Диссертация (1145308), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Возможный физический механизм формированиясолнечно-атмосферных связей при различных состояниях вихря будет обсуждаться в главе 6.Spectral power density8SLP (75-85°N)a)∼63 yrs∼62 yrs6∼16 yrs420c.l.0.95102c.l. 0.9900016Spectral power densityTemperature (70-85°N)b)300.10.20.3c)0.1d)Meridional form C∼60 yrs120500.3R (SLP, Rz)∼56 yrs400.2308∼24 yrs20c.l.0 .99c . l.0.954100000.10.20.30Frequency, yr -10.10.20.3Frequency, yr -1Рис.4.28. Спектры Фурье аномалий приземного давления ∆SLP (а) и приземной температуры(б) в высокоширотной области; частоты повторяемости формы С меридиональной циркуляции(с) и коэффициентов корреляции R( SLP, Rz ) между среднегодовыми значениями приземногодавления в высоких широтах (60-85°N) и числами Вольфа для скользящих 15-летнихинтервалов (d).
Уровень значимости рассчитаны относительно “красного” шума с AR(1)коэффициентами α=0.3 (а), 0.65 (b) и 0.4 (c).4.5. Выводы к главе 4Исследование пространственно-временной структуры эффектов солнечной активности ивариаций галактических космических лучей в циркуляции нижней атмосферы выявилоследующее:1)Возмущенияциркуляции,обусловленныевариациямисолнечнойактивностииинтенсивности потока ГКЛ на десятилетней временной шкале, имеют глобальный характер, т.е.235охватывают тропосферу всего земного шара.
Процессы, развивающиеся в различных широтныхпоясах и регионах как отклик на вариации СА/ГКЛ, тесно связаны между собой.Обусловленные этими процессами изменения давления в высоких и умеренных широтахсеверного полушария характеризуются противоположным знаком.2)Эффекты СА/ГКЛ в вариациях давления тропосферы имеют ярко выраженный широтно-региональный характер. Наиболее статистически значимые изменения давления наблюдаютсяво внетропических широтах, т.е. области формирования и развития внетропических циклонов.Пространственная структура изменений давления определяется климатическим положениемосновных атмосферных фронтов: арктических (антарктических) фронтов в высоких широтах иполярных фронтов умеренных широт, что свидетельствует о влиянии вариаций космическихлучей на развитие внетропического циклогенеза.3)Временная структура эффектов СА/ГКЛ в циркуляции тропосферы высоких иумеренныхширотхарактеризуетсячетковыраженной~60-летнейпериодичностью.Обнаружены обращения знака коэффициентов корреляции между приземным давлением ичислом солнечных пятен в 1890-х гг., начале 1920-х гг., в 1950-х гг., а также в начале 1980-х гг.,совпадающие с изменениями эпох крупномасштабной циркуляции атмосферы.4)Изменения характера эффектов СА/ГКЛ в тропосферной циркуляции северногополушария (развитие внетропического циклогенеза) тесно связаны с изменениями состоянияциркумполярного вихря.
В вариациях интенсивности вихря, определенных по даннымреанализа NCEP/NCAR (c 1948 г.) и Арктической Осцилляции (с 1873 г.), выявлена ~60-летняяпериодичность, аналогичная наблюдаемой в коэффициентах корреляции между давлением ихарактеристиками СА/ГКЛ. Обращения знака коэффициентов корреляции совпадают спереходами циркумполярного вихря из одного состояния в другое.5)Наиболее статистически значимые эффекты ГКЛ в вариациях внетропическогоциклогенеза наблюдаются при сильном циркумполярном вихре. При этом рост потока ГКЛ вминимумах 11-летнего солнечного цикла сопровождается значительной интенсификациейциклонов умеренных широт (понижением давления в районах климатических Полярныхфронтов, преимущественно над океанами) и одновременной интенсификацией арктическихантициклонов (повышение давления в высокоширотной области, ограниченной климатическимположением арктических фронтов).
В эпохи слабого вихря эффекты ГКЛ меняют знак.6)Эволюция циркумполярного вихря играет важную роль в физическом механизмевлияния солнечной активности на состояние нижней атмосферы. Зависимость реакцииатмосферной циркуляции на явления солнечной активности и вариации ГКЛ от состоянияциркумполярного вихря может быть одной из причин временной изменчивости солнечноклиматических связей.236Глава 5. Изменения долговременных корреляционных связей между состоянием нижнейоблачности и потоками ГКЛ и их возможные причины5.1.
