличение вспышечной активности (особеннодля событий, наблюдаемых в максимуме 11-летнего цикла), что может приводить к вторжениюсолнечных протонов, вызывающих усиление циклонических процессов (как показано в главе 2).Приведенный выше критерий отбора предназначен для исключения возможных эффектовсолнечных протонных событий (обеспечения невозмущенного фона) в ходе исследуемыхФорбуш-понижений.С учетом указанных критериев было отобрано 48 Форбуш-понижений ГКЛ за период1980-2006 гг.
На рис.3.11 приведены средние изменения скорости счета нейтронного монитораст. Апатиты (а) в ходе выбранных событий и распределение этих событий по амплитуде (б).Изменения скорости счета δN оценивались в процентах от среднего значения за 5 дней,предшествующих началу Форбуш-понижения.Как видно из рис.3.11а, в нулевой день скорость счета резко понижается на ~1%относительно уровня предыдущих 5 дней и достигает минимума на +2-й день, после чегоследует медленное восстановление интенсивности ГКЛ. Согласно данным на рис.3.11б,значительная часть исследуемых событий (~60%) имеет амплитуду в диапазоне от 2.5 до 3.5%.Для ~30% событий амплитуда составляет 4-5%.
Доля событий с амплитудой более 5% невелика(~10%), поскольку из анализа исключались Форбуш-понижения с наложением всплесков СКЛ(как отмечено выше, на Форбуш-понижения с большими амплитудами часто накладываются161достаточно мощные солнечные протонные события). Более половины отобранных событий(52%) пришлось на годы максимума 11-летнего солнечного цикла, тогда как на годы минимума– всего 8%. Остальные события наблюдались на фазе роста (19%) и фазе спада (21%) солнечнойактивности.Рис.3.11.
а) Средние изменения скорости счета нейтронного монитора ст. Апатиты в ходеисследуемых Форбуш-понижений ГКЛ (число событий N=48, октябрь-март 1980-2006 гг.).Нулевой день соответствует дню начала Форбуш-понижения. Вертикальные линии показываютсреднеквадратичные отклонения δN.б) Распределение исследуемых Форбуш-понижений ГКЛ по амплитуде.Рассмотрим изменения геомагнитной активности в ходе исследуемых Форбуш-пониженийпо характеристикам солнечного ветра и геомагнитным индексам Kp и Dst.
На рис. 3.12показаны распределения указанных индексов, а также максимальных значений скоростисолнечного ветра и напряженности межпланетного магнитного поля, наблюдаемых во времяисследуемых событий (данные взяты из базы Форбуш-понижений и возмущений межпланетнойсреды ИЗМИРАН [Belov, 2009]).
Как видно из рисунка 3.12а, исследуемые событиясопровождались возмущениями магнитного поля Земли: планетарный геомагнитный Kp-индекс162Число событий1616а12128844002Число событий8б345в67Kp max8910010-40-80г-120Dst , нТ-160-200-240866442200400500600Vsvmax , км/с70080081216202428Bimf, нТ323640Рис.3.12.
Распределение максимальных значений геомагнитных индексов и характеристиксолнечного ветра в ходе исследуемых Форбуш-понижений ГКЛ: а) планетарный геомагнитныйKp-индекс; б) Dst-индекс; в) скорость солнечного ветра; г) напряженность межпланетногомагнитного поля.как правило, достигал значений 4 и выше. Тем не менее, в большинстве случаев сильныхмагнитных бурь не наблюдалось: для 32 событий (~67% от общего числа событий) Dst-индекс,характеризующий развитие кольцевого тока во время главной фазы магнитной бури, неопускался ниже −100 нТ (рис.3.12б) , что соответствует слабым и умеренным бурям.
Сильныебури (−200 нТ < Dst < −100 нТ и Кр-индекс в диапазоне ~6−8) имели место в ~30% случаев и,как правило, во время Форбуш-понижений с амплитудой более 5%. Сверхсильные бури (Dst <−200 нТ и Кр ≥ 8) наблюдались только для событий, начавшихся 1.03.1982 и 10.01.1983.Преобладание умеренных магнитных бурь для отобранных событий объясняется критериемотбора, исключающим наложение на исследуемые Форбуш-понижения ГКЛ всплесковсолнечных космических лучей, что наблюдается обычно для сильных бурь, связанных соспорадическими явлениями (выбросами корональной массы и вспышечной активностью).
Длявозмущений солнечного ветра, являвшихся причиной Форбуш-понижений, также характерныумеренные значения: для большей части событий скорость ветра ниже 700 км·с-1 (рис.3.12в), а163напряженность ММП лежит в пределах 12−20 нТ (рис.3.12г). Внезапное начало бури, связанноес приходом ударной волны, наблюдалось в ~70% случаев.Исследование вариаций вспышечного индекса (индекса Клечека) показало, чтоисследуемым Форбуш-понижениям ГКЛ, как правило, предшествовало значительное усилениевспышечной активности. Индекс Клечека рассчитывается для каждой вспышки как q = i ⋅ t , гдеi – коэффициент, определяемый баллом вспышки, t – длительность вспышки в минутах, ихарактеризует полное энерговыделение вспышки [Kleczek, 1952].
