Диссертация (1145308), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Сравнительный анализ эффектов энергичных СПС и Форбуш-понижений ГКЛ вэволюции внетропических барических систем и вариациях давления нижней атмосферыРезультаты, приведенные в главах 2 и 3, свидетельствуют о влиянии вариацийкосмических лучей, наблюдаемых в во временных масштабах порядка нескольких часов исуток, на интенсивность динамических процессов в нижней атмосфере. В Таблице 3 проведенсравнительный анализ эффектов энергичных СКЛ и Форбуш-понижений ГКЛ для северногополушария. Отбор исследуемых вариаций КЛ производился для холодного полугодия,поскольку в этот период имеет место сезонное усиление процессов внетропическогоциклогенеза. Данные, приведенные в ряде работ [Мустель, 1968, 1974; Wilcox et al., 1974;Tinsley et al., 1989; Tinsley and Deen, 1991], показали, что именно в этот период наблюдаетсянаиболее четко выраженная реакция атмосферной циркуляции на различные проявлениясолнечной активности и связанных с нею возмущений межпланетной среды.
Согласнорезультатам, полученным в работе [Veretenenko and Thejll, 2013], в теплую половину годаэффектов энергичных СПС в северном полушарии не наблюдается.Данные Таблицы 3 показывают, что, несмотря на различия в энергии частиц КЛ и,соответственно, в диапазоне высот, достигаемых частицами, противоположные по знакуизменения скорости ионизации в стратосфере высоких широт приводят к различным эффектамв эволюции внетропических барических систем и изменениям давления в умеренных широтах.В связи с увеличением ионизации (эффект СПС) наблюдается интенсификация регенерациициклонов в районе юго-восточного побережья Гренландии. Данный район характеризуетсявысокими контрастами температуры между холодной ледниковой поверхностью Гренландии итеплой океанической поверхностью, что создает условия для адвекции холода, способствующейинтенсификации циклонического вихря, а также расходимостью изогипс в средней и верхнейтропосфере, способствующей оттоку воздуха из области углубления циклона.
При уменьшениискорости ионизации (эффект Форбуш-понижений ГКЛ) происходит более интенсивноеформирование блокирующих антициклонов. Эффект наблюдается над восточным секторомСеверной Атлантики, Северной Европой и северной частью Европейской территории России.Данный регион расположен к востоку от теплого океанического Северо-Атлантическоготечения (продолжение Гольфстрима), над которым в холодную половину года воздухинтенсивно прогревается, создавая условия для адвекции тепла, способствующей усилению179антициклоническоговихря.Благоприятнымусловиемдляразвитияантициклонов(динамического роста давления) является также сходимость изогипс, наблюдаемая в холодныйпериод над континентами.
Таким образом, исследуемые вариации КЛ способствуют болееинтенсивному протеканию циклонических/антициклонических процессов в тех районах, гдеимеются благоприятные условия для этих процессов, т.е. структура термобарического поля иособенности распределения температуры (температурные контрасты в районе побережьяГренландии, теплое течение Гольфстрим в Северной Атлантике).Следует отметить, что амплитуда вариаций давления и время отклика на всплескисолнечных протонов и Форбуш-понижения ГКЛ заметно различаются. Для СПС характернорезкое понижение давления уже в течение первых суток после начала всплеска.
Наибольшее поамплитуде и статистической значимости понижение высот изобарических уровней имеет местов средней и верхней тропосфере (−80…−100 гп. м). В ходе Форбуш-понижений ГКЛ наиболеестатистически значимые отклонения давления наблюдаются вблизи поверхности Земли(изобарический уровень 1000 гПа) на +3/+4-й день после начала события. Указанные различиямогут быть связаны как с особенностями вариаций КЛ, так и с особенностями эволюциициклонов и антициклонов. Для СПС характерно резкое увеличение потока частиц, при этоммаксимум потока может быть достигнут уже через несколько часов после начала события(рис.2.1), тогда как в ходе эффектов Форбуша минимум потока частиц достигается в среднемчерез 2 суток (рис.3.11).
Увеличение потока частиц с энергиями > 90 МэВ в ходе СПС внесколько раз (в отдельных случаях в 102−103 раз) превышает фоновый уровень, создаваемыйпотоками ГКЛ (значения максимальных потоков в ходе исследуемых СПС приведены вПриложении 1). Во время Форбуш-понижений потоки частиц КЛ меняются значительноменьше (не более чем на 20−30%). Соответственно, существенно различаются и измененияскорости ионизации. Для бóльшей части исследуемых СПС скорость ионизации на высотах 3540 км в области геомагнитных широт 60−90º составляла в среднем ~10 см-3⋅с-1, для мощныхсобытий – порядка нескольких сотен см-3⋅с-1 (рис.2.42).
