Диссертация (1149307)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиАртамонова Ирина ВасильевнаВлияние вариаций космических лучей на динамическиепроцессы в нижней атмосфере Земли01.03.03 – физика Солнца25.00.29 – физика атмосферы и гидросферыДиссертация на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководительк. ф.-м. н., Веретененко С.В.Санкт-Петербург20152ОглавлениеВведение……………………………………………………………………………………….5Глава 1. Проблема влияния солнечной активности на состояние нижнейатмосферы, погоду и климат Земли……………………………………………………...171.1 История исследования солнечно-атмосферных связей………………………...171.2 Физические механизмы воздействия солнечной активности на погодуи климат Земли……………………………………………………………………..…291.2.1 Вариации интенсивности солнечного излучения в видимом диапазонеспектра (солнечной постоянной, S0)………………………………………….311.2.2 Вариации интенсивности солнечного излучения в ультрафиолетовойобласти.
…………………………………………………………………...…....341.2.3 Вариации прозрачности атмосферы и состояния облачности………..381.2.4 Вариации параметров глобальной электрической цепи……………....481.3 Выводы к главе 1……………………………………………………………….....56Глава 2. Исследование эффектов ГКЛ в вариациях атмосферного давления всеверном и южном полушариях………………………………………………………......582.1 Постановка задачи…………………………………………………………….......582.2 Пространственное распределение эффектов форбуш-понижений ГКЛв вариациях атмосферного давления в северном и южном полушарии………….602.3 Оценка жесткости геомагнитного обрезания в областях формированияэффектов форбуш-понижений ГКЛ………………………………………………….6932.4 Причины региональных особенностей эффектов форбуш-понижений ГКЛв эволюции барических систем северного и южного полушарий………………....732.6 Выводы к главе 2………………………………………………………………….81Глава 3.
Влияние форбуш-понижений ГКЛ на интенсивность циклоническихпроцессов в североатлантическом регионе……………………………………………...843.1 Постановка задачи………………………………………………………………...843.2 Вариации давления в тропосфере североатлантического региона в ходефорбуш-понижений галактических космических лучей…………………………...843.3 Анализ приземных карт погоды………………………………………………….903.4 Оценка жесткости геомагнитного обрезания в областях максимальныхэффектов форбуш-понижений ГКЛ………………………………………………….943.5 Сравнительный анализ вариаций давления в нижней атмосфере в ходесолнечных протонных событий и форбуш-понижений космических лучей……..963.6 Возможный физический механизм влияния космических лучей надинамические процессы в нижней атмосфере Земли……………………………..1013.7 Выводы к главе 3………………………………………………………………...105Глава 4. Влияние вариаций потоков космических лучей на продолжительностьмакросиноптических процессов………………………………………………………....1074.1 Типизация макросиноптических процессов.Естественное развитие ЭСП в отсутствии возмущающего влияния космическихлучей………………………………………………………………………………….1074.2 Исследование вариаций длительности элементарных синоптическихпроцессов в ходе короткопериодных вариаций потоков космических лучей.…..1094.2.1 Постановка задачи……………………………………………………...1094.2.2.
Анализ длительности ЭСП в ходе вариаций потоков космическихлучей…………………………………………………………………………..1114.2.3 Причины наблюдаемых вариаций длительности ЭСП…………...….1164.3 Выводы к главе 4………………………………………………………………...1204Заключение…………………………………………………………………………………121Список сокращений ………………………………………………………………………123Список литературы………………………………………………………………………..124Приложение 1. Определение индекса завихренности………………………………...…143Приложение 2.
Вариации галактических космических лучей….……………………….145Приложение 3. Оценка статистической значимости методом Монте-Карло………......149Приложение 4. Классификация макросиноптических процессов………………………1545ВведениеНастоящая диссертация посвящена изучению влияния вариаций космическихлучей на динамические процессы в нижней атмосфере Земли.
В работе исследуетсявлияние короткопериодных вариаций интенсивности галактических космических лучей(ГКЛ), известных как форбуш-понижения, на процессы формирования и развитиябарических образований в умеренных и высоких широтах северного и южногополушарий. Рассматривается динамика изменений атмосферного давления во времяфорбуш-понижений ГКЛ; изучается, какими атмосферными процессами обусловленыизменения давления, наблюдаемые во время исследуемых событий. Приводится оценкажесткости геомагнитного обрезания, а также соответствующие минимальные энергиивысыпающихся космических частиц, которые могут оказывать влияние на эволюциювнетропических барических систем в областях наиболее значимых эффектов ГКЛ.Рассматривается изменение длительности макросиноптических процессов в связи свариациямикосмическихлучейсолнечногоигалактическогопроисхождения.Проводится сравнительный анализ отклика нижней атмосферы на вторжения солнечныхкосмическихлучейифорбуш-понижениягалактическихкосмическихлучей.Обсуждаются возможные физические механизмы влияния солнечной активности надинамические процессы в нижней атмосфере.Актуальность темы исследованияДолгое время считалось, что атмосфера Земли является самосогласованнойсистемой, не подверженной влиянию извне.