Исследование связей между облачностью и характеристиками солнечной активности:текущее состояние и проблемыКак уже отмечалось выше, в настоящее время в качестве одного из связующих звеньевмежду солнечной активностью и состоянием нижней атмосферы рассматриваются вариацииоблачного покрова под воздействием потока галактических космических лучей.
Измененияоблачности модулируют потоки как приходящей коротковолновой солнечной радиации, так иуходящего длинноволнового излучения Земли и атмосферы. Таким образом, облачностьсущественно влияет на радиационно-тепловой баланс атмосферы, при этом ее влияние зависитот широты, характера подстилающей поверхности и сезона.
Облака верхнего ярусаспособствуют потеплению атмосферы, а облака нижнего яруса, как правило, способствуютохлаждению. Результирующий приход радиации при наличии облачности увеличивается, когдарадиационный баланс отрицателен (в умеренных и высоких широтах зимой) и уменьшается,когда радиационный баланс положителен (летом) [Матвеев, 1991]. Согласно данным,полученным в результате спутниковых наблюдений ERBE (Earth Radiation Budget Experiment),в среднем по земному шару облачность (в зависимости от сезона) уменьшает приходкоротковолновой радиации на 44.5–51.9 Вт·м−2, а уходящую длинноволновую – на ~31 Вт·м−2[Ramanathan et al., 1989].
В результате облачность уменьшает радиационный нагрев планеты на13–20 Вт·м−2.Гипотеза о влиянии ГКЛ на состояние облачности была впервые высказана Дикинсоном[Dickinson, 1975], предположившим, что вариации ГКЛ влияют на формирование перистыхоблаков (облаков верхнего яруса). Возможные механизмы влияния солнечной активности напогоду и климат, включающие изменения проводимости атмосферы в связи с вариациями ГКЛи влияние этих изменений на развитие физических процессов в облаках предлагались в рядеработ [Herman and Goldberg, 1978; Markson, 1978; и др.]. В настоящее время можно выделитьгруппу электрических механизмов [Tinsley and Deen, 1991; Tinsley, 2008, 2012; Lam and Tinsley,2016], согласно которым токи в глобальной электрической цепи (ГЭЦ), обусловленныеизменениями ионосферного потенциала и проводимости атмосферы влияют на процессы«electrofreezing» («электрозамерзание» переохлажденных капелек воды в облаках верхнегояруса) и «electrscavenging» («электросбора» заряженных аэрозольных и облачных частиц), чтоприводит к изменениям свойств облаков.
Другая группа механизмов предполагает иониндуцированную нуклеацию сульфатного аэрозоля в результате усиления ионизации,237вызванного увеличением потоков космических лучей, что способствуетувеличениюконцентрации ядер конденсации [Yu and Turco, 2000, 2001, Yu, 2002, 2004].Первыеэкспериментальныеданные,свидетельствующиеовозможномвлияниикосмических лучей ГКЛ на формирование облачности, были получены Пудовкиным иВеретененко [Веретененко и Пудовкин, 1994; Pudovkin and Veretenenko, 1995]. По даннымнаблюдений на ряде актинометрических станций СССР было обнаружено уменьшениеоблачного покрова и увеличение повторяемости безоблачных дней в умеренных и высокихширотах в ходе кратковременных понижений интенсивности ГКЛ (Форбуш-понижений).Особое место в ряду имеющихся экспериментальных свидетельств занимают корреляционныесвязи, выявленные между состоянием облачного покрова и интенсивностью ГКЛ надесятилетней временной шкале.
Свенсмарк и Фриис-Христенсен [Svensmark and FriisChristensen, 1997] на основе анализа спутниковых данных ISCCP (International Satellite CloudClimatology Project) обнаружили, что общая облачность испытывает 11-летнюю вариацию,развиваясь в фазе с изменениями потока ГКЛ. Результаты, полученные датскими учеными,вызвали обширную дискуссию о влиянии ГКЛ на состояние облачности и их роли в механизмесолнечно-атмосферных связей [Kernthaler et al., 1999; Gierens and Ponater, 1999; Jorgensen andHansen, 2000; и др.].
Дальнейшие исследования, проведенные Маршем и Свенсмарком [Marshand Svensmark, 2000а, 2000б] показали, что наиболее тесно с вариациями потока ГКЛ связаноизменение площади облаков нижнего яруса. В данной работе были приведены достаточновысокие коэффициенты корреляции между аномалиями нижней облачности, усредненными поземному шару, по данным архива ISCCP-D2 и скоростью счета нейтронного монитора вУанкайо для периода 1983-1994. Коэффициент корреляции между среднемесячнымианомалиями облачности и потоками ГКЛ составил 0.63 для несглаженных значений и 0.92 дляскользящих средних по 12-ти месяцам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