Для Форбуш-понижений, как былопоказано в разделе 3.2.3, изменения скорости ионизации максимальны на высотах ~10-15 км исоставляют ~1−3 см−3⋅с−1. Возможной причиной более позднего отклика давления на Форбушпонижения может быть также более медленное развитие процессов блокирования по сравнениюпроцессами регенерации циклонов.180Таблица 3. Эффекты вариаций космических лучей в циркуляции нижней атмосферы(северное полушарие).Солнечные протонныесобытияФорбуш-понижения ГКЛЭнергия частиц КЛ>90 МэВ>200 МэВДиапазон высот,достигаемых частицами КЛ~35−40 км~10−15 кмИзменения скоростиионизации на высотах,достигаемых частицами КЛУвеличение скоростиионизации от ~10 донескольких сотен см-3⋅с-1Уменьшение скоростиионизации на ~1-3 см-3⋅с-1Преобладающие (наиболеестатистически значимые)эффекты в вариацияхдавленияЛокализация областинаиболее статистическизначимых измененийдавленияМаксимальные измененияПонижение давленияПовышение давленияСеверная Атлантика, юговосточное побережье ГренландииВосточная часть СевернойАтлантики, СевернаяЕвропа, северная часть ЕТР−80…−100 гп м+50 гп м300−500 гПа1000 гПа (уровень моря)Характерное время откликаатмосферы≤ 1−2 сут~3−4 сутХарактерные динамическиепроцессыРегенерация циклонов наарктических фронтахФормированиеблокирующих антициклоновна полярных фронтахдавления (∆GPH) и ихвысотный диапазонАтмосферные условия вобласти максимальныхэффектов КЛВертикальная жесткостьгеомагнитного обрезания вобласти максимальныхэффектов КЛВысокие контрастытемпературы между ледниковой поверхностью Гренландии и более теплымокеаном; расходимостьизогипс над океаном~0.4−1 ГВПрогретость атмосферы надтеплым Северо-Атлантическим течением,сходимость изогипс надЕвразийским континентом~1−3 ГВ181Выявленные в настоящей работе эффекты Форбуш-понижений ГКЛ хорошо согласуютсярезультатами исследования изменений давления в ходе геомагнитных возмущений.
В работахМустеля и его группы [Мустель, 1968, 1974] было обнаружено, что изменения приземногодавлениявсвязисгеомагнитнымивозмущениями,обусловленнымивспышечными(спорадическими) и рекуррентными потоками солнечного ветра, имеют региональнуюзависимость, при этом рост давления наблюдается на станциях, расположенных в западнойчасти евроазиатского континента. Повышение зонального давления в области широт 55-70°Nбыло выявлено в ходе интенсивных геомагнитных возмущений [Pudovkin and Babushkina,1992а; Пудовкин и Веретененко, 1992]. Результаты данного исследования позволяют сделатьвывод, что причиной указанных изменений давления является интенсификация блокирующихантициклонов в североатлантическом регионе, обнаруженная в связи с Форбуш-понижениямипотока ГКЛ, которые сопровождают интенсивные геомагнитные возмущения.
Выявленноеусиление антициклонических процессов над Северной Атлантикой и Северной Европойпозволяет объяснить причину уменьшения индекса циклонической завихренности (VAI),обнаруженного в связи с Форбуш-понижениями ГКЛ в умеренных широтах [Tinsley and Deen,1991], а также изменения давления и температуры на станции Соданкюля, расположенной насевере Финляндии [Pudovkin et al., 1997]. Следует отметить, что в связи с исследуемымиФорбуш-понижениямиГКЛобнаруженоуменьшениедлительностиэлементарныхсиноптических процессов (ЕСП) зонального (W) и восточного типа (Е) и увеличиваетсяпродолжительность ЕСП меридионального типа С по классификации Вангенгейма-Гирса, чтообъясняется развитием гребня над Восточной Атлантикой и ЕТР [Артамонова и Веретененко,2011, 2013].Эффекты Форбуш-понижений ГКЛ в вариациях давления в умеренных широтах южногополушария, также как и северного, противоположны по знаку эффектам СПС.
В отличие отсеверного полушария, в ходе исследуемых событий в умеренных широтах южного полушарияформируется две области повышения давления. Область наибольшего (по амплитуде истатистической значимости) повышения давления в ходе Форбуш-понижений наблюдаетсяпрактически там же, где и область наибольшего понижения давления в первый день СПС, т.е. врайоне климатической депрессии у берегов Земли Королевы Мод. Таким образом, выделеннымрегионом в южном полушарии, где наиболее четко выражены как эффекты СПС, так и эффектыФорбуш-понижений ГКЛ, является область формирования климатической депрессии у береговЗемли Королевы Мод, включающая восточную часть Южной Атлантики и западную частьИндийского океана.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
