Диссертация (1145308), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Энергетические спектры космических лучей (протонов) солнечного (SCRs) игалактического (GCRs) происхождения [Mironova et al., 2015]. Красная и синяя линиипоказывают спектры ГКЛ в минимуме и максимуме 11-летнего солнечного цикла.Вертикальными штриховыми линиями показаны пороговые значения энергий при наблюденияхс использованием аэростатов (Bal) и нейтронных мониторов (NM). Также показана областьнаблюдения с использованием космических аппаратов (Spacecraft).Тем не менее, механизм влияния космических лучей на развитие циклоническойдеятельности в масштабе 11-летнего (и на более длительных временных шкалах), по всейвидимости, заметно отличается от механизма кратковременных эффектов.
Как было показано вглавах 2 и 3, увеличение потока относительно низкоэнергичных КЛ (всплески солнечныхпротонов с энергиями ~100 МэВ) способствуют более интенсивному углублению циклонов навысокоширотных арктических/антарктических фронтах, тогда как понижение интенсивностиболее энергичных галактических космических лучей (энергии ~0.1−2 ГэВ) способствуютразвитию областей высокого давления. Коротковременные эффекты КЛ, по-видимому, не276имеют существенной временной изменчивости. Например, понижение индекса атмосфернойзавихренности (VAI), указывающее на сокращение площади, занятой циклонами в областиширот выше 20º, было получено Тинсли и Дином для Форбуш-понижений ГКЛ, имевших местов течение временного периода 1953−1985 гг. [Tinsley and Deen, 1991]. Результаты настоящегоисследования (глава 3) выявили усиление антициклонической деятельности (интенсификациюформирования блокирующих антициклонов) для Форбуш-понижений ГКЛ на временноминтервале 1980-2006 гг., что согласуется с вариациями VAI, обнаруженными Тинсли и Диномдля более раннего периода.
Это позволяет сделать вывод, что механизм кратковременныхэффектов КЛ не меняется в зависимости от временного периода (хотя, например, смещениетраекторий циклонов может приводить к смещению областей формирования положительных иотрицательных отклонений давления). Что же касается эффектов вариаций ГКЛ надесятилетней временной шкале, то здесь картина более сложная. Знак эффектов ГКЛ ввариациях давления того или иного региона может меняться на противоположный взависимости от исследуемого временного периода (рис.4.3).
Это указывает на то, что механизмдолговременных эффектов ГКЛ не является простым повторением механизма кратковременныхэффектов, расширенным до масштаба 11-летнего цикла.Характерной чертой солнечно-атмосферных связей на длительных временных шкалахявляется, как было отмечено выше, временная изменчивость (раздел 4.1), причины которой донастоящего времени не были установлены. Тем не менее, результаты исследований,проведенных в данной работе, обнаружили, что эффекты СА/ГКЛ в вариациях интенсивностивнетропического циклогенеза характеризуются достаточно четко выраженной ~60-летнейпериодичностью.Наличиепериодичностипредставляетсякрайневажным,таккаксвидетельствует о том, что обращение знака коэффициентов корреляции между давлением вовнетропических широтах и характеристиками СА/ГКЛ происходит не случайным образом, аобусловлено некоторыми физическими причинами. Таким образом, периодическое изменениехарактера эффектов СА/ГКЛ в вариациях тех или иных атмосферных характеристик указываетне на отсутствие влияния солнечной активности, а скорее на модуляцию этого влияниянекоторым фактором, имеющим аналогичную периодичность.Как показано в главах 4 и 5, изменения знака эффектов СА/ГКЛ имеют место приизменениях эпох крупномасштабной циркуляции, определяемых состоянием циркумполярноговихря.
Исследование состояния вихря, проведенное на основе данных реанализа NCEP/NCAR(c 1948 г.) и колебаний температуры и давления в высоких широтах – Арктической Осцилляции(с 1973 г.), вывило наличие ~60-летней периодичности, аналогичной периодичности вкоэффициентах корреляции между вариациями давления во внетропических широтах ихарактеристиками СА/ГКЛ. При этом изменения знака коэффициентов корреляции совпали по277времени с переходами вихря из одного состояния в другое (рис.4.18 и 4.23). Было обнаружено,что региональная структура коэффициентов корреляции между вариациями давления ипотоками ГКЛ остается неизменной и определяется климатологическим положением главныхатмосферных фронтов, однако знак корреляций во всех регионах практически одновременногоменяется на противоположный при изменении состояния вихря (напр., рис.4.3).При сильном вихре и увеличении повторяемости меридиональной циркуляции (формы Спо классификации Вангенгейма-Гирса) возрастание интенсивности ГКЛ в минимумах 11летенего солнечного цикла приводит к интенсификации циклонов (понижению давления) наполярных фронтах умеренных широт.