Однако результаты проведенных впоследние годы исследований свидетельствуют о наличии заметного откликаатмосферных параметров, таких как количество осадков [116, 117], площадь ираспределение облачного покрова [150, 186, 187], температура тропосферы [152, 153], а6также потоки прямой солнечной радиации [149, 195-197], на различные проявлениясолнечной активности.Несмотря на наличие большого объема работ, посвящённых исследованиюсолнечно-атмосферных связей, некоторыми учеными ставится под сомнение сам фактвлияния солнечной активности на погоду и климат Земли [44, 88, 147, 163, 171].
Камнемпреткновения является отсутствие на настоящий момент завершенной теории, ясно иполно описывающей физический механизм переноса энергии солнечного возмущения ватмосферу Земли. К настоящему времени различными авторами предложены такиефизические механизмы солнечно-атмосферных связей как непосредственный разогреватмосферы в связи с вариациями интенсивности солнечного излучения в видимойобласти спектра (солнечной постоянной, S0); вариации солнечной радиации вультрафиолетовом диапазоне, влияющие на концентрацию стратосферного озона исвязанные с этимизмененияинтенсивностикрупномасштабнойтропосфернойциркуляции [102, 103]; вариации прозрачности атмосферы (концентрации оптическиактивных газов, аэрозолей) и облачности, обусловленные изменениями скоростиионизации в нижней атмосфере в связи с вариациями потоков космических лучей [53,54, 92,119]; модуляцияпроводимости атмосферывследствиееёионизациикосмическими лучами и последующее изменение интенсивности токов в глобальнойтоковой цепи [180-185].
Однако ни один из предложенных выше физическихмеханизмов влияния солнечной активности на состояние нижней атмосферы непретендует на всеобъемлющее и завершенное описание проблемы.В данной работе в качестве космического агента, участвующего в процессепереноса энергии солнечного возмущения в атмосферу Земли, рассматриваютсякосмические лучи солнечного (СКЛ) и галактического (ГКЛ) происхождения.Космические лучи представляют собой потоки высокоэнергичных заряженных частиц,преимущественно протонов, с энергиями Е ∼103 - 1019 эВ [напр., 60]. Низкоэнергичнаякомпонента космических лучей (Е ∼105 - 109 эВ), высыпающаяся в высокоширотныхобластях Земли, может проникать в атмосферу до высоты стратосферы и верхних слоевтропосферы, и при этом оказывать влияние на динамические процессы, происходящие внижней атмосфере [151, 175, 178].
С другой стороны, интенсивность потоковкосмических лучей с указанными энергиями в значительной степени модулируетсясолнечной активностью [напр., 81-83]. При выборе агента солнечной активности также7было учтено, что космические лучи могут одновременно участвовать в работе разныхмеханизмов солнечно-земных связей, в частности, оптического и электрического.Степень разработанности темы исследованияВ ряде работ имеется подтверждение существенной роли космических лучей вфизическоммеханизмесолнечно-атмосферныхсвязей.Например,обнаруженопонижение зонального давления в поясе широт ∼ 55–70°N в связи с солнечнымипротонными событиями и его рост в связи с форбуш-понижениями космических лучей[148].Показано,чтовсплескиСКЛсопровождаютсяростомциклоническойзавихренности в районе Северной Атлантики [17, 198, 199].
С другой стороны, в ходефорбуш-пониженийГКЛнаблюдаетсяуменьшениеиндексациклоническойзавихренности над океанами на широтах ∼ 40–65°N [178]. В работах Веретененко иТайла [17, 198, 199] обнаружено, что кратковременные вариации потоков космическихлучей во время солнечных протонных событий могут оказывать влияние на эволюциюсевероатлантических циклонов.Таким образом, изучение влияния вариаций космических лучей на состояниенижней атмосферы Земли играет важную роль в исследованиях солнечно-земных связейи дает возможность прояснить физический механизм влияния солнечной активности нациркуляцию нижней атмосферы, погоду и климат Земли.
Результаты данногоисследования могут использоваться в качестве экспериментальной базы для созданияпрогностических моделей погодно-климатических изменений.Целью настоящей работы является детальное исследование барическогоотклика атмосферы северного и южного полушарий на короткопериодные вариациипотоков галактических космических лучей (форбуш-понижений ГКЛ); исследованиеэволюции барических систем в ходе исследуемых форбуш-понижений; оценка энергийкосмических частиц, которые могут принимать участие в процессах, влияющих наинтенсивность и время жизни данных барических образований; изучение вариацийдлительности макросиноптических процессов в связи со всплесками СКЛ и форбушпонижениями ГКЛ; сравнительный анализ отклика атмосферы на вариации потоковсолнечных и галактических космических лучей.8Положения, выносимые на защиту1.
В ходе форбуш-понижений ГКЛ происходит ослабление циклонической иинтенсификацияантициклоническойдеятельностивумеренныхширотахсеверного и южного полушарий. Максимальные изменения в динамикебарических систем, связанные с форбуш-понижениями ГКЛ, наблюдаются врайонах арктических, антарктических и полярных климатических фронтов.2. Всплески солнечных протонов и форбуш-понижения ГКЛ могут оказыватьвлияниенадлительностьэлементарныхсиноптическихпроцессовпоклассификации Вангенгейма-Гирса.3.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
