Диссертация (1145308), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Таким образом,региональность является характерной чертой отклика атмосферы на изменения солнечнойактивности и вариации потока ГКЛ.4.2.2. Временной ход эффектов ГКЛ в среднезональном давлении тропосферыРассмотрим временный ход коэффициентов корреляции между интенсивностью ГКЛ идавлением тропосферы, характеризуемым значениями геопотенциальных высот уровня 700 гПаGPH700(ϕ), осредненными вдоль географической широты ϕ. На рисунке 4.9a представленвременной ход коэффициентов корреляции R(GPH700(ϕ), NM) между среднегодовымизначениями GPH700(ϕ) и скорости счета нейтронного монитора в Клаймаксе NM для 11-летнихскользящих интервалов. Временной ход скользящих коэффициентов корреляции междусреднегодовыми значениями GPH700(ϕ1,ϕ2), осредненных по широтным поясам ϕ1−ϕ2, искорости счета NM приведен на рис.4.9б.
Из всех коррелируемых данных предварительноудалялись линейные тренды. Оценка статистической значимости коэффициентов корреляциипроводилась методом Монте-Карло. Для этого рассчитывалось модельное распределениескользящих коэффициентов корреляции для 1000 пар суррогатных данных, полученныхрандомизацией исходных рядов, и статистические характеристики полученного распределенияиспользовались для оценки значимости наблюдаемых коэффициентов корреляции.Данные, приведенные на рис.4.9, свидетельствуют о наличии долговременных измененийв амплитуде и знаке корреляций между давлением тропосферы в различных широтных поясах ипотоками ГКЛ.
Отчетливо видно, что до начала 1980-х гг. в северной высокоширотной области(ϕ > 60°N), а также на низких широтах (ϕ = 20°S−20°N) имела место отрицательная корреляциямежду среднезональным давлением и потоками ГКЛ. При этом в умеренных широтах северногополушария (ϕ = 40−60°N), а также в области умеренных и высоких широт южного полушария(ϕ > 50°S) наблюдалась положительная корреляция.
В начале 1980-х годов произошлоизменение знака корреляции давления и интенсивностью ГКЛ. С начала 1980-х до конца 1990-хгг. положительная корреляция давления с потоками ГКЛ имела место уже в высоких широтахсеверного полушария (значения коэффициентов корреляции ~0.6−0.8) и на низких широтах ϕ202(а)8060Latitude, deg.40-0.4-0.4-0.60.60.80.60.60.4-0.8-0.4-0.6-0.8200.60.4-0.60.2-0.60-0.60-0.4-0.6-0.20.4-0.8-20-0.4-0.4-400.8-600.40.60.8-0.40.4-0.6-0.6-0.80.4-801955196019651970197519801985-0.4199019952000Years(b)110.60.60.20.2-0.2-0.275-90°NCorrelation coefficient40-50°N-0.620°S-20°N-0.675-90°N-1195045-90°S19601970198019902000-1201019501960Years19701980199020002010YearsРис.4.9.
а) Временной ход коэффициентов корреляции между среднегодовыми значениямиосредненных по долготе высот изобарического уровня 700 гПа GPH700(ϕ) и интенсивностипотока ГКЛ для скользящих 11-летних интервалов; б) то же для значений GPH700(ϕ1, ϕ2),осредненных по широтным поясам ϕ1−ϕ2.=30°S−30°N (слабая корреляция порядка 0.2−0.4). В то же время отрицательная корреляцияимела место в умеренных широтах обоих полушарий и над южной высокоширотной областью.Оценка статистической значимости показала, что наиболее значимые коэффициентыкорреляции между давлением в исследуемых широтных поясах и вариациями потока ГКЛимели место с конца 1950-х по начало 1960-х годов и с середины 1980-х по середину 1990-хгодов.
В эти периоды абсолютные значения коэффициентов корреляции достигали значений0.7−0.8 при уровне статистической значимости P=0.95-0.99. В 1950-1970-х годах наиболеевысокиекоэффициентыкорреляциинаблюдалисьдляюжнойполярнойобластииэкваториальной ложбины, где их значения достигали 0.72 на уровне значимости P=0.99. В2031980-1990-х годах наиболее значимые (P=0.98) коэффициенты корреляции обнаружены длясредних широт 40-50° северного полушария.Согласно данным на рис.4.9, временной ход коэффициентов корреляции междусреднезональным давлением и потоками ГКЛ обнаруживает ряд закономерностей:1)Отклик атмосферного давления на вариации ГКЛ в высокоширотных областях северногои южного полушарий имеет противоположный характер.2)В северном полушарии изменения давления в высоких широтах ϕ > 60°N (областьформированияарктическихантициклонов)противоположныизменениямдавлениявумеренных широтах ϕ =40−60°N, где имеет место интенсивная циклоническая деятельность.3)В южном полушарии знаки изменений давления над умеренными и высокими широтамисовпадают.4)Изменения давления в районе экваториальной ложбины совпадают по знаку сизменениями давления над северной полярной областью и противоположны по знакуизменениям давления над южной.Таким образом, можно сделать вывод, что возмущения циркуляции, коррелирующие свариациями потока ГКЛ, охватывают всю земную атмосферу.