Усиление циклонической активности сопровождаетсяусилением междуширотного обмена воздушными массами. При этом циклоны болееинтенсивно смещаются в высокие широты, огибая гребень, формирующийся над восточнойчастью Северной Атлантики при форме С меридиональной циркуляции. Более интенсивноепоступление теплого воздуха в высокие широты и его охлаждение способствует формированиюарктических антициклонов и повышению давления в полярной области. В результате вовнетропических широтах формируются области отрицательной корреляции давления иинтенсивности ГКЛ на полярных фронтах и положительной корреляции в высокоширотнойобласти,ограниченнойарктическимифронтами.Прислабомвихреиослаблениимеридиональной циркуляции эффекты ГКЛ в вариациях давления ослабевают и меняют знак.На полярных фронтах отмечается небольшая положительная корреляция с потоками ГКЛ(ослабление циклогенеза), при этом междуширотный воздухо- и теплообмен уменьшается,циклоны менее интенсивно перемещаются в высокие широты, что в результате приводит кпонижению давления в высокоширотной области.
Таким образом, состояние циркумполярноговихря является, по всей видимости, существенным фактором, способствующим формированиюэффектов СА/ГКЛ в атмосферной циркуляции и вероятной причиной временнóй изменчивостисолнечно-атмосферныхсвязей.Важнаярольциркумполярноговихряподтвержденарезультатами, приведенными в главе 5, где показано влияние вихрей северного и южногополушарий на характер корреляционных связей между состоянием облачности, зависящим отинтенсивности циклонических процессов, и потоками ГКЛ.Также следует отметить, что вариации интенсивности циклогенеза, развивающиеся вответ на вариации СА/ГКЛ, свидетельствуют об изменениях температурных контрастов втропосфере. Как известно, роль циклонической деятельности заключается в уменьшении иподдерживании на определенном уровне меридиональных градиентов температуры, которыевозникают вследствие неравномерного притока солнечной радиации к подстилающейповерхности (например, [Воробьев, 1991]).
Высокие градиенты температуры концентрируютсяво фронтальных зонах, где создаются условия для фронтогенеза – сужения переходного слоя278между воздушными массами с различными тепловыми свойствами и формированияатмосферных фронтов, на которых при достижении критических значений температуры,давления и скорости ветра происходит зарождение циклонов и антициклонов. Таким образом,интенсификация/ослабление циклогенеза, обнаруженные в связи с вариациями СА/ГКЛ,указывают на изменения температурных контрастов во фронтальных зонах, т.е. физическиймеханизм влияния вариации СА/ГКЛ на развитие внетропического циклогенеза включаетизменения характеристик фронтальных зон.
Поскольку эффекты СА/ГКЛ в интенсивностивнетропического циклогенеза тесно связаны с долговременными вариациями состоянияциркумполярного вихря, это предполагает возможное влияние вихря на характеристики(температурные контрасты, расположение) фронтальных зон.Обращения знака корреляций между атмосферными характеристиками и вариациямиСА/ГКЛ, имеющими место при изменениях состояния циркумполярного вихря, указывают наважность динамического взаимодействия тропосферы и стратосферы посредством планетарныхволн, которое зависит от состояния вихря (напр., [Авдюшин и Данилов, 2000; Perlwitz and Graf,2001] и т.д.). Когда вихрь сильный и скорость зональной циркуляции в стратосфере превышаетнекоторое критическое значение Vкр , планетарные волны, распространяющиеся вверх,отражаются и возвращаются обратно в тропосферу (рис.6.4).
При этом они могутинтерферировать, вызывая изменения полей температуры и давления [Авдюшин и Данилов,Рис.6.4. Средняя скорость зонального ветра в северном полушарии в январе (среднее за 19791997 гг.) [Newman and Mooris, http://www.ccpo.odu.edu/SEES/ozone/oz_class.htm]. Изолиниипоказывают скорость ветра (м·с−1). Черной линией показано направлление распространенияпланетарных волн.2792000], что может способствовать усилению температурных контрастов и интенсификациибарических систем в умеренных широтах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