На рис.3.13 показаны средние(полученные методом наложения эпох) значения вариаций индекса Клечека (отклонений отсреднего уровня на интервале ±10 дней относительно начала Форбуш-понижения) согласноданным, приведенным в работах [Ataҫ, 1987; Ataҫ and Ӧzgüҫ, 1998]. Видно, что перед Форбушпонижением наблюдается резкое увеличение вспышечной активности с максимумом за два днядо его начала (момент ∆t = −2 сут). Анализ изменений индекса Клечека, проведенный длякаждого события по отдельности, показал, что подавляющему большинству Форбушпонижений предшествовало усиление вспышечной активности, что свидетельствует опреобладании спорадических возмущений солнечного ветра как причины исследуемыхвариаций ГКЛ.6Индекс Клечека420t, сут-12-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12-2-4Рис.3.13. Средние вариации индекса Клечека в ходе исследуемых Форбуш-понижений ГКЛ.Число событий N=48.
Нулевой момент соответствует дню начала Форбуш-понижения.Таким образом, выбранные для анализа Форбуш-понижения имеют амплитуду вдиапазоне 2.5−6% и по большей части обусловлены спорадическими возмущениями солнечноговетра (выбросами корональной массы в связи с солнечными вспышками). Эти возмущенияхарактеризовались значениями скорости солнечного ветра 500−800 км·с-1 и напряженностьюММП, составляющей в большинстве случаев 12−20 нТ.
Исследуемые Форбуш-понижения ГКЛ,сопровождались, как правило, слабыми и умеренными магнитными бурями с внезапнымначалом. Форбуш-понижения с большими амплитудами, сопровождавшиеся сильными164магнитными бурями, из анализа исключались, так как на них накладывались мощные всплескиСКЛ, создающие противоположные эффекты в стратосферной ионизации.3.2.3. Пространственное распределение вариаций давления в нижней атмосфере в ходеФорбуш-понижений ГКЛИсследование отклика барического поля нижней атмосферы на Форбуш-понижения ГКЛпроводилось на основе данных архива ‘реанализа’ NCEP/NCAR [Kalnay et al., 1996].
Дляхарактеристики давления использовались среднесуточные значения геопотенциальной высотыизобарической поверхности 1000 гПа (GPH1000) в узлах регулярной сетки 2.5°х2.5°.Исследование эффектов Форбуш-понижений ГКЛ в вариациях давления проводилось методомналожения эпох аналогично исследованию эффектов СПС (глава 2). За нулевой день (∆t = 0)принимался день начала Форбуш-понижения. Для каждого события рассчитывался среднийуровень (средняя карта) GPH1000 по 10 дням, предшествующим нулевой дате.
Временнойинтервал для расчета среднего (невозмущенного) уровня был выбран таким образом, чтобы онохватывал примерно 2-3 элементарных синоптических периода (период, в течение которого надобширными географическими регионами сохраняются основные характеристики поля давленияинаправлениявоздушныхтечений[Вангенгейм,1952],иимеющийсреднююпродолжительность 3-5 суток). Кроме того, 10-дневный интервал в 2-3 раза превышает периодотклика атмосферы на возмущения, обусловленные солнечной активностью, который можетменяться от 2-3 суток для солнечных протонных событий (рис.2.15) до 5-6 суток для Форбушпонижений ГКЛ (рис.3.9). Далее для каждого дня Форбуш-понижения рассчитывались картыотклонений высоты поверхности 1000 гПа от невозмущенного уровня, которые затемосреднялись методом наложения эпох по отобранным 48 событиям.Результаты расчетов средних изменений давления (вариаций геопотенциальных высотизобарической поверхности 1000 гПа) приведены на рис.3.14 для временного интервала от −1го до +6-го дня относительно начала Форбуш-понижений.
Как видно из рисунка, в областинизких широт (от экватора до субтропиков) давление в ходе исследуемых событий практическине меняется (изменения высоты поверхности 1000 гПа близки к нулю). Заметные изменениядавления имеют место в умеренных и высоких широтах северного и южного полушарий, длякоторых характерна внетропическая циклоническая деятельность.В северном полушарии перед началом Форбуш-понижения и в нулевой день заметныхотклонений давления от невозмущенного уровня не происходит. На следующий день посленачала Форбуш-понижения (∆t = +1 сут) давление начинает повышаться (высоты уровня 1000гПа увеличиваются) над Скандинавией и северной частью России вдоль арктического побере-165День -190° W0°90° EДень 390° W400°90° E403060° N60° N302020°°30 N100°100°0-1030° S30 N0-1030° S-2060° S-2060° S-30-30-40-40День 0°90 W°0°90 EДень 4°4090 W3060° N0°90° E3060° N202030° N10°00-10°30 S30° N100°0-1030° S-20-2060° S60° S-30-30-40-40День 1°90 W°0°90 EДень 5°90 W4030°60 N°°90 E010°00-1030° S20°30 N10°00-1030° S-20-20°60 S°60 S-30-30-40-40День 290° W°60 N°0°90 EДень 6°90 W4060° N3020°30 N0-10°30 S60 S90° E403010°00-1030° S-20-20°°02030° N100°4030°60 N20°30 N40-30-4060° S-30-40Рис.3.14.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