При этом процессы,развивающиеся в различных широтных поясах и регионах, тесно связаны между собой.Изменение знака эффектов ГКЛ произошло в начале 1980-х годов почти одновременно во всехширотных поясах. Данные, приведенные на рис.4.9, предполагают наличие долговременныхвариаций амплитуды и знака эффектов ГКЛ в атмосферной циркуляции c предположительнымпериодом ~50−60 лет.4.2.3.
Эффекты солнечной активности в вариациях приземного давления на мультидекадной временной шкалеРассмотрим измененияактивностьюидавления,соответствующимикоторые могутвариациямипотоковбытьГКЛобусловлены солнечнойнаболеедлительной(мультидекадной) временной шкале. В качестве экспериментального материала используемданные архива приземного атмосферного давления MSLP (Mean Sea Level Pressure, ClimaticResearch Unit, UK), имеющиеся за период 1873-2000 гг. (ftp://ftp.cru.uea.ac.uk). Данные архивапредставляют собой среднемесячные значения приземного атмосферного давления SLP в узлахрегулярной сетки 5°×10° в северном полушарии в диапазоне широт 15−85°N.
Дляхарактеристики солнечной активности используем среднегодовые значения относительногочисла солнечных пятен (чисел Вольфа) Rz(ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/SUNSPOT_NUMBERS/). В отличие от потоков ГКЛ, солнечные пятна не являются физическимагентом, непосредственно проникающим в атмосферу Земли, и мы используем их только как204показатель амплитуды и фазы 11-летнего солнечного цикла. Как видно из рис.4.10, междусреднегодовыми значениями числа солнечных пятен и интенсивности потока ГКЛ имеетсядостаточно высокая отрицательная корреляция.
Тем не менее, в корреляции атмосферныххарактеристик с числами Вольфа могут, помимо ГКЛ, давать вклад и другие агенты солнечнойактивности, изменяющиеся в 11-летнем цикле (например, потоки полной и УФ радиации),МурманскR=0.6 ГВ3.5Числа ВольфаПоток частиц F CR, см-2 с-1432.5220041603.51203802.5402R = - 0.821.5WFCR004080120Числа Вольфа16020019501960197019801990Годы20002010Поток частиц F CR, см-2 с-1поэтому в дальнейшем будем называть эти корреляции эффектами СА/ГКЛ.2020Рис.4.10. Слева: Зависимость между среднегодовыми значениями потока заряженных частицFCR в максимуме переходной кривой в Мурманске (жесткость геомагнитного обрезания Rc=0.6ГВ) [Stozhkov et al., 2009] и числами Вольфа.
Справа: Временной ход среднегодовых чиселВольфа и потоков заряженных частиц FCR в Мурманске.На рис.4.11 представлены коэффициенты корреляции R(SLP(ϕ), Rz ) по скользящим 17летним интервалам между среднегодовыми значениями давления, осредненными вдоль кругашироты ϕ, SLP(ϕ) и числами Вольфа. Указанный временной интервал (17 лет) позволяетудалить более короткопериодные вариации и исследовать климатические изменения набидекадной и более длительных временных шкалах.
Перед расчетом коэффициентовкорреляции было проведено удаление полиномиальных трендов из всех данных.Очевидно, что в силу обратной зависимости между интенсивностью ГКЛ и числамисолнечных пятен, коэффициенты корреляции R( SLP(ϕ), Rz ) на рис.4.11 противоположны познаку коэффициентам корреляции R( GPH700(ϕ), NM ), представленным на рис.4.9. Тем неменее, можно видеть, что изменения давления, наблюдаемые в связи с вариациями СА/ГКЛ ввысоких широтах (области формирования арктических антициклонов), меняют знак припереходе к умеренным широтам (области внетропического циклогенеза). Таким образом,характерные особенности пространственного распределения коэффициентов корреляции междудавлением в тропосфере высоких и умеренных широт и потоками ГКЛ, наблюдаемые дляпериода 1948-2005 гг. (рис.4.9), сохраняются, по-видимому, и на мультидекадной шкале.205-0.6-0.4800.40.6-0.40.40.4700.2Latitude, deg.0.4-0.60600.650-0.4-0.4-0.2-0.40.4-0.4-0.440 0.6-0.60.60.40.430201890190019101920 1930194019501960-0.60.4-0.8197019801990YearsРис.4.11.
Временной ход коэффициентов корреляции R( SLP(ϕ), Rz ) между среднегодовымизначениями приземного давления SLP(ϕ) и числами Вольфа Rz по скользящим 17-летниминтервалам.Архив MSLP не содержит данных для низких широт и южного полушария. Тем не менее,использование архива MSLP и чисел Вольфа позволяет исследовать временнýю структуруэффектов СА/ГКЛ во внетропических широтах северного полушария на более длительноминтервале, чем с использованием данных реанализа NCEP/NCAR [Kalnay et al., 1996],имеющихся только с 1948 года.
Временной ряд интенсивности ГКЛ также недостаточнопродолжителен: данные нейтронных мониторов имеются начиная с 1953 года., данныеаэростатных наблюдений ГКЛ [Stozhkov et al., 2009] – с 1958 года. Как видно из рис.4.11,коэффициенты корреляции R( SLP(ϕ), Rz ) между давлением в полярных и субполярныхширотах и числами Вольфа испытывают долговременные колебания с максимумами в1900−1920-х и 1960−1970-х годах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
